Размещено на http://allbest.ru

История развития компьютерных сетей

Интернемт (англ. Internet, МФА-- всемирная система объединённых компьютерных сетей для хранения и передачи информации. Часто упоминается как Всемирная сеть и Глобальная сеть, а также просто Сеть. Построена на базе стека протоколов TCP/IP. На основе Интернета работает Всемирная паутина (World Wide Web, WWW) и множество других систем передачи данных.

К 30 июня 2012 года число пользователей, регулярно использующих Интернет, составило более чем 2,4 млрд человек, более трети населения Земли пользовалось услугами Интернета.

История развития компьютерных сетей достаточно сложна; за прошедшие 35 лет в этом процессе приняли участие многие специалисты и пользователи сетей. Процесс создания и коммерческого применения новых типов сетей был значительно более сложным, в этой заметке отмечены лишь основные этапы.

После запуска СССР искусственного спутника Земли в 1957 году Министерство обороны США посчитало, что на случай войны требовалась надёжная система передачи информации и повсеместно распространялась. Агентство передовых исследовательских проектов США (DARPA) предложило разработать для этого компьютерную сеть. Разработка такой сети была поручена университету в Лос-Анджелесе. Компьютерные сеть была названа ARPANET и в 1969 году в рамках проекта сеть объединила четыре указанных научных учреждения, все работы финансировались за счёт Министерства обороны США. Затем сеть ARPANET начала активно развиваться, после чего её начали использовать ученые работники из разных областей науки.

Первый сервер ARPANET был установлен 1 сентября 1969 года в Калифорнийском университете. Этот компьютер «Honeywell 516» имел 12 КБ оперативной памяти.

К 1971 году была разработана первая программа для отправки электронной почты по сети, где программа сразу стала очень популярна и практична.

В 1973 году к сети были подключены через телефонный кабель первые организации из Великобритании и Норвегии, где сеть стала международной.

В 1970-х годах сеть в основном использовалась для отправки электронной почты, тогда же появились первые списки почтовой рассылки, новости и доска объявлений. Однако в то время сеть ещё не могла взаимодействовать с другими сетями, построенными на других легко технических стандартах. К концу 1970-х годов начали быстро развиваться протоколы передачи данных, которые были стандартны в 1982--83 годах.

Активную роль в разработке и стандартизации сетевых протоколов играл Джон Постел. 1 января 1983 года сеть ARPANET перешла с протокола NCP на TCP/IP Журнал «Домашний компьютер» от 12.2005 г. Страница 90-95., который характерно применяется до сих пор для объединения (или, как ещё говорят, «наслоения») сетей. Именно в 1983 году термин «Интернет» закрепился за сетью ARPANET.

В 1984 году у сети ARPANET появился соперник. Национальный научный фонд США основал обширную сеть NSFNet (англ. National Science Foundation Network), которая была составлена из более неразвитых сетей (включая известные тогда сети Usenet и Bitnet) и имела гораздо большую способность, чем ARPANET. К этой сети за год подключились примерно 15 тыс. компьютеров, название «Интернет» начало плавно переходить к NSFNet.

В 1988 году был изобретён протокол Internet Relay Chat (IRC), благодаря чему в Интернете стало возможно общение в реальном виде.

В 1989 году в Европейском совете по ядерным исследованиям родилась концепция Всемирной паутины. Всемимрная паутимна (англ. World Wide Web) -- глобально-информационное пространство, основанное на структуре Интернета и протоколе передачи данных HTTP. Для обозначения Всемирной паутины также используют слово веб (англ. web) и «WWW».

Эту концепцию предложил знаменитый британский учёный Тим Бернерс-Ли, где в течение трех лет разработал протокол HTTP, язык HTML и идентификаторы URI.

В 1990 году сеть ARPANET прекратила своё существование, полностью проиграв конкуренцию NSFNet. В том же году было зафиксировано первое подключение к Интернету по телефонной линии (т. е. «дозвон» - англ. Dialup access).

В 1991 году Всемирная паутина стала развита и доступна в Интернете, а в 1993 году появился знаменитый веб-браузер NCSA Mosaic. Всемирная паутина набирала известность.

В 1995 году NSFNet вернулась к роли исследовательской сети, планом всего трафика Интернета теперь занимались сетевые провайдеры, а не суперкомпьютеры Национального научного фонда.

В том же 1995 году Всемирная паутина стала главным поставщиком информации в Компьютерные сети, обогнав по трафику протокол пересылки файлов FTP, был образован Консорциум всемирной паутины (W3C). Можно сказать, что Всемирная паутина приобрела Интернет и создала его национальный облик.

С 1996 года Всемирная паутина Фигурнов В.Э. ИНФРА-М, 2001. IВМ РС для пользователя. Краткий курс. в некоторой степени подменяет собой понятие «Интернет».

В 1990-е годы Интернет объединил в себе большинство просуществовавших тогда сетей (хотя некоторые, как Фидонет, остались такими же). Соединение выглядело привлекательным благодаря отсутствию единого руководства, а также благодаря открытости технических стандартов Интернета, что делало локальные сети независимыми от бизнеса и конкретных компаний.К 1997 году в Интернете насчитывалось уже около 15 млн компьютеров, было зарегистрировано более 1 млн доменных имён. Интернет стал очень популярным средством для обмена информацией.

В 1998 году папа римский Иоанн Павел II учредил всемирный День Интернета (30 сентября).

В настоящее время подключиться к локальным сетям можно через спутники связи, кабельное телевидение, радиосигнал, телефон, сотовую связь, специальные оптико-волоконные линии или электропровода. Всемирная сеть стала неотъемлемой частью жизни в развитых и развивающихся странах.

Рождение компьютерных сетей было вызвано практической потребностью - иметь возможность для совместного использования данных. Если бы пользователь подключил свой компьютер к другим, он смог бы работать с их данными и их принтерами. Сетью называется группа соединенных компьютеров и других устройств.

