Информационные таможенные технологии

Системы управления интерфейсом. Эффективность и гибкость СППР в решении самостоятельных задач во многом зависит от характеристик используемого интерфейса. Интерфейс включает в себя программную систему управления диалогом (СУД), компьютер и самого пользователя.



Тема 4. Основы компьютерных телекоммуникаций

4.1 Основные положения концепции TCP/IP

Вряд ли современному человеку нужно объяснять такое понятие как Internet. Синонимом слова Internet является «Всемирная паутина». По-английски это пишется как World Wide Web или сокращенно WWW. От английского выражения «Всемирная паутина» произошло много побочных системных терминов: Web-приложения, Web-узлы, Web-серверы и т.п.

Подключение пользователя к Интернету осуществляется провайдером - компанией поставщиком услуг Интернета.

Большинство компьютеров в Internet в любой отдельно взятый момент времени являются клиентами. Это значит, что они потребляют услуги, предоставляемые другими компьютерами. Клиентом называют не только сами ЭВМ, но и установленные на них программы, пользующиеся услугами Сети. Например, программы браузеры или веб-обозреватели.

Браузер (от англ. Web browser; вариант броузер - устаревшая форма) - программное обеспечение для просмотра веб-сайтов, то есть для запроса веб-страниц, их обработки, вывода и перехода от одной страницы к другой.

Владелец компьютера - клиента называется пользователем сети.

Остальные компьютеры Сети являются серверами. Серверы предоставляют клиентам услуги, которыми они пользуются. В общем случае эту задачу выполняет не физический владелец сервера, а сама машина.

Прокси-сервер (от англ. proxy - «представитель, уполномоченный») - служба (комплекс программ) в компьютерных сетях, позволяющая клиентам выполнять косвенные запросы к другим сетевым службам. Сначала клиент подключается к прокси-серверу и запрашивает какой-либо ресурс (например, e-mail), расположенный на другом сервере. Затем прокси-сервер либо подключается к указанному серверу и получает ресурс у него, либо возвращает ресурс из собственного кэша (в случаях, если прокси имеет свой кэш). В некоторых случаях запрос клиента или ответ сервера может быть изменён прокси-сервером в определённых целях. Также прокси-сервер позволяет защищать клиентский компьютер от некоторых сетевых атак и помогает сохранять анонимность клиента.

Веб-сервер - это сервер, принимающий HTTP-запросы от клиентов, обычно веб-браузеров, и выдающий им HTTP-ответы, обычно вместе с HTML-страницей, изображением, файлом, медиа-потоком или другими данными. Веб-серверы - основа Всемирной паутины.

Веб-сервером называют как программное обеспечение, выполняющее функции веб-сервера, так и непосредственно компьютер, на котором это программное обеспечение работает.

Клиент, которым обычно является веб-браузер, передаёт веб-серверу запросы на получение ресурсов, обозначенных URL-адресами. В ответ веб-сервер передаёт клиенту запрошенные данные. Этот обмен происходит по протоколу HTTP.

Ресурсы - это HTML-страницы, изображения, файлы, медиа-потоки или другие данные, которые необходимы клиенту.

URL - единый указатель ресурсов (англ. URL - Uniform Resource Locator) - единообразный локатор (определитель местонахождения) ресурса. URL - это стандартизированный способ записи адреса ресурса в сети Интернет.

В полном URL адресе часть имени узла, следующая за префиксом http://, имеет следующий формат:

узел.домен.ДВУ

где узел - это конкретный компьютер в домене (группе) компьютеров.

Аббревиатура ДВУ расшифровывается как домен высшего уровня. Этот домен описывает "тип" узла.

Наиболее распространенные ДВУ перечислены в таблице:

Примеры доменов высшего уровня и узлов, к ним принадлежащих.



ДВУ	Тип	Пример узла
.com .edu .gow .org .net .mil	Коммерция Образование Правительственный Неправительственные организации Сети Военный	www.amazon.com www.ucla.edu www.fbi.gov www.redcross.org www.comcast.net www.army.mil

Информация в сетях, как правило, передается отдельными порциями, кусками, называемыми в различных источниках пакетами, кадрами или блоками. Использование пакетов связано с тем, что в сети одновременно может происходить несколько сеансов связи, то есть в течение одного и того же интервала времени могут идти два или больше процессов передачи данных между различными парами абонентов. Пакеты как раз позволяют разделить во времени сеть между передающими информацию абонентами.

Чтобы уравнять в правах всех пользователей, а также примерно уравнять время доступа к сети и интегральную скорость передачи информации для всех абонентов, как раз и используются пакеты (кадры). Длина пакета зависит от типа сети, но обычно она составляет от нескольких десятков байт до нескольких килобайт.

Чаще всего пакет содержит в себе следующие части.

Преамбула - стартовая комбинация, обеспечивает настройку сетевого оборудования.

Идентификатор приемника - сетевой адрес места назначения пакета.

Идентификатор передатчика - сетевой адрес места отправления пакета.

Управляющая или служебная информация - указывает на тип пакета, его номер, размер, формат, маршрут его доставки.

Данные - та информация, ради передачи которой используется данный пакет.

Контрольная сумма пакета - числовой код, формируемый передатчиком по определенным правилам и содержащий в свернутом виде информацию обо всем пакете. Позволяет определять правильность передачи информации.

Стоповая комбинация - служит для информирования аппаратуры принимающего абонента об окончании пакета.

Нередко в структуре пакета всего три поля:

Начальное управляющее поле (или заголовок пакета) - включает стартовую комбинацию, сетевые адреса приемника и передатчика, а также служебную информацию.

Поле данных пакета.

Конечное управляющее поле пакета - включает контрольную сумму и стоповую комбинацию, а также, возможно, служебную информацию.

Протокол управления передачей данных TCP (Transmission Control Protocol, описан в стандарте RFC 793).

Протокол - это набор правил и процедур, регулирующих порядок осуществления связи. Выделяют протоколы нижних уровней (физического и канального) и высоких уровней. Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов (рис. 4.1).

