Функционирование средств передачи данных в компьютерных сетях

2.3. Организация передачи данных.

Передача данных (data communications) – процесс пересылки данных от одного устройства к другому.

Смежными системами являются те, которые непосредственно соединены каналом передачи данных либо группой параллельно идущих каналов.

Если же между взаимодействующими системами расположен хотя бы один узел коммутации, то говорят о несмежных системах.

В сетях с «селекцией» информации смежными являются все входящие в них системы.

В сетях с «маршрутизацией» информации смежными могут быть пары: абонентская система либо административная система и ретрансляционная система, а также пара ретрансляционных систем.

Абонентские и административные системы в сетях являются по отношению друг к другу несмежными.

Передача данных между смежными и несмежными системами происходит по разному.

В сетях с коммутацией пакетов для передачи данных между несмежными системами (А, …, Е) создается сетевая платформа, образуемая физическими средствами соединения: физическим уровнем, канальным уровнем и сетевым уровнем (рис. 7).

Передача данных между смежными системами осуществляется физической платформой (рис. 8).

Последняя включает лишь физический уровень и физические средства соединения. Физическая платформа принимает , передает и выдает кадры либо ячейки.

В общем случае информация от источника к получателю поступает через физическую среду передачи – «коммуникационные каналы».

Передача данных предъявляет к передающей среде достаточно жесткие требования, особенно по уровню помехозащитности. Это относится в первую очередь к «аналоговым» (непрерывным) сигналам, передаваемым по телефонным линиям связи. Как известно, в вычислительных системах для представления данных используются «дискретные» (прерывные) сигналы. По сравнению с аналоговым сигналом, дискретный сигнал в заданный момент времени принимает одно из фиксированных (устойчивых) состояний, соответствующих «нулю» (например, нулевое значение напряжения) или «единице».

Для обеспечения более жестких требований при передаче данных аналоговые каналы связи оснащаются специальной аппаратурой. В этом случае они называются «каналы передачи данных» (рис. 9). В состав аппаратуры передачи данных входят: автоматические вызывные устройства, устройства защиты от ошибок, устройства преобразования сигналов.

Автоматические вызывные устройства обеспечивают соединение между компьютером и абонентскими пунктами при использовании телефонных каналов связи.

Устройство защиты от ошибок служит для обнаружения ошибок при передачи данных.

Устройство преобразования сигналов преобразует сигналы, используемые в вычислительной технике, к виду, удобному для передачи по каналам связи.

Большое разнообразие каналов передачи данных определяет их классификацию, которая осуществляется по различным признакам и, в первую очередь, по скорости передачи, в зависимости от которой различают каналы:

• низкоскоростные со скоростью передачи от 50 до 200 бит/с;
• среднескоростные со скоростью передачи до 9600 бит/с;
• высокоскоростные со скорость передачи свыше 19200 бит/с.

С учетом возможностей изменения направления передачи информации различают каналы (рис. 10):

• симплексные, обеспечивающие передачу информации только в одном направлении по одному каналу связи;
• полудуплексные, позволяющие передавать поочередную информацию в двух направлениях по одному каналу связи;

