42.Мобильные сети. Основные понятия

Мобильная связь — это радиосвязь между абонентами, местоположение одного или нескольких из которых меняется. Одним из видов мобильной связи является сотовая связь.

Поколение	1G	2G	2.5G	3G	3.5G	4G
Начало разработок	1970	1980	1985	1990	<2000	2000
Реализация	1984	1991	1999	2002	2006—2007	2008—2010
Сервисы	аналоговый стандарт	цифровой стандарт, поддержка коротких сообщений (SMS), передача данных со скоростью до 9,6 кбит/с	большая ёмкость, пакетная передача данных	ещё большая ёмкость, скорости до 2 Мбит/с	увеличение скорости сетей третьего поколения	большая ёмкость, IP-ориентированная сеть, поддержка мультимедиа, скорости до сотен мегабит в секунду
Скорость передачи	1,9 кбит/с	14,4 кбит/с	384 кбит/с	2 Мбит/с	3-14 Мбит/с	1 Гбит/с
Стандарты	AMPS, TACS, NMT	TDMA, CDMA, GSM, PDC	GPRS, EDGE (2.75G), 1xRTT	WCDMA, CDMA2000, UMTS	HSDPA	единый стандарт
Сеть	PSTN	PSTN	PSTN, сеть пакетной передачи данных	сеть пакетной передачи данных	сеть пакетной передачи данных	Интернет

3G (от англ. third generation — третье поколение), технологии мобильной связи 3 поколения — набор услуг, который объединяет как высокоскоростной мобильный доступ с услугами сети Интернет, так и технологию радиосвязи, которая создаёт канал передачи данных. В настоящее время из-за массовых рекламных акций под этим термином чаще всего подразумевается технология UMTS.

Мобильная связь третьего поколения строится на основе пакетной передачи данных. Сети третьего поколения 3G работают на частотах дециметрового диапазона, как правило в диапазоне около 2 ГГц, передавая данные со скоростью до 3,2 Мбит/с. Они позволяют организовывать видеотелефонную связь, смотреть на мобильном телефоне фильмы и телепрограммы и т. д.

3G включает в себя 5 стандартов семейства IMT-2000 (UMTS/WCDMA, CDMA2000/IMT-MC, TD-CDMA/TD-SCDMA (собственный стандарт Китая), DECT и UWC-136).

3.5G

HSDPA (англ. High-Speed Downlink Packet Access — высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильному телефону) — стандарт мобильной связи, рассматривается специалистами как один из переходных этапов миграции к технологиям мобильной связи четвёртого поколения (4G). Максимальная теоретическая скорость передачи данных по стандарту составляет 14,4 Мбит/сек., практическая достижимая в существующих сетях — около 3 Мбит/сек.

4G (от англ. fourth generation — четвёртое поколение) — перспективное (четвёртое) поколение мобильной связи, характеризующееся высокой скоростью передачи данных и повышенным качеством голосовой связи. К четвёртому поколению принято относить перспективные технологии, позволяющие осуществлять передачу данных со скоростью, превышающей 100 Мбит/с подвижным абонентам и 1 Гбит/с стационарным.

WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) — телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16, который также называют Wireless MAN (WiMAX следует считать жаргонным названием, так как это не технология, а названия форума, на котором Wireless MAN и был согласован).

3GPP Long Term Evolution (LTE) — название технологии мобильной передачи данных. Проект 3GPP является стандартом по совершенствованию технологий CDMA, UMTS для удовлетворения будущих потребностей в скорости передачи данных.

Эти усовершенствования могут, например, повысить эффективность, снизить издержки, расширить и совершенствовать уже оказываемые услуги, а также интегрироваться с уже существующими протоколами. Скорость передачи данных по стандарту3GPP LTE в теории достигает 326,4 Мбит/с (демонстрационно 1 Гбит/с на оборудовании для коммерческого использования) на приём (download), и 172,8 Мбит/с на отдачу (upload), в международном стандарте же прописано 173 Мбит/с на приём и 58 Мбит/с на отдачу.

Радиус действия базовой станции LTE может быть различным в зависимости от мощности и используемых частот. В оптимальном случае это порядка 5 км, но при необходимости дальность действия может составлять 30 км или даже 100 км (при достаточном поднятии антенны).

Bluetooth или блютуc (переводится как синий зуб, назван в честь Харальда I Синезубого) — производственная спецификация беспроводных персональных сетей (англ. Wireless personal area network, WPAN). Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами как карманные и обычные персональные компьютеры, мобильные телефоны, ноутбуки, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, джойстики, наушники, гарнитуры на надёжной, недорогой, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи. Bluetooth позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся в радиусе от 1 до 10 метров друг от друга (дальность сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях.

Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity — «беспроводная точность») — торговая марка Wi-Fi Alliance для беспроводных сетей на базе стандарта IEEE 802.11.

Любое оборудование, соответствующее стандарту IEEE 802.11, может быть протестировано в Wi-Fi Alliance и получить соответствующий сертификат и право нанесения логотипа Wi-Fi.

Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка (Ad-hoc), когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров «напрямую». Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0,1 Мбит/с — наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения. Более подробно принцип работы описан в официальном тексте стандарта.

43. Векторные и векторно-конвейерные вычислительные системы. Матричные вычислительные системы.

Векторные и векторно-конвейерные вычислительные системы.

Для обработки массивов требуются вычислительные средства, позволяющие с помощью единой команды производить действие сразу над всеми элементами массивов — средства векторной обработки.

Под вектором понимается одномерный массив однотипных данных (обычно в форме с плавающей точкой), регулярным образом расположенный в памяти вычислительной системы.

Если обработке подвергаются многомерные массивы, их также рассматривают как векторы.

Векторный процессор– процессор, в котором операндами некоторых команд могут выступать упорядоченные массивы данных – векторы.

Векторный процессор может быть реализован в двух вариантах. В первом он представляет собой дополнительный блок к универсальной вычислительной машине (системе). Во втором – векторный процессор является как основой самостоятельной ВС.

