Инфокоммуникационные системы и сети. Понятие инфокоммуникационной сети Конспект лекций инфокоммуникационные системы и сети

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Белгородский государственный технологический университет

им. В.Г. Шухова

А. В. Глухоедов, Е. А. Федотов

Инфокоммуникационные системы и сети

Утверждено ученым советом университета в качестве учебного пособия для студентов направления бакалавриата 230400 «Информационные системы и технологии»

Белгород 2012

УДК(Ю4.7 (07) ББК 32.973.2()2я7 Г55

Рецензенты: кандидат технических наук, доцент Белгородского госу­дарственного технологического университета им. В.Г. Шухова В.М. Поляков

кандидат технических наук, доцент Белгородского госу­дарственного университета А.И. Штифшюв

Глухоедов А. В., Федотов Е. А.

Г55 Инфокоммуникационные системы и сети: конспект лекций: учеб­ное пособие / А.В. Глухоедов, Е.А. Федотов. - Белгород: Изд-во БГТУ, 2012.- 104 с.

В учебном пособии представлено всестороннее рассмотрение всех важ­нейших сетевых моделей, технологий и протоколов, которые определяют функционирование современных информационных сетей.

Учебное пособие Предназначено для студентов направления бакалавриата 230400 «Информационные системы и технологии».

УДК 004.7 (07) ББК 32.973.202я7

© Белгородский государственный технологический университет (БГТУ) им. В.Г. Шухова, 2012

Введение 5

1. Применение информационных сетей 6

Сеть предприятия 6

Домашняя сеть 6

Всемирная паутина 7

Общение 1

Интерактивные развлечения 8

2. Классификация информационных сетей 9

По размеру сети 9

По типу топологии сети 9

По типу функционального взаимодействия 13

По типу технологии передачи 14

По типу среды передачи 15

По скорости передачи 15

3. Эталонные модели сети 16

Протокол и стек протоколов 16

Эталонная модель OSI 17

Эталонная модель TCP/IP 20

Гибридная эталонная модель 20

4. Сетевые устройства 21

Сетевые карты 21

Пассивные сетевые устройства 21

Активные сетевые устройства 22

5. Линии и каналы связи 24

Кабельные линии связи 25

Беспроводные линии связи 32

6. Базовые сетевые технологии 35

Технология Ethernet 35

Технология Token Ring 42

Технология FDDI 43

7. Адресация в информационных сетях 44

7.1. МАС-адрес 44

IP-адрес 45

Система доменных имен 53

Протокол DHCP 61

Протокол ARP 64

8. Объединение сетей 66

Объединение сетей с помощью мостов 66

Объединение сетей с помощью маршрутизаторов 71

9. Транспортные протоколы TCP/IP 82

1. Протокол UDP 82

   Протокол TCP 84

10. Протоколы прикладного уровня TCP/IP 92

Протокол FTP 92

Протокол HTTP 95

Протокол SMTP 98

1 1. Безопасность в информационных сетях 100

Классификация сетевых атак ИХ)

Защита сетевого трафика 101

Заключение 102

Библиографический список 103

Введение

Информационные сети я&тяются логическим результатом эволю­ции информационных технологий. Первые компьютеры 50-х годов -большие, громоздкие и дорогие - предназначались для очень неболь­шого числа пользователей. Они не были предназначены для интерак­тивной работы, а использоватись в режиме пакетной обработки.

В начале 70-х годов с появлением больших интегральных схем стали появляться персональные компьютеры. Именно в этот момент возникла потребность в передаче информации от одного компьютера другому. Так появились первые информационные сети. Вначале для соединения компьютеров использовались нестандартные устройства со своим способом представления данных на линиях связи, своими типами кабелей и т.д.

В середине 80-х годов были утверждены стандартные технологии объединения компьютеров в сеть. Стандартные сетевые технологии сильно облегчили процесс построения информационной сети. Для ее создания достаточно было приобрести сетевые адаптеры соответству­ющего стандарта, стандартный кабель и присоединить адаптер к кабе­лю стандартными разъемами.

Данный курс предназначен для студентов, заинтересованных в по­дробном изучении базовых принципов построения современных ин­формационных сетей. Все материалы учебного пособия подготовлены преимущественно для студентов третьего курса специальности «Ин­формационные системы и технологии», но также будут полезны сту­дентам других специальностей.

Способность сети связи сохранять работоспособность в условиях воздействия различных дестабилизирующих факторов называется устойчивостью. Она определяется надежностью, живучестью и помехоустойчивостью сети. Для повышения устойчивости сетей ЕСЭ (см. разд. 4.2) и их адаптации к условиям, возникающим в результате воздействия различных факторов внешней среды, используют различные меры организационно-экономического характера: оптимизацию топологии сетей связи по критериям экономичности и надежности, рациональное размещение сооружений связи на местности с учетом зон возможных разрушений; специальные меры защиты сетей и их элементов от влияния помех; системы резервирования; автоматизированные системы управления, организующие работу по поддержанию их работоспособности в различных условиях, и др. Но основе надежной работы любой сети лежит ее структура.
Далее рассмотрим типовые примеры структуры основных видов существующих инфокоммуникационных сетей.
Наиболее развитую структуру во многих развитых странах мира исторически имеет телефонная сеть, в том числе благодаря своему более чем вековому возрасту и мощной сети телефонных абонентских линий, широко используемых в настоящее время для доставки широкого набора инфокоммуникационных услуг. Городские телефонные сети (ГТС емкостью до 100 тыс. абонентов) имеют радиально-узловую топологию, приведенную на рис. 9.6.
Радиально-узловая топология с узловыми районами, позволяющая разделить потоки входящих и исходящих вызовов между узлами и тем самым повысить использование линий связи, используется при построении телефонных сетей крупных городов (рис. 9.7).
Современные телефонные сети имеют центральное ядро (транспортную сеть), выполненное по кольцевой или многокольцевой топологии (набор колец с поперечными связями). К ним подключаются фрагменты сети, имеющие структуру, как на рис. 9.6 и 9.7.

