Организация связи с помощью

  Введение

В современном мире невозможно представить себе человека, который ежедневно не общался бы хоть с кем-нибудь. Собираясь на работу или на учебу, мы перекидываемся несколькими словами с близкими, постоянно общаемся с коллегами, одноклассниками, учителями. Общение – это неотъемлемая часть человеческой жизни. С приходом в нее компьютеров, границы общения существенно расширились, расстояния и часовые пояса перестали быть преградой благодаря электронной почте и ICQ. Мы все меньше зависим от традиционных сервисов, таких как бумажные письма или телефонные звонки. Однако цифровой век подразумевает свои методы передачи информации. WI-FI, электронная почта, Skype – такие же неотъемлемые части современной переписки, как ручка, бумага и телефон для традиционных видов связи. Эти технологии зачастую очень сильно облегчают нашу связь с действительно близкими людьми, с которыми нет возможности увидеться лично. Современные технологии сделали нашу жизнь проще с одной стороны, но сложнее – с другой. Людям старшего поколения, например, очень сложно понять принцип действия, скажем, электронной почты или системы SMS. Им гораздо проще написать письмо, позвонить по телефону. А между тем, принцип организации связи человек-машина очень прост и базируется  на таких вещах как ввод-вывод информации, вся сложность в том, что эта информация вводится не в привычном для нас виде.             За это отвечают специальные устройства – клавиатуры, мыши, диски. Именно посредством этих привычных для любого владельца компьютера вещей мы общаемся с машиной, передаем ей ту информацию, которая необходима, чтобы совершить нужное нам действие. Например, щелкаем мышкой, чтобы открывать файлы или пролистывать музыку в проигрывателе. Печатаем, чтобы отправить текстовое сообщение по ICQ или нажатием «горячих» клавиш открываем нужные программы. Компьютер воспринимает эти наши действия как последовательность из 0 и 1 – машинный код, который и лежит в основе всех компьютерных операций. Однако человеку сложно воспринимать такое кодирование информации, поэтому для распознавания данного кода и вывода его в узнаваемом для нас виде, были придуманы различные устройства вывода информации: ноутбуки, мониторы, принтеры. Они позволяют нам оценить работу, совершенную машиной и осознать полезность (или бесполезность) данной работы для себя, с точки зрения того, что мы хотели получить вначале. В современном мире традиционные виды связи, такие как почта, телеграф, отходят на второй план. На первое место выходят компьютерные технологии, организация связи с помощью глобальной сети интернет. В данном реферате мы рассмотрим примеры таких связей и их технологии.

Передача информации

Передача информации необходима для того или иного ее распространения. Общая схема передачи такова: источник информации - канал связи - приемник (получатель) информации. Для передачи информации с помощью технических средств используются кодирующее устройство, предназначенное для преобразования исходного сообщения источника информации к виду, удобному для передачи, и декодирующее устройство, необходимое для преобразования кодированного сообщения в исходное. «При передаче информации необходимо учитывать тот факт, что информация при этом может теряться или искажаться, т.е. присутствуют помехи. Для нейтрализации помех при передаче информации зачастую используют помехоустойчивый избыточный код, который позволяет восстановить исходную информацию даже в случае некоторого искажения. Основными традиционными устройствами для быстрой передачи информации на большие расстояния в настоящее время являются телеграф, радио, телефон, телевизионный передатчик. Одним из основных устройств передачи информации на сегодняшний день является компьютер. Передача информации между компьютерами существует с самого момента возникновения ЭВМ. Она позволяет организовать совместную работу отдельных компьютеров, решать одну задачу с помощью нескольких компьютеров, совместно использовать ресурсы и решать множество других проблем. 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.)».(4)

Передача данных

Передача данных осуществляется по средствам протоколов.  Протоколы передачи данных — это набор соглашений, который определяет обмен данных между различными программами. Протоколы задают способы передачи сообщений и обработки ошибок в сети, а также позволяют разрабатывать стандарты, не привязанные к конкретной аппаратной платформе. «Протокол TCP/IP –  основа связи в сети шнтернет, является сейчас наиболее распространенным. Аббревиатура TCP (Transmission Control Protocol) обозначает управляющий протокол передачи, a IP (Internet Protocol) — шнтернет-протокол. Структура протокола или стек приведена на рис.1

                                 

                      рис.1 Стек протокол TCP/IP

В этой структуре можно выделить четыре уровня: прикладной, основной, уровень межсетевого взаимодействия и уровень сетевых интерфейсов.