Наиболее распространенными подходами к архитектуре средств векторной обработки являются: конвейерное АЛУ; массив АЛУ; массив процессорных элементов (матричная ВС).

а) б)

Рис. 1.4. Варианты векторной обработки: а – конвейерное АЛУ; б – массив АЛУ

В варианте с конвейерным АЛУ предполагается, что операции над числами достаточно сложны и поддаются разбиению на отдельные фазы.

Например, операция сложения над числами в форме с плавающей запятой (ПЗ) предполагает наличие следующих фаз обработки: выравнивание порядков; сдвиг мантиссы; сложение мантисс; нормализация.

В варианте с массивом АЛУ одновременные операции над элементами векторов проводятся с помощью нескольких параллельно используемых АЛУ.

Матричные вычислительные системы.

Назначение матричных вычислительных системво многом схоже с назначением векторных ВС — обработка больших массивов данных. В основе матричных систем лежит матричный процессор (arrayprocessor), состоящий из регулярного массива процессорных элементов (ПЭ). Организация систем подобного типа на первый взгляд достаточно проста. Они имеют общее управляющее устройство, генериру­ющее поток команд, и большое число ПЭ, работающих параллельно и обрабатыва­ющих каждый свой поток данных. Однако на практике, чтобы обеспечить доста­точную эффективность системы при решении широкого круга задач, необходимо организовать связи между процессорными элементами так, чтобы наиболее полно загрузить процессоры работой.

Рис. 1.5. Структура матричной вычислительной системы

Именно характер связей между ПЭ и определяет разные свойства системы. Ранее уже отмечалось, что подобная схема применима и для векторных вычислений.

Между матричными и векторными системами есть существенная разница. Мат­ричный процессор интегрирует множество идентичных функциональных блоков (ФБ), логически объединенных в матрицу и работающих в SIMD-стиле.

Не столь существенно, как конструктивно реализована матрица процессорных элементов — на едином кристалле или на нескольких. Важен сам принцип — ФБ логически ском­понованы в матрицу и работают синхронно, то есть присутствует только один поток команд для всех блоков.

Векторный процессор имеет встроенные команды для обработки векторов данных, что позволяет эффективно загрузить конвейер из функциональных блоков. В свою очередь, векторные процессоры проще использовать, потому что команды для обработки векторов — это более удобная для человека модель программирования, чем SIMD.

Структура матричной вычислительной системы приведена на рис. 1.5.

Массив процессоров(МПр) производит параллельную обработку множественных элементов данных. Единый поток команд, управляющий обработкой данных в массиве процессоров, генерируетсяконтроллером массива процессоров(КМП). КМП выполняет последовательный программный код, реализует операции условного и безусловного перехода, транслирует в МПр команды, данные и сигналы управления. Команды выполняются процессорами в режиме жесткой синхронизации. Сигналы управления используются для синхронизации команд и пересылок, а также для управления процессом вычислений. Команды, данные и сигналы управления передаются из КМП в массив процессоров пошине широковещательной рассылки. Поскольку выполнение операций условного перехода зависит от результатов вычислений, результаты обработки данных в массиве процессоров транслируются из КМП пошине результата.

Массив процессоров помимо множества процессоров должен включать в себя множество модулей памяти. Кроме того, в массиве должна быть реализована сеть взаимосвязей, как между процессорами, так и между процессорами и модулями памяти. Таким образом, под термином массив процессоровпонимается блок, состоящий из процессоров, модулей памяти и сети соединений.

В матричных SIMD-системах распространение получили распространение два основных типа архитектурной организации массива процессорных элементов.

В первом варианте “процессорный элемент-процессорный элемент“ (“ПЭ-ПЭ“) все процессорные элементы (ПЭ) связаны между собой сетью соединений. Каждый ПЭ – это процессор с локальной памятью. Процессорные элементы выполняют команды, получаемые из КМП по шине широковещательной рассылки, и обрабатывают данные как хранящиеся в их локальной памяти, так и поступающие из КМП. Для трансляции результатов из отдельных ПЭ в КМП служит шина результата.

Второй вид архитектуры - “процессор-память“. В этом случае двунаправленная сеть соединений связывает множество процессоров с множеством модулей памяти. Процессоры управляются через шину широковещательной рассылки. Обмен данными между процессорами осуществляется как через сеть, так и через модули памяти.

В качестве процессорных элементов в большинстве матричных SIMD-систем применяются простыеRISC-процессоры с локальной памятью ограниченной емкости.

43. Предмет и задачи метрической теории ВС. Анализ производительности ВС. Способы описания процессов функционирования.

Метрическая теория ВС занимается количественной оценкой показателей, которые характеризуют качество структурной и функциональной организации системы. В рамках метрической теории исследуется влияние организации системы и режимов ее функционирования на производительность, надежность, стоимость и другие ее характеристики, а также решаются задачи обоснования выбора варианта структурной и функциональной организации системы и оптимальных параметров и внешних характеристик входящих в ее состав устройств ЭВМ, т.е. выполняется структурная и параметрическая оптимизация ВС.

Единицей измерения производительности компьютера является время: компьютер, выполняющий тот же объем работы за меньшее время является более быстрым. Время выполнения любой программы измеряется в секундах. Часто производительность измеряется как скорость появления некоторого числа событий в секунду, так что меньшее время подразумевает большую производительность.

Однако в зависимости от того, что мы считаем, время может быть определено различными способами. Наиболее простой способ определения времени называется астрономическим временем, временем ответа (response time), временем выполнения(execution time) или прошедшим временем (elapsed time). Это задержка выполнения задания, включающая буквально все: работу процессора, обращения к диску, обращения к памяти, ввод/вывод и накладные расходы операционной системы. Однако при работе в мультипрограммном режиме во время ожидания ввода/вывода для одной программы, процессор может выполнять другую программу, и система не обязательно будет минимизировать время выполнения данной конкретной программы.

Для измерения времени работы процессора на данной программе используется специальный параметр - время ЦП (CPU time), которое не включает время ожидания ввода/вывода или время выполнения другой программы. Очевидно, что время ответа, видимое пользователем, является полным временем выполнения программы, а не временем ЦП. Время ЦП может далее делиться на время, потраченное ЦП непосредственно на выполнение программы пользователя и называемое пользовательским временем ЦП, и время ЦП, затраченное операционной системой на выполнение заданий, затребованных программой, и называемое системным временем ЦП.