Сообщений; УВС - узлы входящих сообщений
Краткие характеристики структуры других сетей приведены в табл. 9.5.
Таблица 9.5. Характеристики структуры и возможностей сетей связи

Вид сети	Структура	Особенности
Сеть факсимильной связи	Строится на базе телефонной сети	Обеспечивается документальность сообщения
Телеграфные сети	Радиальноузловая топология	Учитывается административно-территориальное деление страны. Оконечными пунктами телеграфной сети являются либо отделения связи, либо телеграфные абоненты, обладающие соответствующей телеграфной аппаратурой. Телеграфная сеть, являющаяся самой древней и наиболее простой сетью передачи данных, имеет три уровня узловых пунктов: районные, областные и главные
Сеть звукового вещания	Радиальноузловая топология	Осуществляет передачу соответствующих программ по каналам связи. По способу доведения до пользователей различают радиовещание и проводное вещание (по специальным проводным линиям или линиям телефонной связи)

Таблица 9.5 (продолжение)

Вид сети	Структура	Особенности
Сеть телевизионного (ТВ) вещания	Радиальноузловая топология	Используют два основных способа доведения ТВ программ до пользователей: вещание с помощью радиотелевизионных передающих станций (РТПС) - эфирное ТВ и проводное вещание (кабельное ТВ - КТВ, или CATV). Эфирное ТВ вещание подразделяется на наземное и спутниковое (СНТВ) с непосредственным приемом на специализированные приставки, расположенные у абонентов. В настоящее время для ТВ вещания начинают использовать высокоскоростные сети передачи данных (в том числе Интернет и NGN)
Сеть передачи газет	Использует междугородную телефонную сеть	Обеспечивает факсимильную передачу газет с использованием аналоговой аппаратуры «Газета-2», находящейся в эксплуатации несколько десятилетий. Пункты приема газет обычно расположены непосредственно в типографиях, а пункт разветвления каналов находится на центральной междугородной АТС, поскольку для передачи газет используются телефонные каналы
Интернет	Сложная ячеистая топология	Всемирная сеть, состоящая из набора сетей передачи данных, работающих по протоколам TCP/IP, и мультисервисных сетей NGN. Структура позволяет организовывать множество независимых маршрутов между двумя узлами сети. Российский сегмент этой сети часто называют Рунетом. В качестве сети доступа в Интернет часто используют телефонная сеть

Важнейшими сетями передачи массовых сообщений являются сети вещания. Вещание - процесс одновременной передачи различных сообщений общего назначения широкому кругу абонентов с помощью технических средств связи. Организация вещания включает две задачи: подготовку вещательных программ и доведение программ до абонентов (вещательная программа - последовательность передачи во времени различных сообщений). Основными требованиями к сетям вещания являются: охват вещанием всего населения страны, высокое качество передаваемых программ, надежность и экономичность.
В историческом плане все виды электросвязи длительный период развивались независимо друг от друга, в результате чего сформировались различные сети. И хотя существуют определенные предпосылки для объединения сетей - унификация методов преобразования сигналов, необходимость их передачи в совпадающих направлениях, сходство функций систем передачи и коммутации - число типов сетей продолжает оставаться большим. Для сетей электросвязи, составляющих ЕСЭ РФ (см. разд. 4.2), Федеральное агентство по связи определяет порядок их взаимодействия. Операторы связи всех категорий сетей ЕСЭ обязаны создавать системы управления своими сетями связи, соответствующие установленному законодательством РФ порядку их взаимодействия.
Совокупность технических средств ЕС электросвязи РФ образует так называемую первичную сеть (ПС) электросвязи, которая обеспечивает организацию унифицированных каналов и трактов передачи для пользователей и соединения между собой коммутационных станций телефонной сети, маршрутизаторов сети передачи данных и пр. Принцип построения первичной сети показан нарис. 9.8. В соответствии с этим делением ПС состоит из следующих технологически сопряженных частей:

• местные ПС - сети электросвязи, как правило, ограниченые территорией города или сельского района, подразделяются на городские и сельские;
• внутризоновые (зоновые или региональные) ПС междугородные сети электросвязи, образуемые в пределах одного или нескольких субъектов РФ, охватывают территорию зоны нумерации и обеспечивают соединение местных сетей внутри зоны;

Магистральная ПС соединяет зоновые сети и представляет собой междугородные сети электросвязи, образуемые между центрами субъектов РФ.
Оконечными устройствами первичной сети называют технические средства, обеспечивающие образование типовых физических цепей или типовых каналов передачи для предоставления их абонентам вторичных сетей и другим потребителям. В общем виде понятие первичной сети соответствует понятию транспортная сеть.
Ядро транспортной сети (рис. 9.9) составляют различные среды передачи сигналов, а средства электросвязи используют в них весь спектр от сверхнизких частот до частот оптического диапазона. Ближайший к ядру сети транспортный слой составляют линейные тракты, обеспечивающие передачу сигналов электросвязи по различным передающим средам. Линейные тракты и среда передачи образуют линии передачи. Следующий слой - слой трактов и каналов, а также различных технологий разделения каналов (мультиплексирования) при многократном использовании слоев, образующих ядро.
Вторичной сетью связи (ВС) обычно называют совокупность технических средств, обеспечивающих передачу сообщений определенного вида путем использования устройств, присущих именно этой сети, а также технических средств первичной сети. С точки зрения современных принципов классификации сетей ключевым признаком вторичных сетей следует считать то, что они непосредственно связаны с предоставлением тех или иных услуг пользователю. В состав ВС входят оконечные абонентские устройства, абонентские линии (АЛ), коммутационные устройства и каналы, выделенные из ПС для организации данной ВС.
Одна из основных идей, сопутствующих иерархическому представлению первичной сети в виде нескольких независимых уровней, состоит в установлении определенного взаимодействия между соседними уровнями. Это взаимодействие называют отношением клиент - сервер, а смысл его заключается в том, что одна сторона поручает другой выполнение опре-
деленных функций. В данном случае речь идет о последовательном выполнении транспортных функций в цепи передачи информации, когда каждая сторона последовательно выступает сначала как сервер, а потом как клиент.

