В вычислительной технике для представления данных используется двоичный код. Внутри компьютера единицам и нулям данных соответствуют дискретные электрические сигналы.
Представление данных в виде электрических или оптических сигналов называется кодированием.
Существуют различные способы кодирования двоичных цифр:
· потенциальный способ, при котором единице соответствует один уровень напряжения, а нулю — другой;
· импульсный способ, когда для представления цифр используются импульсы различной полярности.
В вычислительных сетях применяют как потенциальное, так и импульсное кодирование дискретных данных, а также специфический способ представления данных, который никогда не используется внутри компьютера, — модуляцию (рис. 2.8). При модуляции дискретная информация представляется синусоидальным сигналом той частоты, которую хорошо передает имеющаяся линия связи.
Рис. 2.3. Примеры представления дискретной информации
Потенциальное или импульсное кодирование применяется на каналах высокого качества, а модуляция на основе синусоидальных сигналов предпочтительнее в том случае, когда канал вносит сильные искажения в передаваемые сигналы.
Для снижения стоимости линий связи в сетях обычно стремятся к сокращению количества проводов и из-за этого передают все биты одного байта не параллельно, а последовательно (побитно), для чего достаточно всего одной пары проводов.
Проблема синхронизации при связи компьютеров может решаться разными способами, как путем обмена специальными тактовыми синхроимпульсами по отдельной линии, так и путем периодической синхронизации заранее обусловленными кодами или импульсами характерной формы, отличающейся от формы импульсов данных.
Для повышения надежности передачи данных между компьютерами, как правило, используется стандартный прием — подсчет контрольной суммы и передача полученного значения по линиям связи после каждого байта или после некоторого блока байтов. Часто в протокол обмена данными включается как обязательный элемент сигнал-квитанция, который подтверждает правильность приема данных и посылается от получателя отправителю.
Характеристики физических каналов
Основные характеристики, связанные с передачей трафика через физические каналы:
□ Предложенная нагрузка — это поток данных, поступающий от пользователя на вход сети. Характеризуется скоростью поступления данных в сеть в битах в секунду (или килобитах, мегабитах и т. д.).
□ Скорость передачи данных — фактическая скорость потока данных, прошедшего через сеть. Может быть меньше, чем скорость предложенной нагрузки, так как данные в сети могут искажаться или теряться.
□ Емкость канала связи (пропускная способность) - максимально возможная скорость передачи информации по каналу.
□ Полоса пропускания — может использоваться в двух разных значениях. Во-первых, с его помощью могут характеризовать среду передачи. В этом случае он означает ширину полосы частот, которую линия передает без существенных искажений. Во-вторых, термин используется как синоним термина емкость канала связи. В первом случае полоса пропускания измеряется в герцах (Гц), во втором — в битах в секунду. Различать значения термина нужно по контексту.
Еще одна группа характеристик канала связи связана с возможностью передачи информации по каналу в одну или обе стороны. По этому принципу физические каналы связи делятся на несколько типов:
□ Дуплексный канал - обеспечивает одновременную передачу информации в обоих направлениях.
□ Полудуплексный канал также обеспечивает передачу информации в обоих направлениях по очереди.
□ Симплексный канал позволяет передавать информацию только в одном направлении. Часто дуплексный канал состоит из двух симплексных каналов.
Контрольные вопросы:
Что вы знаете про интерфейсы?
Что такое простейшая компьютерная сеть?
В чем отличие Клиентская ОС и Серверная ОС?
Какие типы приложений может выполнять компьютер, подключенный к сети?
Перечислите способы кодирования двоичных цифр ?
Каких тиипов бывают физические каналы?
Лекция 3. Проблемы связи нескольких компьютеров: типы, топологии, адресация узлов, методы доступа к среде передачи. Обобщенная задача коммутации.
План:
Топология физических связей
Адресация узлов сети
Коммутация
Мультиплексирование и демультиплексирование
5. Контрольные вопросы
Топология физических связей
Топология сети – конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети (например, компьютеры) и коммуникационное оборудование (например, маршрутизаторы), а ребрам – физические или информационные связи между вершинами.
Наличие между узлами нескольких путей повышает надежность сети и делает возможным балансировку загрузки отдельных каналов.
Различают полносвязные и неполносвязные конфигурации топологий.
Полносвязная топология (рис. 3.1, а) соответствует сети, в которой каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными. Полносвязные топологии используется в многомашинных комплексах или в сетях, объединяющих небольшое количество компьютеров.