В ряде случаев системное время ЦП игнорируется из-за возможной неточности измерений, выполняемых самой операционной системой, а также из-за проблем, связанных со сравнением производительности машин с разными операционными системами. С другой стороны, системный код на некоторых машинах является пользовательским кодом на других и, кроме того, практически никакая программа не может работать без некоторой операционной системы. Поэтому при измерениях производительности процессора часто используется сумма пользовательского и системного времени ЦП.

В большинстве современных процессоров скорость протекания процессов взаимодействия внутренних функциональных устройств определяется не естественными задержками в этих устройствах, а задается единой системой синхросигналов, вырабатываемых некоторым генератором тактовых импульсов, как правило, работающим с постоянной скоростью. Дискретные временные события называются тактами синхронизации (clock ticks), просто тактами (ticks), периодами синхронизации (clock periods), циклами (cycles) или циклами синхронизации (clock cycles).Разработчики компьютеров обычно говорят о периоде синхронизации, который определяется либо своей длительностью (например, 10 наносекунд), либо частотой (например, 100 МГц). Длительность периода синхронизации есть величина, обратная к частоте синхронизации.

Таким образом, время ЦП для некоторой программы может быть выражено двумя способами: количеством тактов синхронизации для данной программы, умноженным на длительность такта синхронизации, либо количеством тактов синхронизации для данной программы, деленным на частоту синхронизации.

Важной характеристикой, часто публикуемой в отчетах по процессорам, является среднее количество тактов синхронизации на одну команду - CPI (clock cycles per instruction). При известном количестве выполняемых команд в программе этот параметр позволяет быстро оценить время ЦП для данной программы.

Таким образом, производительность ЦП зависит от трех параметров: такта (или частоты) синхронизации, среднего количества тактов на команду и количества выполняемых команд. Невозможно изменить ни один из указанных параметров изолированно от другого, поскольку базовые технологии, используемые для изменения каждого из этих параметров, взаимосвязаны: частота синхронизации определяется технологией аппаратных средств и функциональной организацией процессора; среднее количество тактов на команду зависит от функциональной организации и архитектуры системы команд; а количество выполняемых в программе команд определяется архитектурой системы команд и технологией компиляторов. Когда сравниваются две машины, необходимо рассматривать все три компоненты, чтобы понять относительную производительность.

43. Виды конференц-связи. Web-технологии. Языки и средства создания Web-приложений.

Конференц-связь– активно развивающийся вид корпоративных коммуникаций. Современные технологии, применяемые для построенияконференц-систем, позволяют организоватьконференц-системукомпании, отвечающую самым высоким стандартам. Основными видамиконференц-связи, наиболее популярными на сегодняшний день, являютсятелефонная конференц-связьисистемы видеоконференцсвязи.

Системы видеоконференций- это вид групповых телекоммуникаций, который позволяет группе людей из 3 и более человек видеть и слышать друг друга. Для аудиоконференции, важной частисистемы конференц-связи,  позволяющей организовать совещание по телефону, как правило требуется специальныетелефонные аппараты для конференц-связи.

Селекторная связь, как разновидность аудиоконференций, предполагаеторганизацию конференц-связитаким образом, чтобы оптимально организовать управление большим количеством участников. Как правило, организована с использованием специальногоселекторного оборудования, то есть устройства, которое позволяет разделить аудиторию совещания на тех, кто имеет двухстороннюю связь и тех, кто имеет одностороннюю связь.

Организуя комплексные системы конференц-связи, необходимо учитывать множество различных факторов и использовать такие технологии как:cистемы видеоконференций,Селекторную связь,телефонную конференц-связьи другие видыконференц-связи.

Наибольшую известность приобрела Java - это технология и язык программирования сетевых приложений, разработаные фирмой Sun Microsystems для систем распределенных вычислений.

Особенности языка Java: объектно-ориентированный, прототипом является С++, но более прост в использовании (так, например, убраны указатели); введены многопотоковость (например, оператор синхронизации), дополнительная защита от вирусов.

Рис. 6.4. Компоненты программного обеспечения для языка Java

Для пользователей важны также следующие черты языка:

• аппаратная независимость (мобильность) за счет создания приложений в виде байт-кодов для некоторой виртуальной машины ( рис. 6.4) - каждая платформа интерпретирует эти байт-коды; благодаря введению компиляции потеря эффективности, присущая интерпретации, здесь менее значительна;

• интеграция с браузерами;

• используемые программные объекты могут находиться в разных узлах, интерпретатор находит их и загружает в компьютер пользователя.

Другими словами, в узле-клиенте достаточно иметь лишь браузер, все остальное можно получить по сети. Однако при этом обостряется проблема информационной безопасности. В связи с этим загружаемым по сети программам (они называются аплетами) обычно запрещается обновлять и читать файлы, кроме тех, которые находятся на хосте самого аплета.

Java-аплеты доступны из HTML-документов (обращение к ним через тег <applet>), хотя могут использоваться и независимо от них. При обращении к аплету он компилируется на сервере, а для исполнения передается клиенту вместе с Web-страницей.

CGI (Common Gateway Interface - общий шлюзовой интерфейс)- программное обеспечение связи HTML браузеров с другими прикладными программами и/или текстами, находящимися на серверной стороне. Программа CGI - посредник между браузером и приложениями. Обычно программа CGI находится на сервере в специальном каталоге CGI_BIN, она является обработчиком запросов, идущих от браузера. Обращение к файлу из этого каталога означает запуск соответствующего обработчика. Если браузер обращается к документу не в HTML формате, то CGI преобразует форму документа в HTML и возвращает ее браузеру. Пример CGI-программы - WebDBC, организующей связь Web-сервера через ODBC-драйверы с нужными СУБД.

Наряду с интерфейсом CGI существуют и более частные интерфейсы, например, ISAPI (Internet Server Application Program Interface) фирмы Microsoft или NSAPI фирмы Netscape.