Рис. 4.1 - Структура взаимодействия протокольных модулей TCP/IP

На рис. 4.1 приложения это программы, предназначенные для обмена информацией между ЭВМ. Например, браузеры.

TCP и UDP это протоколы транспортного уровня для передачи информации в виде пакетов.

Протокол ARP используется для отображения в передаваемых пакетах адресов IP (т.е. адресов ЭВМ в Интернете) в адреса Ethernet (т.е. в физические адреса ЭВМ локальной сети).

Межсетевой протокол IP (описан в стандарте RFC 751) предназначен для инкапсуляции IP-пакетов в физический канал связи Ethernet.

Ethernet это канальный протокол для передачи пакетов между ЭВМ по физическому каналу связи.

Принципы адресации в сетях TCP/IP. Сетевой адрес имеет длину 32 бита. Ограниченная длина этого адреса в совокупности с используемым принципом определения маршрута приводит к резкому сокращению числа активных узлов сети. Как и всякий адрес протокола сетевого уровня, адрес протокола IP состоит из двух компонентов (рис. 4.2) - из адреса сети (Net Id) и адреса узла сети (Host Id). Правильный адрес состоит из четырех чисел, разделенных точками. Каждое число представляется байтом и может принимать значения в диапазоне 0-254. Заключительные нули в адресе используются для ссылок на сетевые сегменты. При записи адреса сервера или рабочей станции завершающие нули заменяются числами (1-254).

	IP Address
Класс	31	30	29	28	27	-	24	23-16	15-8	7-0
A	0	Net Id	Host Id
B	1	0	Net Id	Host Id
C	1	1	0	Net Id	Host Id
D	1	1	1	0	Multicast Address
E	1	1	1	1	0	Резервный

Рис. 4.2 - Структура IP-адреса



Для обеспечения возможности более эффективного использования адресного пространства Internet используется пять форматов (классов) сетевого адреса IP: A, В, С, D и Е. Четыре старших разряда сетевого адреса используются для того, чтобы определить тип используемого формата сетевого адреса.

Старшие 8 разрядов сетевого адреса класса А задают номер сети - от 1 до 127. В последующих трех байтах размещается адрес узла. Сети класса А, таким образом, могут содержать 16387064 узла. Сети класса В могут содержать до 65534, а сети класса С до 254 узлов.

Сети класса D предназначены для определения IP адресов типа multicast (групповые или широковещательные адреса). Сети класса А, В и С относят к группе индивидуальных адресов. Сети класса Е зарезервированы для дальнейшего использования.

Сетевые технологии основанные на протоколах TCP/IP, предполагают поддержку на канальном уровне многих различных сред передачи данных. Физической основой стека протоколов TCP/IP является канальный протокол Ethernet. Кроме того, эта основа является наиболее распространенной средой локальных сетей.

Каждая интерфейсная сетевая карта Ethernet имеет уникальный шестибайтовый адрес (так называемый МАС адрес), который по традиции записывается шестнадцатеричными числами, разделенными двоеточиями или тире, например:

8 : 0 : 20 : 0 : fb : 6a

или

8 - 00 - 20 - 00 - fb - 6a

В операционной системе Unix, как правило, используется двоеточие, а в системе MS Windows запись идет через тире.

Каждый сетевой интерфейс имеет также свой IP-адрес. Работающая ЭВМ с установленным протоколом TCP/IP всегда «знает» свой Ethernet-адрес и свой IP-адрес.

Для отображения адресов IP в адреса Ethernet используется протокол ARP - разрешения адресов. Отображение восполняется только для отправленных пакетов IP, так как заголовки создаются только в момент отправки.

Преобразование адресов выполняется путем поиска в таблице. Эта таблица называется ARP-таблицей, хранится в памяти машины - для каждого сетевого адаптера в каждой сетевой машине имеется такая таблица. Она содержит строки для каждого узла сети. В двух столбцах содержится адреса IP и Ethernet.

Таблица ARP нужна потому, что адреса IP и Ethernet выбираются независимо, и нет какого-то алгоритма преобразования одного адреса в другой. Адрес IP выбирает администратор сети с учётом положения машины в сети Internet. Если ЭВМ перемещают в другую часть сети, её IP-адрес должен быть изменен. Адрес сетевого адаптера (Ethernet) устанавливается производителем адаптера и не меняется при перемещении ЭВМ по сети.

Таблица ARP заполняется автоматически в ходе сетевой работы. Когда с помощью существующей таблицы не удаётся преобразовать IP-адрес в адрес Ethernet, происходит следующее:

по сети передаётся широковещательный запрос ARP;

исходящий IP-запрос становиться в очередь;

широковещательные передачи принимает каждый адаптер сети;

ЭВМ с искомым IP-адресом ответит на ARP-запрос пакетом, где содержится искомый адрес Ethernet, который после этого будет внесен в обновленную таблицу;

если в сети нет машины с искомым адресом IP (или она не включена), то ответа широковещательный запрос ARP не будет и не будет записи в таблицу ARP. По протоколу IP все пакеты с этим адресом будут уничтожаться.

Для обратного преобразования адреса Ethernet в IP-адрес служит протокол RARP.

В последнее время применяется стандартный формат кадра протоколов канального уровня (рис. 4.3).

Ф	Адрес	Контроль и управление	Информация (пакет)	Проверочное поле	Ф

Рис. 4.3 - Формат стандартного кадра

В начале и в конце каждого кадра для установления и поддержания синхронизации последовательность, обычно 8-разрядная нулей и единиц, называемая флагом или меткой. Флаги (Ф) применяются в начале и в конце кадра, поэтому в установке структуры информационного поля нет необходимости. Пакет, поступающий от вышестоящего сетевого уровня, может занимать любое, желаемое число разрядов. Проверочное поле занимает 16 разрядов, поля адреса, контроля и управления - по 8 разрядов.

Протокол канального уровня реализует следующие функции:

реализацию соединения каналов;

организация передачи данных по каналу;

разъединение каналов.

Каждый отправитель и получатель данных в сети должен иметь свой адрес. Адрес можно определить как идентификатор объекта, однозначно определяющий и его положение в сети. Это определение происходит по некоторым принятым в данной сети правилам. Следовательно, по этим же правилам должен формироваться и адрес.

