47666 (Модемные компьютерные сети)

ВВЕДЕНИЕ

Редкий серьезный деловой человек, профессиональный программист или системный оператор может представить себе полноценную работу без использования такого мощного, оперативного и удобного сочетания как обычная телефонная линия, модем и компьютерная сеть. В то время как первые две составляющие всего лишь техническая сторона новой организации информационного обмена между пользователями, компьютерная сеть - это та глобальная идея, объединяющая разрозненных обладателей компьютеров и модемов, систематизирующая и управляющая хаотически предъявляемыми требованиями и запросами по быстрому информационному обслуживанию, моментальной обработкой коммерческих предложений, услугами личной конфиденциальной переписки и т.д.

Сейчас, в условиях многократно возрастающих каждый год информационных потоков, уже практически невозможно вообразить четкое взаимодействие банковских структур, торговых и посреднических фирм, государственных учреждений и других организаций без современной вычислительной техники и компьютерных сетей.

Без модема немыслима система электронных коммуникаций. Это устройство позволяет включиться в увлекательный, а сегодня, используя последние изобретения мира телекоммуникаций, уже и просто жизненно необходимый, мир информационных потоков, электронных баз данных, электронной почты, электронных справочников, электронных досок объявлений и т.д. Возможности получения и обмена информацией с помощью модемов уже сегодня трудно переоценить, а то, что ждет в будущем, трудно даже вообразить. Например, электронное письмо, посланное по электронной почте в любую точку земного шара, дойдет до адресата меньше, чем за два часа. Уже сегодня ни одна компания не может обойтись без оперативного получения и передачи информации с использованием компьютерных каналов связи и, как следствие, модемов.

Но важным остается вопрос: как происходит взаимосвязь между компьютерами; с какой скоростью, и по каким каналам передается информация с помощью модемов, какие услуги предоставляет нам модем. Эти и другие вопросы буду рассмотрены в теоретической части работы.

В практической же части необходимо рассмотреть предложенный вариант задачи. Проанализировав её можно сделать вывод, что данную задачу лучше решить с помощью табличного процессора MS Excel.

При выполнении курсовой работы использовался компьютер со следующими параметрами:

1. Процессор AMDA-XP 2200 + (Socket-A) «Thornton»;

2. Матер. плата MSI Socket-A: VIA KT 400A/8235 MS-6712 KT 4AV (AGP 8x, 6PCI, 3DIMM (DDR 400, 3 GB);

3. Видеокарта AGP INNOVISION 64M Enforce FX 5200-8x DDR DVI w TV;

4. Жесткий диск IDE 40.0GB WD 400BB 7200rpm;

5. Монитор Samsung 17 Sync Master 765 MB;

6. Принтер Hewlett Packard Laser Jet 1010.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Стандартные сети коммуникационных протоколов

Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей являются стандартизация коммуникационных протоколов. В настоящее время в сетях используется большое количество стеков коммуникационных протоколов. Наиболее популярными являются стеки: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, DECnet,

SNA и OSI. Все эти стеки, кроме SNA на нижних уровнях - физическом и канальном, - используют одни и те же хорошо стандартизированные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и некоторые другие, которые позволяют использовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим собственным протоколам. Эти протоколы часто не соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. В частности, функции сеансового и представительного уровня, как правило, объединены с прикладным уровнем. Такое несоответствие связано с тем, что модель OSI появилась как результат обобщения уже существующих и реально используемых стеков, а не наоборот.

1. Стек OSI

Следует четко различать модель OSI и стек OSI. В то время как модель является концептуальной схемой взаимодействия открытых систем, стек OSI представляет собой набор вполне конкретных спецификаций протоколов. В отличие от других стеков, стек OSI полностью соответствует модели OSI, он включает спецификации протоколов для всех семи уровней взаимодействия, определенных в этой модели. На нижних уровнях стек OSI поддерживает Ethernet, Token Ring, FDDI, протоколы глобальных сетей, X.25 и ISDN,- то есть использует разработанные вне стека протоколы нижних уровней, как и все другие стеки. Протоколы сетевого, транспортного и сеансового уровней стека OSI специфицированы и реализованы различными производителями, но распространены пока мало. Наиболее популярными протоколами стека OSI являются прикладные протоколы. К ним относятся: протокол передачи файлов FTAM, протокол эмуляции терминала VTP, протокол справочной службы X.500, электронной почты X.400 и ряд других.

