5.3 Передача даних у мережі
Для передачі інформації по комунікаційних лініях дані перетворюються в ланцюжок бітів, що йдуть один за одним. При передачі даних їх розділяють на окремі пакети, що передаються послідовно один за одним. Пакет містить у собі: адресу відправника, адресу одержувача, дані, контрольний біт. Для правильної, а отже, повної і безпомилкової передачі даних необхідно дотримуватися погоджених і встановлених правил. Усі вони обумовлені в протоколі передачі даних.
Протокол передачі даних вимагає такої інформації.
Синхронізація – механізм розпізнавання початку блоку даних і його кінця.
Ініціалізація – встановлення з'єднання між взаємодіючими партнерами.
Блокування – розбивка інформації, що передається на блоки даних строго визначеної максимальної довжини (включаючи розпізнавальні знаки початку блоку і його кінця).
Адресація забезпечує ідентифікацію різного використовуваного обладнання даних, що обмінюється один з одним інформацією під час взаємодії.
Виявлення помилок – установка бітів парності і, отже, обчислення контрольних бітів.
Нумерація блоків дозволяє установити помилково передану інформацію чи втрачену.
Управління потоком даних служить для розподілу і синхронізації інформаційних потоків. Так, наприклад, якщо не вистачає місця в буфері пристрою даних чи дані не досить швидко обробляються в периферійних пристроях (наприклад, принтерах), повідомлення і / чи запити накопичуються.
Після переривання процесу передачі даних використовують методи відновлення, щоб повернутися до певного положення для повторної передачі інформації.
Дозвіл доступу займається розподілом, контролем і управлінням обмеженнями доступу до даних.
5.4 Архітектура мережі
Архітектура мережі визначається її топологією і методом підключення кабеля, а також використовуваним протоколом комунікацій.
Найбільш поширені наступні архітектури:
Ethernet – базова технологія локальних обчислювальних (комп'ютерних) мереж з комутацією пакетів, що використовує протокол CSMA/CD (множинний доступ з контролем несучої та виявленням колізій). Цей протокол дозволяє в кожний момент часу лише один сеанс передачі в логічному сегменті мережі. При появі двох і більше сеансів передачі одночасно виникає колізія, яка фіксується станцією, що ініціює передачу. Станція аварійно зупиняє процес і очікує закінчення поточного сеансу передачі, а потім знову намагається повторити передачу.
З самого початку Ethernet базувався на ідеї зв'язку комп'ютерів через єдиний коаксіальний кабель, що виконував роль транзитного середовища. Метод передавання був дещо схожим на методи радіопередавання (хоча й з суттєвими відмінностями, наприклад, те, що в кабелі значно легше виявити колізію, ніж в радіоефірі). Загальний мережний кабель, через який велася передача, був дещо подібним на ефір, і з цієї аналогії походить назва Ethernet (англ. net – «мережа»).
З плином часу з відносно простої початкової специфікації Ethernet розвинувся у складну мережну технологію, яка зараз використовується у більшості комп'ютерних систем. Щоб зменшити ціну та полегшити управління та виявлення помилок в мережі, коаксіальний кабель згодом був замінений зв'язками типу «точка – точка», що з'єднувалися між собою концентраторами/комутаторами (хабами/світчами). Своїм комерційним успіхом технологія Ethernet завдячує появі стандарту з використанням кабелю типу «звита пара» як транзитного середовища.
На фізичному рівні станції Ethernet спілкуються між собою за допомогою передачі одна одній пакетів – невеликих блоків даних, які відправляються та доставляються індивідуально. Кожна Ethernet-станція має свою власну 48-бітну MAC-адресу, яка використовується як кінцевий пункт або джерело для кожного пакету. Мережні картки, як правило, не сприймають пакетів, що адресовані іншим Ethernet-станціям. Унікальна МАС-адреса записується в контролер кожної мережної карти.
Незважаючи на серйозні зміни від 10-Мбітного товстого коаксіалу до 1-Гбітного оптоволоконного зв'язку типу «точка-точка», різні варіанти Ethernetу на найнижчому рівні є майже однаковими з погляду програміста і можуть легко з'єднуватися між собою за допомогою дешевого обладнання. Це є можливим, оскільки формат кадру лишається незмінним, незважаючи на різні процедури доступу до мережі.
Token ring – технологія локальної обчислювальної мережі (LAN) кільця з «маркерним доступом» – протокол локальної мережі, який знаходиться на канальному рівні (DLL)моделі OSI. Він використовує спеціальний трибайтовий фрейм, названий маркером, який переміщається навколо кільця. Володіння маркером надає право власникові передавати інформацію на носії. Кадри кільцевої мережі з маркерним доступом переміщуються в циклі.
