Основными устройствами для быстрой передачи информации на большие расстояния в настоящее время являются телеграф, радио, телефон, телевизионный передатчик, телекоммуникационные сети на базе вычислительных систем.
Под компьютерной сетью понимают систему распределенных на территории аппаратных, программных и информационных ресурсов (средств ввода/вывода, хранения и обработки информации), связанных между собой каналами передачи данных. При этом обеспечивается совместный доступ пользователей к информации (базам данных, документам и т.д.) и ресурсам (жесткие диски, принтеры, накопители CD-ROM, модемы, выход в глобальную сеть и т.д.).
По территориальному признаку сети делят на локальные, региональные и глобальные. Локальные сети (LAN, LocalAreaNetwork'} охватывают ресурсы, расположенные друг от друга не более чем на несколько километров. Региональные сети охватывают город, район, область, небольшую республику. Глобальные сети охватывают всю страну, несколько стран и целые континенты (например, сеть Интернет). Иногда выделяют корпоративные сети, где важно защитить информацию от несанкционированного доступа.
Основными свойствами локальной сети являются:
• высокая скорость передачи, большая пропускная способность;
• низкий уровень ошибок передачи;
• эффективный, быстродействующий механизм управления обменом;
• ограниченное, точно определенное число компьютеров, подключаемых к сети.
Очень важным является вопрос топологии локальной сети. Под топологией компьютерной сети обычно понимают физическое расположение компьютеров сети относительно друг друга и способ соединения их линиями. Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, методы управления обменом, надежность работы, возможность расширения сети.
Каждый компьютер, который функционирует в локальной сети, должен иметь сетевой адаптер (сетевую карту). Функцией сетевого адаптера является передача и прием сигналов, распространяемых по кабелям связи. Кроме того, компьютер должен быть оснащен сетевой операционной системой.
При конструировании сетей используют следующие виды кабелей:
• неэкранированная витая пара. Максимальное расстояние, на котором могут быть расположены компьютеры, соединенные этим кабелем, достигает 300 м. Скорость передачи информации — от 10 до 155 Мбит/с;
• экранированная витая пара. Скорость передачи информации — 16 Мбит/с на расстояние до 90 м. Обладает лучшей по сравнению с неэкранированной витой парой помехозащищенностью;
• коаксиальный кабель. Позволяет передавать информацию на расстояние до 2000 м со скоростью 2—44 Мбит/с;
• оптоволоконный кабель. Позволяет передавать информацию на расстояние до 10 000 м со скоростью до 10 Гбит/с.
В отличие от локальных сетей в глобальных сетях нет какого-либо единого центра управления. Основу сети составляют десятки и сотни тысяч компьютеров, соединенных теми или иными каналами связи.
Протокол обмена — это набор правил (соглашение, стандарт) передачи информации в сети. Протоколы условно делятся на базовые (более низкого уровня) , отвечающие за передачу информации любого типа, и прикладные (более высокого уровня), отвечающие за функционирование специализированных служб.
Программное обеспечение можно разделить на два класса:
• программы-серверы, которые размещаются на узле сети, обслуживающем компьютер пользователя;
• программы-клиенты, размещенные на компьютере пользователя и пользующиеся услугами сервера. Подключение к глобальной сети может осуществляться одним из способов:
• удаленный доступ по коммутируемой телефонной линии. В этом случае в распоряжении пользователя должен быть модем, который преобразует подаваемую на него компьютером цифровую информацию в аналоговый сигнал {модуляция), и телефон. Аналоговый сигнал передается по телефонной линии, а модем на принимающей стороне совершает обратное преобразование информации (демодуляцию}. Скорость, с которой будет производиться обмен информацией, определяется прежде всего скоростью передачи модема пользователя и качеством телефонной линии. Для предупреждения искажения информации в процессе ее передачи и приема модем обычно работает в режиме коррекции ошибок, когда информация передается маленькими порциями, вычисляется контрольная сумма, которая также передается. Если отмечается искажение какой-то порции информации, ее передача повторяется;
• прямой доступ по выделенному каналу. Данный способ дороже, чаще его используют те или иные организации. В качестве выделенных каналов могут использоваться коаксиальные и оптоволоконные кабели, радиорелейные линии, спутниковая связь.
Желательно изложить
Базовые топологии локальной сети: шина, звезда, кольцо. Достоинства и недостатки топологий.
Ссылка на материалы вопроса
1. "Информатика" № 19, с. 3 — 5, № 20, с. 3 — 7/ 2002.