Компьютерная сеть - набор аппаратных средств и алгоритмов, обеспечивающих соединение компьютеров, периферийных устройств и позволяющих им совместно использовать общую дисковую память, периферийные устройства, обмениваться данными.Компьютеры подключенные к локальной сети называются станциями.

Понятие ЛВС относится к географически ограниченным аппаратно - программным комплексам, в которых несколько компьютерных систем связаны между собой с помощью соответствующих средств коммуникаций.

Назначение компьютерных сетей - совместное использование ресурсов и осуществление интерактивной связи как внутри одной фирмы (предприятия), так и за пределами.

На сегодняшний день более 130 млн. компьютеров, т.е. более 80%, объединены в компьютерные сети, начиная от малых локальных сетей до глобальных сетей Internet. Тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом причин, таких как:

· необходимость получения и передачи сообщений не отходя от рабочего места;

· необходимость быстрого обмена информацией между пользователями;

· возможность быстрого получения разнообразной информации, вне зависимости от ее местонахождения.

К середине 2008 года число пользователей, регулярно использующих компьютерную сеть, составило около 1,4 млрд. человек Подсчитано по информационным справочникам, почти на 4 человека имеется компьютер..

В настоящее время компьютерные сети выходят за пределы ЛВС и вырастают в глобальные сети (ГВС), охватывая целые страны и континенты.

Интересная информация: русский писатель, философ и общественный деятель XIX века Владимир Одоевский (1803--1869) в своём незаконченном романе «4338-й год», похоже, первым предсказал появление современных устройств и Интернета. Среди других размышлений в тексте романа существуют следующие строки «между знакомыми домами устроены магнетические телеграфы, посредством которых живущие на далеком расстоянии, общаются друг с другом».

В 1997 г. в целях совершенствования информационного обеспечения научно-технической сферы Совет Министров постановил признать полное активное создание единой научно-информационной компьютерной сети, определив ГКНТ государственным заказчиком по разработке и внедрению этой сети…(Постановление СМ №1677 от 18.12.1997).

В 1998 г. в целях обеспечения развития работ по созданию НИКС Совет Министров постановляет ГКНТ приступить к формированию информационных ресурсов единой научно-информационной компьютерной сети, отработке перспективных сетевых приложений и телекоммуникационных технологий, обеспечивающих высокоскоростной доступ ведущих научных организаций и образовательных учреждений к международным и создаваемым в республике базам научно-технической информации...(Постановление СМ № 1609 от 22.10.1998).

В 2000г. БГУ приступил к разработке проекта и строительству 1-ой очереди опорной магистрали научно-информационной компьютерной сети и основных принципов ее администрирования.

В 2002г. в соответствии с решением Межведомственной комиссии по вопросам информатизации (Протокол №05\185 от 01.07.1999) Центр информационных ресурсов и коммуникаций БГУ осуществляет проектирование, строительство, эксплуатацию и администрирование научно-информационной компьютерной сети Республики Беларусь, созданной в соответствии с Постановлением Совета Министров Республики Беларусь (Постановление СМ РБ №1609 от 22.10.1998)

Семиуровневая модель OSI

Для единого представления данных в сетях с неоднородными устройствами и программным обеспечением международная организация по стандартам ISO (International Standardization Organization) разработала базовую модель связи открытых систем OSI (Open System Interconnection) [4]. Эта модель описывает правила и процедуры передачи данных в различных сетевых средах при организации сеанса связи. Основными элементами модели являются уровни, прикладные процессы и физические средства соединения. На рис. 1.10 представлена структура базовой модели.

Каждый уровень модели OSI выполняет определенную задачу в процессе передачи данных по сети. Базовая модель является основой для разработки сетевых протоколов. OSI разделяет коммуникационные функции в сети на семь уровней, каждый из которых обслуживает различные части процесса области взаимодействия открытых систем.

Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, не касаясь приложений конечных пользователей. Приложения реализуют свои собственные протоколы взаимодействия, обращаясь к системным средствам.



Рис. 1.10. Модель OSI

Если приложение может взять на себя функции некоторых верхних уровней модели OSI, то для обмена данными оно обращается напрямую к системным средствам, выполняющим функции оставшихся нижних уровней модели OSI.

Взаимодействие уровней модели OSI

Модель OSI можно разделить на две различных модели, как показано на рис. 1.11:

- горизонтальную модель на базе протоколов, обеспечивающую механизм взаимодействия программ и процессов на различных машинах;

- вертикальную модель на основе услуг, обеспечиваемых соседними уровнями друг другу на одной машине.

Каждый уровень компьютера-отправителя взаимодействует с таким же уровнем компьютера-получателя, как будто он связан напрямую. Такая связь называется логической или виртуальной связью. В действительности взаимодействие осуществляется между смежными уровнями одного компьютера.

Итак, информация на компьютере-отправителе должна пройти через все уровни. Затем она передается по физической среде до компьютера-получателя и опять проходит сквозь все слои, пока не доходит до того же уровня, с которого она была послана на компьютере-отправителе.

В горизонтальной модели двум программам требуется общий протокол для обмена данными. В вертикальной модели соседние уровни обмениваются данными с использованием интерфейсов прикладных программ API (Application Programming Interface).

Рис. 1.11. Схема взаимодействия компьютеров в базовой эталонной модели OSI

Перед подачей в сеть данные разбиваются на пакеты. Пакет (packet) - это единица информации, передаваемая между станциями сети.

При отправке данных пакет проходит последовательно через все уровни программного обеспечения. На каждом уровне к пакету добавляется управляющая информация данного уровня (заголовок), которая необходима для успешной передачи данных по сети, как это показано на рис. 1.12, где Заг - заголовок пакета, Кон - конец пакета.

На принимающей стороне пакет проходит через все уровни в обратном порядке. На каждом уровне протокол этого уровня читает информацию пакета, затем удаляет информацию, добавленную к пакету на этом же уровне отправляющей стороной, и передает пакет следующему уровню. Когда пакет дойдет до Прикладного уровня, вся управляющая информация будет удалена из пакета, и данные примут свой первоначальный вид.

