Тема: Представление о технических и программных средствах телекоммуникационных технологий Термин «телекоммуникации» (от латинского tele — «вдаль», «далеко»), означавший некоторое время назад просто обмен информацией на расстоянии, в настоящее время трактуется значительно шире.

Основные понятия и определения телекоммуникационных технологий

Телекоммуникация — дальняя, дистанционная связь и дистанционная передача всех форм информации, включая данные, голос, видео и т.п., между компьютерами по линиям связи различных видов.

Современные телекоммуникационные технологии основаны на использовании информационных сетей.

Информационная сеть — компьютерная сеть, предназначенная для обработки, хранения и передачи данных.

По территориальному признаку, т.е. по масштабу охвата территории сети делят на локальные, региональные и корпоративные, глобальные.

Локальная сеть - это компьютерная сеть небольшой протяженности: в пределах комнаты, этажа, здания, для совместного использования ресурсов (данных, программ, периферийных устройств).

Локальные сети не позволяют обеспечить совместный доступ к информации пользователям, находящимся, например, в различных частях города. На помощь приходят региональные сети, объединяющие компьютеры в пределах одного региона (города, страны, континента).

Многие организации, заинтересованные в защите информации от несанкционированного доступа (например, военные, банковские и пр.), создают собственные, так называемые корпоративные сети. Корпоративная сеть может объединять тысячи и десятки тысяч компьютеров, размещенных в различных странах и городах (в качестве примера можно привести сеть корпорации Microsoft, MSN). Корпоративная сеть - это сеть, соединяющая локальные сети в пределах одной корпорации.

Глобальная телекоммуникационная сеть- это объединение многих локальных сетей и отдельных компьютеров, находящихся на больших расстояниях друг от друга.

Единое информационное поле, возникшее при объединении многих глобальных сетей называется Internet.

Технические и программные средства телекоммуникационных технологий.

Технические средства телекоммуникаций - это оборудование, предназначенные для образования телекоммуникационных сетей.

В общем случае включают в себя:

•        компьютеры (серверы и рабочие станции);

•        сетевые платы (адаптеры);

•        каналы связи;

•        специальные устройства, поддерживающие функционирование сети (концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы).

Рабочая станция - это компьютер, который включен в состав сети.

Сервер - это специальный программно-аппаратный комплекс, состоящий из нескольких мощных компьютеров особой конфигурации, с системой защиты от сбоев, который предназначен исключительно для обработки запросов. Сервер всегда находится во включенном состоянии и подключен к сети, чтобы обрабатывать запросы пользователей и выдавать необходимую информацию.

Сетевые адаптеры (сетевые карты) — технические устройства, выполняющие функции сопряжения компьютеров с каналами связи.

Сравнительные характеристики кабелей

Сравнительные характеристики кабелей Тип кабеля	Скорость передачи, Мбит/с	Подверженност ь помехам	Стоимость
Витая пара	10-155	Средняя	Самый дешевый
Коаксиальный кабель	1-140	Высокая	Дороже витой пары
Оптоволоконный	100-2000	Не подвержен помехам	Самый дорогой

 

Помимо кабелей и сетевых адаптеров, в локальных сетях на витой паре используются другие сетевые устройства — концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы.

 

Сетевые устройства. Концентратор (hub) - сетевое устройство, предназначенное для объединения нескольких устройств в локальную сеть с применением кабельной инфраструктуры типа витая пара, передающее информационные пакеты во все ветви сети одинаково.

На концентраторах есть несколько портов для подключения узлов к сети. Концентраторы — это простые устройства, не оборудованные необходимыми электронными компонентами для передачи сообщений между узлами в сети. Концентратор не в состоянии определить, какому узлу предназначено конкретное сообщение. Он просто принимает электронные сигналы одного порта и воспроизводит (или ретранслирует) то же сообщение для всех остальных портов.