В моделях, приведенных на рис. 9.10 и 9.11, каждый уровень имеет входы и выходы от смежных уровней, а внутри одного слоя циркулируют сигналы определенного формата. Все это позволяет накладывать стандарты как на электрические составляющие работы сети, так и на организационные элементы взаимодействия. Модель сети, приведенная на рис. 9.7, также может быть представлена в виде иерархических слоев. В современных сетях фрагменты сети доступа и транспортной сети могут находиться в одном кабеле, использовать соседние тракты одной системы передачи, переносить одинаковую информацию и т.д. Единственное и определяющее отличие между ними заключается в том, между какими точками подключения и кем выполняются эти функции.

«Чудны дела твои, Господи!»
Сэмюэл Финли Бриз Морзе
«Каждый хочет, чтобы его информировали честно, беспристрастно, правдиво - и в полном соответствии с его взглядами.»
Гилберт Кит Честертон

Инфокоммуникационные системы и сети являются новой отраслью экономики, от развитости которых зависит комфортность жизни людей. Они необходимы для передачи определенной информации разной природы на конкретные расстояния.

Историческая справка

Инфокоммуникационные системы и сети сначала развивались по отдельности. были связаны с операторами связи, выстраивающими свой бизнес на реализации голосового трафика. Информационные технологии шли по своему пути развития, они были связаны с созданием программного обеспечения.

Появление Интернета

Постепенное развитие цифровых технологий способствовало тому, что для оперативного обмена информацией компьютеры стали объединять в локальные сети. В них начали выделять мощные специализированные машины - серверы, основные ресурсы которых были доступны иным пользователям сети. Подобная ситуация привела к развитию так как выросла потребность в качественных высокоскоростных системах передачи информации.

Возникла необходимость в соединении разрозненных сетей, которые находились на существенном расстоянии друг от друга. Именно так зародился Интернет, который является посредником между сетями. Он объединяет в одну глобальную систему отдельные локальные сети.

Современные тенденции

В настоящее время инфокоммуникационные системы и сети - это обязательный элемент отечественной экономики. Интеграция информационных технологий и телекоммуникаций в одну отрасль инфокоммуникации является общемировой тенденцией. В ближайшее время термин « инфокоммуникационные системы и сети» станет более употребляемым, так как вырастет число компаний и организаций, в которых основу работы будут составлять именно такие технологии.

Полезные сведения

Инфокоммуникационные сети и системы связи являются сложным комплексом разных технических средств, которые обеспечивают передачу разных сообщений на желаемые расстояния с конкретными характеристиками качества.

Их основу составляют многоканальные системы передачи по электрическим кабелям и радиолиниям, которые предназначены для формирования типовых трактов и каналов.

Особенности обучения

Как можно получить специальность «инфокоммуникационные сети и системы связи»? Профессия, связанная с цифровыми устройствами, является в настоящее время особенно востребованной и актуальной. Необходимы специалисты, которые владеют информационными технологиями.

В системе среднего профессионального образования для выпускников созданы ФГОС. «Инфокоммуникационные системы и сети» - направление, выпускники которого могут устраиваться по вакансии «техник».

Обязанности сотрудника

Какие требования выдвигает к специалистам в сфере ИКТ ФГОС? «Инфокоммуникационные сети и системы связи» - это специальность, обладатели которой должны обеспечивать определенную территорию качественной связью, радиовещанием, телевидением. Техник работает с разнообразными каналами связи, что необходимо для жизнедеятельности систем передач.

Современные технологии сопровождения инфокоммуникационных систем и сетей позволяют техникам обеспечивать качественную передачу информации на необходимые расстояния.

Основное место в техническом обеспечении отводится оптической технологии, благодаря которой осуществляется увеличение скорости передачи информации, повышения качества связи.

Важные аспекты

Обучение профессии «многоканальные телекоммуникационные системы» предполагает использование прикладных учебных дисциплин. На лекционных занятиях студенты изучают технологии программного шифрования данных для защиты важной информации. Кроме того, будущие специалисты в данной сфере должны иметь представление об установке и эксплуатации цифровых и кабельных систем передачи информации, знать основы построения инфокоммуникационных систем и сетей. Студенты высших учебных заведений осваивают учебную программу менеджмента организации управленческой работы.

Что умеют выпускники

Специалисты должны производить эксплуатацию телекоммуникационных многоканальных систем. Обязательной является работа по информационной безопасности сетей. Молодые специалисты осуществляют конвергенцию сервисов и технологий систем электрической связи. Техники востребованы в коммерческих и государственных предприятиях. Они осуществляют обслуживание и монтаж кабелей связи, проводят диагностику систем.

Работники занимаются устранением последствий дефектов и аварий оборудования, определяют варианты восстановления их функционирования. На предприятиях такие специалисты занимаются измерением показателей оборудования, производят установку и профессиональное обслуживание единых компьютерных систем. В обязанности сотрудника входят установка, настройка, обслуживание сетевого оборудования.

