Логические основы передачи данных в компьютерных сетях
Любой информационный контакт между компьютерами выполняется в соответствии с определенными правилами, определяющими порядок обращения их к каналу связи и гарантирующими согласованную работу всех устройств сети. Последовательность и правила доступа компьютеров к каналу связи, предотвращающие возникновение конфликтов между ними, называются методом доступа. Метод доступа обеспечивает понимание узлами передаваемой друг другу информации.
Формальная процедура взаимодействия компьютеров, обеспечивающая согласованное функционирование в сети компьютеров, терминалов, концентраторов, коммуникационных узлов, а также набор правил, определяющий способ организации и кодирования данных в передаваемом по каналу связи сообщении, называется протоколом сети.
Данные в сети передаются от одного компьютера к другому отдельными блоками (последовательность бит информации), называемыми пакетами. Каждый пакет состоит из заголовка, содержащего адреса компьютеров отправителя и получателя и другую служебную информацию, и собственно самих данных.
Протоколы делятся на несколько уровней. В соответствии со стандартом IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers- института инженеров по электротехнике и электронике) весь процесс взаимодействия компьютеров в сети, начиная от команд для соединения канала и кончая диалогом прикладных программ, осуществляется на основе четко разработанных и установленных правил, подразделенных на семь уровней:
Задача каждого низшего уровня состоит в обеспечении функционирования более высокого.
Физический уровень – самый низший. Он осуществляет управление физическим каналом, определяет физические и механические характеристики подключения к каналам связи, т.е. отвечает за передачу соответствующих напряжений и преобразование сигналов. Канальный уровень организует работу канала, следит за его соединением и разъединением, обеспечивает передачу данных. Сетевой — выполняет функции формирования и маршрутизации данных, коммутации устройств и адресации, т.е. управляет информационными потоками. На транспортный уровень возложена ответственность за управление транспортным сервисом, т.е. за передачу данных от источника к адресату. Сеансовый уровень обеспечивает проведение сеансов взаимодействия между корреспондентами в сети, поддержание сеансов связи и их окончание, диалоговый поиск информации и передачу файлов. Представительский уровень выполняет функции преобразования и представления данных в нужном формате, интерпретирует взаимодействие процессов, представляет данные в соответствии с программой пользователя, выполняет трансляцию команд, запросов и данных. Прикладной уровень отвечает за выполнение программ пользователей, содержанием которых могут быть информационные процессы передачи данных.
При передаче информации от приложения в сеть сообщение проходит последовательную обработку на каждом уровне сетевой иерархии, каждый из которых добавляет к информационному сообщению (пакету) свой заголовок. Эти данные содержат служебную информацию для последующей расшифровки и выполнения функций контроля правильности приема сообщения из коммуникационной сети.
Наиболее распространенными являются сетевые протоколы IPX, SPX, NetBEUI, TCP/IP. Протокол TCP/IP является базовым протоколом Internet и используется в локальных сетях. Он включает протокол транспортного уровня TCP (Transmission Control Protocol) и адресный протокол IP (Internet Protocol).
Согласно протоколу TCP, каждый пакет исходного сообщения снабжается, наряду со служебной информацией, необходимой для самостоятельного и независимого от других пакетов перемещения по «дорогам» Internet, дополнительной информацией, обеспечивающей правильную сборку сообщения на компьютере получателя. При этом последовательность прибытия пакетов на компьютер получателя значения не имеет. Если какой-либо пакет затеряется по пути следования, получающий компьютер запрашивает у отправителя его новую копию.
Адресный протокол IP «обязывает» каждый компьютер иметь уникальный IP-адрес, однозначно идентифицирующий его в сети. IP-адрес представляет собой двоичный четырехбайтный (32-разрядный) цифровой номер, каждый байт которого может принимать одно из значений от 0 до 255. При записи в десятичном виде отдельные части разграничиваются точками, например 234.049.123.255.
Поддержка тех или иных сетевых протоколов зависит от используемых на сетевых компьютерах операционных систем.
Краткое содержание главы 3
1. В основе современных информационных технологий на концептуальном уровне лежат процессы сбора, накопления и хранения, обработки, отображения и передачи данных с помощью современных технических и программных средств.
2. Актуальность автоматизации процессов сбора первичных данных объясняется следующими причинами:
· рутинный характер процессов сбора является источником наибольшего количества ошибок в системах обработки данных;
· ручной сбор данных не позволяет фиксировать всю полезную для управления информацию в связи со значительной длительностью этих процессов;
· автоматизация процессов сбора данных в местах их возникновения значительно сокращает затраты труда на последующее преобразование их в электронный вид, исключает дублирование данных, повышает скорость передачи данных от мест зарождения к местам обработки и использования.
3. По настоящему автоматизированная, в смысле автоматическая, обработка данных стала возможной с появлением электронных вычислительных машин. А массовой она стала возможна благодаря созданию микропроцессоров и разработке на их основе дешевых вычислительных устройств – персональных компьютеров. Конец XX века охарактеризовался бурным развитием вычислительных сетей, обеспечивающих распределенную обработку данных и более эффективное использование вычислительных ресурсов.
4. К началу XXI века человечество накопило огромное количество самых разнообразных программных средств, обеспечивающих автоматизированную обработку данных и позволяющих использовать вычислительную технику практически во всех сферах предметной деятельности.
5. Переход на цифровые технологии представления данных позволил разработать и использовать новые технические средства хранения данных — ВЗУ. Современные магнитные диски, лазерные компакт-диски и DVD обладают большой емкостью, обеспечивают высокую надежность хранения и большую скорость доступа к данным. В процессе развития новых технологий хранения и накопления данных были разработаны универсальные логические основы хранения и структурирования больших объемов данных, такие, как файлы, базы и банки данных.
6. Современные ИТ являются средством повышения эффективности информационной деятельности человека. Следовательно, они должны обеспечивать удобное представление информации для восприятия ее человеком. Этим целям служат технические средства отображения текстовой, звуковой и графической информации. В последние годы эти средства активно совершенствуются и становятся все более удобными в эксплуатации.
7. Значительный прогресс информационных технологий связан с разработкой и широким использованием в вычислительных системах коммуникационных средств, позволивших реализовать распределенные вычислительные сети. Вычислительные сети позволяют повысить эффективность информационных процессов за счет совместного использования аппаратных, программных средств и данных, организации коллективной обработки информации, сведения к нулю проблемы территориальной удаленности хозяйствующих субъектов.
1. Перечислите основные информационные процессы в информационных технологиях.
2. Каково назначение информационных процессов сбора первичных данных?
3. Какие требования предъявляются к процессам сбора первичных данных?
4. Каково назначение информационных процессов обработки данных?
5. Поясните направления и тенденции в развитии технических средств автоматизированной обработки данных.
6. Что такое централизованная и распределенная обработка данных?
7. Какова роль программного обеспечения в информационных технологиях?
8. Приведите классификацию программного обеспечения.
9. Каково назначение информационных процессов хранения данных?
10. Какие технические средства хранения данных в электронном виде вы знаете?
11. Изложите логические основы хранения данных на внешних запоминающих устройствах.
12. Дайте определение базы данных.
13. Приведите классификацию баз данных.
14. Поясните логические основы реляционных баз данных.
15. Каково назначение информационных процессов отображения данных?
16. Какие технические средства отображения данных вам известны?
17. Поясните логические основы формирования цветного изображения на экранах мониторов и на бумаге с помощью принтера.
18. Каково назначение информационных процессов передачи данных?
19. Какие технические средства необходимы для организации вычислительных сетей?
20. Дайте классификацию вычислительных сетей.