Рассмотрение уровней удобнее провести с конца. Четвертый уровень соответствует физическому и канальному уровням. В основном поддерживаются технологии Ethernet (пакетная технология компьютерных сетей, преимущественно локальных), протоколы точка — точка (SLIP и РРР, хотя устаревшие, но еще кое-где применяемые), Х.25, ATM (в версии IP over ATM), SDH (в версии Ethernet over SDH).»(8)

•  Подробнее рассмотрим некоторые из них:

   o         «Ethernét — пакетная технология компьютерных сетей, преимущественно локальных. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровнемодели OSI. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring.»(2)
  o         «X.25 – протокол, который определяет синхронный интерфейс между терминальным оборудованием (DTE - Data Terminal Equipment) и оборудованием передачи данных (DCE - Data Communication Equipment) для терминалов, работающих в пакетном режиме. По существу это протокол связи оборудования с сетью. Главный недостаток протокола X.25 - большие задержки отклика (типовое значение 0.6 сек). Терминалом может служить ЭВМ или любая другая система, удовлетворяющая требованиям X.25. Соединение DTE - DTE осуществляется через DCE. В протоколе X.25 DCE и DTE используют статистическое мультиплексирование с делением по времени. Одновременно могут реализовываться несколько обменных процессов.
  o         ATM (англ. Asynchronous Transfer Mode — асинхронный способ передачи данных) — сетевая высокопроизводительная технология коммутации и мультиплексирования, основанная на передаче данных в виде ячеек (cell) фиксированного размера (53 байта), из которых 5 байтов используется под заголовок. В отличие от синхронного способа передачи данных (STM — англ. Synchronous Transfer Mode), ATM лучше приспособлен для предоставления услуг передачи данных с сильно различающимся или изменяющимся битрейтом.
  o         Протокол Frame Relay обеспечивает большую скорость передачи данных (1,5Мбит/с), меньшие задержки, но и меньшую надежность доставки информации. Frame Relay предназначен для межсетевого общения, ориентирован на соединение и использует два протокольных уровня модели OSI. Остальные уровни должны реализоваться программно. Такая схема заметно удешевляет интерфейс. Протокол вводит понятие committed information rates (CIR - оговоренные скорости передачи), обеспечивая каждому приложению гарантированную полосу пропускания. Frame Relay гарантирует большее быстродействие, чем X.25.»(7)

       Четвертый уровень можно образно назвать симбиозом IP и других протоколов, часто говорят об инкапсуляции IP в другие протоколы.

  «Третий уровень (межсетевое взаимодействие) собственно и является основным козырем шнтернета. Созданный по наитию, когда еще не было стандартов, регламентирующих сетевые протоколы, IP-протокол оказался удивительно сбалансированным и жизнестойким. Протокол IP надежно работает в сетях со сложной структурой. Протокол IP является дейтаграммным, т.е. не гарантирует доставку пакетов. Для того чтобы маршрутизаторы имели информацию о состоянии системы, о маршруте, пройденном пакетами в предыдущих сетях, и могли отработать аномальные явления, созданы вспомогательные протоколы межсетевого взаимодействия: протокол сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol): протокол открытых кратчайших путей OSPF (Open Shortest Path First) и протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol).

  Второй уровень называется основным. На нем собственно и функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между удаленными прикладными процессами за счет образования виртуальных соединений. Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным способом, как и IP, и выполняет только функции связующего звена между сетевым протоколом и многочисленными прикладными процессами.

