Основы компьютерной коммуникации

Компьютеры могут эффективно использоваться и при автономной работе, но еще большие результаты могут быть достигнуты при их объединении в сеть (Network).

Под компьютерной сетью понимают систему распределенных на территории аппаратных, программных и информационных ресурсов (средств ввода/вывода, хранения и обработки информации), связанных между собой каналами передачи данных. При этом обеспечивается совместный доступ пользователей к информации (базам данных, документам и т. д.) и ресурсам (жесткие диски, принтеры, накопители CD-ROM, модемы, выход в глобальную сеть и т. д.).

Сообщения передаются по каналу связи с использованием одного из методов, таких как:

• · симплексный — передача только в одном направлении. Используется, например, в телевидении и радиовещании;
• · полудуплексный — передача в обоих направлениях поочередно. Этот метод характерен для телеметрии и факсимильной связи;
• · дуплексный (или полнодуплексный) — одновременная передача в обоих направлениях. Используется в глобальных сетях.

Обмен данными в компьютерных сетях осуществляется по сложной иерархической схеме, в которой можно выделить много уровней и подуровней. Наибольшую известность приобрела так называемая модель OSI (Open System Interconnection), согласно которой различают 7 уровней взаимодействия между компьютерами: физический, канальный, сетевой, транспортный, уровень сеансов связи, представления данных и прикладной уровень (в 2.2 они подробно расписаны).

Любая компьютерная сеть характеризуется топологией, протоколами, интерфейсами, сетевыми техническими и программными средствами (т.е. архитектурой сети).

Каждый уровень должен обеспечивать выполнение определенных для него моделью OSI функций, осуществлять необходимый сервис для вышележащего уровня и взаимодействовать с аналогичным уровнем в другой компьютерной системе. Для такого взаимодействия на каждом уровне имеется набор сетевых протоколов (правил взаимодействия), определяющих формат и процедуры обмена информацией. Например, протоколы канального уровня определяют, как выполняется соединение, преодолевается шум на линии и обеспечивается безошибочная передача данных между модемами.

Сетевые стандарты в свою очередь включают в себя какой-либо общепринятый протокол или набор протоколов. Функционирование сетевого оборудования невозможно без использования взаимоувязанных стандартов. Их согласование достигается как за счет непротиворечивых технических решений, так и за счет группировки стандартов.

• 1) Стандарт Token Ring. Разработан IBM в 1984 г. В ЛС (локальных сетях) с передачей маркера сообщения передаются последовательно от одного узла к другому. Каждый узел сети получает пакет от соседнего узла. Если данный узел не является адресатом, то он передает тот же самый пакет следующему. Передаваемый пакет может содержать либо данные, направляемые от одного узла другому, либо маркер. Маркер — это короткое сообщение, являющееся признаком незанятости сети. В том случае, когда рабочей станции необходимо передать сообщение, ее сетевой адаптер дожидается поступления маркера, а затем формирует пакет, содержащий данные, и передает этот пакет в сеть. Пакет распространяется по ЛС от одного сетевого адаптера к другому до тех пор, пока не дойдет до компьютера-адресата, который произведет в нем стандартные изменения. Эти изменения являются подтверждением того, что данные достигли адресата. После этого пакет продолжает движение дальше по ЛС, пока не возвратится в тот узел, который его сформировал. Узел-источник убеждается в правильности передачи пакета и возвращает в сеть маркер. Важно отметить, что в ЛС с передачей маркера функционирование сети организовано так, что коллизий возникнуть не может. Пропускная способность сетей Token Ring достигает 16 Мбит/с. Оборудование для них производят многие фирмы, в том числе IBM, 3COM.
• 2) Стандарт Ethernet. В сетях Ethernet адаптеры непрерывно находятся в состоянии прослушивания сети. Для передачи данных сервер или рабочая станция должны дождаться освобождения ЛС и только после этого приступить к передаче. Однако не исключено, что передача может начаться сразу несколькими узлами сети одновременно, что приводит к коллизии. В этом случае узлы должны повторить свои сообщения. Повторная передача производится адаптером самостоятельно без вмешательства процессора компьютера. Время, затрачиваемое на преодоление коллизии, обычно не превышает 1 мкс. Передача сообщений в сети Ethernet производится пакетами со скоростью 10 Мбит/с. Естественно, реальная загрузка сети меньше, поскольку требуется время на подготовку пакетов. Все узлы сети принимают каждое сообщение, но только тот узел, которому оно адресовано, посылает подтверждение о приеме. В связи с повышением требований к полосе пропускания этот стандарт был расширен технологией Fast Ethernet, обеспечивающей скорость передачи 100 Мбит/с. Основными поставщиками оборудования для сетей Ethernet являются фирмы 3COM, DEC, CNET, SMC.
• 3) Асинхронный режим передачи ATM (Asynchronous Transfer Mode). Базовый профиль протоколов ATM был разработан в 1989 г. В США для современной высокоскоростной технологии связи. При использовании ATM данные любого типа, от обычного текстового файла до видеофильма, преобразуются в пакеты одинаковой длины. Эта технология относится к классу трансляции ячеек; каждая ATM-ячейка состоит из 53 байт (5 байт заголовка и 48 байт передаваемых данных). Фиксированный размер пакета упрощает обработку и передачу данных в сети. Стандарт ATM рассчитан на скорость передачи порядка 2,5 Гбит/с. Его преимуществом является использование новейших достижений в области вычислительной техники, телевидения и средств связи. Главные недостатки технологии ATM — незавершенность стандартов и высокая стоимость оборудования.
• 4) Стандарт 100VG-AnyLAN. Технология 100VG-AnyLAN сочетает в себе быстрый и простой доступ к данным (что характерно для Ethernet), возможность контроля за задержкой информации, жесткое управление (типичное для Token Ring) и позволяет примерно в 10 раз повысить скорость передачи информации, не изменяя инфраструктуры ни сети Ether­net, ни Token Ring. Поддержка стандартом кадров этих сетей обеспечивает легкий переход к нему при использовании существующих сетевых приложений, облегчает межсетевое взаимодействие через маршрутизаторы и мосты, а также обеспечивает совместимость с анализаторами протоколов. Для подсоединения пользователей сетей Ethernet и Token Ring к 100VG-AnyLAN необходим только выравнивающий их скорости буфер. Максимальная скорость передачи данных составляет 100 Мбит/с. В качестве физической среды может использоваться неэкранированная витая пара категорий 3,4 и 5, экранированная витая пара или оптическое волокно.
• 5) Стандарт FDDI описывает оптоволоконный интерфейс распределенных данных; в нем используется схема передачи маркера. Отметим, что в FDDI маркер посылается сразу же вслед за передачей пакета в сеть (в Token Ring он генерируется только после возвращения к рабочей станции посланного ей сообщения). Кроме того, FDDI использует два независимых кольца с противоположной ориентацией для передачи данных (одно из них является резервным). По сравнению с Token Ring время обладания маркером ограничено. В качестве физической среды может использоваться только оптоволоконный кабель. Максимальная скорость передачи данных по сети составляет 100 Мбит/с. Оборудование для сетей FDDI в основном производят фирмы DEC, Cisco, 3COM.