Аппаратная реализация передачи данных. Характеристики коммуникационной сети можно использовать для оценки ее качества: • скорость передачи данных по каналу связи; • пропускную способность канала связи; • достоверность передачи информации; • надежность канала связи и модемов.
Скорость передачи данных по каналу связи измеряется количеством битов информации, передаваемых в единицу времени – секунду (bps – bit per second). Примечание. Часто используется единица измерения скорости – бод, т.е. число изменений состояния среды передачи в секунду. Так как каждое изменение состояния может соответствовать нескольким битам данных, то реальная скорость в битах в секунду может превышать скорость в бодах. Скорость передачи данных зависит от типа и качества канала связи, типа используемых модемов и принятого способа синхронизации.
Так, для асинхронных модемов и телефонного канала связи диапазон скоростей составляет 300 - 57600 бит/с, а для синхронных – до 2 Мбит/с. Для пользователей вычислительных сетей значение имеют не абстрактные биты в секунду, а информация, единицей измерения которой служат байты или знаки. Поэтому более удобной характеристикой канала является его пропускная способность, которая оценивается количеством знаков, передаваемых по каналу за единицу времени – секунду.
При этом в состав сообщения включаются и все служебные символы. Теоретическая пропускная способность определяется скоростью передачи данных. Реальная пропускная способность зависит от ряда факторов, среди которых и способ передачи, и качество канала связи, и условия его эксплуатации, и структура сообщений. Единица измерения пропускной способности канала связи – знак в секунду (cps – character per second). Существенной характеристикой коммуникационной системы любой сети является достоверность передаваемой информации.
Так как на основе обработки информации о состоянии объекта управления принимаются решения о том или ином ходе процесса, то от достоверности информации в конечном счете может зависеть судьба объекта. Достоверность передачи информации оценивают как отношение количества ошибочно переданных знаков к общему числу переданных знаков.
Требуемый уровень достоверности должны обеспечивать как аппаратура, так и канал связи. Нецелесообразно использовать дорогостоящую аппаратуру, если относительно уровня достоверности канал связи не обеспечивает необходимых требований. Единица измерения достоверности: количество ошибок на знак – ошибок/знак. Для вычислительных сетей этот показатель должен лежать в пределах 10-6 – 10-7 ошибок/знак, т.е. допускается одна ошибка на миллион переданных знаков или на десять миллионов переданных знаков.
Наконец, надежность коммуникационной системы определяется либо долей времени исправного состояния в общем времени работы, либо средним временем безотказной работы. Вторая характеристика позволяет эффективнее оценить надежность системы. Единица измерения надежности: среднее время безотказной работы в часах. Для вычислительных сетей среднее время безотказной работы должно быть достаточ¬но большим и составлять, как минимум, несколько тысяч часов. 2.4.3.2. Протоколы компьютерной сети – набор правил, определяющий взаимодействие двух одноименных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских ЭВМ. Протокол – это не программа.
Правила и последовательность выполнения действий при обмене информацией, определенные протоколом, должны быть реализованы в программе. Обычно функции протоколов различных уровней реализуются в драйверах для различных вычислительных сетей. Для организации надежного сетевого взаимодействия необходима стандартизация.
Она реализована в виде особой спецификации OSI Reference Model (сетевая модель OSI). Данная модель представляет семиуровневый подход к сетевому взаимодействию (рис. 7): 1. Application layer 2. Presentation layer 3. Session layer 4. Transport layer 5. Network layer 6. Data Link layer 7. Physical layer Рис. 7 • Application layer (уровень приложений, прикладной уровень) – представляет набор интерфейсов для приложений, позволяющий получить доступ к сетевым службам. Примеры протоколов, используемых на этом уровне: HTTP – доступ к ресурсам World Wide Web; FTP – протокол передачи/приема файлов; SMTP – протокол передачи электронной почты и др. • Presentation layer (уровень представления) – преобразует данные в общий формат для передачи по сети. • Session layer (сеансовый уровень) – позволяет двум сторонам поддерживать по сети продолжительное взаимодействие, называемое сеансом. • Transport layer (транспортный уровень) – управляет передачей по сети. Примеры: NetBIOS/NetBEUI; SPX, TCP. • Network layer (сетевой уровень) – осуществляет адресацию сообщений для доставки, а также преобразует логические сетевые адреса и имена в соответствущие им физические.
Примеры: IPX, IP • Data Link layer (канальный уровень) – посылает специальные пакеты данных с сетевого уровня на физический. • Physical layer (физический уровень) – осуществляет преобразование потока битов в сигналы, и наоборот.
В современных сетях используются так называемые семейства протоколов. Наиболее известны из них: IPX/SPX и TCP/IP. Протоколы IPX/SPX разработаны для локальных сетей стандарта Novell Net Ware, но релизованы и для сетей стандарта Microsoft.
В их основе транспортный протокол SPX и сетевой протокол IPX. Семейство протоколов TCP/IP на основе транспортного протокола TCP и сетевого протокола IP включает в себя множество протоколов разного уровня: протокол управления сетью SNMP; протокол динамической конфигурации сети DHCP: служба имен Windows в Internet-протоколах WINS; доменная служба имен DNS; вышеупомянутые прикладные протоколы HTTP, SMTP, FTP, а также протоколы доступа к электронной почте POP3 и IMAP, к телеконференциям USENET NNTP и др. Первоначально протоколы TCP/IP использовались только в глобальной сети Internet, но со временем стали основой для локальных сетей типа intranet.
