Тема № 1.________ Основные понятия.

               Сети часто условно делят на глобальные сети  и локальные сети.
               Глобальные сети позволяют организовать взаимодействие между абонентами на больших расстояниях. Эти сети чаще работают на относительно низких скоростях и могут вносить значительные задержки в передачу информации. Протяженность глобальных сетей может составлять тысячи километров.
               Локальные вычислительные сети обычно обеспечивают наивысшую скорость обмена информацией между компьютерами. Типичная локальная сеть занимает пространство в одно здание. Протяженность локальных сетей обычно ограничена одним километром. Их основное назначение состоит в объединении пользователей для совместной работы. Такие сети организуются внутри здания, этажа или комнаты.
               Механизмы передачи данных в локальных и глобальных сетях до последнего времени существенно отличались. Глобальные сети ориентированы на соединение – до начала передачи данных между абонентами устанавливается соединение. В локальных сетях используются методы, не требующие предварительной установки соединения – пакет с данными посылается  без подтверждения готовности получателя к обмену, поскольку считается, что соединение уже было установлено заранее.
               В локальных сетях каждый компьютер обычно имеет сетевой адаптер, который соединяет его со средой передачи. В глобальных сетях предполагается использование модема. Но следует заметить, что модем может использоваться и в локальной сети в случае имеющейся у предприятия АТС.
               Основная задача сети состоит в передаче информации между различными приложениями, используемыми в организации. Под приложением понимается программное обеспечение, которое непосредственно нужно пользователям, например база данных, электронная почта.

 

Соединения и каналы.

               Состояние, когда абоненты связаны друг с другом, называется установленным соединением. Физическое соединение при этом не обязательно, возможно так называемое виртуальное соединение, при котором программное обеспечение на узлах по всему маршруту от источника до получателя готово к передаче данных (известные все характеристики связи).
               Одним из старейших методов передачи данных является использование выделенных каналов связи. Оператор связи выделяет фиксированный канал, который постоянно доступен для передачи данных с определенной скоростью. Изначально выделенные каналы использовались только для осуществления связи между двумя узлами сети (точка-точка). Однако в настоящее время применение интеллектуальных устройств (или программ), таких как маршрутизаторы, позволяет осуществлять динамическое управление полосой пропускания между несколькими пользователями, что необходимо при организации связи двух локальных сетей.
               Полоса пропускания – максимальная скорость обмена данными. Говорят «полоса пропускания в 10 Мб», когда сеть позволяет передавать информацию со скоростью 10.000.000 бит в секунду.
               Локальные сети обеспечивают передачу данных со скоростями от 10 Мб, глобальные – до 1 Мб.
               Каналы связи подразделяются на аналоговые и цифровые.
                Для передачи компьютерных данных по аналоговому каналу необходим модем (модулятор-демодулятор), который преобразует цифровой сигнал в аналоговый. На другой стороне канала так же необходим модем, который производит обратное преобразование.
               Поясним способ преобразования цифровых данных в аналоговые. Цифровые данные - это последовательность 0 и 1. В аналоговом сигнале единичке соответствует некоторый заданный диапазон амплитуды сигнала.
               Возможные методы оцифровки данных: амплитудная модуляция, частотная модуляция, фазовая модуляция. При этом важно, что в сети идет некий базовый сигнал, называемый несущей, а его преобразование зависит от передаваемых цифровых данных. Важное понятие при модуляции – битовый интервал. Это время, в течение которого передается один бит информации.
               При амплитудной модуляции несущая может иметь два различных уровня амплитуды. Один уровень амплитуды сигнала в течение битового интервала понимается как 1, второй – как 0. Аналогично при частотной модуляции возможны две частоты, при фазовой – две фазы.
               Во всех способах модуляции возникает необходимость быстрой смены одной характеристики сигнала на другую. Для физических сигналов это – невыполнимое требование. Поэтому возникают переходные процессы, о которых здесь говорят как о «дрожании сигнала». Кроме того, точное удержание заданной характеристики тоже невозможно, поэтому часто существует некоторый диапазон «правильных значений».