Мережі Token Ring (стандарт 802.5), так само як і мережі Ethernet, характеризує колективне середовище передачі даних, яка в даному випадку складається з відрізків кабелю, що з'єднують усі станції мережі в кільце. Кільце розглядається як загальний ресурс, і для доступу до нього потрібно не випадковий алгоритм, як в мережах Ethernet, а детермінований, заснований на передачі станціям права на використання кільця у визначеному порядку. Це право передається за допомогою кадру спеціального формату, званого маркером, або токенів, (token). Це тип мережі, в якій всі комп'ютери схематично об'єднані в кільце. По кільцю від комп'ютера до комп'ютера (станції мережі) передається спеціальний блок даних, званий маркером (англ. token). Коли якій-небудь станції потрібна передача даних, маркер нею модифікується і більше не розпізнається іншими станціями, як спецблок, поки не дійде до адресата. Адресат приймає дані і запускає новий маркер по кільцю. На випадок втрати маркера або передавання даних, у яких немає адресату, в мережі присутня машина із спеціальними повноваженнями, що вміє видаляти безадресні дані і запускати новий маркер.
ArCNET – (від англійського Attached Resource Computer Net, комп'ютерна мережа з'єднаних ресурсів) – це одна з найстарших мереж. Вона була розроблена компанією Datapoint Corporation ще в 1977 році. Міжнародні стандарти на цю мережу відсутні, хоча саме вона вважається родоначальницею методу маркерного доступу. Незважаючи на відсутність стандартів, мережа Arcnet донедавна (в 1980 - 1990 р.р.) користувалася популярністю, навіть серйозно конкурувала з Ethernet. Велика кількість компаній (наприклад, Datapoint, Standard Microsystems, Xircom й ін.) робили апаратуру для мережі цього типу. Але зараз виробництво апаратури Arcnet практично припинено.
Серед основних достоїнств мережі Arcnet у порівнянні з Ethernet можна назвати обмежену величину часу доступу, високу надійність зв'язку, простоту діагностики, а також порівняно низьку вартість адаптерів. До найбільш істотних недоліків мережі відносяться низька швидкість передачі інформації (2,5 Мбіт/с), система адресації й формат пакета.
Для передачі інформації в мережі Arcnet використовується досить рідкий код, у якому логічній одиниці відповідає два імпульси протягом бітового інтервалу, а логічному нулю - один імпульс. Очевидно, що це код, що самосинхронізується, що вимагає ще більшої пропускної здатності кабелю, чим навіть манчестерський.
Як середовище передачі в мережі використовується коаксіальний кабель із хвильовим опором 93 Ом, приміром, марки RG-62A/U. Варіанти із крученою парою (екранованою і неекранованою) не одержали широкого поширення. Були запропоновані й варіанти на оптоволоконому кабелі, але й вони також не врятували Arcnet.
Як топологія мережа Arcnet використає класичну шину (Arcnet-BUS), а також пасивну зірку (Arcnet-STAR). У зірці застосовуються концентратори (хабы). Можливе об'єднання за допомогою концентраторів шинних і зоряних сегментів у деревоподібну топологію (як й в Ethernet). Головне обмеження - у топології не повинно бути замкнутих шляхів (петель). Ще одне обмеження: кількість сегментів, з'єднаних послідовним ланцюжком за допомогою концентраторів, не повинна перевищувати трьох.
FDDI (Fiber Distributed Data Interface – розподілений волоконний інтерфейс даних) – специфікація, що описує високошвидкісні мережі з методом доступу із передачею маркера на основі оптоволокна.
Забезпечує зв'язок між мережами різних типів, може використовуватись в MAN, але має обмеження на довжину кільця (не більше 100 км). Виступає в ролі магістральної мережі, до якої можуть підключатись інші менш продуктивні мережі. Має суттєву відмінність від традиційної технології з передачею маркера. Так, певний комп'ютер може захопити маркер на певний проміжок часу і звільнити його одразу після завершення передачі. Тому в даних мережах можлива циркуляція декількох кадрів одночасно. Вибір оптоволокна як середовища передачі визначив такі переваги нової мережі, як висока перешкодозахищеність, максимальна таємність передачі інформації й прекрасна гальванічна розв'язка абонентів. Висока швидкість передачі, що у випадку оптоволоконого кабелю досягається набагато простіше, дозволяє вирішувати багато завдань, недоступних менш швидкісним мережам, наприклад, передачу зображень у реальному масштабі часу. Крім того, оптоволоконий кабель легко вирішує проблему передачі даних на відстань декількох кілометрів без ретрансляції, що дозволяє будувати більші за розмірами мережі, що охоплюють навіть цілі міста й мають при цьому всі переваги локальних мереж (зокрема, низький рівень помилок). Все це визначило популярність мережі FDDI, хоча вона поширена ще не так широко, як Ethernet й Token-Ring. Також для FDDI часто застосовують топологію подвійного кільця. Трафік в такій мережі складається із двох потоків, протилежних за напрямком, по двох кільцях. У разі виходу з ладу одного з них, мережа автоматично переконфігуровується. Одне кільце вважається основним, ним передається інформація в звичайному стані; друге — додатковим, ним дані передаються у разі обриву на першому кільці.