Техник контролирует работоспособность оборудования сетей, взаимодействует с сетевыми протоколами. Им в профессиональной деятельности используются надежные средства защиты информации.

Среди прочих обязанностей данного специалиста можно отметить:

• анализ работоспособности систем, способных выявлять различные неполадки;
• обеспечение безопасного обслуживания компьютерных систем;
• мониторинг инновационных систем;
• планирование работы;
• осуществление маркетинговых исследований

Профессионалы создают и эксплуатируют системы передачи важной информации, работают на автоматических станциях. Выпускники по направлению «многоканальные телекоммуникационные системы» работают в линейно-аппаратных цехах, центрах связи, радиорелейных цехах.

Телекоммуникации - это все то, что окружает современного человека, используется им ежедневно. Именно информационные технологии являются основным двигателем прогресса. Данная отрасль является одной из наиболее развивающихся отраслей промышленности. Благодаря телекоммуникациям существенно улучшается качество жизни современного человека.

Термин «телекоммуникация» включает в себя два слова: "теле" (с греческого переводится как "далеко"), "коммуникация" (с латыни - "связь"). Таким образом, это способ передачи информации на существенные расстояния с использованием электромагнитных, электронных, информационных, компьютерных, сетевых технологий. К телекоммуникациям причисляют радиосвязь, Интернет, мобильную и спутниковую связь, банкоматы, интернет-магазины, социальные сети. Под технологиями телекоммуникаций понимают принципы организации инновационных цифровых и аналоговых систем и сетей связи, в том числе и Всемирной паутины. Средствами телекоммуникаций считают сумму технических алгоритмов, устройств, программного обеспечения, которые позволяют принимать и передавать информацию посредством электрических и электромагнитных колебаний по радиотехническим, кабельным каналам в разных диапазонах волн.

Телекоммуникационные сети и системы являются пространственно - распределенными системами массового назначения, позволяющими передавать, концентрировать, распределять информацию, изображении, тексты, передавать мультимедийную и аудио информацию, выполнять передачу стереофонических программ, контролировать доставку электронных сообщений, предоставлять услуги всемирной паутины.

Они могут быть локальными, способными охватывать совсем небольшую территорию. Также есть и такие территориальные системы, которые охватывают существенное географическое пространство.

Глобальные сети охватывают существенное мировое пространство.

Для контроля качества подготовки специалистов, которые занимаются обслуживанием и наладкой компьютерных систем, были разработаны образовательные стандарты нового поколения.

Заключение

Выпускники средних профессиональных и высших учебных заведений, обучающиеся по специальности «телекоммуникационные системы и сети» должны в совершенстве владеть сетевыми картами, модемами, сетевыми кабелями, промежуточной аппаратурой. Специальность «телекоммуникации» гарантирует студенту качественную подготовку в сфере электронной техники, устройств передачи важной информации, компьютерных методов проектирования и анализа, программирования, проектирования сетей для передачи существенных потолков информации с существенной скоростью, управления отдельными элементами сети, применения цифровых компьютерных технологий.

Целью изучения дисциплины является формирования знаний о принципах построения ИКС, современных технологиях их реализацией и о задачах, решаемых с помощью таких систем и сетей, а также формирование умений проводить анализ и синтез таких систем. Information and communication technologies(ICT) – подразумевается интеграция классических технологий, базирующихся на ИС с существующими сетями и системами телекоммуникаций.

Понятие инфокоммуникационных технологий часто используется как синоним информационных технологий с акцентом на средство коммуникации. Это понятие включает в себя:

Апппаратные и программные средства ИС;

Телекоммуникационное оборудование;

Телекоммуникационные услуги;

Инфокоммуникационные технологии реализуются с помощью инфокоммуникационных сетей. Согласно закону об информации инфокоммуникационная сеть – это технологическая система предназначенная для передачи информации по линиям связи, а доступ к этой информации осуществляется с использованием средств вычислительной техники.

Инфокоммуникационные системы предназначены для передачи и хранения данных, основной упор при этом делается на передаче данных.

Классификация инфокоммуникационных систем (базируется на классификации компьютерных сетей):

По охвату этой сети территории:

Сети масштаба LAN (Local Area Network)

Сети масштаба MAN (Metropoliten Area Network)

Сети масштаба WAN (World Area Network)

По топологии(описание расположения)

Основные понятия:

Хост(host) – это постоянно подключенное к сети устройство.

Шлюз(gateway) – компьютер или сетевое устройство осуществляющее преобразование протоколов при передаче информации между разными типами сетей. Как правило, шлюзы используются для организации доступа к ресурсам глобальной сети из локальных сетей.

Модель osi

Взаимодействие компьютеров сети описывается понятиями сформированными в эталонной модели взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection), которая разрабатывалась международной организацией стандартизации. В нашей стране модель OSI описана в стандарте ГОСТ РИСО/МЭК 7498-1-99. Модель OSI описывает процедуры обмена данными между компьютерами на различных уровнях и обмен данными между уровнями на одном компьютере.

	Название уровня	Описание функций
	Физический (Physical layer)	Физическая среда, в которой существует канал передачи данных
	Канальный(Data link layer)	Прием и передача пакетов данных, а также определение аппаратных адресов хостов или узлов сети.
	Сетевой (Network layer)	Маршрутизация и ведение учетов при передаче данных.
	Транспортный (Transport layer)	Обеспечение корректной передачи данных.
	Сеансовый (Session layer)	Аутентификация и проверка полномочий.
	Представление данных (Presentation layer)	Интерпретация и сжатие данных.
	Прикладной(Application layer)	Представление услуг на уровне конечного пользования и на уровне конечного приложения.