Все данные в сети передаются в виде IP-пакетов (IP packets). Протокол IP определяет глобальную схему адресации. Согласно этой схеме каждый сетевой интерфейс имеет свой собственный адрес, который представляет собой 32-битовый номер, уникальный в пределах Интернет. Обычно IP-адреса записываются в виде четырёх чисел, разделённых точками, например - 192.168.100.129. Такой способ называется дот-нотацией (dot-notation). Эти числа могут находиться в диапазоне от 0 до 255, потому что каждое из них может быть записано в восьми двоичных разрядов - в байте.

Адреса в виде 32-разрядного двоичного слова неудобны для запоминания людям. Поэтому была разработана специальная доменная служба имен DNS (Domaine Name Service), которая ставит в соответствие IP-адресам некоторые мнемонические обозначения и наоборот. Обращения к сетевым компьютерам по их доменным именам хорошо понятны и вполне привычны для тех, кто хотя бы немного имел дело с Интернет. Так, например, вместо приведенного ранее адреса 192.168.100.129 можно использоваться его мнемоническое обозначение (URL): Ns.muka.ac.ru

Доменные адреса URL не используются и не распознаются протоколом IP. Если приложение должно передавать данные на другую машину, оно должно сначала обратиться в службу DNS, чтобы перевести доменное имя URL в IP-адрес. Принимающее приложение должно проделать обратную операцию: при помощи DNS найти доменное имя URL по IP-адресу.

На транспортном уровне стека TCP/IP используется 2 основных протокола: UDP и TCP.

Протокол UDP (User Datagram Protocol - протокол пользовательских дейтаграмм, описан в стандарте RFC 768) предоставляет прикладным процессам транспортные услуги, которые немного отличаются от услуг протокола TCP.

Дейтаграмма это пакет данных пользователя, передаваемый в сети и содержащий адреса и полезные данные.

Примерами сетевых приложений, использующих протокол UDP, является DNS (Domain Name Service - доменная служба имен) и SNMP (Simple Network Managment Protocol - простой протокол управления сетью), по которому работает и сетевая служба времени.

Понятие «порт» в протоколах UDP и TCP характеризует ту или иную программу в ЭВМ, включенную в IP-сеть. Номер порта по традиции нумеруется в виде десятичного числа, начиная с нуля. Таким образом, IP-адрес характеризует машину в сети, а адрес порта характеризует ту или иную программу в машине. Аналогией может служить обычный конверт: в строке «Куда» пишется IP-адрес, а в строке «Кому» - номер порта.

Прикладной процесс (сервер), предоставляющий некоторые услуги другим процессам, ожидает поступление сообщений по некоторому, специально выделенному порту, иначе говоря - «порт слушает». Запросы на предоставление услуг посылаются процессами - клиентами. Такая организация работы в сети носит название «Клиент - сервер».

Например, сервер SNMP всегда ожидает поступления сообщения в порт 161 по протоколу UDP. Если клиент SNMP желает получить услугу, он посылает запрос в UDP-порт 161 на машину, где работает сервер SNMP, так как существует только один порт с номером 161. Этот номер общеизвестен, то есть он фиксирован для услуг SNMP.

Протокол TCP также предоставляет транспортные услуги. TCP обеспечивает гарантированную доставку дейтаграмм с установленным соединением в виде байтовых потоков.

Этот протокол используется в тех случаях, когда требуется надежная доставка сообщений. Он освобождает прикладные процессы от необходимости использовать тайм-ауты и повторные сообщения для обеспечения надежности. Наиболее типичными прикладными процессами, использующими TCP являются FTP (File Transfer Protocol - протокол для передачи файлов) и Telnet.

Telnet это протокол Internet для регистрации на удаленных хостах и обработки данных на них. Данный протокол предназначен для удаленного администрирования и обеспечения удаленного доступа к ЭВМ или серверам. Его основная задача заключается в том, чтобы позволить терминальным устройствам и терминальным процессам взаимодействовать друг с другом. Предполагается, что этот протокол может быть использован для связи вида терминал-терминал («связывание») или для связи процесс-процесс («распределенные вычисления»).

Реализация TCP требует большой производительности процессора и большой пропускной способности сети. Внутренняя структура модуля TCP гораздо сложнее структуры модуля UDP.

Прикладные процессы взаимодействуют с модулем TCP, как и в случае UDP, через порты, использую технологию «клиент-сервер». Когда прикладной процесс начинает использовать этот протокол, модуль TCP на стороне клиента и модуль TCP на стороне сервера начинают «общаться». Эти два оконечных модуля поддерживают информацию о состоянии соединения, называемого виртуальным каналом. Виртуальный канал потребляет ресурсы обоих оконечных модулей TCP. Канал является дуплексным: данные могут одновременно передаваться в обоих направлениях. Один прикладной процесс передает данные в TCP-порт; данные проходят по сети; другой прикладной процесс читает их из второго порта.

Протокол TCP требует, чтобы все отправленные данные были подтверждены принявшей их стороной. Он использует тайм-ауты и повторные передачи для обеспечения надежной доставки. Отправителю разрешается отправлять некоторое количество данных, не дожидаясь подтверждения их приема. Таким образом, между отправленными и подтвержденными данными существует, так называемое, окно уже отправленных, но ещё не подтвержденных данных. Количество сегментов, которые можно передавать без подтверждения, называется размером окна. Как правило, этот размер устанавливается в стартовых файлах сетевого программного обеспечения. Так как канал TCP является дуплексным, то подтверждение для данных, идущих в одном направлении, может передаваться с данными, идущими в другом направлении. Приемники на обеих сторонах виртуального канала выполняют управление потоками передаваемых данных, чтобы не допускать переполнение буферов.

Протоколы TCP и UDP предоставляют разные транспортные услуги прикладным процессам. Поэтому прикладные процессы используются только одним из них.

Основным протоколом уровня приложений является HTTP (Hyper Text Transfer Protocol - протокол передачи гипертекста). С использованием этого протокола браузерами осуществляется доступ к Web-сервису Интернет.

