МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
МНОГОПРОФИЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
профессионального модуля
ПМ.02 Разработка и администрирование баз данных
междисциплинарного курса
МДК.02.01 Инфокоммуникационные системы и сети
Специальность 09.02.03 Программирование в компьютерных системах
Квалификация выпускника – Техник-программист
Форма обучения – Очная
2015 г
 МИНИС
Содержание
Тема 1.1. Основные понятия и определения инфокоммуникационных систем и сетей
Введение. Основные понятия информационных сетей.
Модели и структуры информационных систем
Основные типы сетевых топологий.
Технологии передачи и обмена данных в компьютерных сетях
Тема 1.2. Принципы работы в компьютерных сетях
Информационные ресурсы компьютерных сетей.
Основные методы и принципы работы в компьютерных сетях.
Языки программирования для разработки программ, работающих в компьютерных сетях.
Стандарт языка SQL
Тема 1.3 Основы разработки клиент-серверных приложений для работы в компьютерной сети
Основные методы и принципы разработки клиент-серверных приложений для работы в компьютерной сети
Основные методы и принципы разработки клиент-серверных приложений баз данных
Средства Delphi для разработки приложений БД
Текст конспекта лекций
Тема 1.1. Основные понятия и определения инфокоммуникационных систем и сетей
Введение. Основные понятия информационных сетей
Система(от греческого systema — целое, составленное из частей соединение) — это совокупность элементов, взаимодействующих друг с другом, образующих определенную целостность, единство. Приведем некоторые понятия, часто использующиеся для характеристики системы.
1. Элемент системы — часть системы, имеющая определенное функциональное назначение. Сложные элементы систем, в свою очередь состоящие из более простых взаимосвязанных элементов, часто называют подсистемами.
2. Организация системы — внутренняя упорядоченность, согласованность взаимодействия элементов системы, проявляющаяся, в частности, в ограничении разнообразия состояний элементов в рамках системы.
3. Структура системы — состав, порядок и принципы взаимодействия элементов системы, определяющие основные свойства системы. Если отдельные элементы системы разнесены по разным уровням и внутренние связи между элементами организованы только от вышестоящих к нижестоящим уровням и наоборот, то говорят обиерархической структуре системы. Чисто иерархические структуры встречаются практически редко, поэтому, несколько рас ширяя это понятие, под иерархической структурой обычно понимают и такие структуры, где среди прочих связей иерархические связи имеют главенствующее значение.
4. Архитектура системы — совокупность свойств системы, существенных для пользователя.
5. Целостность системы — принципиальная несводимость свойств системы к сумме свойств отдельных ее элементов (эмерджентность свойств) и, в то же время, зависимость свойств каждого элемента от его места и функции внутри системы.
Информационная система — взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели»
В Федеральном законе «Об информации, информатизации и защите информации» дается следующее определение:
«Информационная система — организационно упорядоченная совокупность документов (массивов документов) и информационных технологий, в том числе с использованием средств вычислительной техники и связи, реализующих информационные процессы»
Классификация по масштабу
По масштабу информационные системы подразделяются на следующие группы:
· одиночные;
· групповые;
· корпоративные.
Одиночные информационные системы реализуются, как правило, на автономном персональном компьютере (сеть не используется). Такая система может содержать несколько простых приложений, связанных общим информационным фондом, и рассчитана на работу одного пользователя или группы пользователей, разделяющих по времени одно рабочее место. Подобные приложения создайся с помощью так называемых настольных или локальных систем управления базами данных (СУБД). Среди локальных СУБД наиболее известными являются Clarion, Clipper, FoxPro, Paradox, dBase и Microsoft Access.
Групповые информационные системы ориентированы на коллективное использование информации членами рабочей группы и чаще всего строятся на базе локальной вычислительной сети. При разработке таких приложений используются серверы баз данных (Называемые также SQL-серверами) для рабочих групп.Существует довольно большое количество различных SQL-серверов, как коммерческих, так и свободно распространяемых. Среди них наиболее известны такие серверы баз данных, как Oracle, DB2, Microsoft SQL Server, InterBase, Sybase, Informix.
