Устройства передачи данных, их назначение
Модем – передача данных между удаленными ПК по телефонным и другим линиям связи.
Факс-модем – передача данных, копий документов, графических изображений между удаленными ПК по телефонным и другим линиям связи.
Концентратор (hub)– подключение сетевыми кабелями всех рабочих станций (ПК) ЛВС, передача сигнала (пакета данных) от любого ПК ЛВС всем ПК.
Мост (bridge) – разделение ЛВС с относительно большим количеством ПК на сегменты, передача пакета данных только в сегмент назначения (в отличие от концентратора).
Коммутатор (switch)– обеспечение прямого соединения («точка-точка») двух любых ПК в ЛВС (коммутатор производит анализ заголовка каждого входящего пакета и передает его только в тот порт, к которому подключен ПК назначения).
Маршрутизатор (router)– выбор пути передачи данных, обеспечение связи между сетями, использующими различные топологии и протоколы (аппаратно-программное устройство или программа).
Шлюз (gateway)– соединение разнородных сетей, обеспечение передачи информации из одной сети в другую (аппаратно-программное устройство или программа).
Концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, применяемые в ЛВС, называют активным сетевым оборудованием.
К устройствам мобильной передачи данных относятся мобильные телефоны с функциями компьютеров, ручные компьютеры с коммуникационными возможностями (беспроводная передача данных). Имеется различное оборудование для беспроводных сетей, в т.ч. точки доступа, адаптеры, принт-серверы.
Производится множество моделей средств передачи данных. Например, выпускаются много моделей маршрутизаторов для небольших ЛВС, корпоративных сетей, магистральных каналов связи глобальных сетей, отличающихся пропускной способностью (до десятков миллионов и более пакетов в секунду), количеством портов, возможностью управления сетью и защитой данных, стоимостью (от нескольких сотен до десятков тысяч долларов).
В небольших ЛВС из 5–7 ПК и одного сервера может использоваться, например, концентратор или коммутатор 10/100 Мбит/с на 8 портов.
Имеются аппаратно-программные комплексы, сочетающие функциональные возможности концентраторов, коммутаторов, маршрутизаторов, мостов. Для малых предприятий, филиалов фирм выпускаются концентраторы-маршрутизаторы, сочетающие функции коммутатора, маршрутизатора и модема.
Модемы для аналоговых коммутируемых телефонных линий связи при передаче данных преобразуют цифровые сигналы компьютера (поток битов) в аналоговые, а при приеме – аналоговые в цифровые. Используются внешние и внутренние (встроенные в ПК) модемы. Они обеспечивают автоматический прием, преобразование в цифровую форму и запись в память ПК речевых сообщений, имеют функцию автоматического дозвона/ответа, определения типа принимаемой информации (факс, данные). При установлении связи модемы автоматически «договариваются» между собой о протоколе и скорости передачи данных (до 28000, 33600 бит/с, протоколы V.34,V.34bis). При подключении к старым АТС реальная скорость передачи в два раза меньше. Модемы могут передавать данные по коммутируемым телефонным линиям со скоростью 56000 бит/с при использовании цифровых АТС.
Внешний модем, по сравнению с внутренним, более удобен. За его работой можно следить по индикаторам, при зависании надо перезагрузить только модем, а не компьютер; он подключается к электросети отдельно от компьютера и снабжен переключателями «Голос/Данные», «Ответ/Вызов» для параллельного использования с телефоном.
При выборе модема учитывается качество работы с местной АТС, максимальная скорость передачи данных, поддерживаемые стандарты (протоколы) передачи и сжатия данных, коррекции ошибок.
Широкополосный доступ в Интернет обеспечивают ADSL-модемы. По обычной телефонной линии с использованием ADSL-модема (ассиметричная цифровая абонентская линия) можно получать данные со скоростью 6-7 Мбит/с, передавать до 640 Кбит/с. При этом одновременно можно разговаривать по телефону.
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.