JavaScript - язык и интерпретатор этого языка для генерации и управления просмотром составных гипертекстовых документов. JavaScript более прост, чем Java, и тексты JavaScript исполняются быстрее, чем тексты Java или запросы к CGI, поскольку обработчики событий JavaScript реализованы в браузере, а не в сервере. Тексты на JavaScript записываются непосредственно в HTML документе с помощью специальных тегов и имеют вид

<SCRIPT LANGUAGE = "javascript">

<!--

. . .

//-->

</SCRIPT> (*)

где <!-- . . . //--> - текст в виде комментария. Браузеры, не имеющие JavaScript- обработчиков, просто игнорируют комментарий, а современные браузеры исполняют записанные в (*) вместо многоточия команды. В отличие от Java программы на JavaScript полностью интерпретируются в браузере.

Рассмотренные языки являются основой для создания программ межплатформенной распределенной среды - crossware. При этом в настоящее время создание крупных корпоративных приложений чаще опирается на применение CGI.

Для разработки приложений в Internet уже созданы специальные языки и средства. Это, кроме упомянутых языков, также язык Visial Basic Script (VBScript).

Sun Microsystems предлагает набор средств JDK (Java Development Kit) для создания Java-программ.

Microsoft разработала технологию создания и использования интерактивных сетевых приложений, названную ActiveX. Некоторые компоненты ActiveX передаются в составе HTML-документов, другие (ISAPI) служат для взаимодействия сервера с приложениями. Microsoft предлагает среду разработки Web-документов и приложений, включающую ряд продуктов, например:

• Internet Assistant- служит для создания HTML-документов, использует возможности редактора Word, взаимно преобразует форматы документов HTML и Word;

• FrontPage- применяется Web-мастерами и администраторами для сопровождения гипертекстовой информационной базы;

• Internet Studio- помогает художественному оформлению Web-страниц;

• Visual J++в составе компилятора Java, набора JDK, средств взаимодействия Java-аплетов и ActiveX-компонентов, и др.

Netscape разработала визуальную среду создания сетевых приложений, включающую СУБД Informix, среда реализует язык JavaScript с интерактивным содержанием и SQL-операторы.

43. Память и запоминающие устройства. Иерархия запоминающих уст­ройств (ЗУ). Виды и характеристики ЗУ: адресная, стековая и ассоциативная организация памяти.

Запоминающие устройства (ЗУ) служат для хранения информации и обмена ею с другими устройствами. Важнейшие параметры ЗУ находятся в противоречии. Так, например, большая информационная ёмкость не сочетается с высоким быстродействием, а быстродействие в свою очередь не сочетается с низкой стоимостью. Поэтому в ЗУ используется многоступенчатая иерархическая структура.

В наиболее развитой иерархии памяти ЭВМ можно выделить следующие уровни.

Регистровые ЗУ– находятся внутри процессора. Благодаря им уменьшается число обращений к другим уровням памяти, находящимся вне процессора и требующим большего времени для операции обмена.

Кэш-память – быстродействующая память, которая может находиться внутри или вне процессора. Она предназначена для хранения копий информации, находящейся в более медленной основной памяти.

Оперативная память (RAM – Read Access Memory) или оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) – часть основной памяти ЭВМ, предназначенной для хранения быстро изменяемой информации. В ОЗУ хранятся программы пользователей промежуточные результаты вычислений.

Постоянная память (ROM – Read Only Memory – память только для чтения) или постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) – это вторая часть основной памяти ЭВМ, предназначенной для хранения редко меняемой информации, например, кодов команд, тестовых программ.

Специализированные виды памяти, например, видеопамять, предназначенна для хранения информации, отображаемой на экране дисплея и др.

Запоминающее устройство с произвольным обращением, как правило, содержит множество одинаковых запоминающих эле­ментов, образующих запоминающий массив (ЗМ). Массив разделен на отдельные ячейки; каждая из них предназначена для хранения двоичного кода, число разрядов в котором определяет­ся шириной выборки памяти (в частности, это может быть одно, половина или несколько машинных слов). Способ организации памяти зависит от методов размещения и поиска информации в запоминающем массиве. По этому признаку различают адрес­ную, ассоциативную и стековую (магазинную) памяти.

Адресная память. В памяти с адресной организацией разме­щение и поиск информации в ЗМ основаны на использовании адреса хранения слова (числа, команды и т. п.). Адресом служит номер ячейки ЗМ, в которой это слово размещается. При записи (или считывании) слова в ЗМ инициирующая эту операцию команда должна указывать адрес (номер ячейки), по которому производится запись (считывание).

Ассоциативная память. В памяти этого типа поиск нужной информации производится не по адресу, а по ее содержанию (по ассоциативному признаку). При этом поиск по ассоциативному признаку (или последовательно по отдельным разрядам этого признака) происходит параллельно во времени для всех ячеек запоминающего массива. Во многих случаях ассоциативный поиск позволяет существенно упростить и ускорить обработку данных. Это достигается за счет того, что в памяти этого типа операция считывания информации совмещена с выполнением ряда логических операций.  Отметим, что для ассоциативной памяти необходимы запо­минающие элементы, допускающие считывание без разрушения записанной в них информации. Это связано с тем, что при ассо­циативном поиске считывание производится по всему ЗМ для всех незамаскированных разрядов и негде сохранять временно разрушаемую считыванием информацию. Стековая память, так же как и ассоциативная, является безадресной. Стековую память можно рассматривать как совокупность ячеек, образующих одномерный массив, в ко­тором соседние ячейки связаны друг с другом разрядными цепя­ми передачи слов. Запись нового слова производится в верхнюю ячейку (ячейку 0), при этом все ранее записанные слова (вклю­чая слово, находившееся в ячейке 0), сдвигаются вниз, в со­седние ячейки с большими на 1 номерами. Считывание возможно только из верхней (нулевой) ячейки памяти, при этом, если производится считывание с удалением, все остальные слова в памяти сдвигаются вверх, в соседние ячейки с большими номе­рами. В этой памяти порядок считывания слов соответствует правилу: последним поступил — первым обслуживается. В ряде устройств рассматриваемого типа предусматривается также опе­рация простого считывания слова из нулевой ячейки (без его удаления и сдвига слова в памяти). Иногда стековая память снабжается счетчиком стекаСчСт, показывающим количество занесенных в память слов. Сигнал СчСт = 0 соответствует пусто­му стеку, СчСт = Ы—1 —заполненному стеку. Обычно стековую память организуют, используя адресную память. В этом случае счетчик стека, как правило, отсутствует, так как количество слов в памяти можно выявить по указателю стека. Широкое применение стековая память находит при обработке вложенных структур данных.

