View on GitHub

ITMO-PE

My study notes about Program Engineering at University ITMO

MainPage/Computer NetWork/Lecture Chapter1

Раздел 1. Принципы организации компьютерных сетей

1.1. Основные понятия и терминология

Понятие компьютерной сети

Компьютерная сеть (сеть ЭВМ, вычислительная сеть): совокупность средств ВТ и телекоммуникаций: СВТ+СТК.
Средства телекоммуникаций (СТК): взаимосвязанная совокупность каналов связи и каналообразующей аппаратуры, образующих телекоммуникационную сеть или сеть передачи данных (СПД) (передача данных).
Функции компьютерной сети: обработка и передача(данных или информации?)

Данные: “сведения, необходимые для какого-нибудь вывода, решения” (Ожегов С.И. Словарь русского языка). Количественная мера данных – объем.
Информация: “сведения, осведомляющие о положении дел, о состоянии чего-нибудь” (Ожегов С.И. Словарь русского языка). Количественная мера информации – информационная энтропия.

\[H=-\sum_{i=1}^np_i\log_2p_i\]

Информационная энтропия: мера неопределённости, определяемая через вероятность 𝑝_𝑖 появления i-го символа некоторого алфавита или i-го сообщения:

n	p1	p2	p3	p4	H
2	0,5	0,5	-	-	1
2	0,1	0,9	-	-	0,47
4	0,25	0,25	0,25	0,25	2
4	0,1	0,2	0,3	0,4	1,85
4	0,01	0,04	0,3	0,65	1, 2

  +--------+
  | Данные |
  +--------+
      |
      V
 +-----------+
 | Обработка |
 +-----------+
      |
      V
+------------+
| Информация |
+------------+

Элементы компьютерной сети

Узлы компьютерной сети (У)

Узлы связи (У): коммутации, маршрутизации, передачи данных
Узлы (центры) обработки данных – хосты (Х): компьютеры, вычислительные машины, комплексы и системы

Структура (формат) сообщения:

+-----------+------------------------------+----------+
| Заголовок |            Данные            | Концевик |
+-----------+------------------------------+----------+ 

Средства вычислительной техники

ЭВМ (электронная вычислительная машина, компьютер) = совокупность технических средств, реализующих ввод, вывод, хранение и обработку данных (информации) [MIPS, FLOPS]

Вычислительный комплекс (ВК) = совокупность технических средств, содержащая несколько центральных процессоров:

многопроцессорный ВК (МПВК);
многомашинный ВК (ММВК).

Основная цель построения ВК – обеспечение высокой надежности и/или производительности.

Вычислительная система (ВС) = технические + программные средства [задач/с, …]

Средства телекоммуникаций

АПД – аппаратура передачи данных (приемопередатчики – трансиверы) КО – каналообразующее оборудование (мультиплексоры и демультиплексоры) ООД – оконечное оборудование данных (компьютеры, узлы связи – маршрутизаторы, коммутаторы)

Основные функции УС

маршрутизация
коммутация
мультиплексирование
демультиплексирование

Топология телекоммуникационной сети – способ объединения УС с помощью КС (ЛС).

Классификация каналов связи

Каналы связи

Непрерывные (аналоговые)
Дискретные (цифровые)
Симплексные
Дуплексные
Полудуплексные
Выделенные (некоммутируемые)
Временные (коммутируемые)
Двухточечные
Многоточечные

Данные и сигналы

Данные / информация -> Сигналы

непрерывные
дискретные

Виды сигналов в КС

Электрические
Оптические
Электромагнитные

Кодирование: представление дискретных данных в виде дискретных сигналов: потенциальных и импульсных.
Модуляция: перенос сигнала в заданную полосу частот путем изменения параметров сигнала (амплитуды, частоты, фазы) в соответствии с информативным сигналом.

Характеристики каналов связи

Полоса пропускания (частот) [Гц]:
\[F=1/T\]
где $Т$ – период синусоидального сигнала;
Скорость модуляции [бод]:
\[B=2F=\frac{2}{T}=\frac{1}{t_b}\]
где $t_b$ – длина единичного (битового) интервала:
Пропускная способность канала связи:
\[C=1/t_b\ [бит/с\ или\ bps\ –\ bits\ per\ second]\]
1. формула Шеннона:
  \[C=F\log_2(1+\frac{P_с}{P_ш})\qquad\frac{P_с}{P_ш}\ -\ SNR(Signal-to-Noise Ratio)\]
  Пример:
  \[F=100\ Мгц,\ \frac{P_с}{P_ш}=1 \rightarrow C=100 Мбит/с;\] \[F=100\ Мгц,\ \frac{P_с}{P_ш}=3 \rightarrow C=200 Мбит/с;\]
2. формула Найквиста:
  \[C=\frac{1}{t}\log_2n_c=2F\log_2n_c=B\log_2n_c\]
  Пример:
  \[n_c=2 \rightarrow C=200\ Мбит/с;\]