Корпоративные информационные системы являются развитием систем для рабочих групп, они ориентированы на крупные компании и могут поддерживать территориально разнесенные узлы или сети. В основном они имеют иерархическую структуру из нескольких уровней. Для таких систем характерна архитектура клиент-сервер со специализацией серверов или же многоуровневая архитектура. При разработке таких систем могут использоваться те же серверы баз данных, что и при разработке групповых информационных систем. Однако в крупных информационных системах наибольшее распространение получили серверы Oracle, DB2 и Microsoft SQL Server.
Для групповых и корпоративных систем существенно повышаются требования к надежности функционирования и сохранности данных. Эти свойства обеспечиваются поддержкой целостности данных, ссылок и транзакций в серверах баз.
Классификация по сфере применения
По сфере применения информационные системы обычно подразделяются на четыре группы:
· системы обработки транзакций;
· системы принятия решений;
· информационно-справочные системы;
· офисные информационные системы.
Системы обработки транзакций, в свою очередь, по оперативности обработки данных, разделяются на пакетные информационные системы и оперативные информационные системы. В информационных системах организационного управлений преобладает режим оперативной обработки транзакций, для отраженияактуального состояния предметной области в любой момент времени, а пакетная обработка занимает весьма ограниченную часть.
Системы поддержки принятия решений — DSS (Decision Support Systeq) — представляют собой другой тип информационных систем, в которых с помощью довольно сложных запросов производится отбор и анализ данных в различных разрезах: временных, географических и по другим показателям.
Обширный класс информационно-справочных систем основан на гипертекстовых документах и мультимедиа. Наибольшее развитие такие информационные системы получили в сети Интернет.
Класс офисных информационных систем нацелен на перевод бумажных документов в электронный вид, автоматизацию делопроизводства и управление документооборотом.
Классификация по способу организации
По способу организации групповые и корпоративные информационные системы подразделяются на следующие классы:
· системы на основе архитектуры файл-сервер;
· системы на основе архитектуры клиент-сервер;
· системы на основе многоуровневой архитектуры;
· системы на основе Интернет/интранет - технологий.
В любой информационной системе можно выделить необходимые функциональные компоненты, которые помогают понять ограничения различных архитектур информационных систем.
Архитектура файл-сервер только извлекает данные из файлов так, что дополнительные пользователи и приложения добавляют лишь незначительную нагрузку на центральный процессор. Каждый новый клиент добавляет вычислительную мощность к сети.
Архитектура клиент-сервер предназначена для разрешения проблем файл-серверных приложений путем разделения компонентов приложения и размещения их там, где они будут функционировать наиболее эффективно. Особенностью архитектуры клиент-сервер является использование выделенных серверов баз данных, понимающих запросы на языке структурированных запросов SQL (Structured Query Language) и выполняющих поиск, сортировку и агрегирование информации.
В настоящее время архитектура клиент-сервер получила признание и широкое распространение как способ организации приложений для рабочих групп и информационных систем корпоративного уровня. Подобная организация работы повышает эффективность выполнения приложений за счет использования возможностей сервера БД, разгрузки сети и обеспечения контроля целостности данных.
Многоуровневая архитектура стала развитием архитектуры клиент-сервер и в своей классической форме состоит из трех уровней:
·нижний уровень представляет собой приложения клиентов, имеющие программный интерфейс для вызова приложения на среднем уровне;
· средний уровень представляет собой сервер приложений;
· верхний уровень представляет собой удаленный специализированный сервер базы данных.
Трехуровневая архитектура позволяет еще больше сбалансировать нагрузку на разные узлы и сеть, а также способствует специализации инструментов для разработки приложений и устраняет недостатки двухуровневой модели клиент-сервер.
В развитии технологии Интернет/интранет основной акцент пока что делается на разработке инструментальных программных средств. В то же время наблюдается отсутствие развитых средств разработки приложений, работающих с базами данных. Компромиссным решением для создания удобных и простых в использовании и сопровождении информационных систем, эффективно работающих с базами данных, стало объединение Интернет/интранет-технологии с многоуровневой архитектурой. При этом структура информационного приложения приобретает следующий вид: браузер — сервер приложений — сервер баз данных — сервер динамических страниц — web-сервер.
По характеру хранимой информации БД делятся на фактографические и документальные. Если проводить аналогию с описанными выше примерами информационных хранилищ, то фактографические БД — это картотеки, а документальные — это архивы. В фактографических БД хранится краткая информация в строго определенном формате. В документальных БД — всевозможные документы. Причем это могут быть не только текстовые документы, но и графика, видео и звук (мультимедиа).
