Характеристики оперативности

Характеристики оперативности описывают задержки, возникающие при передаче и обработке данных в сети. Для оценки оперативности сети в целом используются следующие показатели:

- Время доставки (время задержки) пакетов характеризует эффективность организации передачи данных в вычислительной сети и представляет собой интервал времени, измеряемый от момента поступления пакета или сообщения в сеть до момента получения пакета адресатом. В общем случае, время задержки – величина случайная, что обусловлено случайным характером процессов поступления и передачи данных в сети. При передаче мультимедийных данных кроме среднего значения времени доставки пакетов важной характеристикой является вариация или джиттер задержки, представляющая собой среднеквадратическое отклонение времени задержки разных пакетов.

- Время отклика (ответа) – интервал времени от момента поступления запроса (сообщения, транзакции) в сеть до момента завершения его обслуживания, связанного с выполнением некоторой прикладной или обслуживающей программы, с обращением к базе данных и т.п. Время ответа представляет собой время пребывания запроса в сети и характеризует эффективность как телекоммуникационных, так и вычислительных средств компьютерной сети. Время отклика, как и время задержки, – величина случайная и может задаваться средним значением или в виде вероятности непревышения некоторого заданного значения. В сетях реального времени вместо термина "время ответа" часто используют термин "время реакции".

Характеристики надежности

Надежность - способность компьютерной сети сохранять свои наиболее существенные свойства на заданном уровне и выполнять возложенные на нее функции в течение фиксированного промежутка времени при определенных условиях эксплуатации.

Отказ – частичная или полная утрата работоспособности сети, приводящая к невыполнению или неправильному выполнению возложенных на нее функций. Для восстановления работоспособности системы при отказе требуется проведение ремонта.

Сбой – кратковременная утрата работоспособности сети, характеризуемая возникновением ошибки при передаче и обработке данных. Для восстановления работоспособности сети при сбое требуется проведение повторных действий по передаче (обработке) данных или части данных или перезагрузки отдельных узлов или всей сети. Сбои не приводят к выходу сети из строя, однако могут существенно снизить эффективность функционирования, что проявляется в ухудшении характеристик функционирования сети (увеличивается время доставки сообщений и снижается производительность сети).

В качестве характеристик надежности обычно используются следующие показатели:

· вероятность безотказной работы сети– вероятность того, что в течение времени t не произойдет отказа;

· интенсивность отказов – среднее число отказов за единицу времени;

· время наработки на отказ – промежуток времени между двумя смежными отказами;

· время восстановления – интервал времени от момента наступления отказа до момента восстановления работоспособности системы – величина случайная и обычно задается средним значением, называемым средним временем восстановления;

· коэффициент готовности – доля времени, в течение которого сеть работоспособна.

Стоимостные характеристики

В качестве стоимостных (экономических) характеристик компьютерной сети могут использоваться следующие показатели:

· полная стоимость владения (Total cost of ownership, TCO) – затраты, рассчитываемые на всех этапах жизненного цикла сети и включающие стоимость технических, информационных и программных средств (прямые затраты) и затраты на эксплуатацию сети (косвенные затраты);

· стоимость (цена) передачи данных и обработки данных в сети, определяемая объемом и стоимостью используемых ресурсов сети соответственно при передаче и обработке данных.

Локальные характеристики СВ

В качестве локальных характеристик компьютерных сетей могут использоваться в зависимости от целей исследования самые разнообразные показатели эффективности.

Локальные характеристики описывают эффективность функционирования:

· узлов и каналов связи;

· отдельных сегментов сети;

· узлов обработки данных: ВС и ее подсистем.

Локальные характеристики могут быть разбиты на две группы:

· временные;

· безразмерные.

К временным характеристикам относятся:

· время доставки (задержки) пакетов при передаче между соседними узлами сети;

· время ожидания передачи данных в узлах сети или освобождения ресурсов ВС (сервера);

· время пребывания данных в различных узлах, устройствах или подсистемах.

К безразмерным характеристикам относятся:

· число пакетов, находящихся в буферной памяти узлов (маршрутизаторов, коммутаторов);

· коэффициенты загрузок узлов, каналов связи и устройств ВС и т.д.

Коэффициент загрузки или просто загрузка устройства – это доля времени, в течение которого устройство работает. Загрузка характеризует степень использования устройства и часто называется коэффициентом использования устройства. Коэффициент простоя устройства и характеризует долю времени, в течение которого устройство не работает (простаивает).

TCP/IP. XNS. IPX. AppleTalk. DECnet.SNA.

TCP/IP

Стек протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) разработан по заказу Министерства обороны США с целью обеспечения быстрого увеличения числа компьютеров с разными операционными системами в сети за счет стандартизации. Содержит 4 уровня.

Уровень 1 – сетевой интерфейс – реализует функции физического и канального уровня в OSI-модели:

· управляет обменом данными между устройством и сетью;

· маршрутизирует данные между устройствами одной сети.

