Среда передачи данных - совокупность линий передачи данных и блоков взаимодействия (т.е. сетевого оборудования, не входящего в станции данных), предназначенных для передачи данных между станциями данных. Среды передачи данных могут быть общего пользования или выделенными для конкретного пользователя.
Линия передачи данных - средства, которые используются в информационных сетях для распространения сигналов в нужном направлении. Примерами линий передачи данных являются коаксиальный кабель, витая пара проводов, световод.
Характеристиками линий передачи данных являются зависимости затухания сигнала от частоты и расстояния. Затухание принято оценивать в децибеллах, 1 дБ = 10*lg(P1/P2), где Р1 и Р2 - мощности сигнала на входе и выходе линии соответственно.
При заданной длине можно говорить о полосе пропускания (полосе частот) линии. Полоса пропускания связана со скоростью передачи информации. Различают бодовую (модуляционную) и информационную скорости. Бодовая скорость измеряется в бодах, т.е. числом изменений дискретного сигнала в единицу времени, а информационная - числом битов информации, переданных в единицу времени. Именно бодовая скорость определяется полосой пропускания линии.
Если на бодовом интервале (между соседними изменениями сигнала) передается N бит, то число градаций модулируемого параметра несущей равно 2N. Например, при числе градаций 16 и скорости 1200 бод одному боду соответствует 4 бит/с и информационная скорость составит 4800 бит/с.
Максимально возможная информационная скорость V связана с полосой пропускания F канала связи формулой Хартли-Шеннона (предполагается, что одно изменение величины сигнала приходится на log2k бит, где k - число возможных дискретных значений сигнала)
V = 2*F*log2k бит/с,
так как V = log2k/t, где t - длительность переходных процессов, приблизительно равная 3*ТВ, а ТВ = 1/(2*p *F), Здесь k ? 1+A, A - отношение сигнал/помеха.
Канал (канал связи) - средства односторонней передачи данных. Примером канала может быть полоса частот, выделенная одному передатчику при радиосвязи. В некоторой линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается своя информация. При этом говорят, что линия разделяется между несколькими каналами. Существуют два метода разделения линии передачи данных: временное мультиплексирование (иначе разделение по времени или TDM), при котором каждому каналу выделяется некоторый квант времени, и частотное разделение (FDM - Frequency Division Method), при котором каналу выделяется некоторая полоса частот.
Канал передачи данных - средства двустороннего обмена данными, включающие АКД и линию передачи данных.
По природе физической среды передачи данных (ПД) различают каналы передачи данных на оптических линиях связи, проводных (медных) линиях связи и беспроводные. В свою очередь, медные каналы могут быть представлены коаксиальными кабелями и витыми парами, а беспроводные - радио- и инфракрасными каналами.
В зависимости от способа представления информации электрическими сигналами различают аналоговые и цифровые каналы передачи данных. В аналоговых каналах для согласования параметров среды и сигналов применяют амплитудную, частотную, фазовую и квадратурно-амплитудную модуляции. В цифровых каналах для передачи данных используют самосинхронизирующиеся коды, а для передачи аналоговых сигналов - кодово-импульсную модуляцию.
Первые сети ПД были аналоговыми, поскольку использовали распространенные телефонные технологии. Но в дальнейшем устойчиво растет доля цифровых коммуникаций (это каналы типа Е1/Т1, ISDN, сети Frame Relay, выделенные цифровые линии и др.)
В зависимости от направления передачи различают каналы симплексные (односторонняя передача), дуплексные (возможность одновременной передачи в обоих направлениях) и полудуплексные (возможность попеременной передачи в двух направлениях).
В зависимости от числа каналов связи в аппаратуре ПД различают одно- и многоканальные средства ПД. В локальных вычислительных сетях и в цифровых каналах передачи данных обычно используют временное мультиплексирование, в аналоговых каналах - частотное разделение.
Если канал ПД монопольно используется одной организацией, то такой канал называют выделенным, в противном случае канал является разделяемым или виртуальным (общего пользования).
К передаче информации имеют прямое отношение телефонные сети, вычислительные сети передачи данных, спутниковые системы связи, системы сотовой радиосвязи.

Дисциплина «Компьютерные сети» является базовой в цикле дисциплин ориентированных на применение сетей и сетевых технологий в решении профессиональных задач, изучаемых студентами на старших курса обучения в университете. Она обеспечивает формирование базовых понятий и навыков, без которых невозможно изучение последующих специальных дисциплин. Цель изучения данной дисциплины – овладение знаниями использования сетевых средств и базовых сетевых технологий и приобретения базовых навыков разработки программ сетевого взаимодействия, для решения практических задач и дальнейшего использования при разработке сетевых информационных приложений. Курс представляет собой систематическое введение в сетевую проблематику и дает базовые знания, необходимые для понимания последующих курсов данной специальности.