Автоматизированная система управления (АСУ) - это комплекс технических и программных средств, совместно с организационными структурами (отдельными людьми пли коллективом), обеспечивающий управление объектом (комплексом) в производственной, научной или общественной среде.
Выделяют информационные системы управления образования (Например, кадры, абитуриент, студент, библиотечные программы). Автоматизированные системы для научных исследований (АСНИ), представляющие собой программно-аппаратные комплексы, обрабатывающие данные, поступающие от различного рода экспериментальных установок и измерительных приборов, и на основе их анализа облегчающие обнаружение новых эффектов и закономерностей. Системы автоматизированного проектирования и геоинформационные системы.
Систему искусственного интеллекта, построенную на основе высококачественных специальных знании о некоторой предметной области (полученных от экспертов - специалистов этой области), называют экспертной системой. Экспертные системы - один из немногих видов систем искусственного интеллекта - получили широкое распространение, и нашли практическое применение. Существуют экспертные системы по военному делу, геологии, инженерному делу, информатике, космической технике, математике, медицине, метеорологии, промышленности, сельскому хозяйству, управлению, физике, химии, электронике, юриспруденции и т.д. И только то, что экспертные системы остаются весьма сложными, дорогими, а главное, узкоспециализированными программами, сдерживает их еще более широкое распространение.
Экспертные системы (ЭС) - это компьютерные программы, созданные для выполнения тех видов деятельности, которые под силу человеку-эксперту. Они работают таким образом, что имитируют образ действий человека-эксперта, и существенно отличаются от точных, хорошо аргументированных алгоритмов и не похожи на математические процедуры большинства традиционных разработок.
Информация – совокупность фактов, явлений, событий, представляющих интерес и подлежащих регистрации и обработке.
В рассматриваемом примере всегда существует два партнёра: источник и потребитель информации. Во взаимодействии между ними рождается информация. В зависимости от области знаний различают:
· научную;
· пакетную;
техническую и другие виды информации.
Информация, представленная в виде, удобном для обработки, называется данными.
Важное значение имеет многомерное представление данных – технология представления данных для оперативной аналитической обработки. Для этой цели используются многомерные БД. Благодаря этому происходит быстрый ответ на сложный запрос, включающий множество элементов различного типа.
Формат – определённая структура информационного объекта, подвергаемого обработке. Он определяет способ расположения и представления данных в разнообразных объектах: таблицах, БД, принтерах, блоках данных и т.д.
Существует несколько форм представления информации:
· символьная;
· текстовая (используются образующие текст символы, но расположенные в определённом порядке);
· графическая.
Сообщения – это набор данных, объединённых смысловым содержанием и пригодных для обработки и передачи. Различают текстовые сообщения; речевые; сообщения, содержащие изображения. Также широко используются специальные сообщения, направляемые между объектами для управления сетью (сообщения об ошибках, отказах, неисправностях). Сообщения пересылаются между пользователями сети или прикладными процессами.
Каждое сообщение состоит из тела и заголовка. Тело содержит передаваемые данные, в заголовке помещаются сведенья, необходимые для передачи.
Сообщения могут иметь практически любой размер. Но перед направлением в коммуникационную сеть они как правило делятся на последовательность блоков данных, именуемых фрагментами данных. Основная цель: уменьшить число возможных ошибок.
Для передачи сообщений создаются специальные сетевые службы. Наибольшее распространение получила сетевая служба MHS/MOTIS.
Схема передачи сообщения тремя блоками данных:
Объект – это предмет, явление или понятие, которое является источником или адресатом информации.
В базовой эталонной модели взаимодействия открытых систем (БЭМВОС) объектами именуют абстрактные либо реальные понятия, осуществляющие друг другу передачу данных (процессы, программы, аппарат и любые другие устройства).
К управляемым объектам относят ресурсы систем и сетей.
В информационных сетях объект является общим термином, определяющим адресуемый элемент, которому предоставляется либо который предоставляет сервис. Объектом может быть прикладной процесс, пользователь, клиент, сервер, функциональный блок (устройство либо программа, выполняющая определённую часть задачи), операционная система, абонентская система и т.д.
Пользователь – это юридическое или физическое лицо, использующее какие-либо ресурсы сети. Самого пользователя либо систему, с которой он работает, называют абонентом информационной сети. Для удобной и эффективной работы пользователь использует интерфейс пользователя, определяющий взаимодействие пользователя с операционной системой или сетью – совокупность аппаратных и программных средств.
