Компонентами любой коммуникационной сети являются сообщение, передатчик, средства передачи и приемник. Сообщение – цифровые данные определенного формата (файл базы данных, таблица, текст, изображение), предназначенные для передачи. Передатчик – устройство, являющееся источником данных. Приемник – устройство, принимающее данные (компьютер, терминал и т.д.). Средства передачи – физическая передающая среда и специальная аппаратура, обеспечивающая передачу сообщений.  

6.2.1. Характеристики процесса передачи данных.

Процесс обмена сообщениями в вычислительной сети по каналам связи характеризуется режимом передачи, кодом передачи и типом синхронизации.

 Режимы передачи данных. Существует три режима передачи: симплексный, полудуплексный и дуплексный. Симплексный режим – передача данных только в одном направлении. В вычислительных сетях практически не используется. Полудуплексный режим – когда источник и приемник попеременно меняются местами. Дуплексный режим – одновременная передача и прием сообщений. Является наиболее скоростным режимом работы.

Коды передачи данных. Кодовые комбинации могут передаваться параллельным или последовательным кодом. В первом случае каждый бит кодовой комбинации передается по отдельному проводу. При этом обеспечивается высокое быстродействие, но требуются повышенные затраты на создание физической передающей среды. В силу последнего фактора в вычислительных сетях передача параллельными кодами не используется. Во втором случае кодовая комбинация передается по одному проводу бит за битом. Это медленнее, но экономически более выгодно для передачи сообщений на большие расстояния.

Типы синхронизации данных. Синхронизация данных – согласование различных процессов во времени. Различаю синхронные и асинхронные процессы. Процессы называются синхронными, если один из них может начаться только после того, как полностью получит данные от другого. Асинхронными называются процессы, которые могут выполняться независимо от степени полноты переданных данных. В системах передачи данных эти процессы организуются следующим образом.

При синхронной передаче каждый блок информация передается в течение определенного интервала времени, по истечении которого считается, что приемник принял передаваемую информацию. Этот интервал обозначается специальными синхросимволами. В состав блока включаются также управляющие символы, обеспечивающие контроль состояния физической передающей среды. Синхронная передача удорожает оборудование, но высокоскоростная и почти безошибочная, вследствие чего используется для обмена сообщениями между ЭВМ в вычислительных сетях. 

При асинхронной передаче используется система запрос-ответ. Передатчик сообщает приемнику о своей готовности передать информацию. Если приемник готов к приему, он сообщает об этом передатчику. По завершении сеанса связи передатчик снимает сигнал извещения, а приемник – сигнал подтверждения.

Возможен асинхронно-синхронный метод, при котором передача осуществляется стартстопным способом. В этом случае каждый байт информации ограничивается стартовым и стоповым битами, которые позволяют произвести его выделение из общего потока передаваемых данных. Стартовый бит извещает приемник о начале передачи, а стоповый – о ее окончании.

Оба последних метода синхронизации снижают эффективную скорость передачи данных, но не требуют дорогостоящего оборудования, кроме того, отвечают требованиям организации диалога в вычислительной сети при взаимодействии персональных ЭВМ.

6.2.2. Аппаратные средства коммуникационной среды.

Существует два способа передачи информации по физической передающей среде: цифровой и аналоговый.

При цифровом способе данные передаются в их естественном виде (1 – есть напряжение, 0 – нет напряжения) на единой частоте. При этом в каждый данный момент времени передающая среда может использоваться только двумя пользователями, причем находящимися на относительно небольшом (до 1 км) расстоянии друг от друга. В то же время цифровой способ передачи обеспечивает высокую скорость обмена данными (до 10 Мбит/с) и позволяет создавать легко конфигурируемые вычислительные сети. По этим причинам цифровой способ передачи используется подавляющим числом локальных сетей.

В глобальных и региональных сетях используется аналоговый способ передачи цифровых данных. Такому способу характерна широкополосная передача за счет использования в одном канале сигналов различных несущих частот. При этом происходит управление (модуляция) одним из параметров синусоидального сигнала несущей частоты: амплитудой, частотой или фазой. Соответствующие принципы модуляции при передаче данных в двоичном виде заключаются в следующем:

- амплитудная модуляция: 0 – отсутствие колебаний несущей частоты, 1 – наличие колебаний несущей частоты;

- частотная модуляция предусматривает передачу 0 и 1 на разной частоте несущего сигнала;

- фазовая модуляция: при переходе от 0 к 1 и от 1 к 0 меняется фаза несущего сигнала.