В настоящее время вытеснены сетевыми коммутаторами

Коммутатор (свич) делает то же самое что и концентратор, но, в отличие от него, обеспечивает передачу пакетов в заданные ветви. Это обеспечивает оптимизацию потоков данных в сети и повышение защищенности от несанкционированного проникновения. Каждый узел имеет связь не с одним, а со множеством узлов. Поэтому маршруты, по которым поступает информация на некоторый узел, могут быть самыми разными. Этим обеспечивается

устойчивость работы сети: при выходе из строя одного узла информационные потоки к другим узлам не прерываются, изменяется только маршрут. Решением таких задач занимаются специальные средства — маршрутизаторы.

Маршрутизатор (роутер)— устройство, выполняющее пересылку данных между двумя сетями, в том числе между локальными и глобальными сетями. Маршрутизатор, по сути, является специализированным микрокомпьютером, имеет собственный процессор, оперативную и постоянную память, операционную систему.

Маршрутизатор (или «роутер») - это устройство, которое позволяет “перенаправлять” подключение с основного компьютера, имеющего выход в интернет на остальные.

Модемы- это устройства, позволяющее пользователям компьютеров подключаться к Интернету по обычным телефонным линиям.

Программные ресурсы телекоммуникационных технологий.

Работой компьютеров, любых вычислительных устройств управляют различного рода программы

Программа - это упорядоченная последовательность команд, предназначенная для решения разных задач с помощью компьютерной техники и технологии; точная и подробная последовательность инструкций на понятном компьютеру языке с указанием правил обработки информации. Совокупность программ, используемых при работе на компьютере, составляет его программное обеспечение.

Программное обеспечение (ПО) - это программные средства информационных технологий. Они подразумевают создание, использование компьютерных программ различного назначения и позволяют техническим средствам выполнять операции с машиночитаемой информацией.

Компьютерные программы, также как и любая другая машиночитаемая информация, хранятся в файлах. Пишутся (составляются, создаются) программы программистами на специальных машинных алгоритмических языках высокого уровня (Бейсик, Фортран, Паскаль, Си и др.). Хорошая программа содержит: чётко определённые и отлаженные функции, удобные средства взаимодействия с пользователем (интерфейс), инструкцию по эксплуатации, лицензию и гарантию, упаковку. Программы для пользователей могут быть платными, условно-бесплатными, бесплатными и др. Программное обеспечение классифицируется по назначению, функциям, решаемым задачам и другим параметрам.

По назначению и выполняемым функциям можно выделить три основных вида ПО, используемого в телекоммуникационных технологиях:

•          Базовое программное обеспечение

•          Операционные системы

•          Прикладное программное обеспечение

Базовое ПО включает: операционные системы, операционные оболочки и сетевые операционные системы.

Операционная система (ОС) - это комплекс взаимосвязанных программ, предназначенных для автоматизации планирования и организации процесса обработки программ, ввода-вывода и управления данными, распределения ресурсов, подготовки и отладки программ, других вспомогательных.

ОС запускает компьютер, отслеживает работу локальных и сетевых компьютеров, планирует решение с их помощью задач, следит за их выполнением, управляет вводом-выводом данных и др.

Выделяют однопрограммные,   многопрограммные (многозадачные),      одно    и многопользовательские, сетевые и несетевые ОС.

Сетевые ОС- это комплекс программ, обеспечивающих обработку, передачу, хранение данных в сети; доступ ко всем её ресурсам, распределяющих и перераспределяющих различные ресурсы сети.

Операционная оболочка - это программная надстройка к ОС; специальная программа, предназначенная для облегчения работы и общения пользователей с ОС (NortonCommander, FAR, Windows Commander, Проводник и др.). Они преобразуют неудобный командный пользовательский интерфейс в дружественный графический интерфейс или интерфейс типа “меню”. Оболочки предоставляют пользователю удобный доступ к файлам и обширные сервисные услуги.

Прикладное программное обеспечение (ППО) или прикладные программные средства используются при решении конкретных задач. Эти программы помогают пользователям выполнять необходимые им работы на компьютерах. Порой такие программы называют приложениями.

ППО носит проблемно-ориентированный характер. В нём обычно выделяют две составляющие: пользовательское и проблемное прикладное программное обеспечение.

К пользовательскому ППО относят: текстовые, табличные и графические редакторы и другие подобные программы, например, учебные и досуговые.

Проблемное ПО - это специализированное ППО, например, бухгалтерские программы, программы в области страхования и др.