Абонент – это объект, имеющий право взаимодействия с системой или сетью. Ими могут быть терминалы, абонентские системы или локальные сети. Что касается пользователей, то они являются физическими, а предприятия или учреждения – юридическими абонентами сети или системы. Абонентами также могут быть программы, сообщения или устройства.
В обеспечении безопасности данных важную роль играет регистрация абонентов.
Возникновение понятия открытости
- разнородность технических средств ВТ с точки зрения организации вычислительного процесса, архитектуры, системы команд, разрядности процессора и… - разнородность программных сред, реализуемых в конкретных вычислительных… - в ряде технических реализаций возможность организации взаимодействия с другими аппаратно-программными средствами…
Понятие открытой системы
Национальный институт стандартизации и технологий США (NIST) определяет открытую систему следующим образом: "Открытая система - это система,… Институт электро- и радиоинженеров США (IEEE) сформулировал определение так:
… "Открытая система - это исчерпывающая и последовательная совокупность международных стандартов в области…
Цель создания
В различных областях проектирования и производства технологические нововведения зарождаются и приобретают значение в процессе изменения масштабов создаваемых объектов. При этом основную роль часто играют не физические масштабы объектов, но масштабы сложности их функционирования и разработки. В современных условиях технические и технологические объекты, например, энергетические комплексы и сети, объекты инфраструктуры больших городов, аэрокосмические объекты и комплексы, имеют такие масштабы сложности функционирования и разработки, что их разработка и эксплуатация невозможна без специальных информационных систем.
В современных условиях тенденции усложнения и интеграции информационных систем, обслуживающих сложные технические и технологические объекты, значительно увеличили трудоемкость их создания. Несмотря на совершенствование методов и средств программной инженерии, направленных на повышение производительности труда программистов, создание баз данных и программных средств больших информационных систем требует многих человеко-лет по объему трудозатрат, а значит длительных календарных сроков. Некоторым выходом из трудного положения было бы использование стандартных программных модулей при построении больших информационных систем. Возникла проблема разработки функционально законченных программных средств, баз данных и их компонентов, потенциально готовых к многократному применению в различной внешней операционной среде, т.е. при использовании различных операционных систем.
Унификация всегда требует некоторых ресурсов, которые в данном случае выражались в дополнительной трудоемкости создания мобильных (переносимых с одной платформы на другую) программ и данных, а также увеличению ресурсов ИВС для их реализации.
Сохранение и развитие довольно широкого спектра архитектур компьютеров и ИВС, естественно привело к повторному использованию компонентов программного обеспечения не только на однотипных ИВС (однотипных платформах), но и к разработке программных средств и баз данных, переносимых на различные аппаратные и операционные платформы. Концепция открытых систем определяла для открытых информационных систем некоторые принципы создания набора или профиля стандартов для ИВС и операционных систем, обеспечивающих переносимость программ и данных.
В настоящее время информационные системы характеризуются следующими особенностями:
резко возросли масштабы и размерность функционально законченных программных средств, накоплено, распространяется и применяется огромное количество программных компонентов, пакетов прикладных программ и информационных массивов баз данных, готовых к использованию в различных приложениях и сочетаниях;
трудоемкость создания комплексов программных средств и баз данных зачастую измеряется сотнями человеко-лет, а длительность их жизненного цикла достигает всего нескольких лет;
многие сложные программные средства информационных систем развиваются длительное время и применяются у пользователей в нескольких версиях, существенно различающихся функциональными характеристиками и качеством;
для обеспечения мобильности и переносимости прикладных программных средств и информационных систем в целом с одних компьютерных платформ на другие начинает применяться стандартизация их структуры и интерфейсов их компонент с операционной и внешней средой.
Таким образом, выделились две технологические проблемы, которые требовали решения в концепции создания открытых информационных систем:
создание программных компонентов и баз данных, которые рентабельно повторно применять или переносить на различные платформы,
проблема создания ИВС, которые можно использовать в качестве платформы для различных информационных систем.
Идеология и стандарты открытых систем, направленные на реализацию принципов модульного построения программных средств информационных систем, позволяют более рационально определять структуру программных средств и распределение функций между их компонентами, значительно повышая тем самым эффективность. Такой подход опирается на высокую производительность современных ИВС, определяемый быстрым прогрессом элементной базы.
