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.
Тема 6. Технология работы в компьютерных сетях
Современное развитие информатизации общества, повышение производительности и качественной эффективности различных систем обработки данных неразрывно связано с внедрением компьютерных информационных сетей. Применение информационных сетей можно рассматривать как одно из направлений использования систем связи, действующих практически без ограничения дальности передачи сообщений. Но главным отличием и достоинством данной технологии является возможность разнообразной обработки информации на расстоянии, а также, в случае необходимости, подключения к этому процессу дополнительных вычислительных средств, территориально удаленных друг от друга.
1. Общая характеристика информационно-вычислительных сетей
Рассмотрим основные понятия, характеристики и организационные варианты дистанционного обслуживания пользователей ЭВМ.
Телеобработка данных — это такая организация информационно-вычислительного процесса, при которой ресурсы одной или нескольких ЭВМ одновременно используются многими пользователями через различные виды средств связи.
По архитектурному и организационному построению такая обработка данных имеет два принципиальных варианта: системная телеобработка и сетевая телеобработка (информационно-вычислительные сети).
При этом существуют различные способы структурирования информации, методы кодирования данных, алгоритмы взаимодействия компонентов систем и сетей.
Классификация средств телеобработки на основные группы по существу не зависит от архитектурных принципов телеобработки. И системная и сетевая телеобработка состоят из программных и технических средств телеобработки. Программные средства содержат телекоммуникационные методы доступа. Технические включают в себя устройства сопряжения ЭВМ с каналами передачи данных, абонентские пункты или средства доступа пользователей к ЭВМ, аппаратуру передачи данных. Однако функции программных и технических средств системной и сетевой телеобработки существенно отличаются.
В историческом плане начало практики применения телеобработки данных приходится на конец 50-х — начало 60-х годов XX в., когда для обеспечения загрузки парка ЭВМ универсального назначения стали искать пути дистанционного использования возможностей машин.
Данный метод получил название системная телеобработка.
Системная телеобработка обеспечивает удаленному пользователю, как правило, не имеющему своих вычислительных ресурсов, доступ к комплексу на базе ЭВМ через различные виды телефонных коммутируемых и выделенных каналов связи, телеграфные каналы и другие физические линии.
Позднее появился вариант, который собственно и стали называть сетевой телеобработкой или информационной сетью.
Сетевая телеобработка (информационно-вычислительная сеть) обеспечивает объединение различных вычислительных средств в сеть, доступ локальных и удаленных пользователей к распределенным в сети информационно-вычислительным ресурсам и базам данных.
Этот метод обработки информации развил системный вариант и расширил такие возможности как: объединение всех процессов обработки информации в единый автоматизированный комплекс, решение более глобальных информационных задач, значительное увеличение скорости передачи данных, повышение их защищенности и др.
В общем виде сети ЭВМ состоят из набора различных устройств: больших ЭВМ, персональных ЭВМ, терминалов, устройств печати, файловых процессоров и т.д., соединенных между собой каналами связи. Каналы связи представляют собой витые (телефонные) пары, коаксиальные кабели, волоконная оптика (передача светового сигнала по гибким стеклянным волокнам) и т.д. Каждое устройство подключается к каналу с помощью соответствующего согласующего контроллера.
Одна из основных отличительных особенностей сетей состоит в том, что каждое устройство, подключенное к сети, имеет возможность взаимодействия с любым другим устройством этой сети.