 Согласование внутреннего интерфейса ЭВМ с параметрами сигналов, передаваемых по каналам связи, выполняют устройства, называемые сетевыми адаптерами. Один адаптер обеспечивает сопряжение с ЭВМ одного канала связи. Кроме одноканальных адаптеров используются мультиплексоры – устройства сопряжения ЭВМ с несколькими каналами связи.

Преобразование потока битов в аналоговые сигналы и обратно выполняет специальное устройство – модем (модулятор-демодулятор).

Наиболее дорогим компонентом вычислительной сети является канал связи. В целях их экономии используют коммутацию нескольких внутренних каналов связи на один внешний. При этом информация каждого внутреннего канала передается во внешнем канале на отдельной частоте. Для выполнения этих функций служат специальные устройства – концентраторы.

В локальных вычислительных сетях, где физическая передающая среда представляет собой кабель ограниченной длины, для увеличения протяженности сети используются повторители. Повторитель – устройство, обеспечивающее сохранение формы и амплитуды сигнала при передаче его на большее, чем предусмотрено данным типом физической передающей среды, расстояние.

6.2.3. Характеристики коммуникационной сети.

Для оценки качества коммуникационной сети можно использовать следующие характеристики:

- скорость передачи данных по каналу связи. Зависит от типа и качества канала связи, используемых модемов и принятого способа синхронизации. Так, для асинхронных модемов и телефонного канала связи диапазон скоростей составляет 300 – 9600 бит/с, а для синхронных – 1200 – 19200 бит/с;

- пропускная способность оценивается количеством знаков, передаваемых по каналу за единицу времени (секунду). Теоретическая пропускная способность определяется скоростью передачи данных. Реальная пропускная способность зависит от способа передачи, качества канала связи, условий его эксплуатации и структуры сообщений;

- достоверность передаваемой информации оценивается отношением количества ошибочно принятых знаков к общему числу переданных знаков. Для вычислительных сетей этот показатель должен лежать в пределах 10^-6 – 10^-7 ошибок/знак. Требуемый уровень достоверности должны обеспечивать как аппаратура, так и канал связи;

- надежность определяется либо долей времени исправного состояния в общем времени работы, либо средним временем безотказной работы. Вторая характеристика более эффективна.

Протоколы компьютерной сети

Протокол – набор правил, определяющий взаимодействие различных абонентских ЭВМ. Правила и последовательность выполнения действий при обмене информацией, определенные протоколом, должны быть реализованы программно – обычно в драйверах.

К одним из основных протоколов, без которых ЭВМ не может работать в сети, относятся протоколы канального уровня. Канальный уровень обеспечивает управление потоком данных в виде кадров, в которые упаковываются информационные пакеты (группы передаваемых байтов), обнаруживает ошибки передачи и реализует алгоритм восстановления информации в случае обнаружения сбоев или потерь данных. Протоколы канального уровня разделяются на две основные группы: байт-ориентированные и бит-ориентированные.

Байт-ориентированный протокол обеспечивает передачу сообщения в виде последовательности байтов. Кроме информационных байтов в канал передаются управляющие и служебные байты. Такой тип протокола удобен для ЭВМ, поскольку она ориентирована на обработку данных, представленных в виде байтов. Однако он менее удобен для коммуникационной среды, так как разделение информационного потока на байты требует использования дополнительных сигналов, что, в конечном счете, снижает пропускную способность канала связи.

Бит-ориентированный протокол предусматривает передачу информации в виде потока битов, не разделяемых на байты. Для разделения кадров используются специальные последовательности – флаги. В начале кадра ставится флаг открывающий, а в конце – флаг закрывающий. Такой тип протокола удобен для коммуникационной среды, поскольку она как раз и ориентирован на передачу последовательности битов. Для ЭВМ он не очень удобен, поскольку из поступающей последовательности битов приходится выделять байты для последующей обработки сообщения.

Потенциально бит-ориентированные протоколы являются более скоростными, что обусловливает их широкое распространение в современных вычислительных сетях.