  Верхний уровень (уровень 1) называется прикладным. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил большое количество протоколов и сервисов прикладного уровня. К ним относятся такие широко используемые протоколы, как протокол копирования файлов FTP, протокол эмуляции терминала Telnet, почтовый протокол SMTP и многие другие.»(8) Рассмотрим подробнее некоторые из них
  o     «HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) — это протокол передачи гипертекста. Протокол HTTP используется при пересылке Web-страниц с одного компьютера на другой.
  o     FTP (File Transfer Protocol) — это протокол передачи файлов со специального файлового сервера на компьютер пользователя. FTP дает возможность абоненту обмениваться двоичными и текстовыми файлами с любым компьютером сети. Установив связь с удаленным компьютером, пользователь может скопировать файл с удаленного компьютера на свой или скопировать файл со своего компьютера на удаленный.
  o     SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) — протокол, который задает набор правил для передачи почты. Сервер SMTP возвращает либо подтверждение о приеме, либо сообщение об ошибке, либо запрашивает дополнительную информацию.
  o     TELNET — это протокол удаленного доступа. TELNET дает возможность абоненту работать на любой ЭВМ сети шнтернет, как на своей собственной, то есть запускать программы, менять режим работы и так далее. На практике возможности лимитируются тем уровнем доступа, который задан администратором удаленной машины.»(3)

   Передача звука

             Еще с 19 века человеку были известны такие способы передачи звука как телефония или ТСОП (телефонная сеть общего пользования, ТСОП (англ. PSTN, Public Switched Telephone Network) — это сеть, для доступа к которой используются обычные телефонные аппараты, мини-АТС и оборудование передачи данных). С тех пор телефон является неотъемлемой частью нашей жизни. Но в век компьютерных технологий мы все чаще имеем дело с компьютерами и пытаемся компьютеризировать большую часть наших действий, в том числе и общение по телефону (то, что мы называем передачей звука). И уже в конце 20 века ученые решили эту проблему. Решением стала «IP-телефония или VoIP (англ. Voice over IP; IP-телефония) — система связи, обеспечивающая передачу речевого сигнала по сети шнтернет или по любым другим IP-сетям. Сигнал по каналу связи передаётся в цифровом виде и, как правило, перед передачей преобразовывается (сжимается) с тем, чтобы удалить избыточность.»(1)
       Технология VoIP реализует задачи и решения, которые с помощью технологии PSTN реализовать будет труднее, либо дороже.
       Примеры:

  ·         «Возможность передавать более одного телефонного звонка в рамках высокоскоростного телефонного подключения. Поэтому технология VoIP используется в качестве простого способа для добавления дополнительной телефонной линии дома или в офисе.

  ·         Свойства, такие как конференция, переадресация звонка, автоматический перенабор, определение номера звонящего, предоставляются бесплатно или почти бесплатно, тогда как в традиционных телекоммуникационных компаниях обычно выставляются в счёт.

  ·         Безопасные звонки, со стандартизованным протоколом (такие как SRTP). Большинство трудностей для включения безопасных телефонных соединений по традиционным телефонным линиям, такие как оцифровка сигнала, передача цифрового сигнала, уже решены в рамках технологии VoIP. Необходимо лишь произвести шифрование сигнала и его идентификацию для существующего потока данных.

  ·         Независимость от месторасположения. Нужно только интернет-соединение для подключения к провайдеру VoIP. Например, операторы центра звонков с помощью VoIP-телефонов могут работать из любого офиса, где есть в наличии эффективное быстрое и стабильное интернет-подключение.

  ·         Доступна интеграция с другими через интернет, включая видеозвонок, обмен сообщениями и данными во время разговора, аудиоконференции, управление адресной книгой и получение информации о том, доступны ли для звонка другие абоненты.

  ·         Дополнительные телефонные свойства — такие как маршрутизация звонка, всплывающие окна, альтернативный GSM-роуминг и внедрение IVR — легче и дешевле внедрить и интегрировать. Тот факт, что телефонный звонок находится в той же самой сети передачи данных, что и персональный компьютер пользователя, открывает путь ко многим новым возможностям.»(6)

  «Процесс передачи голоса по IP-сети состоит из нескольких этапов. На первом этапе осуществляется оцифровка голоса. Затем оцифрованные данные анализируются и обрабатываются с целью уменьшения физического объема данных, передаваемых получателю. Как правило, на этом этапе происходит подавление ненужных пауз и фонового шума, а также компрессирование.

  На следующем этапе полученная последовательность данных разбивается на пакеты и к ней добавляется протокольная информация - адрес получателя, порядковый номер пакета на случай, если они будут доставлены не последовательно, и дополнительные данные для коррекции ошибок. При этом происходит временное накопление необходимого количества данных для образования пакета до его непосредственной отправки в сеть.