Стек OSI - международный, независимый от производителей стандарт. Его поддерживает правительство США в своей программе GOSIP, в соответствии с которой все компьютерные сети, устанавливаемые в правительственных учреждениях США после 1990 года, должны или непосредственно поддерживать стек OSI, или обеспечить средства для перехода на этот стек в будущем. Тем не менее, стек OSI более популярен в Европе, чем в США, так как в Европе осталось меньше старых сетей, работающих по своим собственным протоколам. Большинство организаций пока только планируют переход к стеку OSI.

1. Стек TCP/IP

Стек TCP/IP был разработан по инициативе Министерства обороны США более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPFnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды.

За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP вобрал в себя большое количество протоколов прикладного уровня. К ним относятся такие популярные протоколы, как протокол пересылки файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы WWW и многие другие.

Сегодня стек TCP/IP представляет собой один из самых распространенных стеков транспортных протоколов вычислительных сетей. Действительно, только в сети Internet объединено около 10 миллионов компьютеров по всему миру, которые взаимодействуют друг с другом с помощью стека TCP/IP.

Стремительный рост популярности Internet привел к изменениям в расстановке сил в мире коммуникационных протоколов - протоколы TCP/IP, на которых построен Internet, стали быстро теснить бесспорного лидера прошлых лет - стек IPX/SPX компании Novell. [2, с. 84-85]

Процесс становления стека TCP/IP в качестве стека номер один в любых типах сетей продолжается, и сейчас любая промышленная операционная система обязательно включает программу реализации этого стека в своем комплекте поставки.

Хотя протоколы TCP/IP неразрывно связаны с Internet и каждый из многомиллионной армады компьютеров Internet работает на основе этого стека, существует большое количество локальных, корпоративных и территориальных сетей, непосредственно не являющихся частями Internet, в которых также используют протоколы TCP/IP. Чтобы отличать их от Internet, эти сети называют сетями TCP/IP или просто IP-сетями.

Поскольку стек TCP/IP изначально создавался для глобальной сети Internet, он имеет много особенностей, дающих ему преимущество перед другими протоколами, когда речь заходит о построении сетей, включающих глобальные связи. В частности, очень полезным свойством, делающим возможным применение этого протокола в больших сетях, является его способность фрагментировать пакеты. Действительно, большая составная сеть часто состоит из сетей, построенных на совершенно разных принципах. В каждой из этих сетей может быть установлена собственная величина максимальной длины единицы передаваемых данных. В таком случае при переходе из одной сети, имеющей большую максимальную длину, в сеть с меньшей длиной может возникнуть необходимость деления передаваемого кадра на несколько частей. Протокол IP стека TCP/IP эффективно решает эту и многие другие задачи.

1.2. Принципы объединения сетей на основе протоколов сетевого уровня

В стандартной модели взаимодействия открытых систем в функции сетевого уровня входит решение следующих задач:

1. передача пакетов между конечными узлами в составных сетях;

2. выбор маршрута передачи пакетов, наилучшего по некоторому критерию;

3. согласование разных протоколов канального уровня, использующихся в отдельных подсетях одной составной сети.

Протоколы сетевого уровня реализуются, как правило, в виде программных модулей и выполняются на конечных узлах-компьютерах, называемые хостами, а также на промежуточных узлах-маршрутизаторах, называемых шлюзами. Функции маршрутизаторов могут выполнять как специализированные устройства, так и универсальные компьютеры с соответствующим программным обеспечением.

1.2.1. Ограничения мостов и коммутаторов

Создание сложной, структурированной сети, интегрирующей различные базовые технологии, может осуществляться и средствами канального уровня: для этого могут быть использованы некоторые типы мостов и коммутаторов. Мост или коммутатор разделяет сеть на сегменты, локализуя трафик внутри сегмента, что делает линии связи разделенными преимущественно между станциями данного сегмента. Тем самым сеть распадается на отдельные подсети, из которых могут быть построены составные сети достаточно крупных размеров. Однако построение сложных сетей на основе повторителей, мостов и коммутаторов имеет существенные недостатки.

Во-первых, в типологии получившейся сети должны отсутствовать петли. Действительно, мост/коммутатор может решить задачу доставки пакета адресату только тогда, когда между отправителем и получателем существует единственный путь.

Во-вторых, логические сегменты сети, расположенные между мостами или коммутаторами, слабо изолированы друг от друга, а именно не защищены от так называемых широковещательных штормов. Если какая-либо станция посылает широковещательное сообщение, то это сообщение передается всем станциям всех логических сегментов сети.