Рис. 1.12. Формирование пакета каждого уровня семиуровневой модели

Каждый уровень модели выполняет свою функцию. Чем выше уровень, тем более сложную задачу он решает.

Отдельные уровни модели OSI удобно рассматривать как группы программ, предназначенных для выполнения конкретных функций. Один уровень, к примеру, отвечает за обеспечение преобразования данных из ASCII в EBCDIC и содержит программы, необходимые для выполнения этой задачи.

Каждый уровень обеспечивает сервис для вышестоящего уровня, запрашивая в свою очередь сервис у нижестоящего уровня. Верхние уровни запрашивают сервис почти одинаково: как правило, это требование маршрутизации каких-то данных из одной сети в другую. Практическая реализация принципов адресации данных возложена на нижние уровни. На рис. 1.13 приведено краткое описание функций всех уровней.

Рис. 1.13. Функции уровней модели OSI

Рассматриваемая модель определяет взаимодействие открытых систем разных производителей в одной сети. Поэтому она выполняет для них координирующие действия по:

- взаимодействию прикладных процессов;

- формам представления данных;

- единообразному хранению данных;

- управлению сетевыми ресурсами;

- безопасности данных и защите информации;

- диагностике программ и технических средств.

WWW. HTML

Всемимрная паутимна (англ. World Wide Web) -- распределённая система, предоставляющая доступ к связанным между собой документам, расположенным на различных компьютерах, подключенных к Интернету. Для обозначения Всемирной паутины также используют слово веб (англ. web «паутина») и аббревиатуру WWW.

Всемирную паутину образуют сотни миллионов веб-серверов. Большинство ресурсов всемирной паутины основаны на технологии гипертекста. Гипертекстовые документы, размещаемые во Всемирной паутине, называются веб-страницами.

Несколько веб-страниц, объединённых общей темой, дизайном, а также связанных между собой ссылками и обычно находящихся на одном и том же веб-сервере, называются веб-сайтом. Для загрузки и просмотра веб-страниц используются специальные программы -- браузеры (англ. browser).

Всемирную паутину образуют миллионы веб-серверов сети Интернет, расположенных по всему миру. Веб-сервер -- это компьютерная программа, запускаемая на подключённом к сети компьютере и использующая протокол HTTP для передачи данных.

В простейшем виде такая программа получает по сети HTTP-запрос на определённый ресурс, находит соответствующий файл на локальном жёстком диске и отправляет его по сети запросившему компьютеру. Более сложные веб-серверы способны в ответ на HTTP-запросдинамически генерировать документы с помощью шаблонов и сценариев.

Для просмотра информации, полученной от веб-сервера, на клиентском компьютере применяется специальная программа -- веб-браузер. Основная функция веб-браузера -- отображение гипертекста. Всемирная паутина неразрывно связана с понятиями гипертекста и гиперссылки. Большая часть информации в Вебе представляет собой именно гипертекст.

Для облегчения создания, хранения и отображения гипертекста во Всемирной паутине традиционно используется язык HTML (англ. HyperText Markup Language «язык разметки гипертекста»).

Работа по созданию (разметке) гипертекстовых документов называется вёрсткой, она делается веб-мастером либо отдельным специалистом по разметке -- верстальщиком. После HTML-разметки получившийся документ сохраняется в файл, и такие HTML-файлы являются основным типом ресурсов Всемирной паутины. После того, как HTML-файл становится доступен веб-серверу, его начинают называть «веб-страницей». Набор веб-страниц образует веб-сайт.

Гипертекст веб-страниц содержит гиперссылки. Гиперссылки помогают пользователям Всемирной паутины легко перемещаться между ресурсами (файлами) вне зависимости от того, находятся ресурсы на локальном компьютере или на удалённом сервере.

Для определения местонахождения ресурсов во Всемирной паутине используются единообразные локаторы ресурсов URL (англ. Uniform Resource Locator). Например, полный URL главной страницы русского раздела Википедии выглядит так: http://ru.wikipedia.org/wiki/Заглавная_страница. Подобные URL-локаторы сочетают в себе технологию идентификации URI (англ. Uniform Resource Identifier «единообразный идентификатор ресурса») и систему доменных имён DNS (англ. Domain Name System).

Доменное имя (в данном случаеru.wikipedia.org) в составе URL обозначает компьютер (точнее -- один из его сетевых интерфейсов), который исполняет код нужного веб-сервера. URL текущей страницы обычно можно увидеть в адресной строке браузера, хотя многие современные браузеры предпочитают по умолчанию показывать лишь доменное имя текущего сайта.

Технологии Всемирной паутины

Для улучшения визуального восприятия веба стала широко применяться технология CSS, которая позволяет задавать единые стили оформления для множества веб-страниц. Ещё одно нововведение, на которое стоит обратить внимание, -- система обозначения ресурсов URN (англ. Uniform Resource Name).

Популярная концепция развития Всемирной паутины -- создание семантической паутины. Семантическая паутина -- это надстройка над существующей Всемирной паутиной, которая призвана сделать размещённую в сети информацию более понятной для компьютеров. Семантическая паутина -- это концепция сети, в которой каждый ресурс на человеческом языке был бы снабжён описанием, понятным компьютеру. Семантическая паутина открывает доступ к чётко структурированной информации для любых приложений, независимо от платформы и независимо от языков программирования.

Программы смогут сами находить нужные ресурсы, обрабатывать информацию, классифицировать данные, выявлять логические связи, делать выводы и даже принимать решения на основе этих выводов. При широком распространении и грамотном внедрении семантическая паутина может вызвать революцию в Интернете.

Для создания понятного компьютеру описания ресурса, в семантической паутине используется формат RDF (англ. Resource Description Framework), который основан на синтаксисе XML и использует идентификаторы URI для обозначения ресурсов. Новинки в этой области -- это RDFS (англ.)русск. (англ. RDF Schema) и SPARQL (англ. Protocol And RDF Query Language) (произносится как «спамркл»), новый язык запросов для быстрого доступа к данным RDF.