дуплексные, передающие информацию одновременно в обоих направлениях по двум каналам связи. В зависимости от способа передачи данных различают каналы с последовательной и параллельной передачей сигналов. При последовательной передачи двоичные разряды каждого символа передаются последовательно по одним и тем же линиям связи. При параллельной передачи все разряды каждого символа передаются одновременно по отдельным линиям связи. В зависимости от режима использования составного канала передачи данных различают некоммутируемые и коммутируемые каналы. Некоммутируемым называется составной канал, который создается и существует на протяжении определенного времени независимо от передачи информации. Коммутируемый канал создается только на время передачи каждого из сообщений, а остальное время отдельные составляющие его каналы передачи данных могут быть использованы для других целей. Для передачи информации по каналам связи используются специальные коды. Коды эти стандартизированы и определены рекомендациями ISO (International Organization for Standardization) – Международной организацией по стандартизации (МОС) или Международного консультативного комитета по телефонии и телеграфии (МККТТ). Наиболее распространенным среди семиразрядных кодов передачи по каналам связи является код ASCII (American Standard Code for Information Interchange) принятый для обмена информацией практически во всем мире (отечественный аналог – код КОИ-7). В системах передачи данных используются два способа передачи данных: синхронный и асинхронный. При синхронной передаче информация передается блоками, которые оформляются (обрамляются) специальными управляющими символами (рис. 11 «а»). В состав блока включаются также специальные синхросимволы, обеспечивающие контроль состояния физической передающей среды, и символы, позволяющие обнаружить ошибки при обмене информацией. В конце блока данных при синхронной передаче в канал связи выдается контрольная последовательность, сформированная по специальному алгоритму. Синхронная передача – высокоскоростная и почти безошибочная. Она используется для обмена сообщениями между ЭВМ в вычислительных сетях. Синхронная передача требует дорогостоящего оборудования. При асинхронной передаче данные передаются в канал связи как последовательность битов, из которой при приеме необходимо выделить для последующей их обработки. Для этого каждый байт ограничивается стартовым и стоповым битами, которые и позволяют произвести выделение их из потока передачи. (рис. 11 «б»). асинхронная передача не требует дорогостоящего оборудования и отвечает требованиям организации диалога в вычислительной сети при взаимодействии персональных ЭВМ.

Источник

Тема 4. Основы сетевых технологий Лекция 4.2. Передача данных в компьютерных сетях и оборудование компьютерных сетей

Цель теми ­– рассмотреть структуру эталонной модели взаимодействия открытых систем – OSI; познакомиться с функциями каждого уровня в рамках модели OSI; рассмотреть этапы обработки информации в разрезе модели OSI; инкапсуляция данных.

Ключевые понятия: эталонная модель OSI; взаимодействие между уровнями в модели OSI; инкапсуляция данных.

Структура модели osi

За долгие годы существования компьютерных сетей было создано большое количество различных сетевых протоколов. Сетевой протокол – набор правил, позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами. Протоколы бывают как открытые (опубликованные для бесплатного применения), так и закрытые (разра­ботанные коммерческими компаниями и требую­щими лицензирования для их использования). Одна­ко все эти протоколы принято соотносить с так называемой эталонной моделью взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection Reference Model), или просто моделью OSI. Ее опи­сание было опубликовано в 1984 г. Международной организацией по стандартизации (International Standards Organization, ISO), поэтому для нее часто используется другое название модель ISO/OSI. Эта модель представляет собой набор специфика­ций, описывающих сети с неоднородными устрой­ствами, требования к ним, а также способы их взаимодействия.

Модель OSI имеет вертикальную структуру, в кото­рой все сетевые функции распределены между се­мью уровнями (рис. 4.2.1). Каждому такому уровню соответствуют строго определенные операции, обо­рудование и протоколы.

Реальное взаимодействие уровней, т. е. переда­ча информации внутри одного компьютера, возможно только по вертикали и только с соседними уровнями (выше- и нижележащими).

Логическое взаимодействие (в соответствии с правилами того или иного протокола) осуществ­ляется по горизонтали с аналогичным уровнем другого компьютера на противоположном конце линии связи. Каждый более высокий уровень поль­зуется услугами нижележащего уровня, зная, в ка­ком виде и каким способом (т. е. через какой интер­фейс) нужно передать ему данные.

Рисунок 4.2.1 – Взаимосвязи между уровнями модели OSI

Задача более низкого уровня – принять данные, добавить cвою информацию (например, форматиру­ющую или адресную, которая необходима для пра­вильного взаимодействия с аналогичным уровнем на другом компьютере) и передать данные дальше. Только дойдя до самого нижнего, физического уров­ня сетевой модели, информация попадает в среду пе­редачи и достигает компьютера-получателя. В нем она проходит сквозь все уровни в обратном порядке, пока не достигнет того же уровня, с которого была послана компьютером-отправителем.

Теперь познакомимся поближе с уровнями моде­ли OSI и определим сетевые услуги, которые они предоставляют смежным уровням.