В-третьих, в сетях, построенных на основе мостов и коммутаторов, достаточно сложно решается задача управления трафиком на основе значения данных, содержащихся в пакете. В таких сетях это возможно только с помощью пользовательских фильтров, для задания которых администратору приходится иметь дело с двоичным представлением содержимого пакетов.

Наличие серьезных ограничений у протоколов канального уровня показывает, что построение на основе средств этого уровня больших неоднородных сетей является весьма проблематичным. Естественное решение в этих случаях - это привлечение средств более высокого, сетевого уровня.

1.2.2. Понятие internetworking

Основная идея введения сетевого уровня состоит в следующем. Сеть в общем случае рассматривается как совокупность нескольких сетей и называется составной сетью или интерсетью. Сети, входящие в составную сеть, называются подсетями. Подсети соединяются между собой маршрутизаторами. Компонентами составной сети могут являться как локальные, так и глобальные сети.

Сетевой уровень выступает в качестве координатора, организующего работу всех подсетей, лежащих на пути продвижения пакета по составной сети. Для перемещения данных в пределах подсетей, сетевой уровень обращается к используемым в этих подсетях технологиям.

Хотя многие технологии локальных сетей используют одну и ту же систему адресации узлов на основе MAC-адресов, существует немало технологий, в которых применяются другие схемы адресации.

Естественным способом формирования сетевого адреса является уникальная нумерация всех подсетей составной сети и нумерация всех узлов в пределах каждой подсети. Таким образом, сетевой адрес представляет собой пару: номер сети и номер узла. [2, с. 346-349]

Кроме номера сети заголовок сетевого уровня должен содержать и другую информацию, необходимую для успешного перехода пакета из сети одного типа в сеть другого типа. К такой информации относиться, например: номер фрагмента пакета, время жизни пакета, качество услуги и т.д. Когда две и более сети организуют совместную транспортную службу, то такой режим взаимодействия обычно называют межсетевым взаимодействием (internetworking).

1.3. Что такое модем и как он работает

Когда компьютер используется для обмена информацией по телефонной сети, необходимо устройство, которое может принять сигнал из телефонной сети и преобразовать его в цифровую ин­формацию. На выходе этого устройства информация подвергается модуляции, а на входе демодуляции, отсюда и название модем. Назначение модема заключается в замене сигнала, поступающего из компьютера, электрическим сигналом с частотой, соответствующей рабочему диапазону телефонной линии. Акустический канал этой линии модем разделяет на полосы низкой и высокой частоты. Полоса низкой частоты применяется для передачи данных, а полоса высокой частоты - для приема. Используется много способов кодировки информации, наиболее известными из которых являются метод FSK ( Frequency Shift Keying ) для скорости передачи до 300 бит/с и метод PSK ( Phase Shift Keying ) для более быстрых модемов, скоростью передачи до 2400 бит/с. FSK использует четыре выделенные частоты. При передаче информации сигнал частотой 1070 Гц интеpпpетиpуется как логический нуль, а сигнал частотой 1270 Гц - как логическая единица. При приеме нуль соответствует сигналу 2025 Гц, а единица - 2225 Гц.

PSK использует две частоты: для передачи данных - 2400 Гц, для приема - 1200 Гц. Данные передаются по два бита, при этом кодировка осуществляется посредством сдвига фазы сигнала. Используются следующие сдвиги фазы для кодировки: 0 градусов для сочетания битов 00, 90 градусов для 01, 180 градусов для 10, 270 градусов для 11.[3, с. 66-67]

Существуют также и другие виды модуляции (DPSK, QAM, TCM). Модем выполняется либо в виде внешнего устройства, которое одним выходом подсоединяется к телефонной линии, а другим к стандартному COM-поpту компьютера (разъем RS232 по рекомендациям CCITT V.24), либо в виде обыкновенной печатной платы, которая устанавливается на общую шину компьютера. Внутренние варианты модемов могут быть приспособлены как к обычной ISA, так и к PCI шинам.

Контpоллеp модема - это, как правило, специализированный микpокомпьютеp типа SC1107 или SC1108, содержащий восьмиpазpядное АЛУ, ПЗУ в 8 Кбайт, ОЗУ 128 байт, таймер, командный pегистp, контpолеp пpеpываний, стек, поpт ввода/вывода. Если плата модема пpисоединена к системной шине ПК, то применяется "параллельный" контpоллеp SC1107. Если же плата работает с компьютером посредством RS232, то используется "последовательный" контpоллеp SC1108.

1.3.1. Модем как средство связи между компьютерами

Если на одном компьютере работают, хотя бы два человека, у них уже возникает желание использовать этот компьютер для обмена информацией друг с другом.