43. Адресация в Internet. Алгоритм передачи запроса на установление канала связи. Классы адресов.

Каждый компьютер, подключенный к Интернету, имеет свой уникальный 32-битный (в двоичной системе) IP-адрес. Общее количество различных IP-адресов составляет более 4 миллиардов: N = 2³² = 4 294 967 296.

Система IP-адресации учитывает структуру Интернета, то есть то, что Интернет является сетью сетей, а не объединением отдельных компьютеров. IP-адрес содержит адрес сети и адрес компьютера в данной сети.

Для обеспечения максимальной гибкости в процессе распределения IP-адресов, в зависимости от количества компьютеров в сети, адреса разделяются на три класса А, В, С. Первые биты адреса отводятся для идентификации класса, а остальные разделяются на адрес сети и адрес компьютера.

• адреса класса А - число от 0 до 127;

Адреса класса А назначаются узлам очень большой сети. Старший бит в адресах этого класса всегда равен нулю. Следующие семь бит первого октета представляют идентификатор сети. Оставшиеся 24 бита (три октета) содержат идентификатор узла. Это позволяет иметь 126 сетей с числом узлов до 17 миллионов в каждой.

• адреса класса В - число от 128 до 191;

Адреса класса В назначаются узлам в больших и средних по размеру сетях. В двух старших битах IP-адреса класса В записывается двоичное значение 10. Следующие 14 бит содержат идентификатор сети (два первых октета). Оставшиеся 16 бит (два октета) представляют идентификатор узла. Таким образом, возможно существование 16 384 сетей класса В, в каждой из которых около 65 000 узлов.

• адреса класса С - число от 192 до 223.

Адреса класса С применяются в небольших сетях. Три старших бита IP-адреса этого класса содержат двоичное значение 1 10. Следующие 21 бит составляет идентификатор сети (первые три октета). Оставшиеся 8 бит (последний октет) отводится под идентификатор узла. Всего возможно около 2 000 000 сетей класса С, содержащих до 254 узлов.

Провайдеры часто предоставляют пользователям доступ в Интернет не с постоянным, а с динамическим IP-адресом, который может меняться при каждом подключении к сети. В процессе сеанса работы в Интернете можно определить свой текущий IP-адрес.

Для удобства компьютерам в Интернете кроме цифровых адресов присваиваются собственные имена. При этом также, как и в случае с IP-адресами, необходима уникальность этого имени. 

С этой целью была создана специальная система адресации - доменная система имен (Domain Name System) или сокращенно DNS. 

DNS-адрес вместо цифр содержит буквы, разделяемые точками на отдельные информационные блоки (домены). 

Первым в DNS-адресе стоит имя реального компьютера с IP-адресом. Далее последовательно идут адреса доменов, в которые входит компьютер, вплоть до домена страны (для них принята двухбуквенная кодировка). Например, duma.ru: duma - имя домена Государственной думы, ru - страна Россия, аналогично mvd.ru. Здесь имеет место ситуация, сходная с присвоением географических названий и организацией почтовых адресов. 

Когда используется DNS-адрес, компьютер посылает запрос на DNS-сервер, обладающий соответствующей базой данных, DNS-сервер начинает обработку имени с правого конца влево, постепенно сужая поиск, определяя IP-адрес. 

Таким образом, по DNS-имени можно определить эквивалентный IP-адрес.

43. Управление доступом MAC и управление логическим каналом LLC в локальных сетях. Структура стандартов IEEE 802.x

В различных сетях применяются различные сетевые протоколы (протоколы передачи данных) для обмена данными между рабочими станциями.

В 1980 году в Международном институте инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electronics Engineers–IEEE) был организован  комитет 802 по стандартизации локальных сетей. Комитет 802 разработал семейство стандартов IЕЕЕ802. x, которые содержат рекомендации по проектированию нижних уровней локальных сетей. 

Стандарты семейства IЕЕЕ802.x охватывают только два нижних уровня семиуровневой модели OSI – физический и канальный, так как именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей. Старшие же уровни, начиная с сетевого, в значительной степени имеют общие черты, как для локальных, так и глобальных сетей.

В этих стандартах канальный уровень разделяется на два подуровня, которые называются уровнями:

 управление логическим каналом (LCC - Logical Link Control)

 управление доступом к среде (MAC - Media Access Control)

Уровень управления доступом к среде передачи данных (MAC) появился, так как в локальных сетях используется разделяемая среда передачи данных. В современных локальных сетях получили распространение несколько протоколов уровня MAC, реализующих разные алгоритмы доступа к разделяемой среде.

Уровень MAC состоит из трех логических объектов:

• MAC-b манипулирует широковещательным каналом (BCH).

• MAC-c/sh манипулирует общими и совмещенными каналами - каналом поискового вызова (PCH), прямым каналом доступа (FACH), каналом случайного доступа (RACH), общим восходящим каналом передачи пакетов (CPCH) и совмещенным нисходящим каналом (DSCH).

• MAC-d отвечает за управление выделенными каналами (DCH).

Подуровень МАС выполняет следующие функции:

• Поддерживает сервисы для подуровня LLC;

• Формирует кадр определенного формата;

• Управляет процедурой передачи токена;

• Управляет доступом станции к среде;

• Адресует станции в сети;

• и т.д.

На уровне управления доступом к среде (MAC) логические каналы преобразуются в транспортные каналы. Уровень MAC также отвечает за выбор соответствующего транспортного формата (TF) для каждого транспортного канала, который зависит от мгновенной скорости (ей) источника логических каналов. Транспортный формат выбирается с учетом совокупности комбинаций транспортного формата, которая определяется управлением доступом для каждого соединения.