Кроме перечисленных, отметим следующие прикладные программы: учебные, обучающие и тренажёры, мультимедийные, развлекательные, в т.ч. компьютерные игры, справочные (энциклопедии, словари и справочники) и др.

 

Глобальная компьютерная сеть

Структура Internet

Internet представляет собой глобальную компьютерную сеть. Само ее название означает "между сетей". Это сеть, соединяющая отдельные сети.

Логическая структура Internet представляет собой виртуальное объединение, имеющее свое собственное информационное пространство.

Internet обеспечивает обмен информацией между всеми компьютерами, которые входят в сети, подключенные к ней. Тип компьютера и используемая им операционная система значения не имеют. 

Основные ячейки Internet -локальные вычислительные сети. Это значит, что Internet не просто устанавливает связь между отдельными компьютерами, а создает пути соединения для более крупных единиц - групп компьютеров. Если некоторая локальная сеть непосредственно подключена к Internet, то и каждая рабочая станция этой сети также может подключаться к Internet. Существуют также компьютеры, самостоятельно подключенные к Internet. Они называются хост-компьютерами (host - хозяин). Каждый подключенный к сети компьютер имеет свой адрес, по которому его может найти абонент из любой точки света.

Важной особенностью Internet является то, что она, объединяя различные сети, не создает при этом ни-какой иерархии - все компьютеры, подключенные к сети, равноправны.

 

Рис. 1. Подключение локальной сети к Internet.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2. Подключение различных сетей к Internet.

 

Система адресации в Internet

Для того, чтобы можно было обозначить любой компьютер в Internet, применяется специальная система адресов, называемая IP – адресами (IP - Internetwork Protocol - межсетевой протокол). 

Данная система адресов является цифровой. Каждый компьютер получает свой уникальный адрес.  Распределением адресов занимается информационный центр Интернет (InterNIC). Он следит, чтобы адрес не выдавался повторно. Для удобств и с целью облегчения запоминания имен IP-адресов разработчики сети Internet разработали так называемую систему имен доменов Интернет (Domain Name System), которая позволяет обращаться к сетевым компьютерам не только по их IP-адресам, но и по индивидуальным именам. Это дает возможность, например, связаться с компьютером, имеющим IP-адрес 192.102.249.3, сославшись только на его имя (предположим, cernet.com). 

Система имен доменов Internet являет собой образец большой распределенной сетевой базы данных – базы, данные которой физически расположены на многих сетевых хост-машинах сети Internet. Каждая из составляющих имени домена называется меткой. Например, имя ftp.relcom.com состоит из трех меток: ftp, relcom и com. Метки отделяются друг от друга точками. 

Цифровой адрес имеет длину 32 бита. Для удобства он разделяется на четыре блока по 8 бит, которые можно записать в десятичном виде. Адрес содержит полную информацию, необходимую для идентификации компьютера.

IP-адрес включает в себя три компонента: 

− адрес сети

− адрес подсети

− адрес компьютера в подсети.

Пример 1. В двоичном коде цифровой адрес записывается следующим образом: 10000000001011010000100110001000. В десятичном коде он имеет вид: 192.45.9.200. Адрес сети - 192.45; адрес подсети - 9; адрес компьютера - 200.

 

Доменный адрес определяет область, представляющую ряд хост-компьютеров. В отличие от цифрового адреса он читается в обратном порядке. Вначале идет имя компьютера, затем имя сети, в которой он находится.

Пример 2. Географические домены некоторых стран: Франция - fr; Канада- са; США - us; Россия - ru.

Существуют и домены, разделенные по тематическим признакам. Такие домены имеют трехбуквенное сокращенное название.

Пример 3. Учебные заведения - edu. Правительственные учреждения - gov. Коммерческие организа-ции - com.

 

Компьютерное имя включает, как минимум, два уровня доменов. Каждый уровень .

отделяется от другого точкой. Слева от домена верхнего уровня располагаются другие имена. Все имена, находящиеся слева, - поддомены для общего домена.

Пример 4. Существует имя tutor.splu.edu. Здесь edu - общий домен для школ и университетов. Tutor - поддомен sptu, который является поддоменом edu.