Реальное и общедоступное информационное взаимодействие называют телекоммуникацией.
Понятие телекоммуникации включает различные виды связи от передач по радио и телефону по общедоступным сетям до автоматизированной передачи информации при работе в глобальных сетях, оборудованных специальными линиями связи и оборудованием.
Передача данных обычно ограничена в пространстве, например, в пределах здания, предприятия, города, государства, континента и т.п. Как правило, территориальными границами обусловлено и разнообразие компонентов, которые вступают друг с другом в контакт.
В основу взаимодействия по обмену данными между узлами сети положены реальные модели обмена информацией между людьми на расстоянии. Чтобы взаимодействовать, люди используют общий язык, а также вспомогательные средства для передачи сообщения. Например, при пересылке письма необходимо нужную информацию упаковать в конверт, снабдить адресом их получателя и отправителя и воспользоваться услугами почты, чтобы доставить информацию получателю. Получатель извлекает нужную информацию из конверта и прочитывает сообщение. В случае неудачи письмо возвращается по обратному адресу, указанному на конверте.
Если существующий порядок определить как протокол работы почтовой связи, то можно сказать, что в определенном смысле аналогичный протокол реализуется и для передачи данных в сетях ЭВМ.
Современные телекоммуникационные технологии основаны на использовании информационных сетей. Эти технологии положили начало новой научно-технической дисциплине телематике.

Телематика. Это новая научно-техническая дисциплина, предметом которой являются методы и средства передачи информации на расстояния, существенно превышающие линейные размеры площади, занимаемой участниками связи. Название дисциплины произошло из частей слов “телекоммуникации” и “информатика”.
Рассмотрим некоторые определения и термины из тематики сетей, которые образуют своеобразную иерархическую структуру:

Коммуникационная сеть - система, состоящая из объектов, осуществляющих функции генерации, преобразования, хранения и потребления продукта, называемых пунктами (узлами) сети, и линий передачи (связей, коммуникаций, соединений), осуществляющих передачу продукта между пунктами.

Информационная сеть - коммуникационная сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования является информация.

Вычислительная сеть - информационная сеть, в состав которой входит вычислительное оборудование. Компонентами вычислительной сети могут быть ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и приемниками данных, передаваемых по сети. Т.о. вычислительная сеть - это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов.

Основу вычислительной сети составляет компьютерная сеть (КС). Самую простую КС можно представить как сеть, состоящую из двух компьютеров, в которые установлены сетевые адаптеры, соединенные кабелем. Большие сети могут объединять сотни и тысячи компьютеров и периферийных устройств в самых разных конфигурациях. Но даже самые масштабные сети строятся из большого количества простых сетей и отдельных компьютеров.

Компьютерные сети предоставляют самый эффективный в ценовом отношении способ использования компьютерной техники — коллективный. Соединив благодаря сравнительно небольшим затратам кабелями имеющиеся серверы, компьютеры, принтеры, модемы, получаем возможность сократить простой дорогого оборудования до минимума, сэкономить существенные суммы на его закупку и обслуживание.

Таким образом, основная цель использования КС – обеспечить пользователям сети потенциальную возможность совместного использования ресурсов всех компьютеров. Можно говорить, что КС необходимы, чтобы 2 или более компьютеров могли взаимодействовать между собой по обеспечению согласованной работы с некоторыми ресурсами. КС предназначены для:
• разделение информации (организации доступа многих пользователей к информации, вводимой с одного или нескольких рабочих мест);
• обмена информацией (файлами, сообщениями и т.п.);
• разделения прикладных программ (использования многими пользователями одной копии программы);
• разделения дорогостоящих ресурсов (одновременное использование принтеров, мощных компьютеров и т.п.);
• работы в глобальных сетях .
Сами по себе компьютерные сети предоставляют только потенциальные возможности совместного использования различных ресурсов, реальную их реализацию обеспечивают сетевые технологии, которые охватывают все вопросы, касающиеся совместного использования данных, программного обеспечения и компьютерной периферии, включая принтеры, модемы, многофункциональные копировальные и факсовые машины, накопители на компакт-дисках, стримеры, винчестеры и другое оборудование для хранения данных, знаний и программ, средства доступа к другим компьютерам, сетям и Интернет.
Для создания компьютерной сети применяется множество разнообразного оборудования. Его состав зависит от числа компьютеров, объединяемых в сеть, от типов подключаемых дополнительные устройства, задач, которые необходимо решать с использованием сетевых технологий.
Сетевые технологии реально позволяют экономить и время, и деньги, собирать и быстро использовать множество информации, и не только в рамках своей компании, но и активно взаимодействовать с внешним миром.

Исторически первыми заслуживающими внимания операционными системами были системы пакетной обработки. В качестве примера такой ОС можно привести IBM DOS (дисковая операционная система фирмы IBM). Системы пакетной обработки уже обладали всеми основными компонентами, присущими современным ОС.