После того, как доступ к среде получен, ею может воспользоваться более высокий канальный уровень – уровень LCC, организующий передачу логических единиц данных, кадров информации, с различным уровнем качества транспортных услуг.

Протокол LLC обеспечивает для технологий локальных сетей нужное качество услуг транспортной службы, передавая свои кадры либо дейтаграммным способом, либо с помощью процедур с установлением соединения и восстановлением кадров. Протокол LLC занимает уровень между сетевыми протоколами и протоколами уровня MAC. Протоколы сетевого уровня передают через межуровневый интерфейс данные для протокола LLC - свой пакет (например, пакет IP, IPX или NetBEUI), адресную информацию об узле назначения, а также требования к качеству транспортных услуг, которое протокол LLC должен обеспечить. Протокол LLC помещает пакет протокола верхнего уровня в свой кадр, который дополняется необходимыми служебными полями. Далее через межуровневый интерфейс протокол. LLC передает свой кадр вместе с адресной информацией об узле назначения соответствующему протоколу уровня MAC, который упаковывает кадр LLC в свой кадр (например, кадр Ethernet).

В основу протокола LLC положен протокол HDLC (High-level Data Link Control Procedure), являющийся стандартом ISO. 

В соответствии со стандартом 802.2 уровень управления логическим каналом LLC предоставляет верхним уровням три типа процедур:

1. LLC1 - процедура без установления соединения и без подтверждения;

2. LLC2 - процедура с установлением соединения и подтверждением;

3. LLC3 - процедура без установления соединения, но с подтверждением.

Этот набор процедур является общим для всех методов доступа к среде, определенных стандартами 802.3 - 802.5.

Project 802установил стандарты для физических компонентов сети — интерфейсных плат и кабельной системы, — с которыми имеют дело Физический и Канальный уровни модели OSI. Итак, эти стандарты, называемые 802-спецификациями, распространяются:

• компоненты глобальных вычислительных сетей;

• на платы сетевых адаптеров;

• компоненты сетей, при построении которых используют коаксиальный кабель и витую пару.

802 - спецификации определяют способы, в соответствии с которыми платы сетевых адаптеров осуществляют доступ к физической среде и передают по ней данные. Сюда относятся соединение, поддержка и разъединение сетевых устройств.

Стандарты ЛВС, определенные Project 802, делятся на 12 категорий, каждая из которых имеет свой номер.

• 802.1 — объединение сетей.

• 802.2 — Управление логической связью.

• 802.3 — ЛВС с множественным доступом, контролем несущей и обнаружением коллизий (Ethernet).

• 802.4 — ЛВС топологии «шина» с передачей маркера.

• 802.5 — ЛВС топологии «кольцо» с передачей маркера.

• 802.6 — сеть масштаба города (Metropolitan Area Network, MAN).

• 802.7 — Консультативный совет по широковещательной технологии (Broadcast Technical Advisory Group).

• 802.8 -- Консультативный совет по оптоволоконной технологии (Fiber-Optic Technical Advisory Group).

• 802.9 — Интегрированные сети с передачей речи и данных (Integrated Voice/Data Networks).

• 802.10 — Безопасность сетей.

• 802.11 — Беспроводная сеть.

• 802.12 — ЛВС с доступом по приоритету запроса (Demand Priority Access LAN, lOObaseVG-AnyLan).

43. Характеристики проводных линий связи. Классификация кабеля типа " витая пара". Оптоволоконный кабель

Линия связи состоит в общем случае из физической среды, по которой передаются электрические информационные сигналы, аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры. Синонимом термина линия связи (line) является термин канал связи (chanel).

Проводные (воздушные) линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. По таким линиям связи традиционно передаются телефонные или телеграфные сигналы, но при отсутствии других возможностей эти линии используются и для передачи компьютерных данных. Скоростные качества и помехозащищенность этих линий оставляют желать много лучшего. Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными.

Сегодня как для внутренней (кабели зданий), так и для внешней проводки чаще всего

применяются три класса проводных линий связи:

□ витая пара;

□ коаксиальные кабели;

□ волоконно-оптические кабели.

Витой парой называется скрученная пара проводов. Этот вид среды передачи данных очень популярен и составляет основу большого количества как внутренних, так и внешних кабелей. Кабель может состоять из нескольких скрученных пар (внешние кабели иногда содержат до нескольких десятков таких пар).

Скручивание проводов снижает влияние внешних и взаимных помех на полезные сигналы, передаваемые по кабелю.

Витая пара UTP представляет собой изолированные попарно свитые одножильные провода, при чем, число переплетений пар имеет разный шаг, на определенном отрезке длины кабеля. Это делается для сокращения перекрестных наводок между проводниками.

  Во время монтажа кабеля типа "витая пара", важно обеспечить минимально допустимую величину развития пар кабеля, для уменьшения потерь сигнала в кабеле.

  Для построения сетей применяются следующие разновидности кабеля:

• UTP - незащищенная витая пара - витые пары которого не имеют экранирования;

• FTP - фольгированная витая пара - имеет общий экран из фольги, однако у каждой пары нет индивидуальной защиты;

• STP - защищенная витая пара - каждая пара имеет собственный экран;

Помимо основных спецификаций, стандарт ANSI/TIA/EIA-568 определяет уровни производительности для кабеля UTP, в соответствии с которыми кабель разделяется на категории. Чем выше категория кабеля, тем он более эффективен. Основное отличие между категориями кабеля заключается в разном количестве витков пар проводов.