Рис. 3.1. Типовые топологии сетей
Все другие варианты основаны нанеполносвязных топологиях, когда для обмена данными между двумя компьютерами может потребоваться транзитная передача данных через другие узлы сети.
Ячеистая топология получается из полносвязной путем удаления некоторых связей (рис. 3.1, б), допускает соединение большого количества компьютеров и характерна для крупных сетей.
В сетях скольцевой топологией (рис. 3.1, в) данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому. Главным достоинством кольца является обеспечение резервирования связей, но при этом в случае выхода из строя или отключения какого-либо компьютера канал связи между остальными узлами кольца прерывается.
Звездообразная топология (рис. 3.1, г) образуется в случае, когда каждый компьютер подключается непосредственно к общему центральному устройству, называемомуконцентратором. В качестве концентратора может выступать как универсальный компьютер, так и специализированное устройство.
Недостатки топологии:
более высокая стоимость сетевого оборудования (концентратора);
возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора.
Cеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа звезда (рис. 3.1, д) образует иерархическую звезду (дерево).
В топологииобщая шина (рис. 3.1, ё) в качестве центрального элемента выступает пассивный кабель, к которому подключается несколько компьютеров. Передаваемая информация распространяется по кабелю и доступна одновременно всем компьютерам. Основные преимущества – дешевизна и простота присоединения новых узлов к сети, а недостатки — низкая надежность (любой дефект кабеля полностью парализует всю сеть) и невысокая производительность (в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные по сети).
Небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию — звезда, кольцо или общая шина. В крупных же сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), поэтому их называют сетями сосмешанной топологией (рис. 3.2).
Рис. 3.2 Смешанная топология
Адресация узлов сети
При объединении нескольких компьютеров, необходимо учитывать задачу их адресации (адресации их сетевых интерфейсов). Один компьютер может иметь несколько сетевых интерфейсов.
По количеству адресуемых интерфейсов адреса можно классифицировать как:
· уникальный адрес (unicast) используется для идентификации отдельных интерфейсов;
4. групповой адрес (multicast) идентифицирует сразу несколько интерфейсов, поэтому данные, помеченные групповым адресом, доставляются каждому из узлов, входящих в группу;
6. данные, направленные пошироковещательному адресу (broadcast), должны быть доставлены всем узлам сети.
Адреса могут бытьчисловыми (например, 129.26.255.255 или 81.la.ff.ff) исимвольными (site.domen.ru, willi-winki).
Символьные адреса (имена) обычно несут смысловую нагрузку. Для работы в больших сетях символьное имя может иметь иерархическую структуру, например ftp-arch1.ucl.ac.uk.
Адресное пространство может иметь линейную или иерархическую организацию.
Приплоской организации множество адресов никак не структурировано. Примером плоского числового адреса являетсяМАС-адрес, предназначенный для однозначной идентификации сетевых интерфейсов в локальных сетях. МАС-адреса обычно встраиваются в аппаратуру компанией-изготовителем, поэтому их называют такжеаппаратными адресами (hardware addresses).
Прииерархической организации адресное пространство организовано в виде вложенных друг в друга подгрупп, которые, последовательно сужая адресуемую область, в конце концов, определяют отдельный сетевой интерфейс.
Примером иерархических числовых адресов являются сетевые IP- и IPX-адреса. В них поддерживается двухуровневая иерархия, адрес делится на старшую часть — номер сети и младшую — номер узла. Такое деление позволяет передавать сообщения между сетями только на основании номера сети, а номер узла используется после доставки сообщения в нужную сеть.
На практике обычно применяют сразу несколько схем адресации, так что сетевой интерфейс может одновременно иметь несколько адресов-имен.
В адресе назначения также должен указываться адрес процесса. Примером являются номера портов TCP и UDP, используемые в стеке TCP/IP.
Коммутация
Соединение конечных узлов через сеть транзитных узлов называюткоммутацией. Последовательность узлов лежащих на пути от отправителя к получателю, образуетмаршрут:
Рис. 3.3. Коммутация абонентов через сеть транзитных узлов
Например, в сети, показанной на рис. 3.3, узлы 2 и 4, непосредственно между собой не связанные, вынуждены передавать данные через транзитные узлы, в качестве которых могут выступить, например, узлы 1 и 5.