Уровень 2 – межсетевой – соответствует сетевому уровню в OSI-модели:

· управляет обменом данными между устройствами, находящимися в разных сетях (обеспечивает дейтаграммный сервис в терминах IEEE-модели);

· отвечает за функции сетевой адресации.

Уровень 3 – транспортный – соответствует транспортному уровню в OSI-модели: обеспечивает связь "end-to-end" между источником и приемником данных.

Уровень 4 – прикладной – соответствует высшим уровням (5-7) в OSI-модели и обеспечивает функции, необходимые пользовательским (прикладным) программам, например, удаленное подключение к машине, передача файлов и т.д.

XNS

Стек протоколов XNS (Xerox Network Services Internet Transport Protocol) разработан компанией Xerox для передачи данных по сетям Ethernet. Содержит 5 уровней.

Уровень 1 – среда передачи – реализует функции физического и канального уровня в OSI-модели:

· управляет обменом данными между устройством и сетью;

· маршрутизирует данные между устройствами одной сети.

Уровень 2 – межсетевой – соответствует сетевому уровню в OSI-модели:

· управляет обменом данными между устройствами, находящимися в разных сетях (обеспечивает дейтаграммный сервис в терминах IEEE-модели);

· описывает способ прохождения данных через сеть.

Уровень 3 – транспортный – соответствует транспортному уровню в OSI-модели:

· обеспечивает связь "end-to-end" между источником и приемником данных.

Уровень 4 – контрольный – соответствует сессионному и представительному уровню в OSI-модели:

· управляет представлением данных;

· управляет контролем над ресурсами устройств.

Уровень 5 – прикладной – соответствует высшим уровням в OSI-модели:

· обеспечивает функции обработки данных для прикладных задач.

IPX

Протокол IPX (Internet Packet Exchange) описан компанией Novell как "сервис", который позволяет приложениям посылать и получать сообщения через сеть. Поддерживает большое многообразие топологий ЛВС и физических средств передачи данных.

Содержит, как и протокол XNS, 5 уровней и во многом повторяет XNS.

Отличие заключается только в том, что IPX имеет несколько добавочных функций, например, возможность передачи служебных сообщений.

Протокол IPX обеспечивает:

· высокую производительность файлового сервера в ЛВС;

· простоту администрирования в малых и средних сетях;

· может работать в больших сетях и сетях с неоднозначными маршрутами, в том числе с несколькими соединениями сервера для распределения нагрузки.

Протокол IPX не гарантирует доставки сообщения, т.е. IPX-пакет может быть потерян. Для обеспечения гарантированной доставки разработан протокол SPX (Sequenced Packet Exchange – последовательный обмен пакетами), обеспечивающий подтверждение успешного прохождения сообщения по сети. В большинстве случаев IPX и SPX реализуются как единый протокол (одной программой) IPX/SPX.

AppleTalk

Протокол AppleTalk (компании Apple Computer) предназначен для связи между компьютерами Macintosh и наиболее близок к OSI-модели - содержит 6 уровней, причем высший (представительный) уровень объединяет в себе функции прикладного и представительного уровней OSI-модели.

DECnet

Стек протоколов DECnet (Digital Equipment Corporation net) содержит 7 уровней.

DECnet реализует концепцию сетевой архитектуры DNA (Digital Network Architecture), разработанную фирмой DEC, согласно которой разнородные вычислительные системы (ЭВМ разных классов), функционирующие под управлением различных операционных систем, могут быть объединены в территориально-распределенные информационно-вычислительные сети.

SNA

Протокол SNA (System Network Architecture) компании IBM предназначен для удаленной связи с большими компьютерами и содержит 7 уровней.

SNA основана на концепции главной (хост)-машины и обеспечивает доступ удаленных терминалов к мейнфреймам IBM.

Основной отличительной чертой SNA является наличие возможности доступа каждого терминала к любой прикладной программе главной ЭВМ. Системная сетевая архитектура реализована на базе виртуального телекоммуникационного метода доступа (Virtual Telecommunication Access Method - VTAM) в главной ЭВМ. VTAM управляет всеми линиями связи и терминалами, причем каждый терминал имеет доступ ко всем прикладным программам.

Основные понятия техники связи. Телекоммуникация. Сигналы. Спектр. Полоса пропускания. Модуляция.

Телекоммуникация (греч. tele – вдаль, далеко и лат. communicatio – общение) – передача данных на большие расстояния.

Средства телекоммуникации – совокупность технических, программных и организационных средств для передачи данных на большие расстояния.

Телекоммуникационная сеть – множество средств телекоммуникации, связанных между собой и образующих сеть определённой топологии (конфигурации). Телекоммуникационными сетями являются:

- телефонные сети для передачи телефонных данных (голоса);

- радиосети для передачи аудиоданных;

- телевизионные сети для передачи видеоданных;

- цифровые (компьютерные) сети или сети передачи данных (СПД) для передачи цифровых (компьютерных) данных.

Данные в цифровых телекоммуникационных сетях формируются в виде сообщений, имеющих определенную структуру и рассматриваемых как единое целое.