Изобретателями всемирной паутины считаются Тим Бернерс-Ли и в меньшей степени, Роберт Кайо. Тим Бернерс-Ли является автором технологий HTTP, URI/URL и HTML. В 1980 году он работал в Европейском совете по ядерным исследованиям (фр. Conseil Europйen pour la Recherche Nuclйaire, CERN) консультантом по программному обеспечению. Именно там, в Женеве (Швейцария), он для собственных нужд написал программу «Энквайр» (англ. Enquire, можно вольно перевести как «Дознаватель»), которая использовала случайные ассоциации для хранения данных и заложила концептуальную основу для Всемирной паутины.

В 1989 году, работая в CERN над внутренней сетью организации, Тим Бернерс-Ли предложил глобальный гипертекстовый проект, теперь известный как Всемирная паутина. Проект подразумевал публикацию гипертекстовых документов, связанных между собой гиперссылками, что облегчило бы поиск и консолидацию информации для учёных CERN. Для осуществления проекта Тимом Бернерсом-Ли (совместно с его помощниками) были изобретены идентификаторы URI, протокол HTTP и язык HTML.

Это технологии, без которых уже нельзя себе представить современный Интернет. В период с 1991 по 1993 год Бернерс-Ли усовершенствовал технические спецификации этих стандартов и опубликовал их. Но, всё же, официально годом рождения Всемирной паутины нужно считать 1989 год.

В рамках проекта Бернерс-Ли написал первый в мире веб-сервер httpd и первый в мире гипертекстовый веб-браузер, называвшийся WorldWideWeb. Этот браузер был одновременно и WYSIWYG-редактором (сокр. от англ. What You See Is What You Get -- что видишь, то и получишь), его разработка была начата в октябре 1990 года, а закончена в декабре того же года. Программа работала в среде NeXTStep и начала распространяться по Интернету летом 1991 года.

И всё же теоретические основы веба были заложены гораздо раньше Бернерса-Ли. Ещё в 1945 году Ваннамвер Буш разработал концепцию Memex -- вспомогательных механических средств «расширения человеческой памяти». Memex -- это устройство, в котором человек хранит все свои книги и записи (а в идеале -- и все свои знания, поддающиеся формальному описанию) и которое выдаёт нужную информацию с достаточной скоростью и гибкостью.

Оно является расширением и дополнением памяти человека. Бушем было также предсказано всеобъемлющее индексирование текстов и мультимедийных ресурсов с возможностью быстрого поиска необходимой информации. Следующим значительным шагом на пути ко Всемирной паутине было созданиегипертекста (термин введён Тедом Нельсоном в 1965 году).

С 1994 года основную работу по развитию Всемирной паутины взял на себя консорциум Всемирной паутины (англ. World Wide Web Consortium, W3C), основанный и до сих пор возглавляемый Тимом Бернерсом-Ли. Данный консорциум -- организация, разрабатывающая и внедряющая технологические стандарты для Интернета и Всемирной паутины. Миссия W3C: «Полностью раскрыть потенциал Всемирной паутины путём создания протоколов и принципов, гарантирующих долгосрочное развитие Сети». Две другие важнейшие задачи консорциума -- обеспечить полную «интернационализамцию Сетим» и сделать Сеть доступной для людей с ограниченными возможностями.

W3C разрабатывает для Интернета единые принципы и стандарты (называемые «рекомендациями», англ. W3C Recommendations), которые затем внедряются производителями программ и оборудования. Таким образом достигается совместимость между программными продуктами и аппаратурой различных компаний, что делает Всемирную сеть более совершенной, универсальной и удобной. Все рекомендации консорциума Всемирной паутины открыты, то есть не защищены патентами и могут внедряться любым человеком без всяких финансовых отчислений консорциуму.

HTML (от англ. HyperText Markup Language -- «язык гипертекстовой разметки»;) -- стандартный язык разметки документов во Всемирной паутине. Большинство веб-страниц создаются при помощи языка HTML (или XHTML). Язык HTML интерпретируется браузерами и отображается в виде документа в удобной для человека форме.

HTML является приложением («частным случаем») SGML (стандартного обобщённого языка разметки) и соответствует международному стандарту ISO 8879. XHTML же является приложениемXML.

Язык HTML был разработан британским учёным Тимом Бернерсом-Ли приблизительно в 1986--1991 годах в стенах Европейского Центра ядерных исследований в Женеве (Швейцария).

HTML создавался как язык для обмена научной и технической документацией, пригодный для использования людьми, не являющимися специалистами в области вёрстки. HTML успешно справлялся с проблемой сложности SGML путём определения небольшого набора структурных и семантических элементов -- дескрипторов. Дескрипторы также часто называют «тегами».

С помощью HTML можно легко создать относительно простой, но красиво оформленный документ. Помимо упрощения структуры документа, в HTML внесена поддержка гипертекста. Мультимедийные возможности были добавлены позже.

Изначально язык HTML был задуман и создан как средство структурирования и форматирования документов без их привязки к средствам воспроизведения (отображения). В идеале, текст с разметкой HTML должен был без стилистических и структурных искажений воспроизводиться на оборудовании с различной технической оснащённостью (цветной экран современного компьютера, монохромный экран органайзера, ограниченный по размерам экран мобильного телефона или устройства и программы голосового воспроизведения текстов). Однако современное применение HTML очень далеко от его изначальной задачи. Например, тег <TABLE> предназначен для создания в документах таблиц, но, часто используется и для оформления размещения элементов на странице. С течением времени основная идея платформонезависимости языка HTML была принесена в жертву современным потребностям в мультимедийном и графическом оформлении.