2. Модели и структуры информационных систем
Локальная вычислительная сеть (ЛВС) - система распределенной обработки данных, охватывающая небольшую территорию (диаметром до 10 км) внутри учреждений, НИИ, вузов, банков, офисов и т. д. Каналы такой сети имеют высокое качество связи и принадлежат одной организации.
Применяются две архитектуры сетей:
- архитектура «клиент-сервер» (позволяет эффективно использовать ресурсы сетей). В такой сети выделяется один или несколько управляющих и обслуживающих узлов, остальные узлы являются терминальными.
По функциональности выделяются: файловый сервер, сервер печати, коммуникационный сервер, сервер приложений, сервер базы данных.
- одно ранговая архитектура предполагает взаимодействие равноправных абонентских систем, где каждый узел может выполнять функции и клиента, и сервера. Проблема одно ранговых сетей - их безопасность, так как отсутствуют средства обеспечения безопасности в масштабе сети. При этом отдельные ресурсы отдельных компьютеров могут быть защищены системой паролей, и только те пользователи, которые знают пароль, могут получить доступ к ресурсам. Этот тип сети может быть работоспособным в малых сетях, но также требует, чтобы пользователи знали и помнили различные пароли для каждого разделенного ресурса в сети. С ростом количества пользователей и ресурсов одно ранговая сеть становится неработоспособной. Это происходит не потому, что сеть не может функционировать правильно, а потому, что пользователи не в состоянии справиться со сложностью сети.
В зависимости от используемых физических средств соединения выделяются: проводные и беспроводные локальные сети.
Территориальная сеть - это сеть, системы которой расположены в различных географических точках. Она охватывает большое пространство (от района до группы стран). Характерной особенностью является применение протяжённых широкополосных каналов, большого числа узлов коммутации или спутников связи.
Она должна удовлетворять следующим основным требованиям:
- включать большое число абонентских систем (до нескольких тысяч);
- покрывать большой географический район;
- обеспечивать широковещание и доставку сообщений группам и отдельным адресатам;
- иметь высокую пропускную способность (до десятков Гбит/с);
- обладать большой надёжностью в работе;
- гарантировать безопасность данных;
- передавать разнообразные виды данных: тексты, звук, изображения.
Глобальная сеть - это сеть, абонентские системы которой расположены в разных странах. Они были созданы, как объединение территориальных сетей.
Глобальную сеть, состоящую из группы взаимодействующих территориальных сетей, называют также метасетью, например: сеть Internet. Создание глобальных сетей привело к появлению архитектуры компьютер-сеть, в которой простые и высокоэффективные сетевые компьютеры стали компонентами этих сетей и предназначены для использования их больших возможностей. Абонентские системы, построенные на этих компьютерах, позволили их обладателям интегрироваться в мировую информационную инфраструктуру.
Виртуальная сеть - это сеть, характеристики которой в основном определяются её программным обеспечением.
Виртуальная сеть должна обеспечивать:
- работу оперативных изолированных от других пользователей рабочих групп. Рабочая группа - это совокупность пользователей, имеющих общие ресурсы и права использования этих ресурсов, создается в сети для выполнения определенного комплекса задач;
- процедуры перемещения, удаления объектов сети, возможность смены ролей, чтобы клиент, когда это необходимо, мог выступать в роли сервера;
- возможность обеспечения безопасности данных путём локализации трафика в рамках изолированной группы.
Для этого в коммуникационной сети устанавливается интеллектуальное устройство (узлы коммутации, концентраторы, мосты и т.д.), которое в соответствии с указаниями административной системы соединяет друг с другом логические каналы, образуя закрытую для других абонентов локальную сеть.
Основные типы сетевых топологий
Топология коммуникационной сети определяет схему размещения линий связи и коммутаторов (это может быть, например, кольцо или решетка). Топологию сетей принято изображать в виде графов, в которых дуги соответствуют линиям связи, а узлы - коммутаторам. С каждым узлом в сети (или в соответствующем графе) связан определенный набор линий связи.
Классификация сетей по топологии (конфигурации элементов в сети):
- широковещательные;
- последовательные.
