Для обеспечения качественной работы цифровых сетей требуется битовая синхронизация, с помощью которой передатчик и приемник работают с импульсами одинаковой длительности. Другими словами, битовая синхронизация определяет, что каждый кадр передается на 125 мсек и каждый импульс имеет соответствующую длительность. С битовой синхронизацией связаны два распространенных типа помех — вставки и выпадения. Они получаются за счет того, что тактовая частота, на которой работает передатчик, не точно совпадает с частотой работы приемника. Так, если приемник сканирует принимаемый сигнал несколько чаще, чем их выдает передатчик, то вскоре окажется, что на интервал одного бита попадет два синхроимпульса, и, таким образом, этот бит как бы раздвоится, т.е. произойдет вставка бита, что и вызовет ошибку при приеме. Другой тип ошибки — выпадение - происходит, если частота приемника меньше частоты передатчика. В этом случае произойдет ситуация, когда на один из битов не придется ни одного синхроимпульса. Очевидно, что чем более совпадают частоты передатчика и приемника, тем меньше будет встречаться вставок и выпадений. Чтобы предотвратить ошибки такого рода, необходимо обеспечить синхронную и синфазную работу передатчика и приемника. Это можно осуществить двумя способами. На верхнем уровне сети вводится высокостабильный главный тактовый генератор, на частоту и фазу которого настраиваются тактовые генераторы всех станций. Известен и другой метод, при котором синхронизация достигается за счет взаимной регулировки тактовых генераторов сети. При этом каждый тактовый генератор устанавливает свою частоту, усредняя фазы тактовых сигналов, поступающих от других генераторов. В этом случае для устранения различий в фазах на входах приемников также необходимы запоминающие устройства. Таким образом, для точной работы цифровых каналов и сетей необходимо выполнять, во-первых, протокольные методы синхронизации (битовой или цикловой), и, во-вторых, осуществлять чисто физическую синхронизацию взаимодействующих устройств. Для этого на сети необходим очень точный тактовый генератор. Так, главный тактовый генератор имеет атомный эталон частоты, стабильность которого равна 10^-11 Гц. При такой стабильности ошибки, связанные с синхронностью и синфазностью, встречаются столь редко, что средний коэффициент ошибок остается в допустимых пределах.

ЛЕКЦИЯ 2. СТАНДАРТИЗАЦИЯ СЕТЕЙ: МОДЕЛЬ OSI И КОММУНИКАЦИОННЫЕ ПРОТОКОЛЫ

Стандартизация сетей

Стандартизация в компьютерных сетях приобретает особое значение. Сети — это соединение разного оборудования, и проблема совместимости является одной из наиболее острых. Без принятия всеми производителями общепринятых правил построения оборудования функционирование сетей было бы невозможным. В компьютерных сетях основой стандартизации является многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. Разбиение на уровни, или уровневая архитектура, является формой функциональной модульности при проектировании информационных сетей. Модуль используется для обозначения как устройства, так и процесса, и выполняет некоторую выделенную функцию. Пользователя интересуют только входы, выходы и функциональная связь между входом и выходом. Модуль используется вместе с другими "черными ящиками" для построения более сложного модуля, который будет опять рассматриваться на более высоких уровнях как большой "черный ящик". Такой подход к проектированию приводит к иерархии вложенных модулей. Поэтому сложная система должна быть построена как взаимосвязанное множество модулей высокого уровня и, возможно, некоторых простых дополнительных модулей, необходимых для реализации взаимосвязей и выполнения дополнительных простых функций. Каждый модуль следующего более низкого уровня снова разбивается на модули еще более низкого уровня и так далее до самого низкого уровня иерархической цепи.

Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называется протоколом. Модули, реализующие протоколы соседних уровней и находящиеся в одном узле, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными условиями и с помощью стандартизованных форматов сообщений. Эти условия принято называть интерфейсом. Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему уровню. Средства каждого уровня должны отрабатывать, во-первых, свой собственный протокол, во-вторых, интерфейсы с соседними уровнями. Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов. Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней, как правило, только программными средствами. Протоколы реализуются не только компьютерами, но и другими сетевыми устройствами - концентраторами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами и т.д. В общем случае связь компьютеров в сети осуществляется не напрямую, а через различные коммуникационные средства. В зависимости от типа устройства в нем должны быть встроенные средства, реализующие тот или иной набор протоколов.