 

Для пользователей Internet адресами могут быть просто их регистрационные имена на компьютере, подключенном к сети. За именем следует знак @. Все это слева присоединяется к имени компьютера.

Пример 5. Пользователь, зарегистрировавшийся под именем victor на компьютере. имеющем в Internet имя tutor.splu.edu. будет иметь адрес: [email protected].

 

В Internet могут использоваться не только имена отдельных людей, но и имена групп. Для обработки пути поиска в доменах имеются специальные серверы имен. Они преобразовывают доменное имя в соответствующий цифровой адрес.

Локальный сервер передает запрос на глобальный сервер, имеющий связь с другими локальными серверами имен. Поэтому пользователю просто нет никакой необходимости знать цифровые адреса.

 

 

Рис. 3. Иерархическая структура имен доменов Internet

 

 

Рис. 4. Пример имен доменов по уровням

 

Способы организации передачи данных

 

Общение с абонентами глобальной компьютерной сети осуществляется через специализированные службы (провайдеры - Service Provider) - организации, обеспечивающие доступ в Internet. Доступ предоставляется через хост-машину (Host Computer) провайдера, работающую в режиме сервера, и имеющую непосредственный вход в сеть. Поставщики услуг Internet  имеются, как правило, в каждом городе и крупном населенном пункте. Для передачи данных по сети Internet разработан специальный протокол TCP/IP.

ПротоколTransport Control Protocol/Internet Protocol обеспечивающий совместную работу компьютерных систем всех видов с текстовыми, графическими и мультимедийными объектами. Он позволяет вести связь по выделенной или коммутируемой телефонным линиям. Протокол TCP/IP поддерживает ряд других протоколов для работы в сети. 

Протокол FTP (File Transfer Protocol), являющийся протоколом пользовательского уровня и предназначенный для передачи файлов с одного компьютера на другой. Этот протокол позволяет посылать файлы в различных форматах (чаще в двоичном или текстовом) не загружая центральный процессор удаленного компьютера, так как не предполагает проведение сеансов работы на удаленном компьютере. 

Протокол Telnet также является составляющей TCP/IP. Он является протоколом удаленного терминального доступа, позволяющим с одного компьютера подключаться к другому и работать на нем как при непосредственной работе на компьютере. Таким образом, Telnet позволяет соединиться с хост-компьютером, зарегистрироваться на нем и запускать необходимое программы. 

В TCP/IP входят и такие протоколы как: SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) и SNMP (Simple Network Management Protocol). Протокол SMTP предназначен для передачи электронной почты между компьютерами, а SNMP передает информацию о состоянии сети и подключенных к ней устройств. 

Протокол Hypertext Transfer Pro-tocol (HTTP)-протокол, используемый для создания серверов имен и системы управления распределенными объектами. Основными задачами HTTP являются типизация и согласование представления данных, позволяющие создавать коммуникационные системы, не зависящие от характера передаваемой информации.)

 

Понятие IP адресации, масок подсетей и их расчет

 

IP-адрес — это адрес, используемый узлом на сетевом уровне. Он имеет иерархическую структуру, это значит, что каждая цифра в его написании несет определенный смысл. (На бытовом уровне можно для примера рассмотреть номер обычного телефона  +74951234567. Первой цифрой идет +7. Это говорит о том, что номер принадлежит зоне РФ. Далее следует 495. Это код Москвы. И последние 7 цифр случайны, они закреплены за районной зоной. Как видите здесь наблюдается четкая иерархия. То есть по номеру можно понять какой стране, зоне он принадлежит). 

IP адреса придерживаются аналогично строгой иерархии. Контролирует их организация IANA(англ. Internet Assigned Numbers Authority). Мы привыкли воспринимать числовую информацию в десятичном формате (в числах от 0-9). Однако все современные компьютеры воспринимают информацию в двоичном (0 и 1). Не важно при помощи тока или света передается информация. Вся она будет воспринята устройством как есть сигнал (1) или нет (0). Всего 2 значения. В десятичной записи IP адреса выглядят таким образом «193.233.44.12». Адрес состоит он из 4-х чисел, называемых октетами и разделенных между собой точками. Каждое такое число (октет) может принимать значение от 0 до 255. То есть одно из 256 значений. Длина каждого октета равна 8 битам, а суммарная длина IPv4 = 32 битам. Теперь интересный вопрос. Каким образом этот адрес воспримет компьютер, и как будет с ним работать? 