В широковещательных конфигурациях каждая абонентская система передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными системами. К таким конфигурациям относят:
1) общая шина позволяет значительно упростить логическую и программную структуру сети, снизить расход кабеля;
2) дерево представляет собой более развитый вариант конфигурации типа общая шина. Дерево образуется путем соединения нескольких шин активными повторителями или сетевыми концентраторами («хабами»). Оно обладает необходимой гибкостью для того, чтобы охватить средствами сети несколько зданий на определенной территории. При наличии активных повторителей отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных. В случае отказа повторителя дерево разделяется на два поддерева или на две шины;
3) звезда, которую можно рассматривать как дерево, имеющее корень с ответвлениями к каждому подключенному устройству. В центре звезды может находиться пассивный соединитель или хаб - достаточно простые и надежные устройства. Звездообразные сети менее надежны, чем шина или дерево, но они могут быть защищены от нарушений в кабеле с помощью центрального реле, которое отключает вышедшие из строя кабельные лучи. Такая звезда требует большого количества кабеля.
В последовательной конфигурации осуществляется маршрутизация информации, передача данных производится последовательно от одной станции к соседней, причем на различных участках сети могут использоваться различные виды физической передающей среды.
Наиболее распространенные последовательные конфигурации:
1) произвольная - все устройства соединены непосредственно. Каждая линия может использовать в себе различные методы передачи. Такой способ соединения устройств вполне удовлетворителен для сетей с ограниченным числом соединений. Преимущество данного типа - простота. Однако он имеет высокую стоимость, большое число каналов связи и необходимость маршрутизации информации;
2) иерархическая промежуточные узлы работают по принципу: “накопи и передай”. Преимущества данного метода - оптимальное соединение элементов сети, недостатки –сложность логической и программной структуры, различная скорость передачи информации на различных уровнях;
3) кольцо ;
4) цепочка ;
5) звезда с «интеллектуальным» центром;
6) снежинка .
В этих конфигурациях для правильного функционирования сети необходима постоянная работа всех блоков. Чтобы уменьшить эту зависимость, в каждый блок включают реле, блокирующее блок при неисправностях. Недостатки - замедленная передача данных (в зависимости от числа рабочих станций), меньшая надежность. Достоинства - простота методов управления, высокая пропускная способность при меньших энергозатратах, простота расширения сети.
При выборе оптимальной топологии используются три основные цели:
обеспечение альтернативной маршрутизации, максимальная надёжность передачи данных;
- выбор оптимального маршрута передачи блоков данных (минимизация числа каналов образующих последовательностей);
предоставление приемлемого времени ответа и нужной пропускной способности.
4. Технологии передачи и обмена данных в компьютерных сетях
Существуют следующие технологии передачи информации в компьютерных сетях: Fast Ethernet, IEEE 1394/USB, Fiber Channel, FDDI, X.25, Frame Relay, ATM, ISDN, ADSL, SONET. Первые четыре технологии передачи данных: Fast Ethernet, IEEE 1394/ USB, Fiber Channel и FDDI относят к технологиям локальных сетей. Оставшиеся создавались для глобальных каналов связи. Рассмотрим некоторые из распространенных технологий передачи данных - Fast Ethernet, Fiber Channel, FDDI, ISDN.
Fast Ethernet или «100Base-T» - это высокоскоростная технология передачи данных в локальных сетях. Правила передачи данных с использованием этой технологии определяются стандартом IEEE 802.3u. Этот стандарт описывает правила работы протоколов второго уровня модели OSI (канальный уровень) и предоставляет возможность передачи данных со скоростью 100 Мбит/с.
Технология 100Base-T использует метод CSMA/CD в качестве протокола контроля доступа к среде передачи. 100Base-T базируется на возможностях масштабирования, обеспечиваемых методом CSMA/CD. Масштабирование подразумевает возможность лростого увеличения или уменьшения размеров сети без значительного снижения ее производительности, надежности и управляемости. Технология 100Base-T использует кабель UTP5 (неэкранированная витая пара 5-й категории).
Технология 100Base-T имеет следующие особенности.
1. В связи с применением одинакового протокола контроля доступа к среде передачи - CSMA/CD сети, использующие технологию 10Base-T Ethernet, легко переводятся на более высокоскоростную технологию 100Base-T. Поэтому многие производители выпускают сетевые карты, поддерживающие обе технологии передачи данных: 10Base-T Ethernet и 100Base-T. Такие сетевые карты имеют встроенные возможности автоматического определения скорости передачи данных в сети и автоматической настройки на соответствующий режим работы. Поскольку технологии 10Base-T Ethernet и 100Base-T могут легко сосуществовать в одной сети, администраторы получают очень высокую степень гибкости по переводу станций с технологии 10Base-TEthernet на 100Base-T.