2. Новиков Ю.В., Кондратенко СВ. Локальные компьютерные сети: архитектура, алгоритмы, проектирование. М.: ЭКОМ, 2001, 312 с.
2. Представление и кодирование информации с помощью знаковых систем. Алфавитный подход к определению количества информации
Базовые понятия
Знак, знаковая система, кодирование информации, количество информации, бит, алфавитный подход, вероятность.
Обязательно изложить
Под знаковой системой понимается набор знаков — одного типа или же нескольких типов вместе с системой правил, регулирующих сочетаемость знаков при создании сообщения. Например, устная речь — система, знаками которой являются фонемы. Их чередование и группировка по определенным правилам создают членораздельную речь, т.е. сообщение, содержащее определенную информацию. В музыке для создания сообщений также используются фонемы, но с другими правилами чередования и композиции. В графических сообщениях знаками являются графические примитивы, сочетаемость которых подчиняется строгим правилам. Навязывая определенные правила сочетания, из примитивов можно создать знаки, позволяющие создавать письменные сообщения. В зависимости от выбранной совокупности правил их композиции можно получить письменную речь, язык программирования, систему счисления и т.д. Таким образом, числовая, символьная, графическая и звуковая информация представляется с помощью знаковых систем. Для обонятельной и осязательной информации пока не определены система знаков и правила композиции, однако мы убеждены, что таковые существуют.
С этих позиций кодирование информации можно рассматривать как запись сообщения в другой знаковой системе, или в той же знаковой системе, но с измененными правилами композиции, или в другой знаковой системе с измененными правилами композиции. Пример первой ситуации — кодирование числовой информации путем перевода числа из десятичной системы счисления в двоичную. Пример второй ситуации — шифрование, когда устанавливаются правила замены одних символов другими, что и приводит к новым правилам композиции при записи сообщений. Третий случай реализуется при кодировании непрерывных видов информации: графической и звуковой, — когда дискретизация (задание кодировочной
таблицы), по существу, создает новые правила композиции двоичных разрядов, запрещая последовательности, не представленные в кодировочной таблице.
Многообразие знаковых систем, используемых для записи и кодирования сообщений, приводит к невозможности использовать для измерения количества информации бит, т.е. количество информации, содержащееся в сообщении, уменьшающем неопределенность наших знаний в два раза. В силу специфичности информации схемы определения количества информации, связанные с ее содержательной стороной, оказываются не универсальными.
Универсальным оказывается алфавитный подход к измерению количества информации. В этом подходе сообщение, представленное в какой-либо знаковой системе, рассматривается как совокупность сообщений о том, что заданная позиция в последовательности знаков занята равновероятно любым знаком системы. Угадывание этого знака производится по алгоритму последовательного деления количества знаков N, образующих систему, пополам. Поскольку, выясняя, в какой половине находится угадываемый знак, мы получаем информацию в один бит (по определению), количество информации, содержащееся в одном символе (информационный вес — г), определяется решением показательного уравнения (Р.Хартли):
Полная информация, содержащаяся в сообщении, определяется по формуле:
Количество информации = К • г,
где К — количество знаков в сообщении. Например, для двоичной знаковой системы N = 2, т.е. 1=1 бит, так что количество информации совпадает с числом двоичных знаков. В случае системы знаков, которая используется для изображения блок-схем, N = 8, т.е. г = 3, так что блок-схема, состоящая из 5 элементов (начало, ввод информации, обработка, вывод информации, конец), содержит информацию 15 бит. В случае знаковой системы, основанной на таблице ASCII, N = 256, z — 8 бит (1 байт), так что сообщение, состоящее из 11 символов (слово — информатика), содержит 11 байт информации.
В реальных сообщениях, как правило, предположение о том, что в заданной позиции с одинаковой вероятностью может находиться любой знак системы, не выполняется. Для того чтобы обобщить алфавитный подход, представим формулу Хартли иначе. Заметим, что вероятность р обнаружения заданного знака в заданной позиции в предположении равной вероятности равна р — 1/N. Вспоминая определение логарифма, запишем формулу Хартли в виде:
i — log2N — — log.jp.
Количество информации в сообщении, состоящем из К знаков, равно (— К log^p).
Если вероятность появления знака номера п равна рп и в сообщении он встречается Кп раз, естественно предположить, что количество информации в сообщении, связанное с этим знаком, равно (— K^logy^), a полное количество информации в сообщении должно определяться равенством (К.Шеннон):