               Из-за достаточно больших помех в аналоговых каналах существует вероятность искажения или потери при передаче. По этой причине такая связь в настоящее время ограничена скоростью 33.6 Кбит/сек (причем только на аналоговых каналах с высоким качеством). Вспомним, что для передачи речи в основном используется диапазон частот от 300 до 3.1 Кгц. До последнего времени скорость передачи данных  33.6 Кбит/сек была максимальной, так как вплотную приближалась к барьеру в 35 Кбит/сек, установленному законом Шеннона для стандартных телефонных каналов шириной 3.1 Кгц. Сейчас четыре компании (Rockwell Semiconductor System, Lucent Technologies, U.S. Robotics, Motorola) объявили, что сумели преодолеть эти ограничения и достигли скорости передачи данных в 56 Кбит/сек, правда только в одном направлении (от АТС к абоненту).
               Существенное улучшение качества передачи аналогового сигнала может быть достигнуто следующим путем: сначала аналоговый сигнал кодируется (переводится в цифровой),  цифровой сигнал передается абоненту, а у последнего происходит  раскодирование сигнала. Качество улучшается за счет того, что потери из-за шума при передаче оцифрованного сигнала значительно меньше, чем аналогового.
               Для организации связи фирма-производитель модема, вообще говоря, значения не имеет. Важно только, чтобы оба модема поддерживали некоторый общий протокол обмена. К тому же, бессмысленно ставить на линии модемы с разной скоростью передачи, очевидно, что фактически передача будет идти с минимальной имеющейся скоростью.
                Заметим еще тот факт, что фактическая скорость обмена нередко отличается от той, которую может обеспечить модем еще и потому, что из-за помех в линии производится множество повторных передач.
               Цифровые каналы связи (Dataphone Digital Service DDS) не требуют преобразования цифровых сигналов в аналоговые. Оконечное оборудование таких каналов ориентировано на работу только с цифровыми сигналами. Цифровые каналы строятся на принципах плезиосинхронной цифровой иерархии (PHD) и синхронной цифровой иерархии (SDH).
               Для передачи оцифрованного сигнала может использоваться цифровой канал со скоростью 64 Кбит/сек, называемый DS0 (Digital Signal 0- цифровой сигнал, нулевой уровень).  На основе этого базового канала формируются другие каналы, с более высокими скоростями передачи. Путем объединения (уплотнения) 24 каналов DS0 получается канал DS1 со скоростью передачи 1,544 Мбит/с. Это число получается следующим образом: в состав каждого кадра канала DS0 входит дополнительная служебная информация (так называемые биты обрамления) для отсчета времени синхронизации, так что суммарная скорость передачи данных может быть определена следующим образом: 24 * 64000 + 8000=1,5444. Канал DS3 получается при уплотнении 28 каналов DS1, его скорость составляет 44,736 Мбит/с.
                Основным недостатком связи по выделенной линии является ограниченная коммутируемость. Например, если необходимо связать  друг с другом пять удаленных офисов, на это потребуется 10=4+3+2+1 выделенных линий связи. При этом динамическое выделение полосы пропускания может достигаться только при использовании мультиплексирования, а изменение настроек системы мультиплексирования может занять от нескольких минут до нескольких часов. Но поскольку оборудование для выделенных  линий достаточно широко распространено, выигрыш от их использования не стоит недооценивать.
               В сети объединяются несколько компьютеров, оконечных цифровых устройств (цифровой телефон, цифровая видеокамера, сетевой модем и т.п.), промежуточных аналого-цифровых устройств.
               Общение между сетевыми устройствами  происходит по некоторым правилам – протоколам. В протоколе подробно описана последовательность, формат сигналов, алгоритм взаимодействия двух устройств.
               На самом верхнем уровне общаются всегда некоторые программы, но затем в процессе передаче от одного сетевого устройства другому высокий прикладной смысл сообщения теряется, точнее, преобразуется в другой, понятный низкоуровневым устройствам.

 

Типы связи

               Симплексная связь предполагает, что соединение одностороннее, то есть передача данных возможна только в одну сторону. Пример: передача посланий потомкам.
               Если связь в принципе возможна в обе стороны, но не в одно и то же время, или если существенно отличаются характеристики связи в разные стороны, такая связь называется полудуплексной. Пример: фрагменты железнодорожного пути – однопутки.
               Равноправная двусторонняя связь называется дуплексной. Пример: почта.
               Еще одно важное понятие: надежность передач. Один из самых распространенных способов обеспечения надежности – квитанции. При этом, получив правильные данные, получатель отправляет источнику специальное сообщение – квитанцию о получении.

 

Протоколы и службы.

               Протокол – это набор правил, в соответствии с которыми осуществляется взаимодействие. В протоколе оговаривается формат данных, упорядочивание, решаются вопросы синхронизации, обработки ошибок.
               Служба – набор примитивов (системных вызовов), которые более низкий уровень предоставляет более верхнему. Причем способ реализации этих примитивов скрыт от верхнего уровня. Этот способ реализации и есть конкретный протокол. То есть служба может быть одна, а реализаций может быть несколько. Более того, не меняя службу (то есть интерфейс для более высоких уровней),  общающиеся стороны могут менять протокол.
                      Пример1.
               Вы хотите пообщаться с кем-то. И у вас и у вашего собеседника есть секретарь. Прямое общение между вами затруднено, например, по языковой причине. Вы можете обратиться к услугам своих секретарей. На каком языке будут общаться ваши секретари, при помощи каких средств связи (телефон, почта) вас совершенно не интересует. Здесь служба – это секретари. А протокол – способ общения секретарей.
                     Пример 2.
               Связь через модем. Вам, как верхнему уровню требуется установить соединение, для того чтобы передать файл. При установлении соединения модемы договариваются о протоколе общения. Выбираемый протокол должен быть приемлем для обоих модемов, кроме того, он должен соответствовать качеству сети (разная скорость, разная проверка ошибок и т.п.).