Уровни модели osi

Уровень 0. Он не определен в общей схеме (риc. 4.2.1), но весьма важен для понимания. Здесь представлены посредники, по которым собственно и происходит передача сигналов: кабели различных типов, радиосигналы, ИК-сигналы и т. д. На этом уровне ничего не описывается, уровень 0 предоставляет физическому уровню 1 только среду передачи.

Уровень 1 – Физический (Physical). Здесь осу­ществляется передача неструктурированного потока битов, полученных от вышележащего канального уровня 2, по физической среде – например, в виде электрических или световых сигналов. Физический уровень отвечает за под­держание связи (link) и детально описывает электрические, оптические, механические и функциональные интерфейсы со средой переда­чи: напряжения, частоты, длины волн, типы коннекторов, число и функциональность кон­тактов, схемы кодирования сигналов и т. д.

Уровень 2 – Канальный (Data Link). Обеспе­чивает безошибочную передачу данных, полу­ченных от вышележащего сетевого уровня 3, через физический уровень 1, который сам по себе отсутствия ошибок не гарантирует и мо­жет искажать данные (рис. 4.2.2).

Канальный уровень довольно сложен, поэтому в соответствии со стандартами IEEE (Institute of Elect­rical and Electronics Engineers), выпущенными в фев­рале 1980 г. в рамках «Проекта 802» (Project 802), его часто разбивают на два подуровня (рис. 4.2.3): управле­ния доступом к среде (Media Access Control, MAC) и управления логической связью (Logical Link Control, LLC).

Рисунок 2.2.3 – Разделение канального уровня на под уровни LLC и MAC

Уровень MAC обеспечивает совместный доступ сетевых адаптеров к физическому уровню, опреде­ление границ кадров, распознавание адресов назна­чения кадров (эти адреса часто называют физически­ми, или MAC-адресами).

Уровень LLC, действующий над уровнем MAC, отвечает за установление канала связи и за безоши­бочную посылку и прием сообщений с данными.

Уровень 3 – Сетевой (Network). Отвечает за обеспе­чение связи между любыми, даже находящимися в разных концах земного шара, абонентами в сети. Этот уровень осуществляет проводку сообщений по сети, которая может состоять из множества отдельных се­тей, соединенных множеством линий связи. Такая доставка требует маршрутизации, т. е. определения пути доставки сообщения, а также решения задач управления потоками данных и обработки ошибок передачи.

Уровень 4 – Транспортный (Transport). Гаранти­рует доставку информации от одного компьютера другому. На этом уровне компьютера-отправителя большие блоки данных разбиваются на более мел­кие пакеты, которые доставляются компьютеру-получателю в нужной последовательности, без по­терь и дублирования. На транспортном уровне компьютера-получателя пакеты вновь собираются в исходные блоки данных. Таким образом, транспорт­ный уровень завершает процесс передачи данных, скрывая от более высоких уровней все детали и проблемы, связанные с доставкой информации лю­бого объема между любыми абонентами во всей сети.

Уровень 5 – Сеансовый (Session). Позволяет двум сетевым приложениям на разных компьютерах уста­навливать, поддерживать и завершать соединение, называемое сетевым сеансом. Этот уровень также отвечает за восстановление аварийно прерванных се­ансов связи. Кроме того, на пятом уровне выполняет­ся преобразование удобных для людей имен компью­теров в сетевые адреса (распознавание имен), а также реализуются функции защиты сеанса.

Уровень 6 – Представительский, или Уровень представления данных (Presentation). Определяет форматы передаваемой между компьютерами ин­формации. Здесь решаются такие задачи, как пере­кодировка (перевод информации в вид, понятный для всех участвующих в обмене компьютеров), сжа­тие и распаковка данных, шифрование и дешифров­ка, поддержка сетевых файловых систем и т. д.

Уровень 7 – Прикладной (Application), или Уро­вень Приложений. Обеспечивает интерфейс взаимо­действия программ, работающих на компьютерах в сети. Именно с помощью этих программ пользова­тель получает доступ к таким сетевым услугам, как обмен файлами, передача электронной почты, уда­ленный терминальный доступ и т. д.

Источник