Термин “пакетная обработка” происходит от способа, по которому производится накопление и выполнение заданий. В ранних системах этого типа представленные для выполнения задания (на перфокартах, перфолентах или магнитных носителях) собирались в пакеты, или наборы, и обрабатывались на ЭВМ последовательно, по одному заданию. Основные задачи, выполняемые операционной системой, обеспечивающей пакетную обработку, следующие:
Управление заданиями. Эта самая основная и высокоуровневая функция обеспечивает инициирование и прекращение выполнения как заданий, так и шагов заданий. Первичным действием здесь является интерпретация управляющих карт задания с целью
(а) запуска и прекращения учетных процедур для задания;
(b) установления соответствия между действительными адресами устройств ввода-вывода и символическими адресами, использованными в задании;
(с) вызова соответствующих системных программ для выполнения задачи, запрашиваемой шагом задания.

Загрузка и связывание программы. Программам распределяется память, они перемещаются в соответствии с этим распределением и загружаются в память. В то же время организуется связывание независимо оттранслированных программ, которые используются совместно. Эти программы могут быть объектными программами пользователя, модуля операционной системы или элементами общей библиотеки пользователей.
Управление вводом-выводом. За исключением особых случаев, система ответственна за весь ввод-вывод. Запросы на ввод-вывод посылаются системным программам, которые планируют и инициируют операции, а затем управляют ими. Эта задача часто включает в себя распределение устройств и вспомогательной памяти, а также программную буферизацию. Целью такой централизации является улучшение, как эффективности, так и защиты системы, а также освобождение пользователя от излишних деталей программирования ввода-вывода.
Такие системы создавались на основе первых компьютеров 50-х годов — больших, громоздких и дорогих. Они предназначались для небольшого числа избранных пользователей, не для интерактивной работы, а использовались в режиме пакетной обработки. Системы пакетной обработки строились на базе мэйнфрейма — мощного и надежного компьютера универсального назначения. Пользователи подготавливали перфокарты, содержащие данные и команды программ, и передавали их в вычислительный центр. Операторы вводили эти карты в компьютер, а распечатанные результаты пользователи получали обратно на следующий день. Таким образом, одна неверно набитая карта означала как минимум суточную задержку. Это значительно сдерживало развитие компьютерных технологий.
Принцип централизованной обработки данных не отвечал высоким требованиям к надежности процесса обработки, затруднял развитие систем и не мог обеспечить необходимое временные параметры при диалоговой обработке данных в многопользовательском режиме. Кратковременный выход из строя центральной ЭВМ приводил к тяжелым последствиям для системы в целом, так как приходилось дублировать функции центральной ЭВМ, значительно увеличивая затраты на создание и эксплуатацию систем обработки данных.

Многотерминальные (централизованные) системы, работающие в режиме разделения времени (диалог ЭВМ-человек: создание иллюзии единоличного владения компьютером). Такие системы появились в начале 60-х годов, по мере удешевления процессоров. Они представляли интерактивные многотерминальные системы разделения времени, в которых компьютер мог использоваться несколькими пользователями одновременно работающим за терминалами. Такие терминалы рассосредотачивались по предприятию, а пользователь получал доступ к общему программному обеспечению, периферийным устройствам, располагаемым централизовано на мейнфрейме.

Обеспечение разделения времени процессора обеспечивали сначала специальные программные оболочки (наиболее распространенные в СССР были PRIMUS, FOCUS, затем функции многотерминальной системы разделения времени стали принадлежать самой операционной системе ОС СРВ).
В дальнейшем функции терминалы стали обладать определенным интерфейсом и могли выполнять распределено некоторые функции, такие как ввод, вывод, редактирование данных с использованием локального буфера терминала.

Глобальные вычислительные сети исторически появились первыми в результате решения задачи доступа к компьютеру с терминалов (т.е. терминал-компьютер), удаленных на десятки тысяч километров через телефонные линии и модемы. Это позволило получать удаленный доступ к ресурсам мощных ЭВМ. Затем эти соединения развились в соединение компьютер-компьютер.

В начале 70-х годов произошел технологический прорыв в области производства компьютерных компонентов - появились большие интегральные схемы. Их сравнительно невысокая стоимость и высокие функциональные возможности привели к созданию мини-компьютеров, которые стали реальными конкурентами мэйнфреймов. Закон Гроша перестал соответствовать действительности, так как десяток мини-компьютеров выполнял некоторые задачи (как правило, хорошо распараллеливаемые) быстрее одного мэйнфрейма, а стоимость такой мини-компьютерной системы была меньше. Даже небольшие подразделения предприятий получили возможность покупать для себя компьютеры.
Мини-компьютеры выполняли задачи управления технологическим оборудованием, складом и другие задачи уровня подразделения предприятия. Таким образом, появилась концепция распределения компьютерных ресурсов по всему предприятию. Однако при этом все компьютеры одной организации по-прежнему продолжали работать автономно