Передача информации в компьютерных сетях
Последовательный и параллельный способы передачи информации
Информация в компьютерах представлена в форме последовательностей двоичных чисел. Обмен данными как внутри вычислительного устройства между его узлами, так и между автономными машинами, может производиться двумя способами:
- последовательная передача: имеется только одна линия, состояние на ее передающей стороне отправляется только тогда, когда предыдущее обработано принимающей, т.е. данные передаются побитно;
- параллельная передача; при таком способе организуются сразу несколько линий, состояние на концах которых меняется одновременно; таким образом, можно передать за один раз столько бит, сколько имеется линий между передатчиком и приемником.
Рисунок 1. Последовательная и параллельная передача данных. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
При параллельной передаче технологически трудно избежать взаимовлияния токов, протекающих по близко расположенным проводникам. Поэтому такой способ используется там, где расстояния невелики: между узлами компьютера (т.н. шина данных), между компьютером и монитором (VGA-порт), между компьютером и принтером (параллельный порт).
Последовательная передача, хотя и уступает параллельной по скорости, обеспечивает более эффективную обработку ошибок и менее затратна в случае отправки данных на большие расстояния: двужильный кабель дешевле и надежнее многожильного.
Американские фермеры в начале XX в. использовали огораживавшую пастбища колючую проволоку и заземление для организации телефонной связи. Таким образом, для передачи информации они обходились всего одним проводом.
Для передачи информации в компьютерных сетях в подавляющем большинстве случаев используется последовательная передача данных. Хотя с развитием технологий стало возможным одновременно передавать несколько потоков (разнесение по частотам в wifi, передача по оптоволокну лучей с разным углом наклона), такие способы нельзя назвать параллельной передачей, т.к. данные в каждой такой линии обрабатываются независимо друг от друга.
Пакетный принцип организации данных и маршрутизация
При последовательной передаче данные в сетях принято передавать не непрерывным потоком, а пакетами (порциями, сериями). Такой подход обладает следующими преимуществами:
- по одной и той же линии можно передавать данные для нескольких получателей, указывая их адреса в заголовочной части пакетов;
- получив определенный объем информации, можно убедиться, что содержащиеся в них данные точно соответствуют тому, что было отправлено; для этого в последовательность пакетов добавляются так называемые контрольные суммы — особым образом подсчитанные числа, на которые влияет каждый бит переданной информации; если хотя бы один бит на стороне приемника будет отличаться (например, из-за помех на линии), то контрольные суммы приемника и передатчика не совпадут и станет понятно, что информация принята с искажениями, следует повторить ее отправку/прием.
Пакетный принцип положен в основу протоколов (правил обмена информацией), используемых в современных компьютерных сетях. В большинстве из них используется семейство TCP/IP — набор протоколов для обмена данными в глобальной сети Интернет, представляющей собой объединение локальных сетей.
Ключевым методом, позволяющим компьютерам, подключенным к разным сетям обмениваться информацией, является маршрутизация. Пакеты, отправляемые внутри локальной сети, принимаются всеми компьютерами, но каждый обрабатывает лишь те, в которых находит свой адрес. Частью адреса является еще и номер сети, который тоже анализируется каждым получателем. Этот номер должен совпадать с заранее настроенным номером, хранящимся в памяти компьютера. Однако среди компьютеров есть такие, которые подключены одновременно к более чем одной сети. Они называются маршрутизаторами (в англоязычной традиции роутерами, а также шлюзами). Если роутер обнаруживает, что пакет предназначен компьютеру чужой по отношению к отправителю сети, он отправляет его во внешнюю сеть. Соседняя сеть также может передать пакет дальше, пока через цепочку шлюзов он не достигает адресата или не вернется с пометкой, что доставка невозможна.
Рисунок 2. Структура заголовка IP-пакета. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Маршруты, по которым идут пакеты от отправителя к получателю, могут меняться. Интернет — децентрализованная система, в которой нет единого центра управления. Поэтому при повреждении части глобальной сети информация по ней все равно будет передаваться по альтернативным маршрутам, хотя, возможно, и с более низкой скоростью.
Служба доменных имен (DNS)
Структура пакетов протокола TCP/IP, а также правила адресации и маршрутизации в Интернете достаточно сложны для обычного пользователя. Для удобства обращения к ресурсам глобальной сети разработана система доменных имен.
Домен — совокупность сетевых сервисов, принадлежащих организации или частному лицу.
Домен характеризуется особыми именем, регистрируемым в международной организации ICANN, например, yandex.ru. Последние две буквы имени домена обозначают национальную принадлежность (ru — Россия, by — Беларусь, kz — Казахстан, us — Соединенные Штаты и т.п.) или назначение домена (biz — для бизнеса, org — некоммерческие организации, academy — образование и т.п.).
Для преобразования удобных для человеческого запоминания доменных имен в IP-адреса, обрабатываемые компьютерами, предназначена служба доменных имен (DNS, Domain Name Service).