2. Кабель UTP5 и сетевые карты 100Base-T в настоящее время выпускаются огромным количеством производителей.
Недостаткам использования технологии 100Base-T являются существенно большие ограничения на длину кабельных сегментов, чем в технологии 10Base-T Ethernet. По сравнению с технологией 10Base-T Ethernet, позволяющей организовывать сети максимального диаметра размером 500 м, технология 100Base-T ограничивает этот диаметр 205 м. Для существующих сетей, превышающих этот лимит, потребуется установка дополнительных маршрутизаторов.
Перспективность использования технологии 10Base-T заключается в том, что новая технология Gigabit Ethernet (также известная как 1000Base-T или IEEE 802.3z) разрабатывается с учетом возможности использования существующих кабельных систем на базе UTP5. При этой технологии скорость передачи данных в сети увеличивается до 1000 Мбит/с, что в десять раз быстрее передачи данных по технологии 100Base-T.
Одной из относительно новых технологий передачи данных является Fiber Channel.
Технология Fiber Channel основывается на применении оптического волокна в качестве среды передачи данных. Наиболее часто встречающимся применением этой технологии в настоящее время являются высокоскоростные сетевые устройства хранения данных (SAN - Storage Area Networks). Такие устройства используются для построения высокопроизводительных кластерных систем. Технология Fiber Channel изначально создавалась как интерфейс, обеспечивающий возможность высокоскоростного обмена данными между жесткими дисками и процессором компьютера. Позже стандарт был дополнен и сейчас определяет механизмы взаимодействия не только систем хранения данных, но и способов взаимодействия нескольких узлов кластерной системы между собой и средствами хранения данных.
Технология Fiber Channel опирается на использование нескольких видов специализированного оборудования: оптический кабель, специализированные коммутаторы и преобразователи (Gigabit Interface Converter - GBIC). GBIC используются для преобразования электрического сигнала в световой и обратно. Стандартом поддерживаются два типа оптических кабелей: одноволновой (single-mode) и многоволновой (multimode). Многоволновой кабель имеет больший диаметр и позволяет передачу одновременно нескольких световых волн. Одноволновой кабель обеспечивает наличие единственной световой волны при передаче данных. Наличие нескольких волн (полезная и несколько паразитных) в кабеле ухудшает характеристики среды передачи и, как следствие, многоволновой кабель позволяет передавать данные без повторителей на расстояния примерно в 10 раз меньшие, чем одноволновой.
Технология Fiber Channel имеет несколько преимуществ по сравнению с другими средами передачи данных, важнейшим из которых является скорость. Технология Fiber Channel обеспечивает скорость передачи данных 100 Мбит/с. Вторым важным преимуществом является возможность передачи сигнала на очень большие расстояния. Обмен данными с использованием светового сигнала вместо электрического обеспечивает возможность передачи информации на расстояния до 10-20 км без использования повторителей (при применении одноволнового кабеля). Третьим преимуществом технологии Fiber Channel является полный иммунитет к электромагнитным помехам. Это качество позволяет активно использовать оптическую среду передачи даже в производственных помещениях с большим количеством электромагнитных помех. Четвертое преимущество состоит в полном отсутствии излучения сигнала в окружающую среду, что дает возможность применения Fiber Channel в сетях с повышенными требованиями к безопасности обрабатываемых и хранимых данных.
Основным недостатком технологии Fiber Channel является ее стоимость: оптический кабель со всеми сопутствующими его использованию разъемами и способами монтажа является существенно более дорогим, чем медные кабели.
Для организации высокоскоростных локальных сетей используется FDDI (Fiber Distributed Data Interface).
Технология FDDI предназначена не для непосредственного соединения компьютеров, а для построения высокоскоростных магистральных каналов связи (backbone), объединяющих несколько сегментов локальной сети. Простейшим примером такой магистрали являются два сервера, соединенные высокоскоростным каналом связи, созданным на базе двух сетевых карт и кабеля. Так же, как и технология 100Base-T, FDDI обеспечивает скорость передачи данных 100 Мбит/с.