  Извлечение переданной голосовой информации из полученных пакетов также происходит в несколько этапов.

  Когда голосовые пакеты приходят на терминал получателя, то сначала проверяется их порядковая последовательность. Поскольку IP-сети не гарантируют время доставки, то пакеты со старшими порядковыми номерами могут прийти раньше, более того, интервал времени получения также может колебаться (т.н. джиттер). Для восстановления исходной последовательности и синхронизации происходит временное накопление пакетов. Однако некоторые пакеты могут быть вообще потеряны при доставке, либо задержка их доставки превышает допустимый разброс. В обычных условиях приемный терминал запрашивает повторную передачу ошибочных либо потерянных данных. Но передача голоса слишком критична ко времени доставки, поэтому в этом случае либо включается алгоритм аппроксимации, позволяющий на основе полученных пакетов приблизительно восстановить потерянные, либо эти потери просто игнорируются, а пропуски заполняются данными случайным образом.

  Полученная таким образом (не восстановленная) последовательность данных декомпрессируется и преобразуется непосредственно в аудио-сигнал, несущий голосовую информацию получателю.

  Таким образом, с большой степенью вероятности, полученная информация не соответствует исходной (искажена) и задержана (обработка на передающей и на приемной стороне требует промежуточного накопления). Однако в некоторых пределах избыточность голосовой информации позволяет мириться с такими потерями.»(1)

  Несмотря на все перечисленные выше достоинства IP-телефонии, главным преимуществом остается то, что услуги, предлагаемые этой технологией, существенно дешевле, чем традиционные междугородные и международные разговоры: голосовой трафик идет не по телефонной сети общего пользования, а по корпоративной сети или через шнтернет. Расходы снижаются и за счет того, что, как отмечалось выше, появляется возможность совместить в одной сети передачу голоса и данных, тем самым отказавшись от ненужных сетевых инфраструктур. IP-телефония позволяет эффективно использовать имеющуюся полосу пропускания, сжимая аудиосигнал на основе новейших алгоритмов.»(6)

  Передача видео
  Примером передачи видео на большие расстояния является видеоконференция.

  «Видеоконференция (англ. videoconference) — это область информационной технологии, обеспечивающая одновременно двухстороннюю передачу, обработку, преобразование и представление интерактивной информации на расстояние в реальном режиме времени с помощью аппаратно-программных средств вычислительной техники. Взаимодействие в режиме видеоконференций также называют сеансом видеоконференцсвязи.

  Видеоконференцсвязь (сокращенное название ВКС) — это телекоммуникационная технология интерактивного взаимодействия двух и более удаленных абонентов, при которой между ними возможен обмен аудио- и видеоинформацией в реальном масштабе времени с учетом передачи управляющих данных.»(4)

  «Большую роль в видеоконференции играют каналы связи, то есть транспортная сеть передачи данных. Рассмотрим несколько методов организации каналов связи для видеоконференций.

  В сети шнтернет

  Самый простой и дешевый метод организации видеоконференцсвязи через шнтернет. Однако о качестве сеанса связи в данном случае говорить не приходится, так как интернет не является гарантированным каналом передачи аудио- и видео- данных. Плюс к этому добавляется и проблема безопасности видеоконференции, то есть она может стать «общественным достоянием». Для организации видеоконференцсвязи через шнтернет требуется иметь статические IP-адреса и каналы связи с пропускной способностью не менее 512 кБит/с в обе стороны (для исходящего и входящего трафика).

  Для проведения сеанса ВКС потребуется задать в оборудовании следующие параметры:

  • статический IP-адрес вашей системы ВКС 
  • шлюз сети провайдера; 
  • маску подсети; 
  • статический IP-адрес системы ВКС, с которой осуществляется соединение. 

  Немного сложнее настраивается связь по протоколу инкапсуляции видовой маршрутизации GRE (англ. Generic Routing Encapsulation). Протокол принадлежит к сетевому уровню. Он может инкапсулировать другие протоколы, а затем осуществлять маршрутизацию всего набора до места назначения. В данном случае обеспечивается минимальная защита видеотрафика в сети интернет, что позволяет предотвратить основное число «неопытных» вторжений в информационное облако видеоконференцсвязи. Тот же принцип заложен и в протоколе IPsec.