Для перевода  IP адреса из десятичного формата в двоичный строится таблица №1:

Таблица 1

8-ми битам, то каждое число получается возведением числа 2 в степень от 0 до 7. И каждая из полученных цифр записывается в таблицу от большего к меньшему. То есть слева направо. От 2 в 7-ой степени до 2 в 0-ой степени. Ниже приведена таблица №2 степеней показывающая, как получились цифры 128, 64, 32 и т.д.

Таблица 2

 

 

Во второй строке  Таблицы №1 вместо «x» записывается либо 1, либо 0. Таблица разделена на 8 колонок, каждая из которых несет в себе 1 бит (8 колонок = 8 бит = 1 октет). Расположены они по старшинству слева направо. То есть первый (левый) бит — самый старший и имеет номер 128, а последний (правый) — самый младший и имеет номер 1. 

Для адреса «193.233.44.12» число 193 состоит из табличных комбинаций 128 + 64 + 1 = 193. Те числа, которые участвовали в формировании комбинации получают 1, а все остальные получают

0.

 

 

 

Получается длинная битовая последовательность 11000001.11101001.00101100.00001100. Именно с данным видом работают сетевые устройства. Битовая последовательность обратима, её можно так же вставить каждый октет (по 8 символов) в таблицу и получить десятичную запись. Например, совершенно случайная последовательность

11010101.10110100.11000001.00000011. Приведем её к десятичному виду:

Первый блок: получаем 128 + 64 + 16 + 4 + 1 = 213

 

https://www.youtube.com/watch?v=HSCKDA9aOjk

 

Маска подсети  

В терминологии сетей TCP/IP маской сети называется двоичное число, определяющее, какая часть IP-адреса узла сети относится к адресу сети, а какая — к адресу самого узла в этой сети. Обычно маска записывается по тем же правилам, что и IP-адрес, — в виде четырех байтов, причем каждый байт записывается в виде десятичного числа. При этом в маске сначала (в старших разрядах) стоят единицы, а затем с некоторого разряда — нули. Адрес сети получается в результате применения поразрядной конъюнкции к заданному IP-адресу узла и маске.

Примеры:

− Если IP-адрес узла равен 211.132.255.41, а маска равна 255.255.201.0, то адрес сети равен 211.132.201.0

− Узел с IP-адресом 12.34.56.78 и маской подсети 255.255.255.0, с длиной префикса 24 бита (/24), находится в сети 12.34.56.0.

 

Другой вариант определения — это определение подсети IP-адресов. Например, с помощью маски подсети можно сказать, что один диапазон IP-адресов будет в одной подсети, а другой диапазон соответственно в другой подсети.

Чтобы получить адрес сети, зная IP-адрес и маску подсети, необходимо применить к ним операцию поразрядной конъюнкции (побитовое И). Поразрядная конъюнкция (или побитовое И) — это бинарная операция, действие которой эквивалентно применению логического И к каждой паре битов, которые стоят на одинаковых позициях в двоичных представлениях операндов. Другими словами, если оба соответствующих бита операндов равны 1, результирующий двоичный разряд равен 1; если же хотя бы один бит из пары равен 0, результирующий двоичный разряд равен 0.  Например:

1001 and   0101 =0001

 

1001

0101

0001

Как по заданным IP-адресу узла сети и маске определить адрес сети и адрес компьютера?

Пусть дан IP-адрес:  194.84.124.51 и Маска:    255.255.224.0.

Представим каждую составляющую IP-адреса в двоичном коде. Получим:

             IP-адрес: 11000010 . 01010100 . 01111100 .  00110011

              Маска:    11111111 . 11111111 . 11100000 . 00000000

 

Выполним поразрядную конъюнкцию над соответствующими битами IP-адреса и маски. В результате получим:

                             11000010 . 01010100 . 11100000 . 00000000

Переведём составляющие полученного IP-адреса в десятичную систему, получим: 194.84.224.0 - это IP-адрес сети.