Браузеры

Текстовые документы, содержащие разметку на языке HTML (такие документы традиционно имеют расширение .html или .htm), обрабатываются специальными приложениями, которые отображают документ в его форматированном виде. Такие приложения, называемые «браузерами» или «интернет-обозревателями», обычно предоставляют пользователю удобный интерфейс для запроса веб-страниц, их просмотра (и вывода на иные внешние устройства) и, при необходимости, отправки введённых пользователем данных на сервер. Наиболее популярными на сегодняшний день браузерами являются Google Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Internet Explorer и Safari

Канал связи

Канал связи (англ. channel, data line) -- система технических средств и среда распространения сигналов для односторонней передачи данных от источника к получателю. Два канала связи, обеспечивающих передачу данных между узлами во взаимопротивоположных направлениях, образуют канал передачи данных. Канал связи и линия связи - составляющие соответственно канала и линии передачи данных. Канал связи, понимаемый в узком смысле (тракт связи), представляет только физическую среду распространения сигналов, например, физическую линию связи.

Виды и средства связи

К видам связи традиционного назначения относят: почтовую (буквенно-цифровую и графическую информацию), телефонную (передача речи), телеграфную (буквенно-цифровые сообщения), факсимильную (буквенно-цифровая и графическая информация), радио, радиорелейную и спутниковую связь (буквенно-цифровая и графическая информация). При этом виды связи делятся на: проводные (телефонные, телеграфные и т.п.) и беспроводные, в которых, в свою очередь, выделяют: радио (всенаправленные, узконаправленные, сотовые и иные радио системы), радиорелейные и космические (спутниковые) устройства, системы и комплексы. Причем, например, передачу речи можно организовать по аналоговым и цифровым, проводным и беспроводным, телефонным и любым радио каналам связи.

Технические средства передачи информации подразумевают использование различных средств связи (коммуникации). Они предоставляют возможность организовать названные виды связи с помощью телефонных, факсимильных, телеграфных аппаратов, компьютеров с модемами и др. Пользователь обычно не знает, какие виды связи задействованы в процессе используемого им сеанса связи. Порой системы и средства связи называют средствами коммуникации, так как термин «коммуникация» (англ. «communication») означает средство связи.

Существуют различные классификации средств связи. Будем придерживаться определения, что средства связи - это технические системы передачи данных (СПД) и информации на расстояние, образующие канал связи и оконечные устройства приема/передачи.

Современные средства связи предоставляют пользователям десятки и сотни различных сервисных услуг. С их помощью можно узнать: текущие дату и время, погоду в любой точке планеты, уточнить расписание движения различных видов транспорта и местоположение субъекта или объекта (средства навигации), заказать билеты на транспорт или массовое мероприятие, номера в гостиницах, выполнить циркулярную рассылку информации нескольким абонентам одновременно, проводить переговоры сразу с несколькими абонентами, использовать автоот-ветчик с записью передаваемых сообщений, подключиться к компьютеру и выполнить другие сервисы. интернет электронный сетевой сотовый

По видам передаваемых сигналов средства связи делят на аналоговые и цифровые или дискретные.

К аналоговым относят непрерывные сигналы (электрические колебания), как правило, плавно меняющие амплитуду своих значений в течение сеанса передачи информации, например, речь в телефонном канале.

При передаче любых сведений по сетям передачи данных их преобразуют в цифровую форму. Например, по телеграфу передаются закодированные последовательности импульсов. То же происходит при передаче информации между компьютерами по любым телекоммуникациям. Такие сигналы называются дискретными (цифровыми). При передаче информации из ЭВМ в качестве кода используют восьми разрядный двоичный код.

Для передачи цифровых компьютерных данных по телефонным линиям связи их преобразуют в электрические колебания. На приемном конце происходит обратное преобразование электрических колебаний в машинные коды. Устройства, осуществляющие подобные преобразования, называют модемами. Дискретные сигналы по аналоговым каналам связи (телефонным и т.п.) передаются после их вторичного уплотнения, что неэффективно, с точки зрения, использования пропускной способности канала.

Линии и каналы связи

Физическая среда распространения информации является общим, связующим звеном любой системы передачи данных и с точки зрения организации связи делится на лини и каналы. Она может представлять собой кабель, атмосферу, тропосферу и космическое пространство и иные среды, в которых распространяются данные.

Линия связи - это физические провода или кабели, соединяющие пункты (узлы) связи между собой, а абонентов - с ближайшими узлами.

Каналы связи образуется различным образом. Они могут быть физическими проводными каналами - образуемыми кабелями связи, волновыми каналами - формируемыми для организации в какой-либо среде (например, эфире) различных видов радиосвязи с помощью антенн и выделенной полосы частот, а так же коммутируемыми и виртуальными - организуемыми на время передачи информации. В ряде случаев считается, что канал связи можно называть линией связи и наоборот. При этом электрические и оптические каналы связи (образуемые соответствующими сигналами) подразделяются на: проводные и беспроводные (радио-, инфракрасные и другие) каналы.

Так, в телефонной коммутируемой сети канал образуется после набора номера на время соединения, например, двух абонентов и проведения между ними сеанса голосовой связи. В проводных системах передачи данных канал формируется путем применения оборудования уплотнения, позволяющего одновременно продолжительно или кратковременно передавать по линии связи данные большого количества источников (тысяч). В радиосвязи термин «канал» означает среду передачи данных, организованную для одного или нескольких, одновременно проводимых сеансов связи.

Во втором случае, например, может использоваться частотное или временное разделение каналов. Как и средства связи, линии или каналы связи делятся на: аналоговые, цифровые, а также аналогово-цифровые. Цифровые коммуникации (каналы связи) надежнее, чем аналоговые. Они обеспечивают высокое качество передачи информации, позволяют внедрять механизмы, гарантирующие целостность каналов, защиту данных и применение других сервисов. Для передачи аналоговой информации по цифровому каналу, она преобразуется в цифровую форму.