Физический уровень

Получает пакеты данных от вышележащего канального уровня и преобразует их в электронные сигналы соответствующие 0 и 1 бинарного потока. Эти сигналы посылаются через среду передачи на приемный узел. Механические и электромагнитные свойства среды передачи определяются на физическом уровне и включают в себя:

типы кабелей и разъемов

разводку контактов в разъемах

схему кодирования сигналов для значения 0 и 1

Канальный уровень

Обеспечивает создание, передачу и прием кадров данных. Этот уровень обслуживает запросы вышестоящего сетевого уровня и использует сервис физического уровня для приема и передачи этих кадров данных. канальный уровень делится на 2 подуровня:

подуровень управления логическими каналами (LLC – Logical Layer Control)

подуровень управления доступом к среде (MAC - Media Access Control)

LLC обеспечивает обслуживание сетевого уровня, т. е. данные приходящие с сетевого уровня он формирует в кадры данных.

А MAC – регулирует доступ к физической среде передачи данных

Сетевой уровень

Отвечает за деление хостов на группы. На этом уровне происходит маршрутизация пакетов данных на основе преобразования MAC-адресов в сетевые адреса. Также на сетевом уровне происходит прозрачная передача пакетов данных на вышестоящий уровень.

Транспортный уровень

Делит потоки информации вышележащих уровней на достаточно мелкие фрагменты (пакеты) для передачи их на сетевой уровень

Сеансовый уровень

Отвечает за организацию сеансов обмена данными между хостами

Уровень представления

Отвечает за возможность диалога между приложениями на разных компьютерах. Этот уровень обеспечивает преобразование данных прикладного уровня в поток информации для транспортного уровня.

Прикладной уровень

Отвечает за доступ приложений к сети (перенос файлов, обмен данными, управление ресурсами сети).

Любую сеть электросвязи можно рассматривать как инфокоммуникационную сеть (рис. 9.2), которая является частью упомянутой выше глобальной информационной инфраструктуры.
Рис. 9.2. Структура инфокоммуникационной сети
Основная задача транспортных сетей заключается в переносе информационных потоков между различными объектами (узлами сети). Сети доступа обеспечивают индивидуальную доставку информационных потоков на терминальное оборудование конкретных пользователей, т.е. передачу информации между интерфейсом узла, предоставляющего услуги, и сетевым интерфейсом каждого пользователя. Понятие доступа и сети доступа весьма многозначно и может определять как характеристики сетей или оборудования, так и места подключения средств связи, а также вызов данных из памяти компьютеров и пр. Совокупность транспортных сетей и сетей доступа образуют национальные, региональные или местные инфокоммуникационные сети.
Инфокоммуникационную сеть можно рассматривать как информационную систему, предназначенную для хранения, передачи или обработки данных, наложенную на сеть электросвязи (которая, собственно, и осуществляет передачу данных). Определение информационной системы, данное МОС, приведено в табл. 9.1. В общем виде современная телекоммуникационная сеть (сеть электросвязи) является ядром какой-либо информационной сети, обеспечивающей передачу и некоторые виды обработки данных. Нередко на базе одной телекоммуникационной сети создается целый набор информационных (наложенных) сетей различного назначения, предоставляющих разнообразные услуги. К примеру, сеть Интернет существует поверх как телефонных, так и сетей передачи данных. Основное отличие наложенных сетей от сетей, построенных на основе выделенных каналов связи, заключается в том, что пользователь получает в свое распоряжение некий ресурс сети с определенными характеристиками (например, гарантированной скоростью передачи данных).
Ключевым элементом инфокоммуникационных сетей (как, впрочем, и сетей электросвязи) является терминальное оборудование. Перечень типов используемых терминалов достаточно велик. Простейшим из них является телефонный аппарат, а самым распространенным - компьютер.

Таблица 9.1. Понятия и определения

Термин	Определение
Информационная система	Совокупность объектов, состоящая из одного либо нескольких компьютеров, средств программирования, физических процессов, средств телекоммуникаций и других объектов, образующих автономное целое, способное осуществлять обработку или передачу данных. Информационная система содержит подсистемы аппаратного, программного, информационного, организационного и правового обеспечения
Терминал	Устройство ввода/вывода данных и команд в инфокоммуникационную сеть, взаимодействующее непосредственно с пользователем и преобразующее данные в вид, пригодный для передачи по сетям электросвязи
Интерфейс	Определенная стандартами граница между взаимодействующими объектами или средства этого взаимодействия
Архитектура инфо- коммуникационной сети	Совокупность физических, логических и структурных элементов сети, связей между ними и правил взаимодействия
Физическая топология	Размещение пунктов сети и связывающих их линий в пространстве
Логическая топология	Пути, по которым в сети может быть организовано взаимодействие между источниками и потребителями информации
Оконечный пункт (endpoint) (ОП)	Место, где размещено терминальное оборудование, рабочие системы и информационные ресурсы. Может использоваться для сопряжения различных сегментов сети, а также обеспечивать доступ к сети или к каким-либо службам/услугам сети (соответственно узел доступа и/или сервисный узел). В сервисном узле реализуются интерфейсы пользователь-сеть (User-Network Interface, UNI) для обеспечения доступа пользователей и интерфейс сервисного узла (Service Node Interface, SNI) для взаимодействия с сетью
Канал передачи (transmission circuit)	Комплекс технических средств и среды распространения для передачи сигнала в сети электросвязи между сетевыми станциями, сетевыми узлами или между сетевой станцией и сетевым узлом, а также между сетевой станцией или сетевым узлом и оконечным устройством первичной сети
Типовой канал передачи	Канал, параметры которого соответствуют нормам ЕСЭ РФ. Основным цифровым каналом обычно называют типовой цифровой канал со скоростью передачи сигналов 64 кбит/с. Канал передачи тональной частоты (ТЧ) - типовой аналоговый канал передачи с полосой частот от 300 до 3400 Гц
Линия передачи (transmission line)	Совокупность линейных трактов систем передачи и (или) типовых физических цепей, имеющих общие линейные сооружения, обслуживающие их устройства и одну и ту же среду распространения в пределах действия этих устройств
Абонентская линия передачи (subscriber line)	Линия передачи первичной сети, соединяющая сетевую станцию или сетевой узел и оконечное устройство первичной сети
Соединительная линия (СЛ)	Линия передачи, соединяющая сетевой узел и сетевую станцию. СЛ получают названия в зависимости от первичной сети, к которой она принадлежит: магистральная, внутризоновая, местная
Узловой пункт (node point), или просто узел (node) сети	Пункт сети, в котором сходится две и более СЛ и который является промежуточным на пути следования потоков данных. В узле могут одновременно или раздельно выполняться такие функции, как коммутация, маршрутизация, мультиплексирование или концентрация