  Разновидности кабелей согласно стандарту ANSI/TIA/EIA-568 подразделяются на:

Категории:	Применение:
1	Телефон; POTS (услуги традиционной телефонии); системы сигнализации
2	Телефон; миникомпьютеры IBM и терминалы; ARCNET; LocalTalk
3	Локальные сети Token Ring и Ethernet 10Base T, голосовые каналы и другие низкочастотные приложения
4	Локальные сети Token Ring и Ethernet 10Base T , (в настоящее время не рассматривается)
5	Локальные сети со скоростью передачи данных до 100 Mbit/s   (распространенный)
5E	Локальные сети со скоростью передачи данных до 1000 Mbit/s
6	Локальные сети со скоростью передачи данных до 1000 Mbit/s
7	Локальные сети со скоростью передачи данных до 1000 Mbit/s

Существуют два типа сетевого кабеля, обычно используемые в компьютерных сетях - Cross-over ("нуль хабный") и Straight-through (прямо проходящий, использующий хаб (сетевой концентратор) - сетевое устройство, предназначенное для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент сети.).

Cross-over("нуль хабный") - используется для соединения двух компьютеров через сетевые карты, напрямую, т.е. не используется ни хаб, ни коммутатор. Таким образом вы можете подключить только два компьютера одновременно, для подключения трех и более потребуется хаб или некоторый тип коммутатора.

Straight-through(прямо проходящий, использующий хаб) - название этого вида кабеля говорит само за себя - он передаёт сигнал напрямую из одного конца в другой, а именно с 1-го контакта на 1 2-2, 3-3, и т.д. Используется для различных видов соединений (компьютер - хаб, компьютер - DSL/ISDN/кабельный модем, или соединения хаба и коммутатора между собой).

Начнем разбор Straight-throughкабеля, а затем выясним отличия в подготовке Cross-over варианта. Разложим проводки (жилы) слева направо в нужной последовательности. Есть соответствующий стандарт. Он называетсяEIA/TIA-568

• бело-оранжевый, оранжевый, бело-зеленый, голубой, бело-голубой, зеленый, бело-коричневый, коричневый.

Разводка жил для Cross-overкабеля:

• бело-зеленый, зеленый, бело-оранжевый, голубой, бело-голубой, оранжевый, бело-коричневый, коричневый.

Оптоволоконные линии предназначены для перемещения больших объемов данных на очень высоких скоростях. Оптоволоконный кабель известен уже долгое время, его поддерживали даже ранние стандарты Ethernet для пропускной способности 10 Мбит/с. Первый из них получил название FOIRL (Fiber-Optic Inter-Repeater Link), а последующий - 10BaseF.

Волоконно-оптический кабель состоит из тонких (5-60 микрон) гибких стеклянных волокон (волоконных световодов), по которым распространяются световые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля — он обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше) и к тому же лучше других типов обеспечивает защиту данных от внешних помех , т.к. кабель использует свет вместо электричества, почти все проблемы, присущие медному кабелю, такие как электромагнитные помехи, перекрестные помехи (переходное затухание) и необходимость заземления, полностью устраняются.

Оптоволоконный кабель состоит из сердечника, сделанного из стекла (кварца) или полимера, оболочки, окружающей сердечник, затем следует слой пластиковой прокладки и волокна из кевлара для придания прочности. Вся эта структура помещена внутрь тефлоновой или поливинилхлоридной "рубашки".

Существует два типа оптоволоконных кабелей:

• Одномодовый

• Многомодовый.

Сигнал, передаваемый одномодовым кабелем, генерируется лазером, и представляет собой волну только одной длины, в то время как многомодовые сигналы, генерируемые светодиодом, переносят волны различной длины. Эти качества позволяют одномодовому кабелю функционировать с большей пропускной способностью по сравнению с многомодовым и преодолевать расстояния в 50 раз длиннее. Типичная величина задержки для наиболее распространенных кабелей составляет около 4—5 нс/м, что близко к величине задержки в электрических кабелях.

43. Сотовые системы связи. GSM - глобальная система мобильной связи

Сотовые сети предназначены для обеспечения подвижных и стационарных объектов телефонной связью и передачей данных. В ССС подвижными объектами являются либо наземные транспортные средства, либо непосредственно человек, находящийся в движении и имеющий портативную абонентскую станцию (подвижный абонент). Возможность передачи данных подвижному абоненту резко расширяет его возможности, поскольку кроме телефонных сообщений он может принимать телексные и факсимильные сообщения, различного рода графическую информацию (планы местности, графики движения и т.п.), медицинскую информацию и многое другое.

Свое название ССС получили в соответствии с сотовым принципом организации связи, согласно которому зона обслуживания (территория города или региона) делится на большое число малых рабочих зон или сот в виде шестиугольников. В центре каждой рабочей зоны расположена базовая станция (БС), осуществляющая связь по радиоканалам с многими абонентскими станциями (АС), установленными на подвижных объектах, находящихся в ее рабочей зоне. Базовые станции соединены проводными телефонными линиями связи с центральной станцией (ЦС) данного региона, которая обеспечивает соединение подвижных абонентов с любыми абонентами телефонной сети общего пользования (ТФОП) с помощью коммутационных устройств. При перемещении подвижного абонента из одной зоны в другую производится автоматическое переключение канала радиосвязи на новую базовую станцию, тем самым осуществляется эстафетная передача подвижного абонента от передающей к последующей (соседней) базовой станции. Управление и контроль за работой базовых и абонентских станций осуществляется ЦС, в памяти ЭВМ которой сосредоточены как статические, так и динамические данные о подвижных объектах и состоянии сети в целом.

Основные составляющие сотовой сети — это сотовые телефоны и базовые станции, которые обычно располагают на крышах зданий и вышках. Будучи включённым, сотовый телефон прослушивает эфир, находя сигнал базовой станции. После этого телефон посылает станции свой уникальный идентификационный код. Телефон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт, периодически обмениваясь пакетами. Связь телефона со станцией может идти по аналоговому протоколу (AMPS, NAMPS, NMT-450) или по цифровому (DAMPS, CDMA, GSM, UMTS). Если телефон выходит из поля действия базовой станции (или качество радиосигнала сервисной соты ухудшается), он налаживает связь с другой (англ. handover).

Сотовые сети могут состоять из базовых станций разного стандарта, что позволяет оптимизировать работу сети и улучшить её покрытие.