Сеть FDDI использует топологию двойного физического кольца. Передающиеся сигналы движутся по кольцам в противоположных направлениях. Одно из колец называется первичным, а другое - вторичным. При корректном функционировании сети первичное кольцо используется для передачи данных, а вторичное выступает в роли запасного.
В сети FDDI каждое сетевое устройство (узел сети) играет роль повторителя. FDDI поддерживает четыре вида узлов: станция с двойным подключением (DAS - dual-attached stations), станция с одинарным подключением (SAS - single-attached stations), концентратор с двойным подключением (DAC - dual-attached concentrator) и концентратор с одинарным подключением (SAC-single-attached concentrator). DAS и DAC всегда подключаются к обоим кольцам, a SAS и SAC - только к первичному кольцу.
Если в какой-либо точке сети возникает разрыв кабеля или Другая поломка, делающая невозможной передачу данных между соседними узлами сети, то устройства DAS и DAC восстанавливают работоспособность сети, перенаправляя сигнал в обход неработоспособного сегмента с использованием вторичного кольца.
FDDI использует маркер доступа в качестве протокола контроля доступа к среде передачи и оптический кабель в качестве среды передачи.
Технология FDDI имеет следующие преимущества.
Топология двойного физического кольца обеспечивает надежность передачи данных путем сохранения работоспособности сети в случае обрыва кабеля. В стандарт FDDI заложены функции управления сетью. В дополнение к перечисленным преимуществам существует спецификация (CDDI - Copper Distributed Data Interface) на построение сети по технологии FDDI с использованием медной витой пары. Эта спецификация позволяет снизить стоимость развертывания сети за счет использования менее дорогого медного кабеля вместо оптического.
Основным недостатком FDDI является цена построения сети. Сетевые карты и оптический кабель для FDDI обладают существенно большей стоимостью, чем для других технологий, обеспечивающих такую же скорость передачи данных. Специфика монтажа оптического кабеля требует дополнительной подготовки специалистов, выполняющих работу с кабелем. Несмотря на то, что сетевые карты CDDI дешевле FDDI, тем не менее они являются более дорогими, чем сетевые карты 100Base-T.
Технология обмена цифровыми данными с использованием телефонных линий Integrated Services Digital Network (ISDN) предоставляет возможность обмена данными в виде передачи цифровых сигналов по цифровым телефонным линиям. Эти данные могут представлять собой комбинацию видео, звуковых и других данных. ISDN имеет несколько технологических решений, обеспечивающих заказчика необходимой производительностью канала связи. Для частных лиц и небольших офисов в основном предоставляются линии с базовой скоростью (Basic Rate Interface - BRI). Для крупных компаний предоставляются линии Primary Rate Interface - PRI. BRI использует два «несущих» (bearer - В) канала связи с пропускной способностью 64 Кбит/с каждый для приема и передачи данных и один управляющий канал (delta - D) для установки и поддержания соединения. PRI - это совокупность нескольких цифровых линий, используемых параллельно для приема и передачи данных. Такие совокупности линий получили условные обозначения Т1 и Е1. В США стандартом является применение линий Tl. T1 состоит из 23 В-каналов и одного D-канала с суммарной пропускной способностью 1,544 Мбит/с.
В Европе используются линии E1. E1 состоит из 30 В-каналов и одного D-канала с суммарной пропускной способностью 2,048 Мбит/с.
ISDN требует применения специального оборудования, включающего в себя цифровые телефонные линии, и преобразователей (network termination unit - NT-1). NT-1 преобразует входной сигнал в цифровой, равномерно распределяет его по каналам для передачи и выполняет диагностический анализ состояния всей линии передачи данных. NT-1 является и точкой подключения к цифровой сети различного оборудования: телефонов, компьютеров и т.п. Также NT-1 может выполнять функции преобразователя для подключения оборудования, самостоятельно не поддерживающего ISDN.
Преимущества ISDN заключаются в следующем.
1. Увеличена скорость обмена данными с дополнительными возможностями интеграции данных, голоса и видео в единый поток.
2. С использованием ISDN вы имеете возможность передавать данные и голосовой трафик одновременно по одной телефонной линии.
К недостатку ISDN относится медленное распространение в связи с необходимостью преобразования существующей инфраструктуры телефонных сетей, что неминуемо влечет существенные затраты.
|