Другими важнейшими протоколами являются протокол передачи файлов - FTP, протокол удаленного администрирования telnet и протокол электронной почты SMTP.

4.2 Протокол и аппаратные средства сетей Ethernet

В РФ из всех видов локальных сетей наиболее популярными и преобладающими являются сети Ethernet.

Под локальными вычислительными сетями (ЛВС) принято понимать программно-аппаратный комплекс, включающий в себя несколько активно взаимодействующих компьютеров (от нескольких штук до нескольких сотен), соединенных между собой каналами связи. В локальную сеть включается также коммуникационное оборудование: концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы.

В настоящее время концепция локальных вычислительных сетей достаточно хорошо проработана. В основе этой концепции лежит принцип организации ЛВС в виде, так называемой, сети Интранет, т.е. внутренней сети, построенной на основе тех же протоколов, программного обеспечения, средств доступа и защиты информации, что и глобальная сеть Интернет.

Локальные ВС могут объединять большое количество рабочих мест на основе ЭВМ. Пользователи сети имеют возможность совместного использования оборудования сети. В ЛВС можно выделить следующие технологические преимущества:

разделение аппаратных средств; например доступ к печатающему устройству со всех рабочих станций сети;

разделение данных; со всех рабочих станций обеспечивается доступ к системе управления базой данных;

разделение программных средств; необходимые программы могут быть запущенны с любой рабочей станции;

разделение ресурсов процессора файлового сервера. Процессор используется в режиме разделения времени. Его особенность заключается в том, что доступ к имеющимся ресурсам осуществляется не по принципу «кто первый захватит», а через специальный диспетчер;

мультипрограммный режим предоставляет возможность даже одному пользователю организовать работу сразу с несколькими заданиями;

электронная почта, с помощью которой происходит интерактивный обмен информацией между пользователями на рабочих станциях сети.

Необходимо отметить, что отмеченные возможности не являются специфическими для локальных сетей. В той или иной мере они присущи и другим сетям.

Сети Ethernet используют протокол канального уровня Ethernet. Этот протокол обеспечивает унифицированный интерфейс к сетевой среде передачи, который позволяет операционной системе использовать для приема и передачи данных несколько протоколов сетевого уровня одновременно.

Спецификация Ethernet определяет протокол как совокупность из трех необходимых компонентов:

набора правил физического уровня, задающих типы кабеля и ограничения кабельной системы для сетей Ethernet;

формата кадра, задающего порядок и назначение битов, передаваемых в пакете Ethernet;

механизма управления доступом к среде, называемого множественным доступом с контролем несущей частоты и обнаружением коллизий.

Множественный доступ означает, что любое подключенное устройство может передавать информацию.

Контроль несущей означает, что имеется возможность определить, занят канал или нет.

Обнаружение коллизий дает возможность выяснить перебивает ли передача с конкретного компьютера какую-либо другую передачу.

Фактически задержка при обнаружении коллизий - величина случайная. Это позволяет избежать такого развития событий, когда две машины одновременно передают сообщения по сети, обнаруживают коллизию, ждут некоторое время, а потом возобновляют передачу, переполняя сеть коллизиями. Вычисление задержки происходит с использованием генератора случайных чисел на некотором диапазоне. Количество попыток передачи не бесконечно. После определенного числа попыток сообщение снимается.

С точки зрения готового изделия, протокол Ethernet реализован в виде следующих составляющих: плат сетевых адаптеров, вставляющихся в компьютеры, драйверов сетевых адаптеров, позволяющих операционной системе взаимодействовать с этими адаптерами. А также концентраторы, соединяющие компьютеры друг с другом.

Первый стандарт Ethernet был опубликован в 1980 году. Он предполагал использование коаксиального кабеля, работающего со скоростью 10 Мбит/с и манчестерское кодирование сигналов. Этот метод получил в дальнейшем название «толстый Ethernet» из-за толщины кабеля, диаметр которого составлял около 1-го сантиметра.

Стандарт DIX Ethernet 2, был опубликован в 1981 году, он предполагал использование другого типа коаксиала, стандарт получил название «тонкий Ethernet». Кроме того, этот кабель был значительно дешевле толстого коаксиала.

Нынешняя версия Ethernet определяется спецификацией IEEE802.3 (Institute of Elecal and Electronics Engineers). С некоторыми минимальными отличиями этот документ фактически описывал сеть Ethernet под другим именем. До сегодняшнего дня продукты, на которые мы ссылаемся как на Ethernet, в действительности соответствуют стандарту IEEE802.3.

На основании этого стандарта коаксиал уступил место «витой паре». «Витая пара» или 10BaseT быстро стала наиболее популярной средой передачи для этого протокола. Большинство действующих сегодня сетей Ethernet используют кабель «витая пара», который продолжает поддерживаться новыми высокоскоростными стандартами. Оптоволоконные технологии, не чувствительные к электромагнитным помехам, позволили протянуть сетевые соединения на много большие расстояния, чем это допускают медные технологии.

Стандарт Fast Ethernet (1995г.) под именем IEEE802.3u увеличивает скоростную способность сети в 10 раз, то есть до 100 Мбит/с и использует витую пару или оптоволокно.

Стандарт Gigabit Ethernet (IEEE802.3z) увеличил скорость сети до 1 Гбит/с.

В качестве рабочих мест в ЛВС применяются автономные компьютерные системы называемые рабочими станциями и автоматизированными рабочими местами (АРМ).

Обычно рабочие станции располагают собственными внешними накопителями, но допускаются конфигурации без таких накопителей со специальным постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) для загрузки сетевого программного обеспечения.

Управление различными службами в ЛВС осуществляется с использованием одного или нескольких серверов. В терминологии сетевых технических средств сервер - это один из включенных в сеть компьютеров, располагающих соответствующими программными и достаточными аппаратными мощностями для выполнения какого-либо обслуживания. С этой точки зрения принципиальной разницы между сервером и рабочей станцией, снабженной специальным программным обеспечением, нет.