Рисунок 3. Принцип работы DNS. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Сервисы, принадлежащие домену, могут размешаться на разных компьютерах и даже в разных сетях. Поэтому фраза «компьютер принадлежит домену» не совсем корректна. На одном компьютере могут быть запущены сервисы, принадлежащие разным доменам.
Урок 13. Компьютерные сети
Ключевые слова: сообщение, канал связи, компьютерная сеть, скорость передачи информации, локальная сеть, глобальная сеть, Интернет, протокол. IP-адрес, доменное имя, протокол IP, протокол ТСР.
Процесс передачи информации – один из основных информационных процессов, изучаемых в информатике.
Информация передается в окружающем нас мире в виде последовательности сигналов, которые принято называть сообщениями.
С точки зрения информатики, расширенная схема передачи информации выглядит следующим образом.
Кодирующее устройство преобразует информацию, полученную от источника информации в форму, пригодную для передачи по каналу связи. Здесь информация преобразуется в двоичный код. Декодирующее устройство выполняет обратное преобразование данных в форму, удобную для восприятия приёмником информации.
Понимание сути процесса передачи информации достаточно важно, поскольку жизнедеятельность человека, живущего в информационном обществе, связана с использованием информационных ресурсов. Широкий доступ к этим ресурсам предоставляют компьютерные сети.
Компьютерная сеть – это способ соединения двух и более компьютеров линиями передачи информации, для совместного использования данных и периферийных устройств.
Одной из основных характеристик компьютерной сети является скорость передачи информации или, другими словами, пропускная способность канала связи.
Различают локальные и глобальные компьютерные сети.
Локальная сеть объединяет компьютеры, расположенные на сравнительно небольшом расстоянии друг от друга. Школьные компьютеры можно объединить в локальную сеть.
Различают локальные сети двух видов: одноранговые, когда все компьютеры равноправны, и каждый из них имеет возможность использовать ресурсы другого, и сети с выделенным сервером — мощным компьютером, предоставляющим собственные ресурсы для использования другими компьютерами сети — клиентами.
Для объединения компьютеров в сеть, необходимы:
— сетевые адаптеры — установленные для каждого компьютера сети, эти платы отвечают за приём и передачу сигналов;
— сетевое программное обеспечение;
— соединительные кабели: витая пара или оптическое волокно; возможно наличие беспроводного канала связи, например Wi — Fi .
Глобальная компьютерная сеть — это система связанных между собой компьютеров, расположенных на большом удалении друг от друга.
Самой большой глобальной сетью является сеть Интернет.
Основными понятиями, характеризующими глобальную компьютерную сеть, наряду с каналом связи являются — узел, абоненты сети, провайдер.
Рассмотрим задачу по передаче некоторого объёма информации по каналу связи, обладающего определёнными параметрами.
По условию задачи скорость передачи данных через некоторое соединение составляет 6144 бит в секунду. Необходимо определить объём передаваемого сообщения, зная, что его передача длилась 32 секунды.
Объём передаваемого сообщения определяется как произведение скорости передачи информации и времени, в течение которого это сообщение передавалось. Полученный результат оптимизируем, получая ответ 24 килобайта.
Интернет — всемирная компьютерная сеть, соединяющая вместе тысячи локальных, региональных и корпоративных сетей.
Каждый компьютер в сети имеет свой 32-битовый уникальный номер, который называется IP -адрес. Для удобства на практике большое двузначное число заменяют набором из четырёх десятичных чисел от 0 до 255, разделённых точками, первые три из которых обозначают адреса сетей и подсетей, а последнее – адрес компьютера пользователя.
Решая учебные задачи по восстановлению IP -адреса по его фрагментам, необходимо помнить, что адрес не может начинаться с точки и что каждое из четырёх чисел, входящих в его состав не должно превышать значение 255. Подобные задачи решаются путём логических рассуждений.
Наряду с цифровой IP -адресацией компьютеров существует иерархическая доменная система имён для организации более понятной символьной адресации в сети. Различают домены верхнего уровня, второго уровня, третьего и так далее. Полное доменное имя соединяет в себе все домены, записанные с соблюдением иерархии.
Среди доменов первого уровня различают административные (организационные) домены и географические домены, указывающие на территориальную или организационную принадлежность ресурса.
Обмен данными в компьютерных сетях подчиняется специальным правилам – сетевым протоколам.
Протокол TCP / IP – это набор протоколов, отвечающий за транспортизацию ( TCP -протокол) и маршрутизацию ( IP -протокол) передаваемых сообщений. Для удобства они разбиваются на небольшие пакеты данных.
Пакеты передаются по сети Интернет по разным маршрутам в зависимости от загруженности каналов связи. Затем, в компьютере адресата данные из поступивших пакетов восстанавливаются.
Итак, сегодня вы узнали, что такое локальные и глобальные компьютерные сети, как они организованы и работают; научились определять минимальное время, необходимое для передачи определённого объёма данных по каналу связи с известными характеристиками, а также восстанавливать IP-адрес компьютера по его фрагментам.
Передача файла через некоторое соединение заняла 1 минуту 4 секунды.
Определите размер файла (в килобайтах), который можно передать за то же время через другое соединение со скоростью 256 бит/с?