Данные (сообщения) могут быть:

- непрерывными;

- дискретными.

Непрерывные данные могут быть представлены в виде непрерывной функции времени, например, речь, звук, видео. Дискретные данные состоят из знаков (символов).

Передача данных в телекоммуникационной сети осуществляется с помощью их физического представления – сигналов.

В компьютерных сетях для передачи данных используются следующие типы сигналов (рис.2.2):

- электрический (электрический ток);

- оптический (свет);

- электромагнитный (электромагнитное поле излучения – радиоволны).

Для передачи электрических и оптических сигналов применяются кабельные линии связи соответственно:

- электрические (ЭЛС);

- волоконно-оптические (ВОЛС).

Передача электромагнитных сигналов осуществляется через радиолинии (РЛС) и спутниковые линии связи (СЛС).

Сигналы, как и данные, могут быть:

· непрерывными;

· дискретными.

При этом, непрерывные и дискретные данные могут передаваться в телекоммуникационной сети либо в виде непрерывных, либо в виде дискретных сигналов. Процесс преобразования (способ представления) данных в вид, требуемый для передачи по линии связи и позволяющий, в некоторых случаях, обнаруживать и исправлять ошибки, возникающие из-за помех при их передаче, называется кодированием.

Линия связи – физическая среда, по которой передаются информационные сигналы, формируемые специальными техническими средствами, относящимися к линейному оборудованию (передатчики, приемники, усилители и т.п.). Линию связи часто рассматривают как совокупность физических цепей и технических средств, имеющих общие линейные сооружения, устройства их обслуживания и одну и ту же среду распространения. Сигнал, передаваемый в линии связи, называется линейным (от слова линия).

Линии связи можно разбить на 2 класса

· кабельные (электрические и волоконно-оптические линии связи);

· беспроводные (радиолинии).

На основе линий связи строятся каналы связи.

Канал связи представляет собой совокупность одной или нескольких линий связи и каналообразующего оборудования, обеспечивающих передачу данных между взаимодействующими абонентами в виде физических сигналов, соответствующих типу линии связи.

Сигналы

При передаче сигнала через некоторую среду передачи (линия связи, некоторое устройство) происходит изменение сигнала (усиление или ослабление), обусловленное техническими и физическими свойствами среды передачи (рис.2.4.).

Усиление и ослабление некоторой физической величины – сигнала измеряют в децибелах (дБ) – логарифмических единицах усиления (ослабления).

Сигналы, как и данные, могут быть:

· непрерывными (аналоговыми) – в виде непрерывной функции времени (изменение тока, напряжения, электромагнитного поля излучения);

· дискретными (цифровыми) – в виде импульсов тока, напряжения, света.

Спектр

В простейшем случае непрерывный сигнал может быть представлен в виде гармонического колебания, описываемого синусоидой:

Синусоидальный сигнал несет в себе информацию в виде трех параметров: амплитуды, частоты и фазы, чем выше частота, тем больше скорость передачи данных. Среда передачи должна обеспечивать качественный перенос сигнала с минимально возможными искажениями его параметров.

Полосой пропускания (частот) канала (линии) связи называется диапазон частот, в пределах которого амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) канала достаточно равномерна для того, чтобы обеспечить передачу сигнала без существенного искажения. Полоса пропускания F для канала (линии) связи определяется как область частот в окрестности f 0, в которой амплитуда сигнала (напряжение или ток) уменьшается не более чем в раз (в 2 раза для мощности) по сравнению с максимальным значением А 0, что примерно соответствует значению -3 дБ.

Для качественной передачи сигнала по каналу связи с возможностью его восстановления (распознавания) в точке приёма необходимо, чтобы выполнялись следующие условия:

• полоса пропускания (частот) канала связи должна быть не менее чем спектр частот сигнала F≥S;

• ослабление (затухание) сигнала не превышало некоторой пороговой величины, необходимой для его корректного восстановления (распознавания) в точке приема сигнала (искажение амплитуды сигнала);

• дрожание фазы (джиттер) не превышало пороговой величины, необходимой для его корректного восстановления (распознавания) в точке приема сигнала (искажение фазы сигнала).

Модуляция

В высокоскоростных каналах связи с резко ограниченной полосой пропускания передача сигналов осуществляется посредством модуляции и демодуляции с помощью специальных устройств, называемых модемами (мо дулятор- дем одулятор).

Модуляция (modulation) – перенос сигнала в заданную полосу частот путем изменения параметра (амплитуды, частоты, фазы; величины или направления постоянного тока) переносчика сигнала, называемого несущей, в соответствии с функцией, отображающей передаваемые данные. Другими словами модуляция – это изменение характеристик несущей в соответствии с информативным сигналом.

Несущая (carrier) – аналоговый высокочастотный сигнал, подвергаемый модуляции в соответствии с некоторым информативным сигналом. Несущая, как правило, имеет меньшие показатели затухания и искажения, чем немодулированный информативный сигнал.