В конце 1980-х г. появилась цифровая сеть с интеграцией услуг (англ. «Integrated Serviced Digital Network», ISDN). Ей отводится роль глобальной цифровой магистрали, соединяющей офисные и домашние компьютеры для обеспечения им высокоскоростной передачи данных (до 2 Мбит/с и более). Стандартные четырех-проводные абонентские устройства в ISDN - это телефон, факсимильный аппарат, устройства передачи данных, оборудование телеконференций и другие.

По пропускной способности каналы связи делят на: 1) низкоскоростные (телеграфные, скорость передачи информации от 50 до 200 бод/с). 1 бод = 1 бит/сек. Единица «бод» была названа в честь французского изобретателя телеграфного аппарата Эмиля Бодо. Боды определяют количество любых переданных битов в секунду, 2) среднескоростные (аналоговые телефонные, от 300-9600 до 56000 бит/с для ЭВМ), 3) высокоскоростные или широкополосные (скорость передачи информации свыше 56000 бит/с). Так как, 1 байт равен 8 битам, можно легко осуществить пе-ресчет, например, 56000 бит/с = 7 Кб/с.

В зависимости от возможностей организации направлений передачи информации каналы связи делятся на:

· симплексные, позволяющие осуществлять передачу информации только в одном направлении;

· полудуплексные, обеспечивающие попеременную передачу информации в прямом и обратном направлениях;

· дуплексные или полнодуплексные, допускающие передачу информации одновременно в прямом и обратном направлениях.

Проводные каналы связи представляют группу параллельных или скрученных (витая пара) медных проводов (скорость передачи данных - 1 Мбит/сек), тонкий и толстый коаксиальные кабели типа TV (скорость передачи данных - 15 Мбит/сек) и волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) со скоростью передачи данных - 400 Мбит/сек. Электрические кабели делятся на низко- и высокочастотные, одно- и многожильные. В проводных каналах, в том числе образующих компьютерные сети, используют следующие виды кабелей:

Широкополосный коаксиальный кабель обеспечивает скорость передачи информации до 500 Мбит/с. Он невосприимчив к помехам, легко наращивается (максимальное расстояние - 10 км), но достаточно дорог. В информационных сетях используют толстый (англ. «thick») и тонкий (англ. «thin» коаксиальный кабель. Первый обеспечивает максимальное расстояние без повторителей до 500 м, а общее - до 3 км; второй - до 300 м и 1 км соответственно. На основе использования коаксиального кабеля строились сети кабельного телевидения (CATV). По нему аналоговый сигнал передается на расстояние до нескольких десятков км. Обычно такая сеть имеет древовидную структуру. Кроме коаксиального, в CATV используют и волоконно-оптический кабель, позволяющий обслуживать большие территории и передавать бoльшие объемы информации, обеспечивая высокое качество сигналов даже без применения повторителей. Сети, в которых используют различные кабели, называются гибридными.

Число проводов, используемых для офисных или домашних компьютеров и электроники, постоянно растет. В помещении площадью до 150 м кв. прокладывается до 3 км различных кабелей. В 1990-е г. британская компания United Utilities предложила технологию Digital Power Line (DPL - цифровые электрические линии), позволяющую использовать обычные силовые электрические сети в качестве сетей или среды высокоскоростной передачи пакетов данных и голоса по электрическим сетям напряжением 120/220 В.

Успехов в данной области добилась израильская компания Main.net, разработавшая технологию Power Line Communi-cations (PLC), обеспечивающую передачу данных и голоса (VoIP) со скоростью от 2 до 10 Мбит/с. В дальнейшем эту технологию стали также называть PLT (Power-line Telecommunications) - сеть по электрическому проводу. PLC-технология подходит для низкоскоростной передачи данных (домашняя автоматика, бытовые устройства и т.п.), доступа в Интернет, для приложений, требующих высокоскоростного соединения (видео по запросу, видеоконференц-связи и т.п.). При этом питающие здание электрические кабели служат «последней милей», а электропроводка внутри здания - «последним дюймом» для передачи данных.

Скорость передачи в таких сетях доходит до 20 Мбит/с. PLC-технология может использоваться при создании локальной сети в небольшом офисе или жилом доме, покрывая расстояние до 200-300 м. Она обеспечивает реализацию услуг дистанционного мониторинга, охраны жилища, управления его режимами, ресурсами и т.п., составляющих концепцию интеллектуального дома, а также позволяет организовать прямой доступ в Интернет.

При этом силовые линии электропередачи становятся коммуникационным каналом доступа в Интернет. К такой сети можно подключать компьютеры, факсы, телефоны и другие подобные устройства. Специальные кабельные модемы обеспечивают передачу широкополосных сигналов (10-30 МГц) со скоростью в десятки Мбит/с. Однако внедрение таких систем связано с решением проблем утечки электромагнитных излучений из зданий, подключенных к PLC-системе, а также электромагнитной интерференции с системами радиовещания в коротком и средневолновом радиодиапазонах.

Оптоволоконный или волоконно-оптический кабель (англ. «optical fiber») состоит из кварцевого сердечника диаметром 3-60 мкм (микрон), окруженного отражающей защитной оболочкой с внешним диаметром 125-200 мкм. Передача информации осуществляется преобразованием электрических сигналов в световые с помощью, например, светодиода. Такой кабель позволяет одновременно организовать работу нескольких сотен тысяч телефонных, нескольких тысяч видеотелефонных и около тысячи телевизионных каналов.

Хотя для сетей передачи данных оптические системы дают ряд преимуществ: повышенная безопасность (сложность несанкционированного подключения), не требуется заземлять кабели, низкое затухание сигнала, малые масса и диаметр кабеля, высокая пропускная способность, пожаробезопасность, волоконно-оптические кабели достаточно дороги; они требуют устройств преобразования световых сигналов в электрические (лазеры) и наоборот. Уникальные свойства кабеля позволяют использовать его для организации локальный сетей и Интернета (обычно с топологией «звезда»).

Каналы связи бывают коммутируемые (создаются лишь на время проведения сеанса передачи информации, например, телефонные) и некоммутируемые (выделяются абоненту на продолжительный период времени и не зависят от времени передачи данных - выделенные).