Другое дело, к серверу могут предъявляться некоторые дополнительные требования, связанные с необходимостью обслуживания большого числа запросов от многих станций и других серверов. Например, типичным требованием к серверам является требование круглосуточной и бесперебойной работы.

Повышенные требования предъявляются к программно-аппаратному обеспечению файловых серверов. Это связано с тем, что от таких серверов зависят временные характеристики по загрузке, передаче и хранению данных в сети.

Для подключения ЭВМ к сети требуются устройства сопряжения, называемые сетевыми адаптерами или сетевыми интерфейсными картами. Они вставляются в гнёзда материнской платы компьютера. В настоящее время широкое распространение приобрели адаптеры, которые могут настраиваться на различные скорости передачи данных: 10 Мбит/с (Ethernet) и 100 Мбит/с (Fast Ethernet).

Большинство сетевых адаптеров Ethernet имеют разъемы для подключения разных видов кабелей: RJ-45 для «витой пары», BNC для тонкого коаксиального кабеля. Некоторые имеют также разъём AVI на 15 контактов для толстого коаксиального кабеля. В настоящее время в основном используются сетевые адаптеры, рассчитанные на сопряжение PCI.

Раньше выпускались сетевые адаптеры, в которых адрес подключения и номер прерывания настраивались вручную с помощью перемычек (jumpers). Потом стала практиковаться программная настройка. В настоящее время выпускаются адаптеры с автоматической настройкой Plug-and-Play (PnP), которые в случае конфликтов с другими аппаратными средствами допускает и программную перенастройку.

При выпуске, каждый сетевой адаптер снабжается микросхемой с уникальным, 48-битовым адресом Ethernet (МАС адрес). Каждая фирма, имеющая лицензию на выпуск адаптеров, располагает собственным диапазоном адресов Ethernet, так что в мире не должно быть интерфейсных карт с одинаковыми адресами.

Для взаимного преобразования интернетовских адресов в аппаратные и обратно служат протоколы ARP (Address Resolution Protocol) и RARP (Reverse ARP).

Обычно топология сетей Ethernet представляет собой шину с ветвлениями. В каждой логической сети (в смысле адресации TCP/IP) между двумя любыми точками имеется только один путь. Данные, пересылаемые по кабельной системе, передаются в широковещательном режиме.

Стандартная спецификация Ethernet предусматривает скорость передачи данных 10 Мбит/с. Технология Fast Ethernet рассчитана на скорость 100 Мбит/с.

Традиционно, в сетях Ethernet применяется три среды передачи данных:

коаксиальный кабель;

медный провод «витая пара»

оптоволоконный кабель

Одна логическая локальная сеть может быть значительно территориально распределена в разных зданиях, удаленных друг от друга на значительные расстояния, иногда на десятки километров. Внутри зданий сетевые компьютеры могут отстоять друг от друга на десятки метров. Поэтому в одной ЛВС могут использоваться различные виды коммуникационных каналов.

4.3 Протокол Frame Relay

С появлением более быстрых и надежных линий связи возникла потребность в новых технологиях информационного обмена. Для обеспечения большей производительности и реализации преимущества новых цифровых и оптоволоконных коммуникаций был разработан протокол Frame Relay (FR). Первоначально он проектировался под сети ISDN. Однако в 1990г. консорциум американских производителей во главе с Cisco System сосредоточили усилия на расширении возможностей протокола Frame Relay. Названные дополнения к уже известным рекомендациям получили название: локальный интерфейс управления (Local Management Interface - LMI) и были включены в стандартную спецификацию протокола Frame Relay.

Frame Relay переводится как «пересылка кадров», то есть рассматриваемый протокол охватывает первые два уровня иерархии модели OSI, где обмен кадрами осуществляется на втором уровне, а пакетами на третьем.

Действие протокола Frame Relay сравнивают с действием воронки для перелива жидкости (рис. 4.4.). По одному физическому каналу могут передаваться данные по нескольким логическим каналам, в том числе голосовая и видеоинформация.

Frame Relay передает данные пользователей по виртуальным каналам, которые однозначно определяются идентификатором информационных связей DLCI (Data Link Connection Identifier). Это ключевое понятие протокола. Под DLCI в заголовке кадра отведены 10 бит, так что его значение не может превышать числа 1023. Каждый DLCI обеспечивает логическое соединение с удаленным объектом, разделяя общий физический канал.

Рис. 4.4 - Взаимодействие транспортных протоколов с Frame Relay



В настоящее время в стандарте FR используются постоянные виртуальные каналы PVC с фиксированными номерами DLCI, что позволяет упростить и, тем самым, ускорить маршрутизацию кадров.

Кадры протокола обособлены начальными и конечными ограничительными флагами. Стандартный заголовок кадра имеет размер 2 байта. Здесь предусмотрены служебные биты управления потоком в сети, что позволяет избежать перегрузок. Управление потоком может быть организованно также и по специальному протоколу управления перегрузками на интерфейсе.

Информационное поле кадра может иметь размер от 32 байт до 4 килобайт. Проверка искажения кадра осуществляется с помощью формируемого циклического избыточного кадра (CRC - Cyclic Redundancy Check). Но механизма корректировки испорченных кадров в протоколе FR, нет; повторная передача испорченных кадров тоже не выполняется. Это делается другими протоколами, более высокого уровня.

Физически подключение к сети Frame Relay осуществляется через синхронный порт по каналу с пропускной способностью не менее 9600 бит/с. Логически пользователь подключается по PVC с назначенным номером DLCI.

Сетевое оборудование, поддерживающее FR, позволяет организовать многопротокольную инкапсуляцию таких протоколов как TCP/IP, X.25, NetBios, IPX и других в кадры FR.

Наиболее широко распространено использование протокола FR, как несущего для TCP/IP. Здесь применяется тот же метод, что и в случае с X.25, только вместо адреса используется идентификатор DLCI. FR - это ещё одна возможность переноса технологии локальных сетей на распределенные сети.

К особым дополнительным возможностям протокола после его расширения относятся:

Мониторинг и сообщение пользователю о динамике PVC;

Многопунктовая адресация;

Симплексное вещание по однонаправленным PVC для организации несимметричной работы.

