Способы обеспечения передачи информации в компьютерных сетях

16. ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

16.1. Формы передачи информации на большие расстояния

Как уже говорилось в начале этого курса, информацию из окружающего мира человек получает с помощью органов чувств. Непосредственное общение людей возможно лишь на очень небольшом расстоянии. Поэтому человек за свою историю придумывал разные способы, позволяющие передавать информацию на большие расстояния. Это костры, морская флажковая азбука, семафоры и т.п., в настоящее время, это телеграф, почта, телефон, радио, телевидение, передача информации по компьютерным сетям. Характерными особенностями передачи данных на большие расстояния являются: ∙ для передачи данных на большое расстояние, необходим ряд промежуточных участников передачи (ретрансляторов, промежуточных станций и т.п.); ∙ всякая такая передача должна быть подчинена заранее установленным правилам. Должны быть определены виды сигналов, смысл каждого из них, действия, которые надо совершать при успешном приеме сообщения или при необходимости повторной передачи (обычно устанавливается какой-нибудь способ подтверждения приема или запроса на повторную передачу). Такого рода правила при передаче информации с помощью компьютеров называются протоколами передачи ; Передачи бывают двусторонними (разговор на большом расстоянии), односторонними и ли широковещательными – адресованные большому числу участников.

16.2. Передача информации между компьютерами

В 1969 году Министерство обороны США начало разрабатывать проект DARPA, который привел к созданию сети Internet. Однако, широкое распространение сети получили с 80-х годов двадцатого столетия. Несмотря на то что компьютерные сети появились сравнительно недавно, но уже сейчас существуют сферы человеческой деятельности, которые не могут существовать без компьютерных сетей. Это управление крупными производствами, газопроводами, энергетической системой, банков, электростанций – везде, где требуется слаженная работа многообразного сложного оборудования. Компьютеры для передачи информации используют разнообразные физические каналы, которые называются средой передачи . Это может быть электрически кабель, радио, непосредственно друг другу, ретрансляторы, спутники связи, с помощью инфракрасных лучей, оптоволоконные кабели, телефонная сеть. Любая передача данных должна подчиняться четко установленным правилам, которые заранее известны всем участникам передачи и строго

119 соблюдаются ими. Эти правила называются протоколом – набором соглашений о взаимодействии. Взаимодействие между компьютерами использует несколько уровней протоколов: физический, канальный, сетевой, транспортный, сеансовый и т.д.

16.3. Компьютерные сети

В различных областях жизнедеятельности возникает множество задач, нуждающихся в централизованных общих данных, удаленном доступе к базам данных, передаче данных на расстоянии и их распределенной обработке. К таким задачам относятся организация работы банковской структуры, системы резервирования билетов, дистанционная медицинская диагностика, компьютерное обучение и т.п. Решать эти задачи помогают компьютерные сети. Развитие этих сетей позволило не только решить названные задачи, но и сделать доступным для миллионов людей новый вид отдыха и развлечений. Компьютерной сетью называется совокупность взаимосвязанных через каналы передачи данных компьютеров, обеспечивающих пользователей средствами обмена информацией и коллективным использованием ресурсов сети: аппаратным, программным и информационным.

16.4. Классификация сетей

По ряду признаков сети делят на три вида: глобальные, региональные и локальные сети. Глобальные сети объединяют пользователей по всему миру, часто используют спутниковые каналы связи, позволяющие соединять узлы сети связи и ЭВМ, находящиеся на расстоянии 10−15 тыс. км друг от друга. Региональные сети объединяют пользователей города, области, небольших стран. В качестве каналов связи используются телефонные линии. Расстояние между узлами сети 10−1000 км. Локальные сети связывают абонентов одного предприятия, расположенных на расстоянии до 10-20 км друг от друга. Главной отличительной чертой локальных сетей является высокоскоростной канал передачи данных. В качестве канала передачи данных используются: витая пара, коаксильный кабель, оптический кабель и др. Увеличивать расстояние до 20 км позволяют радиоканалы связи. Каналы связи в локальных сетях являются собственностью организации.

16.5. Локальные сети. Общие понятия

Локальные сети дают возможность использовать в многопользовательском режиме общие ресурсы сети: диски, принтеры, модемы, программы и данные, хранящиеся на общедоступных дисках, а также передавать информацию с одного компьютера на другой. Для реализации услуг сети необходимо специальное программное обеспечение. В настоящее время получили распространение две концепции построения такого ПО. В первой, сетевое программное обеспечение ориентировано на

Источник

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:

1. по одной и той же линии можно передавать данные для нескольких получателей, указывая их адреса в заголовочной части пакетов;
2. 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.

Источник

Методы передачи данных в компьютерных сетях

При обмене данными между узлами сети используются три метода передачи данных:

• симплексная (однонаправленная) передача (телевидение, радио);
• полудуплексная (прием и передача информации осуществляются поочередно);
• дуплексная (двунаправленная), каждая станция одновременно передает и принимает данные.

Для передачи данных в сетях наиболее часто применяется последовательная передача. Широко используются следующие методы последовательной передачи: асинхронная и синхронная.

Рис. 1. Асинхронная и синхронная передача данных

При асинхронной передаче каждый символ передается отдельной посылкой (рис. 1). Стартовые биты предупреждают приемник о начале передачи. Затем передается символ. Для определения достоверности передачи используется бит четности (бит четности = 1, если количество единиц в символе нечетно, и 0 в противном случае. Последний бит «стопбит» сигнализирует об окончании передачи.

Преимущества: несложная отработанная система; недорогое (по сравнению с синхронным) интерфейсное оборудование.

Недостатки асинхронной передачи: третья часть пропускной способности теряется на передачу служебных битов (старт/стоповых и бита четности); невысокая скорость передачи по сравнению с синхронной; при множественной ошибке с помощью бита четности невозможно определить достоверность полученной информации.

Асинхронная передача используется в системах, где обмен данными происходит время от времени и не требуется высокая скорость передачи данных. Некоторые системы используют бит четности как символьный бит, а контроль информации выполняется на уровне протоколов обмена данными.

При использовании синхронного метода данные передаются блоками. Для синхронизации работы приемника и передатчика в начале блока передаются биты синхронизации. Затем передаются данные, код обнаружения ошибки и символ окончания передачи. При синхронной передаче данные могут передаваться и как символы, и как поток битов. В качестве кода обнаружения ошибки обычно используется циклический избыточный код обнаружения ошибок (CRC). Он вычисляется по содержимому поля данных и позволяет однозначно определить достоверность приятой информации.

Преимущества синхронного метода передачи информации: высокая эффективность передачи данных; высокие скорости передачи данных; надежный встроенный механизм обнаружения ошибок.

Недостатки: интерфейсное оборудование более сложное и соответственно более дорогое.

Понравилась статья? Не забудь поделиться с друзьями:

Источник