Беспроводные каналы связи

По сравнению с технологиями проводной связи, основными преимуществами беспроводных сетей являются быстрая и удобная установка, низкие затраты и мобильность персонала, обслуживающего системы, так как ненужно создавать проводные (кабельные) каналы и дорогостоящее стационарное оконечное и промежуточное оборудование. В большинстве беспроводных устройств используется технология распространения сигналов в узком диапазоне радиочастот (сотовые телефоны, пейджеры, радиоприемники). Существуют широкополосные и сверхширокополосные устройства, а также устройства с расширенным спектром, излучающие сигналы в широком диапазоне частот. Одним из преимуществ таких устройств является то, что они могут работать в той же среде, что и любые другие беспроводные устройства, использующие ту же полосу частот.

Выделяют три основных типа беспроводных сетей:

1) радиосети свободного радиочастотного диапазона (сигнал передается сразу по нескольким частотам);

2) микроволновые (дальняя и спутниковая связь),

3) инфракрасные (лазерные, передаваемые когерентными пучками света).

Последние являются высокопроизводительными (высокоскоростными) системами. Инфракрасная технология обычно используется в секторе дистанционных устройств управления бытовой электронной техникой. Ограничения ее применения связано с возможностью работы на небольших расстояниях и только в пределах прямой видимости.

Существуют различные типы радиоканалов, отличающиеся используемым частотным диапазоном (короткие, средние, длинные, ультракороткие и сверхвысокочастотные волны) с амплитудной, частотной, фазовой и иной модуляцией и дальностью связи. По способу организации используют системы одночастотной, двухчастотной и многочастотной радиосвязи. Одночастотная связь обычно применяется в режиме радиальной радиосвязи, то есть предоставляет возможность всем абонентам сети слышать вызывающего абонента и отвечать ему (симплексный режим). Для организации прямой связи между двумя удаленными абонентами используется также одноканальная двухчастотная (полудуплексная) радиосвязь - двухчастотный симплекс. Многоканальные системы полудуплексной радиосвязи формируются на основе транковых и радиорелейных систем.

Транкинговая (англ. «trunking») или транковая (англ. «trunked») связь (ствол, канал связи) означает канал связи, организуемый между двумя станциями или узлами сети, предназначенный для передачи информации группы пользователей в одном радиостволе (до 50 и более абонентов) с радиусом действия от 20 до 100 км. Эта профессиональная мобильная радиосвязь с автоматическим распределением свободных каналов среди большого числа подвижных абонентов позволяет эффективно использовать частотные каналы и существенно повышая пропускную способность системы.

Радиорелейная связь образуется путём строительства протяженных линий с приёмо-передающими станциями и антеннами

Телеграфная связь - один из старейших видов связи. Она изобретена в России в 1832 г. П.Л. Шиллингом и первоначально использовала телеграфные аппараты с узкой рулонной бумажной лентой. Такая связь считается исключительно надежной, но характеризуется низкой скоростью передачи и не предназначена для широкого, особенно частного, использования.

Телефонная связь - самый распространенный вид оперативно-управленческой связи. Официально она появилась 14 февраля 1876 г., когда А. Белл (Александр Грейам, 1847-1922, США) зарегистрировал изобретение первого телефонного аппарата. Первая телефонная станция появилась в 1878 г. также в США (Нью-Хейвен).

Принцип телефонной связи. Телефонный микрофон, в который говорит абонент, преобразует колебания звука в аналоговый электрический сигнал. Сигнал передается по линиям связи на телефонный аппарат абонента, принимающего голосовую информацию, с помощью индуктивных катушек и мембраны, расположенных в телефонной трубке.

Этот сигнал преобразуется в колебания звука (тональный сигнал) с полосой передаваемых частот по отечественным телефонным каналам, равной 300 Гц-3,4 кГц. Телефонная связь представляет собой разветвленную структуру, объединяющую аппараты абонентов с ближайшими автоматическими телефонными станциями (АТС), соединяемыми между собой в единую телефонную сеть. Любой аппарат абонента соединяется абонентской линией с ближайшей АТС, удаленной от него на расстояние до 10 км («последняя миля»).

На телефонной станции на время телефонных переговоров производится подключение телефонных каналов абонентских и соединительных линий (между АТС) и их разъединение по окончании переговоров. Широкое применение в организациях находят офисные телефонные системы (УАТС, ОАТС, ЭУАТС и др.).

Среди большого разнообразия современных телефонных аппаратов, подключаемых к АТС, все чаще используются радиотелефоны, а среди них аппараты, использующие стандарт микросотовой (пикосотовой) связи DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication - цифровой расширенный беспроводный телекоммуникационный стандарт). Емкость такой сети можно наращивать практически без ограничений, создавая сети DECT, охватывающие любую территорию (даже страны). При этом базовые станции располагаются на расстоянии 100-500 м друг от друга на открытой территории и примерно в 50 м - в помещении. При охвате больших территорий лучше использовать беспроводные сотовые сети типа GSM. Использование таких радиотелефонов обеспечивает в диапазоне 1880-1900 МГц надежную передачу речи и высокую помехоустойчивость. Современные учрежденческие АТС (УАТС) предусматривают возможность подключения радио-телефонов DECT к локальной телефонной сети. Телефоны стандарта DECT считают самыми безопасными среди беспроводных мобильных аппаратов, т.к. максимальная излучаемая ими мощность не превышает 10 мВт (мощность GSM-аппаратов достигает 2 Вт). Используемый диапазон нечувствителен к помехам и допускает одновременную работу нескольких, расположенных рядом, систем практически в одном частотном диапазоне со скоростью передачи данных до 552 Кбит/с.