  По протоколу ISDN

  Аббревиатура ISDN (англ. Integrated Services Digital Network) расшифровывается как цифровая сеть с интеграцией услуг. Цифровые сети с интегральными услугами относятся к сетям, в которых основным режимом связи является режим коммутации каналов, а данные обрабатываются в цифровой форме. Данная услуга не очень распространена в России. Один из самых крупных проектов развития сети является сеть делового обслуживания «ИСкра-2», которая основывается на существующей аналоговой телефонной сети общего пользования.

  Необходимо отметить, что ISDN имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными аналоговыми сетями, но вот по сравнению с новыми телекоммуникационными технологиями передачи данных имеет ряд критичных недостатков:

  • тяжело отследить, на каком участке произошел сбой связи; 
  • низкая оперативность восстановления каналов связи; 
  • небольшая распространенность на территории РФ; 
  • всего несколько операторов связи поддерживают данную технологию; 
  • сравнительно высокая стоимость применения услуги связи при межрегиональном соединении. 

  По технологии IP VPN MPLS

  Услуга связи по технологии IP VPN MPLS сегодня является одной из самых надежных и дешевых для организации видеоконференций через шнтернет. Этому способствует:

  • VPN (англ. Virtual Private Network) — виртуальная частная сеть, то есть обобщённое название технологий, позволяющих обеспечить одно или несколько сетевых соединений (логическую сеть) поверх другой сети.
    
  • MPLS (англ. Multiprotocol Label Switching) — мультипротокольная коммутация по меткам, то есть механизм передачи данных, который эмулирует различные свойства сетей с коммутацией каналов поверх сетей с коммутацией пакетов. 

  Технология IPVPNMPLS по степени защищенности используемой среды относится к доверительной зоне. Она используется в случаях, когда передающую среду можно считать надёжной и необходимо решить лишь задачу создания виртуальной подсети в рамках большей сети.

  Протоколы организации видеоконференцсвязи

  Стандартные протоколы призваны сделать видеоконференции столь же распространенными, как телефонная и факсимильная связь. Благодаря протоколам системы поддержки видеоконференций разных производителей могут без проблем устанавливать связь между собой, как связываются между собой другие телекоммуникационные устройства. Но прежде чем начать повествовать про специализированные протоколы видеоконференции кратко дадим определение протокола.

  Протокол для видеоконференции — это набор соглашений, который определяет обмен данными между различным программным обеспечением. Протоколы задают способы передачи данных и обработки ошибок в сети, а также позволяют разрабатывать стандарты, не привязанные к конкретной аппаратной платформе.»(5)

   Заключение

  Проанализировав современные методы передачи данных с помощью ЭВМ, мы пришли к выводу, что современные технологии заметно упростили систему организации связи. Сегодня, чтобы перевести деньги, отправить документы в другой город, вовсе необязательно идти в почтовое отделение, можно просто воспользоваться компьютером, имеющим доступ к глобальной сети интернет. Поговорить с человеком с другого конца планеты можно аналогичным образом, имея доступ к сети интернет, разница лишь организации этих связей. Эта организация и была рассмотрена в данном реферате.

   
  

  Список литературы

  1.           Гольдштейн Б.С., Фрейнкман В.А. «Сall-центры и компьютерная телефония», BHV-Санкт-Петербург, 372 стр., 2002г.
     2.           Золотов С., "Протоколы  Internet", "BHV-Санкт-Петербург", 304 стр., 1998 г.
     3.           Крейг Хант, "Персональные компьютеры в сетях TCP/IP", BHV-Kиев, 384 стр., 1997 г.
     4.           Прокис Дж. Цифровая связь. Пер. с англ./ Под ред. Д. Д. Кловского. — М.: Радио и связь, 2000.
     5.           Синепол В.С., Цикин И.А. «Системы компьютерной видеоконференцсвязи» Мобильные коммуникации,  166 стр., 1999г.
     6.           С.Мак-Квери, К.Мак-Грю, С.Фой «Передача голосовых данных по сетям Cisco Frame Relay, ATM и IP», Вильямс, 512 стр., 2002г.
     7.           http://book.itep.ru/4/43/x25_432.htm
     8.           http://www.sit-com.ru/www/content/view/114/13/