Таблица 9.1 (продолжение)

Термин	Определение
Локальная сеть (Local Area Network, LAN)	Сеть, в которой основная часть нагрузки, создаваемой пользователями, замыкается внутри относительно небольшой территории (предприятие, офис, здание, комплекс зданий и т.п.)
T ерриториальная сеть (Metropolitan Area Network, MAN)	Сеть мегаполиса, предназначенная для обслуживания территории крупного населенного пункта или небольшого региона
Крупномасштабная территориальная сеть (Wide Area Network, WAN)	Сеть, предназначенная для объединения сетей типа LAN и MAN, расположенных на территории большого региона, государства, континента и даже разных континентов
Оконечный пункт	Место соединения различных сегментов одной сети и инфокоммуникационных сетей, в котором устанавлено оборудование, выполняющее функции ввода-вы- вода и преобразования соответствующей информации (информационных потоков). Это может быть граничный коммутатор, мультиплексор или так называемый шлюз, используемый для сопряжения сетей, базирующихся на разных телекоммуникационных технологиях
Транзит	Соединение одноименных каналов передачи или трактов, обеспечивающее прохождение сигналов электросвязи без изменения полосы частот или скорости передачи
Логическая структура инфокоммуникационной сети	Состав сетевых служб и связей между ними. В ее рамках решаются все задачи обслуживания пользователей сети от обеспечения взаимодействия терминалов и организации передачи информации до преобразования форматов и кодов, в которых она представлена
Групповой тракт (group link) (ГТ)	Комплекс технических средств системы передачи, предназначенный для передачи сигналов электросвязи или основных цифровых каналов и который в зависимости от нормализованного числа каналов называют первичным, вторичным, третичным, четверичным или N-м групповым трактом. Тракт групповой типовой - групповой тракт, структура и параметры которого соответствуют нормам ЕСЭ РФ
Асинхронный, или старт-стопный способ передачи данных	Информация передается и принимается через нерегулярные интервалы времени с передачей приемнику сообщений, позволяющих определить, когда начинаются и заканчиваются биты данных. Используется для относительно низкоскоростных каналов передачи и автономного оборудования
Синхронный (или изохронный) способ передачи	Применяется в скоростных каналах и базируется на пересылке синхронизующего тактового сигнала по отдельному каналу или путем совмещения его с передаваемыми данными
Протокол передачи данных	Определяет последовательность синхроимпульсов, размер блоков данных, служебных знаков и т.д. и оговаривает правила безошибочной передачи данных
Быстрая коммутация пакетов (Fast Packet Switching, FPS)	Цифровая технология с использованием единого формата пакетов фиксированной длины для разных видов информации (данных, речи и видео). Выполнение всех функций коммутации и маршрутизации реализуется только аппаратным путем. При этом удается сохранить в распределенных сетях экономичность и надежность коммутации пакетов и высокую пропускную способность коммутации каналов

Терминал обеспечивает интерфейс пользователя с инфокоммуникационной сетью или с информационной системой, которая используется для передачи.

Информационную систему, которая создана в одном устройстве либо группе устройств, установленных в одном месте, называют одноточечной. Многоточечная система образуется на множестве взаимосвязанных устройств, установленных территориально в различных местах. Любая многоточечная система (которая не может быть создана без соответствующей сети связи) и образует инфокоммуникационную сеть. Организацию, занимающуюся синтезом информационных систем, назвавают интегратором.
Рассмотрим различные архитектурные аспекты построения инфокоммуникационной сети. Архитектура отображается в виде моделей, для описания которых иногда употребляется выражение топологическая структура, или топология. Различают физическую и логическую топологию сети. Выбор топологии сети - это первая задача, решаемая ее разработчиками с учетом требований к экономичности и надежности связи. Топология любой реальной сети состоит из набора базовых топологий, которые обсуждаются ниже.
«Точка-точка» - это простейшая топология (рис. 9.3, а), непосредственно связывающая (физически и логически) два пункта. Низкую надежность такой сети (например, в случае обрыва кабеля) можно повысить за счет резервной связи, называемой «защитой 1 + 1» (показано пунктиром) и обеспечивающей 100%-ное резервирование. При выходе из строя основной линии связи сеть автоматически переключается на резервную. Этот же тип резервирования используется при передаче больших объемов информации по скоростным магистральным каналам и в сетях других топологий.