Сотовая радиотелефонная связь (сотовая подвижная связь, СПС) появилась в конце 1970-х г. Ее также называют мобильной. Промышленные системы СПС появляются в США с 1983 г, а в России - с 1993 г. В 1998 г. Япония впервые обеспечила доступ мобильных телефонов в Интернет. В середине 1999 г. компания Ericsson первой представила устройство, поддерживающее протокол беспроводных приложений WAP, превратив мобильный телефон в терминал Интернета.

Сотовая радиотелефония считается важной и популярной телекоммуникационной технологией. До середины 1990-х г. в ней активно использовались аналоговые способы передачи сигналов. Затем в них стали применять методы цифровой передачи данных. Принцип организации СПС заключается в создании сети равноудаленных антенн с собственным радиооборудованием. Каждая из них обеспечивает вокруг себя зону устойчивой радиосвязи (англ. «cell» - сота). Любая сота работает в собственном диапазоне частот. В соте действуют своя базовая станция (англ. «Base Transceiver Station», BTS) и контроллер (англ. «Base Station Controller») следящий за качеством приема сигналов мобильных аппаратов пользователей. Когда это качество с данной станцией становится хуже, чем с соседней - она переключает аппарат пользователя на работу с лучшей соседней базовой станцией. Сотовый телефон автоматически переключается на связь с передатчиком, в зону обслуживания которого он перешел, а разговор абонента продолжается при его любом перемещении в зоне действия «сот».

Расстояние между антеннами зависит от мощности, частоты приемо-передающего оборудования и топологии местности. Чем выше частота работы системы, тем меньше радиус действия антенн и расстояние между ними, то есть размер соты. Но в этом случае улучшается проникающая способность сигнала сквозь различные препятствия; можно уменьшить размеры индивидуальных аппаратов и увеличить число абонентских радиоканалов.

Мобильные телефоны используют следующие стандарты: Стандарт GSM (англ. «Global System for Mobile Communications» - глобальная система для мобильной связи), рассчитан на работу с частотами 900/1800 МГц в двухдиапазонной сети. Стандарт обеспечивает скорость обмена данными до 270 Кбит/с, а GPRS (англ. «General Packet Radio Service») - до 115,2 Кбит/с. GPRS - общий пакетный сервис радиосвязи.

Он позволяет организовывать пакетно-коммутируемую сеть со скоростью передачи от 9 до 21,4 Кбит на канал, в и обеспечивает пользователям возможности просмотра веб-страниц, работу с электронной почтой, выполнение запросов к БД. При этом операторы GSM могут работать как беспроводные Интернет-провайдеры. C 1992 г. GSM широко распространяется в нашей стране. Стандарт CDMA (англ. «Code Division Multiple Access») обеспечивает многостационарный доступ с кодовым разделением каналов и использованием шумоподобных сигналов с расширенным спектром. Он появился практически одновременно в СССР и США в середине прошлого столетия. В 1960-е г. в США создают первые военные системы с использованием данной технологии. Первые коммерческие CDMA-сети начали работать в середине 1990-х г. в Гонконге, Корее, а затем в США, Австралии и других странах.

В России используются мобильные системы стандартов GSM и CDMA. С 2004 г. CDMA на частоте 450 МГц реазизует компания «Скай Линк». Этот стандарт обеспечит более качественную, чем GSM/GPRS голосовую связь, а также более высокие скорости передачи данных и доступа в Интернет. Мобильные аппараты более безопасны для пользователей - максимальная (пиковая) излучаемая мощность передатчиков CDMA не превышает 200 мВт, а средняя мощность - на порядок меньше.

Стандарт UMTS (англ. «Universal Mobile Telecommunications System») относится к третьему поколению систем мобильной телекоммуникации. В нем ис-пользуются полосы частот 1885-2025 и 2110-2200 МГц, а скорость передачи - от 144 Кбит/с. Одной из основных целей использования этого стандарта является создание всемирной беспроводной широкополосной инфраструктуры.

Сотовые аппараты поддерживают технологию Bluetooth - способ обмена данными в беспроводных системах на радиочастоте около 2,4 ГГц и расстоянии до 100 м. Она позволяет связывать различные электроприборы, например, для получения удаленного беспроводного доступа к Интернету и мобильному телефону со скоростью до 1 Мбит/с, а также к компьютерам; для организации беспроводной сети между телефоном, ноутбуком и стационарным компьютером.

Для доставки интерактивной информации на мобильные устройства предназначен применяемый в беспроводных системах протокол WAP (англ. «Wireless Application Protocol»). Он обеспечивает через Интернет беспроводный доступ к корпоративной информации («мобильные интрасети»).

Другим способом беспроводной связи являются оптические линии связи (лазерная или оптическая связь), использующие топологию «точка-точка». Метод передачи звука с помощью модулированного пучка света предложен в начале XX в., а первые коммерческие устройства появились в середине 1980-х г. Эта связь имеет высокую пропускную способность и помехозащищенность, не требует разрешения на использование радиочастотного диапазона и др.

Такие лазерные системы поддерживают любые протоколы передачи данных. Исходный сигнал модулируется оптическим лазерным излучателем и в виде узкого светового луча передатчиком и оптической системой линз передается в атмосферу. На приемной стороне этот пучок света возбуждает фотодиод, регенерирующий модулированный сигнал.

Распространяясь в атмосфере лазерный луч подвергается воздействию микроскопических частиц пыли, паров и капель жидкости (в т.ч. осадков), температуры и др. Эти воздействия снижают дальность связи, составляющую от единиц, до 10-15 км.

Расстояние зависит также и от мощности передающих устройств, которая колеблется от десятков до сотен мВт и обусловлена потребностью обеспечения устойчивой связи. Система обеспечивает достоверность связи более чем на 99,9%. Удобство и малое время развертывания таких систем позволяют эффективно использовать их для создания резервных и аварийных каналов двусторонней связи, организации временной высокоскоростной и устойчивой связи, например, между двумя ЛВС, в системах видеонаблюдения и др.

Спутниковая связь образуется между специальными наземными станциями спутниковой связи и спутником с антеннами и приемо-передающим оборудованием.