4.4 Космическая информационно-вычислительная сеть ГТК

Космическая связь, передача информации: между земными пунктами и космическим летательным аппаратами (КЛА); между двумя или несколькими земными пунктами через расположенные в космосе КЛА или искусственные средства (пояс иголок, облако ионизированных частиц и т. п.); между двумя или несколькими КЛА.

В космосе широко используются системы связи самого различного назначения: для передачи телеметрической, телефонной, телеграфной, телевизионной и прочей информации; для передачи сигналов команд и управления КЛА; для проведения траекторных измерений. Наиболее широко в системах космической связи используется радиосвязь.

Основные особенности систем космической связи, отличающие их от наземных:

непрерывное (часто весьма быстрое) изменение положения КЛА;

необходимость знания текущих координат КЛА и наведения приёмных и передающих антенн земного пункта связи на заданный КЛА;

непрерывное изменение частоты принимаемых сигналов из-за Доплера эффекта;

ограниченные и изменяющиеся во времени зоны взаимной видимости земного пункта и КЛА;

ограниченная мощность бортовых радиопередатчиков КЛА;

большая дальность связи и как следствие работа с очень малыми уровнями принимаемых радиосигналов.

Всё это обусловливает создание для космической связи специальных комплексов сложной аппаратуры, включающих наводящиеся антенны больших размеров, приёмные устройства с малым уровнем шумов, высокоэффективные системы обнаружения, выделения и регистрации радиосигналов.

Необходимость знания текущего положения КЛА требует периодического измерения его координат и вычисления параметров его траектории. Т.о., система космической связи существует, как правило, при совместном действии измерительных средств (система траекторных измерений), вычислительного центра и комплекса управления КЛА. Для радиоканалов космической связи в зависимости от их направления и назначения применяются различные диапазоны частот. Их распределение и порядок использования определяются регламентом радиосвязи.

Связь Земля - КЛА. Связь между земным пунктом и КЛА предназначается для обеспечения двусторонней передачи всех видов необходимой информации. Для связи с дальними КЛА (автоматическими межпланетными станциями - АМС) характерны крайне малые уровни принимаемых радиосигналов и большое время взаимной видимости, поскольку изменение направления земной пункт - КЛА определяется в основном скоростью суточного вращения Земли. Для связи с близкими КЛА (искусственными спутниками Земли - ИСЗ, космическими кораблями - КК, орбитальными космическими станциями и др.) характерны большая скорость изменения направления связи, малое время взаимной видимости, относительно небольшие дальности и соответственно достаточно большие уровни радиосигналов.

Начало радиосвязи с человеком в космосе было положено 12 апреля 1961, когда лётчик-космонавт Ю. А. Гагарин впервые в истории человечества облетел Землю на КК "Восток" и во время полёта поддерживал устойчивую двустороннюю телефонно-телеграфную связь с Землёй на метровых и декаметровых волнах. В последующих полётах КК "Восток" и "Восход" радиосвязь с Землёй совершенствовалась и была с успехом опробована между КК в групповых полётах. Во время полёта КК "Восток-2" в августе 1961 впервые из космоса на Землю передавалось телевизионное изображение лётчика-космонавта Г. С. Титова. При передаче телевизионного изображения для сужения спектра частот число кадров было уменьшено до 10 в сек. В дальнейшем стали применяться телевизионные системы с обычным стандартом. Наибольшая дальность двусторонней радиосвязи достигнута при полётах АМС к планетам. Например, при полётах к Марсу дальность связи между земным пунктом и АМС достигала 350 млн. км, к Юпитеру - 800-900 млн. км. С целью обеспечения таких дальних связей на АМС обычно используется направленная на Землю антенна.

Связь через ИСЗ. Обычно связь на большие расстояния обеспечивается по радиорелейным линиям прямой видимости, состоящим из двух оконечных и ряда промежуточных пунктов-ретрансляторов, отстоящих друг от друга на расстояние прямой видимости (50-70 км). При установке одного промежуточного ретранслятора на борту ИСЗ с высокой орбитой можно осуществить связь между двумя пунктами, удалёнными один от другого на тысячи км. Максимальная дальность непосредственной связи при этом определяется возможностью видения ИСЗ одновременно с каждого пункта.

Связные ИСЗ могут применяться как в отдельных линиях связи, так и в сетях радиорелейных линий для передачи телевизионных программ, многоканальной телефонии и телеграфии и др. видов информации.

Примером сети, имеющей большое число земных станций, может служить система связи, действующая в Советском Союзе с 1967 г. Для связи могут использоваться ИСЗ, обращающиеся по различным орбитам и на разных высотах.

Основные варианты орбит для связных ИСЗ: круговая стационарная, сильно вытянутая эллиптическая синхронная, средневысокая круговая, низкая круговая.

ИСЗ на стационарной орбите (стационарный ИСЗ) постоянно находится ("висит") над выбранной точкой экватора и обеспечивает круглосуточную связь между земными станциями на широтах меньше 75° в радиусе до 8000 км от точки, над которой расположен спутник, например ИСЗ "Интелсат". Три таких ИСЗ, находящихся на равном удалении вдоль экватора, осуществляют связь любых земных станций в пределах указанных широт. Для районов, расположенных на широтах выше 70-75°, наиболее выгодны сильно вытянутые эллиптические синхронные орбиты с апогеем над центром обслуживаемой линии связи и с периодом обращения ИСЗ в половину или целые сутки (см. ИСЗ "Молния"). При надлежащем выборе угла наклонения и места расположения апогея орбиты спутник будет значительную часть суток находиться в пределах видимости из заданного района. Для работы с ИСЗ на стационарной или эллиптической синхронной орбите применяются на земных пунктах связи антенны большого размера, т. к. расстояние ИСЗ - земной пункт превышает 30000 км и мощность принимаемых сигналов мала.