Рис. 9.3. Примеры топологий: а - «точка-точка»; б - древовидная; в - радиально-узловая; г - кольцевая; д - двойное кольцо; е - полносвязная топология; ж- ячеистая

Топология «дерево» (рис. 9.3, б) наиболее экономична, поскольку имеет наименьшее число соединительных линий (CJI), связывающих все пункты, при этом число CJI на физическом уровне на 1 меньше числа пунктов. На логическом уровне всегда есть единственный путь передачи информации между каждой парой пунктов. Разновидностью древовидной является радиально-узловая топология (рис. 9.3, в).
В сети, построенной на основе кольцевой топологии, к каждому пункту подсоединены только две линии (рис. 9.3, г). Кольцевая топология широко используется в различных сетях, так как число CJI на физическом уровне равно числу связанных ими пунктов, что дает сравнительно невысокую стоимость сети. На логическом уровне между каждой парой пунктов может быть организовано два независимых пути в разные стороны (прямой и альтернативный), что повышает надежность связи, особенно при организации резервирования по схеме «1 + 1» («двойное кольцо»), как показано на рис. 9.3, д.
Полносвязная топология (рис. 9.3, е) обеспечивает физическое и логическое соединение пунктов по принципу «каждый с каждым». При числе пунктов N число CJI составляет N(N - 1)/2, что говорит о весьма высокой стоимости сети. Зато число независимых путей между каждой парой пунктов, равное N - 1, дает возможность организовать большое число обходных путей на логическом уровне и соответственно обеспечить максимальную надежность связи без дополнительного резервирования. На практике сети на базе подобной топологии применяются для связи важнейших пунктов при относительно небольшом их числе.
Ячеистая топология (рис. 9.3, ж) напоминает ячейки сети или набор кольцевых топологий. В ней каждый пункт имеет непосредственную связь с небольшим числом соседних пунктов. При большом числе пунктов N число СЛ приблизительно равно RN/2, где R - среднее количество CJI, подходящих к каждому пункту. Подобные сети обладают высокой надежностью при меньшем числе CJI по сравнению с полносвязанной топологией. Обычно эту топологию применяют там, где по сети необходимо пропускать значительную нагрузку.
Структурные компоненты сети (сегменты) любой топологии обычно классифицируются по их масштабности, выполняемым функциям и используемой телекоммуникационной технологии. Классификация сетей по масштабному принципу дана на рис. 9.4, а соответствующие определения - в табл. 9.1. Как правило, сеть может быть разбита наряд сегментов меньшего масштаба. Связность сегментов на любом уровне осуществляется посредством магистралей (магистральных каналов). Объединение оконечных пунктов внутри сегмента и реализация магистральных сегментов осуществляются путем использования общей коммуникационной среды или образования сетевых узлов.

Уровень
магистральных сетей
Уровень сетей городского масштаба
Уровень
локальных сетей

Сеть (сегмент сети), построенная как связующая магистраль, вне зависимости от используемой в ней топологии называется опорной сетью (back-bone network). Совокупность опорных сетей разных уровней обеспечивает иерархическую связность распределенной сети. Опорную сеть верхнего уровня принято называть транспортной сетью. Сетью доступа называют сегмент или совокупность сегментов, образующих тракты, по которым террито
риально рассредоточенные пункты инфокоммуникационной сети взаимодействуют с узлом доступа к транспортной сети. Сегмент сети, через который терминалы пользователей взаимодействуют с сервисным узлом, называют сетью абонентского доступа. Доступ отдельных терминалов (групп терминалов) пользователей к каким-либо информационным системам или ресурсам через совокупность сегментов сети, называют удаленным доступом.
С точки зрения функционирования транспортные сети и сети доступа могут рассматриваться как самостоятельные структурные компоненты (см. рис. 9.2). Функциональная модель описывает сеть на логическом уровне и отображает взаимосвязь сетевых функций. Функции подразумевают ту или иную задачу, решаемую каким-либо элементом сети, и при физической реализации могут быть сгруппированы в отдельные подсистемы - логические модули. Основные типы сетевых функций представлены в табл. 9.2.
Таблица 9.2. Сетевые функции
Логические интерфейсы определяют порядок взаимодействия функций сети связи. Логический интерфейс между функциями одного типа называют протоколом.
Любая инфокоммуникационная сеть обладает технической системой управления, которая в общем виде имеет четыре иерархических уровня управления, компетенции которых показаны в табл. 9.3.
Таблица 9.3. Уровни системы управления сетями связи

Уровень	Компетенции
Административный, или уровень управления коммерческой сферой функционирования сети	Наивысший в иерархии, выполняет организационно-финансовые функции управления, включая управление затратами, доходами и другими финансовыми вопросами
Управления услугами	Обеспечивает удаление и добавление новых услуг, перераспределение их между пользователями и т.д. Во взаимодействии с уровнем сетевого управления можно осуществлять мониторинг качества предоставления услуги, изменять показатели качества и оперативно реагировать на их деградацию
Сетевого управления	Позволяет производить операции над всей сетью/сетями в целом, анализирует их состояние и выполеяет сбор и обработку статистических показателей работы, включая учет оборудования и коммуникаций, их состояние, технические параметры и т.д.
Управления элементами	Воздействует лишь на конкретные элементы сети и обеспечивает возможность реконфигурации, а именно: включение элемента в работу, его мониторинг, определение другой маршрут, установку новых системных параметры, адресов связи и т.д. Одновременно устраняются сбои, отображаются параметры работы, выполняется управление безопасностью (административные пароли и пр.), техническое обслуживание и тестирование