Первой коммерчески успешной сотовой сетью была финская сеть Autoradiopuhelin (ARP). Это название переводится на русский как «Автомобильный радиотелефон». Запущенная в 1971 г., она достигла 100%-го покрытия территории Финляндии в 1978. Размер соты был равен около 30 км, в 1986 г. в ней было более 30 тыс. абонентов и работала она на частоте 150 МГц.

GSM— глобальный цифровой стандарт для мобильной сотовой связи, с разделением частотного канала по принципу TDMA (способ использования радиочастот, когда в одном частотном интервале находятся несколько абонентов, разные абоненты используют разные временные слоты (интервалы) для передачи.) и средней степенью безопасности. Разработан под эгидой Европейского института стандартизации электросвязи (ETSI) в конце 80-х годов.

GSM относится к сетям второго поколения (2 Generation) (1G — аналоговая сотовая связь, 2G — цифровая сотовая связь, 3G — широкополосная цифровая сотовая связь, коммутируемая многоцелевыми компьютерными сетями, в том числе Интернет).

Сотовые телефоны выпускаются для 4 диапазонов частот: 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц.

В зависимости от количества диапазонов, телефоны подразделяются на классы и вариацию частот в зависимости от региона использования.

• Однодиапазонные — телефон может работать на одной из частот. В настоящее время не выпускаются.

• Двухдиапазонные (Dual Band) — для Европы, Азии, Африки, Австралии 900/1800 и 850/1900 для Америки и Канады.

• Трёхдиапазонные (Tri Band) — для Европы, Азии, Африки, Австралии 900/1800/1900 и 850/1800/1900 для Америки и Канады.

• Четырехдиапазонные (Quad Band) — поддерживают все диапазоны 850/900/1800/1900.

GSM на сегодняшний день является наиболее распространённым стандартом связи.

Услуги, поддерживаемые GSM

Преимущественные услуги, основанные на стандарте GSM, сосредоточены в телефонии. Как и в других видах связи на основе GSM, передаваемая речь подлежит оцифровке и передаче по сети GSM в виде цифрового потока.

Предоставляется целое множество услуг передачи данных. Пользователи GSM могут посылать и получать данные на скоростях до 9600 bps пользователям обычных телефонных сетей (POTS), а также сетей ISDN и др., используя множество методов доступа и протоколов, таких как X.25 или X.32. Так как GSM - цифровая сеть, модем не требуется для взаимодействия между пользователем и сетью GSM, но аудиомодем нужен сети GSM для взаимодействия с сетями POTS.

Другие услуги передачи данных включают факсовую связь класса 3, которая поддерживается при использовании соответствующего факс-адаптера. Уникальная особенность GSM - это служба коротких сообщений SMS. SMS - это двунаправленная служба для коротких алфавитно-цифровых сообщений (до 160 байт).

Дополнительные услуги включают несколько видов перенаправления вызовов (таких, как перенаправление вызова, когда мобильный абонент находится вне зоны действия сети), и обеспечение соединения для исходящих и входящих звонков при международном роуминге. Многие дополнительные услуги будут обеспечены в спецификациях фазы II, например, определение номера вызывающего абонента, ожидание вызова, конференц-связь.

Архитектура сети GSM

Сеть GSM состоит из нескольких функциональных единиц, чьи функции и интерфейсы специфицированы. Сеть может быть разделена на 3 обширных части:

• мобильный телефон (МТ), который находится у абонента,

• базовая станция (БС), которая контролирует радиосвязь с МТ и состоит из собственно базовых станций (BTS) и контроллеров базовых станций. Контроллер базовых станций (BSC) контролирует соединения между BTS и подсистемой коммутации. В его полномочия также входит управление очерёдностью соединений, скоростью передачи данных, распределение радиоканалов, сбор статистики, контроль различных радиоизмерений, назначение и управление процедурой Handover. Хэндовер представляет собой переключение происходящего разговора на другой канал или на другую соту.

• сетевая подсистема, основной частью которой является центр коммутации (КЦ), выполняющий коммутацию вызовов между мобильными абонентами или между мобильными абонентами и абонентами фиксированных сетей. КЦ также осуществляет управление при перемещении абонентов. Базы данных HLR и VLR, вместе с КЦ обеспечивают маршрутизацию звонков и возможности роуминга в сетях GSM. HLR содержит административную информацию о всех абонентах, зарегистрированных в соответствующей сети GSM, вместе с текущим местоположением МТ. Местоположение МТ хранится в форме адреса сигнала от VLR, связанной с МТ в текущий момент времени. Логически существует только одна HLR на всю сеть GSM, хотя она может быть описана и как распределенная база данных.

База данных VLR содержит избранную административную информацию из HLR, необходимую для контроля вызовов и обеспечения услуг абоненту, для всех МТ, расположенных в текущий момент времени в географической области, контролируемой VLR.

Преимущества стандарта GSM:

Меньшие по сравнению с аналоговыми стандартами (NMT-450, AMPS-800) размеры и вес телефонных аппаратов при большем времени работы без подзарядки аккумулятора. Это достигается в основном за счёт аппаратуры базовой станции, которая постоянно анализирует уровень сигнала, принимаемого от аппарата абонента. В тех случаях, когда он выше требуемого, на сотовый телефон автоматически подаётся команда снизить излучаемую мощность.

Хорошее качество связи при достаточной плотности размещения базовых станций.

Большая ёмкость сети, возможность большого числа одновременных соединений.

Низкий уровень индустриальных помех в данных частотных диапазонах.

Улучшенная (по сравнению с аналоговыми системами) защита от подслушивания и нелегального использования, что достигается путём применения алгоритмов шифрования с разделяемым ключом.

Эффективное кодирование (сжатие) речи. EFR-технология была разработана фирмой Nokia и впоследствии стала промышленным стандартом кодирования/декодирования для технологии GSM.

Широкое распространение, особенно в Европе, большой выбор оборудования.

Возможность роуминга.

Недостатки стандарта GSM:

Искажение речи при цифровой обработке и передаче.

Связь возможна на расстоянии не более 120 км от ближайшей базовой станции даже при использовании усилителей и направленных антенн. Поэтому для покрытия определённой площади необходимо большее количество передатчиков, чем в NMT-450 и AMPS.