ИСЗ на средневысоких и низких круговых орбитах, например ИСЗ "Курьер", "Реле", обеспечивают значительно большие мощности принимаемых сигналов. Однако уменьшение высоты полёта сокращает время взаимной видимости спутника и земного пункта связи и приводит в конечном счёте к значительному увеличению количества спутников, требуемых для непрерывной связи. Кроме того, усложняется система слежения и наведения антенн земных станций. При малой высоте полёта непосредственная связь между значительно удалёнными пунктами невозможна и приходится применять систему радиолиний с задержанной ретрансляцией. Однако в этом случае уровни принимаемых сигналов достаточно велики и не нужны большие и дорогостоящие антенные системы, благодаря чему связь с низкими ИСЗ может проводиться даже небольшими подвижными пунктами.

Связной ИСЗ для транзитной передачи сигналов может быть оснащен активным ретранслятором, обеспечивающим также усиление сигналов, или представлять собой пассивный ретранслятор, т. е. отражатель.

Кроме ИСЗ в виде отражателя были предложены и испытаны линии связи с рассеянными отражателями в виде пояса иголок, облака ионизированных частиц. Пассивный ретранслятор может обслуживать радиосеть, состоящую из большого числа линий с различными частотами радиосигналов, т. к. он отражает или рассеивает энергию многих одновременно приходящих радиосигналов без взаимных помех, например ИСЗ "Эхо".

В отличие от него, активный ретранслятор может обслуживать сеть связи только с ограниченным числом линий, причём для устранения взаимных помех необходимо применять частотное, временное или кодовое разделение сигналов, поддерживать необходимый их уровень и не допускать перегрузок ретранслятора. Несмотря на это, наибольшее распространение имеют системы с активными ретрансляторами, которые обеспечивают одновременную передачу сообщений по нескольким (до десятка) телевизионным или нескольким тысячам телефонных каналов, например ИСЗ "Молния", "Интелсат", "Синком".

Для экономичности связи применяют многоканальные линии радиосвязи, что приводит к необходимости увеличения полосы пропускания частот в линии. Широкая полоса требуется также для ретрансляции телевизионных сигналов. С расширением полосы пропускания растет опасность искажения сообщений помехами радиоприёму. Поэтому приём сообщений с допустимыми искажениями - важнейшая задача, решаемая увеличением мощности радиосигналов, выбором частот связи, уменьшением уровня шумов радиоприёмников, применением эффективного кодирования, выбором типа модуляции, способа приёма и обработки радиосигналов при малом отношении сигнал/помеха и др. Например, частоты радиосигналов выбирают в пределах от 1 до 10 Ггц, т. к. на меньших частотах резко растут помехи от шумов космоса, а на больших - от шумов атмосферы; в первых каскадах усилителей радиоприёмников земных станций используют малошумящие квантовые усилители и параметрические усилители, охлаждаемые жидким гелием.

Под многоканальной связью понимают систему электросвязи, обеспечивающую одновременную и независимую передачу сообщений от нескольких отправителей к такому же числу получателей. Многоканальная связь применяется для передачи по кабельным, радиорелейным и спутниковым линиям связи телефонных и телеграфных сообщений, данных телеметрии и команд телеуправления, телевизионных и факсимильных изображений, информации для ЭВМ, в автоматических системах управления и т. д. Системы Многоканальная связь в сочетании с коммутационными системами явятся важнейшими составными частями единой автоматизированной системы связи.

В основу построения систем многоканальной связи положен принцип уплотнения линий связи. Наиболее распространено частотное уплотнение, при котором каждому каналу связи отводится определённая часть области частот, занимаемой трактом групповой передачи сообщений. В качестве стандартного канала принимается канал тональной частоты (ТЧ), обеспечивающий передачу речевого (телефонного) сообщения с эффективной полосой частот 300-3400 Гц. С учётом защитных промежутков между каналами каждому из них отводится номинальная полоса частот 4 кГц.

При построении многоканальной связи с частотным уплотнением используется метод объединения стандартных каналов в стандартные групповые тракты. Вначале образуют первичный групповой тракт из 12 стандартных каналов, занимающий полосу частот 60-108 кГц. Для этого каждый канал посредством своего индивидуального преобразователя частоты (модулятора) переносится в соответствующую область полосы частот первичного тракта. Из 5 первичных групповых трактов аналогичным образом формируется вторичный и т. д. В практике встречаются системы Многоканальная связь на 12, 60, 120, 180, 300, 600, 900, 1920, 10 800 стандартных каналов. Такой метод не только существенно облегчает реализацию электрических фильтров, но также обеспечивает более широкие возможности унификации оборудования и другие технические преимущества.

Образование групповых трактов обеспечивает также передачу таких видов информации, которые требуют более широкой полосы частот, чем полоса частот стандартного канала: например, при передаче звукового вещания с полосой частот 50-10 000 Гц объединяются 3 стандартных канала, при передаче черно-белого и цветного телевизионного изображений используется полоса частот всего четвертичного тракта (900 стандартных каналов). Для передачи сообщений, требующих полосы частот более узкой, чем полоса частот стандартного канала ТЧ (например, при уплотнении стандартного канала ТЧ низкоскоростными каналами передачи данных), последний с помощью аппаратуры уплотнения разделяют на 24-48 узкополосных каналов. При этом стандартный канал ТЧ становится уплотнённым каналом связи. Такое уплотнение часто называют вторичным.

Основное достоинство систем многоканальной связи с частотным уплотнением и однополосной модуляцией - экономное использование спектра частот; существенные недостатки - накопление помех, возникающих на промежуточных усилительных пунктах, и, как следствие, сравнительно невысокая помехоустойчивость. От последнего недостатка свободны системы с временным уплотнением и импульсно-кодовой модуляцией. При построении многоканальной связи большой мощности (по числу каналов) намечается тенденция одновременного использования методов частотного и временного уплотнения. Теория и техника многоканальной связи развиваются в направлении повышения помехоустойчивости передачи сообщений и эффективности использования линий связи.

В линии космической связи с пассивным ретранслятором для обеспечения необходимого уровня принимаемого сигнала увеличивают мощность передатчика и размеры антенны земной станции, размеры отражателя ретранслятора или переходят к ретрансляторам с направленным рассеянием энергии на земную станцию, а также сужают полосу пропускания частот в линии и понижают скорость передачи сообщений. Перечисленные меры имеют свои пределы, т. к. увеличивают стоимость оборудования линии связи и её эксплуатации.