Таким образом, устройство сети в целом составляет ее структуру, под которой понимают отдельные элементы, их функции и принципы объединения в отдельные структурные компоненты - подсети, образующие сегменты инфокоммуникационной сети в соответствии с их назначением. В общем случае элементами любой сети являются пункты и соединяющие их линии связи. Пункты подразделяются на оконечные и узловые. Линии связи обеспечивают передачу информационных потоков в виде сигналов и в общем случае представляют собой сооружения, среду распространения сигналов (кабели, провода и пр.) и комплекс оборудования, позволяющий использовать линии в режиме разделения на каналы передачи. В зависимости от типа среды линии связи принято подразделять на проводные (кабельные) и беспроводные (радиолинии).
В общем виде канал электросвязи - это путь прохождения сигналов, образованный последовательно соединенными каналами и линиями вторичной сети при помощи станций и узлов вторичной сети и обеспечивающий при подключении его к абонентским оконечным устройствам (терминалам) передачу сообщения от источника к получателю (получателям). Каналу электросвязи присваивают названия в зависимости от вида сети связи, например, телефонный, телеграфный или канал передачи данных. По территориальному признаку каналы электросвязи разделяют на междугородные, зоновые и местные.
Канал передачи называют аналоговым или цифровым в зависимости от методов передачи сигналов. Канал передачи, в котором на разных его участках используют аналоговые или цифровые методы передачи сигналов, называют смешанным. При наличии транзитов канал называют составным, при отсутствии транзитов - простым. При наличии в составном канале участков, организованных как в кабельных системах передачи, так и в радиорелейных, канал называется комбинированным. Цифровой канал в зависимости от скорости передачи сигналов называют основным, первичным, вторичным, третичным, четверичным.
Линии передачи называют в зависимости от вида первичной сети, к которой она принадлежит (магистральная, внутризоновая, местная), а также среды распространения (например, кабельная, радиорелейная, спутниковая). Линию передачи, представляющую собой последовательное соединение разных по среде распространения линий передачи, называют комбинированной.
Линейные тракты формируются на основе групповых трактов. Тракт сетевой - несколько последовательно соединенных типовых групповых трактов с включенной на входе и выходе аппаратурой образования тракта. При наличии транзитов того же порядка, что и данный сетевой тракт, он называется составным, при отсутствии таких транзитов - простым. При наличии в составном сетевом тракте участков, организованных как в кабельных, так и в радиорелейных системах передачи, тракт называется комбинированным. В зависимости от метода передачи сигналов тракту присваивается название аналоговый или цифровой.
Важнейшей частью первичной сети (транспортных сетей) являются системы передачи, в которых используются два основных способа (технологии) передачи сигналов электросвязи: синхронный и асинхронный (табл. 9.4).
В первом приближении процесс передачи информации по инфокоммуникционным сетям относительно прост и логичен: вначале нужно определить, где находится получатель информации, затем организовать до него канал связи, по которому и направить информационный поток наиболее экономичным способом. Эту процедуру помогают осуществить каналы и другие элементы инфокоммуникационной сети, выполняющие приведенные в табл. 9.4 функции (см. разд. 9.4).
В общем случае протокол передачи данных определяет, кроме синхронизации, элементы, представленные в табл. 9.5.

Таблица 9.4. Функции элементов инфокоммуникационной системы

Функция	Поясненне
Маршрутизация (routing)	Процедура поиска пути между двумя пунктами сети на основе адресной информации, включающей базы данных адресов/номеров, таблицы трасс маршрутов и алгоритмы поиска адресов/номеров
Коммутация (switching)	Процесс установления связи между сходящимися в узле линиями при распределении в сети информационных потоков в соответствии со схемой маршрутизации. Этот процесс заключается в установлении соединения, поддержании его во время передачи информации и последующем рассоединении. Часто сети называют по типу коммутации (пакетная или канальная)
Концентрация (consentration)	Объединение нескольких информационных потоков с целью получения более мощного информационного потока для более эффективного использования линии/канала связи
Мультиплексир ование (multiplexing)	Передача нескольких информационных потоков по одной линии путем закрепления за каждым из них фиксированной части ресурса пропускной способности этой линии
Коммутация каналов (channel switching)	Процесс поиска и соединения электрических цепей, при котором создается сквозное соединение между входом и выходом системы связи, а затем по нему в реальном времени производится информационный обмен, причем вызовы, поступающие при занятости всех путей соединения, как правило, теряются
Синхронизация	Механизм распознавания начала блока данных и его конца, а также последовательность сигналов подтверждения связи, устанавливаемой между компьютерами или другими устройствами. В общем виде - процедура установления и поддержания определенных временных соотношений между двумя и более процессами. Различают поэлементную, групповую и цикловую синхронизацию

Таблица 9.5. Содержание протокола передачи данных

Элемент	Функции
Управление потоком данных	Механизм распределения и синхронизации информационных потоков, который является средством согласования темпа передачи данных с возможностями приемника. Хотя битовые скорости приемников и передатчиков всегда должны совпадать, возможны ситуации, когда передатчик передает информацию в темпе, не приемлемом для приемника. При этом входной буфер приемника (где накапливается входящий поток информации) переполняется, и часть передаваемой информации теряется. Средства управления потоком позволяют приемнику подать передатчику сигнал на приостановку или продолжение передачи. Эти средства требуют наличия обратного канала передачи (от приемника к передатчику)
Методы восстановления	Механизм возврата к определенному положению для повторной передачи информации
Разрешение доступа	Контроль и управление ограничениями доступа к данным
Режим передачи	Определяет способ коммуникаций между двумя узлами. Симплексный режим позволяет передавать данные только в одном направлении, передающий узел полностью занимает канал. В телекоммуникациях такой режим практически не используется - он не позволяет отправителю информации получать подтверждение о ее приеме, что необходимо для обеспечения нормальной связи. Полудуплексный режим допускает двустороннюю передачу, но в каждый момент времени только в одном направлении. Для смены направления требуется подача специального сигнала и получение подтверждения. Полнодуплексный режим допускает одновременную передачу сразу в двух направлениях. При этом передача в одном направлении занимает только часть канала. Дуплексный режим может быть симметричным (полоса пропускания канала в обоих направлениях одинакова) и несимметричным (пропускная способность в одном направлении значительно больше, чем в противоположном)