В сети этого типа используются не только те же протоколы, что и в Internet, но и такие же информационные ресурсы, а следовательно, и прикладное программное обеспечение. Пользователь intranet-сети может даже не заметить, из какой сети он получает информацию, из локальной или глобальной, так как intranet-сети, как правило, соединены с Internet.
В дальнейшем мы будем рассматривать только intranet-сети. 2.4.3.3. Аппаратные средства. Чтобы обеспечить передачу информации из ЭВМ в коммуникационную среду, необходимо согласовать сигналы внутреннего интерфейса ЭВМ с параметрами сигналов, передаваемых по каналам связи. При этом должно быть выполнено как физическое согласование (форма, амплитуда и длительность сигнала), так и кодовое.
Технические устройства, выполняющие функции сопряжения ЭВМ с каналами связи, называются адаптерами или сетевыми адаптерами (NIC – Network Interface Card). Один адаптер обеспечивает сопряжение с ЭВМ одного канала связи. Как правило, установка и настройка современного сетевого адаптера не вызывает затруднений, т. к. они поддерживают стандарт Plug and Play. Поэтому процедура установки и настройки сводится лишь к установке драйвера устройства, да и то, если операционная система «не знакома» с этим типом устройств.
Если же применяются устаревшие конструкции (они размещаются в слотах типа ISA), то возможны конфликты с другим оборудованием (чаще всего это звуковые карты или последовательный порт COM1 или COM2). Кроме одноканальных адаптеров используются и многоканальные устройства – мультиплексоры передачи данных или просто мультиплексоры. Мультиплексор передачи данных – устройство сопряжения ЭВМ с несколькими каналами связи.
Мультиплексоры передачи данных использовались в системах телеобработки данных – первом шаге на пути к созданию вычислительных сетей. В дальнейшем при появлении сетей со сложной конфигурацией и с большим количеством абонентских систем для реализации функций сопряжения стали применяться специальные связные процессоры. Для передачи цифровой информации по каналу связи необходимо поток битов преобразовать в аналоговые сигналы, а при приеме информации из ка¬нала связи в ЭВМ выполнить обратное действие – преобразовать аналоговые сигналы в поток битов, которые может обрабатывать ЭВМ. Аналоговый сигнал представляет собой специальным образом обработанный (модулированный) сигнал несущей частоты.
Такие преобразования выполняет специальное устройство – модем. Модем – устройство, выполняющее модуляцию и демодуляцию несущих сигналов при передаче их из ЭВМ в канал связи и при приеме ЭВМ из канала связи. В качестве несущего сигнала может использоваться практически любой аналоговый сигнал (телефонный, телеграфный, телевизионный и т.д.). В соответствии с типом несущего сигнала различают и типы модемов.
Наиболее распространенными из них являются телефонные, но в последнее время все более широкое распространение получают DSL-модемы, позволяющие передавать информацию по кабельным сетям с высокой скоростью (это может быть и обычный телефонный кабель, кабельное телевидение и т.п.). Наиболее дорогой компонент вычислительной сети – канал связи. Поэтому при построении ряда вычислительных сетей стараются сэкономить на каналах связи, коммутируя несколько внутренних каналов связи на один внешний. Для выполнения функции коммутации используются специальные устройства – концентраторы.
Концентратор – устройство, коммутирующее несколько каналов связи и один путем частотного разделения в сетевой конфигурации «звезда» (см. ниже), действует на физическом уровне сетевой модели OSI. Различают три основных типа концентраторов: пассивные, активные и интеллектуальные.
Пассивный концентратор представляет собой только точку разветвления сети. Активный концентратор (hub) не только разветвляет сеть, но и усиливает сигнал, а, следовательно, требует дополнительной энергии. Интеллектуальные концентраторы (switch), кроме того, осуществляют функции маршрутизации. В ЛВС, где физическая передающая среда представляет собой кабель ограниченной длины, для увеличения протяженности сети используются специальные устройства – повторители. Повторитель – устройство, действующее на физическом уровне сетевой модели OSI и обеспечивающее сохранение формы и амплитуды сигнала при передаче его на большее, чем предусмотрено данным типом физической передающей среды, расстояние.
Существуют локальные и дистанционные повторители. Локальные повторители позволяют соединять фрагменты сетей, расположенные на расстоянии до 50 м, а дистанционные – до 2000 м. Маршрутизатор (router) – устройство, работающее на сетевом уровне сетевой модели OSI и связывающее два и более сетевых сегмента (или подсети). Маршрутизатор получает информацию о сетевом адресе пакета и сравнивает его с элементами таблицы маршрутизации.
Если имеется совпадение, пакет направляется по нужному адресу. Маршрутизаторы могут выполняться в виде отдельных устройств. Но роль маршрутизатора может выполнять и специальное программное обеспечение, установленное на сервере. Шлюз (gateway) – метод осуществления связи между двумя или несколькими сетевыми сегментами. Другой функцией шлюза является преобразование протоколов, например, IPX/SPX в TCP/IP и наоборот.
В качестве шлюзов обычно выступают компьютеры со специальным программным обеспечением. 2. ЛОКАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ 2.1.