В перспективе будут созданы системы передачи телевизионных программ через стационарные ИСЗ непосредственно на телевизоры; при этом открываются возможности полной телефикации и обеспечения передачи центральных программ в любое место на Земле. С совершенствованием квантовых оптических генераторов (лазеров) становится перспективной оптическая связь, т.к. на оптических волнах можно передать сообщения на сверхдальние расстояния (до десятков световых лет) благодаря очень высокой направленности луча (расхождение луча не более долей сек) при относительно малых размерах излучателей и приемлемой потребляемой мощности. Но узконаправленное излучение и приём оптических волн требуют тщательной стабилизации устройств, ориентации оптических систем на КЛА, сложного вхождения в связь и поддержания её. Наиболее выгодны оптические линии связи между КЛА, находящимися за пределами земной атмосферы, т.к. атмосфера сильно поглощает и рассеивает энергию оптических волн. В настоящее время космическую связь в России обеспечивает ФГУП «Космическая связь» (англ. Russian Satellite Communications Company (RSCC)) - российская государственная компания - национальный оператор спутниковой связи. Предоставляет услуги по всему миру. Прежние названия Союзный узел радиовещания и радиосвязи №9, Государственное предприятие «Космическая связь» (ГПКС).

ФГУП «Космическая связь» обладает самой крупной орбитальной группировкой геостационарных спутников связи и вещания в России и разветвлённой наземной инфраструктурой телепортов и волоконно-оптических линий связи. Услуги компании включают телерадиовещание, телефонную связь, высокоскоростную передачу данных и доступ в интернет, видеоконференцсвязь, создание корпоративных сетей.



Тема 5. Основные программные продукты функциональные автоматизированные рабочие места

5.1 Новые подходы к управлению информацией в среде ЕАИС таможенных органов России

информационный система таможенный орган

Федеральная таможенная служба ежедневно получает информацию о том, что происходит на территории страны с точки зрения оформления товаров и получения соответствующих платежей, являясь единственным источником сведений о том, что же конкретно в Россию ввезено и что из нее вывезено. Сбор и подсчет статистики внешней торговли - государственная задача, которой ФТС занимается с 1991 г. В конце декабря 1991 г. вышел приказ «О начале опытной эксплуатации автоматизированной системы ведения таможенной статистики России». Этим документом утверждался альбом форм документов и отраслевой руководящий документ ОРД 001-91 «Временные методические рекомендации по технологии сбора, передачи и обработки информации». Уже с января 1993 г. ГНИВЦ приступил к опытной эксплуатации подсистемы ведения таможенной статистики внешней торговли России в полном объеме. Основная нагрузка, связанная с организацией опытной эксплуатации системы, легла на плечи должностных лиц производственных отделов ГНИВЦ и соответствующих подразделений (созданных в этот период) Региональных отделов ГНИВЦ, на базе которых созданы региональные пункты собора информации (РПСИ). В обеспечение деятельности РПСИ была создана ведомственная сеть передачи данных.

Основными функциями РПСИ являлись:

* сбор информации по таможенным органам в закрепленной зоне деятельности;

* ввод, контроль и корректировка информации;

* формирование файлов и передача информации в ГНИВЦ по каналам связи;

* создание и ведение региональной базы данных таможенной информации и НСИ;

* формирование и ведение региональной таможенной статистики;

* осуществление методического и функционального руководства по вопросам автоматизации таможенными органами в закрепленной зоне деятельности;

* внедрение и сопровождение программных средств, системно-техническое обслуживание средств вычислительной техники и т. п.

Создание региональных отделов (РО) ГНИВЦ позволило быстро и на высоком уровне решить очень сложную задачу - не только организовать сбор информации по всей стране, но и обеспечить переход на использование электронных копий таможенных документов. РО ГНИВЦ явились центрами автоматизации в регионах. Централизованное управление позволило избежать появления местнических интересов и организовать создание автоматизированных систем в регионах, построенных с использованием единых принципов.

В течение 1992-1993 гг. шла отработка технологии таможенного оформления грузов и создания электронных копий ТД, технологии сбора и передачи информации на бумажных носителях (с привлечением фельдъегерской службы), а электронных копий ТД и других таможенных документов - с использованием телекоммуникационных каналов связи. В 1993 г. был организован выпуск сигнальных экземпляров первых сборников по таможенной статистике внешней торговли России за первое полугодие 1993 г., а также за третий квартал 1993 г.

Приказ ГТК России от 17.12.1993 г. «О мерах по переходу на промышленную эксплуатацию автоматизированной подсистемы ведения таможенной статистики» № 535 стал отправной вехой в деле полномасштабного функционирования всей инфраструктуры подразделений автоматизации таможенных органов, РПСИ и ГНИВЦ в режиме промышленной эксплуатации первой подсистемы в составе ЕАИС.

Начиная с первого квартала 1994 г. ГНИВЦ в лице своих производственных подразделений, совместно с соответствующими подразделениями таможенных органов, приступил к регулярному формированию данных для публикации квартальных бюллетеней и годовых сборников таможенной статистики внешней торговли России.

На рис. 5.1 показана структура сбора, передачи и хранения информации для ведения таможенной статистики внешней торговли.

Декларации и иные сопроводительные документы подаются в отдел таможенного оформления и контроля таможенного поста или непосредственно таможни. Электронные образы деклараций заносятся во временную базу данных таможенного органа (БДТ) и проверяются. После этого по сети связи они передаются в РПСИ, функционирующий сегодня на базе вычислительного центра Информационно-технической службы (ИТС) РТУ. Кроме этого, из таможен в РПСИ периодически передаются различные формы статистической отчетности. Все это помещается в региональную базу данных (РБД). Подразделения РТУ могут использовать данные РБД своей деятельности. Полученные данные после дополнительной проверки, из РПСИ передаются в ГНИВЦ - в ЦБД. Статистические формы одновременно передаются в ФТС РФ.

Соответствующим образом обработанные и сведенные по определенным методическим принципам данные по всей территории РФ используются для получения различных сводных статистических форм.