ТЕМА 10 МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ Введение Пересылка

ТЕМА 10. МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Введение Пересылка данных в вычислительных сетях от одного компьютера к другому осуществляется последовательно, бит за битом. Физически биты данных передаются по каналам передачи данных в виде аналоговых или цифровых сигналов. Совокупность средств (линий связи, аппаратуры передачи и приема данных), служащая для передачи данных в вычислительных сетях, называется каналом передачи данных.

Физическая передача данных в сетях В зависимости от типа аппаратуры и способа представления информации электрическими сигналами каналы связи делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых каналах аппаратура предназначена для усиления аналоговых сигналов, имеющих непрерывный диапазон значений. В цифровых каналах сигналы имеют конечное число состояний.

Физическая передача данных в сетях Элементарный сигнал, передаваемый за один такт работы передающей аппаратуры, имеет 2 или 3 состояния, которые передаются в линию связи импульсами прямоугольной формы. Таким способом в настоящее время передаются как данные, так и оцифрованная речь и изображение. В цифровых каналах для передачи данных применяют самосинхронизирующиеся коды, а для передачи аналоговых сигналов – кодовоимпульсную модуляцию.

Физическая передача данных в сетях При передаче данных реализуются те или иные методы: представления двоичных 1 и 0 с помощью импульсных или синусоидальных сигналов в линиях связи различной физической природы, обнаружения и коррекции ошибок, коммутации и компрессии данных.

Физическая передача данных в сетях Способы физического кодирования данных (в компьютере и в сети)

Способы физического кодирования данных Представление данных в виде электрических или оптических сигналов называют кодированием. Существуют различные способы кодирования двоичных цифр 1 и 0, например: потенциальный - единице соответствует один уровень напряжения, а нулю – другой, импульсный - цифры представляются импульсами различной или одной полярности. При организации связи между компьютерами могут использоваться аналогичные подходы для кодирования данных, однако эти линии связи отличаются по своим электрическим характеристикам от тех, которые существуют внутри компьютера.

Способы физического кодирования данных Проблемы, которые необходимо решать при передаче сигналов: 1. Выбор способа кодирования и скорости передачи данных. 2. Синхронизация передатчика (ПД) одного компьютера с приемником (ПР) другого. 3. Меры повышения надежности передачи данных – способ кодирования должен обладать способностью распознавать ошибки и низкой стоимостью реализации.

Способы физического кодирования данных Эти задачи решают: в локальных сетях - сетевые адаптеры (СА); в глобальных – аппаратура передачи данных, к которой относятся, например, устройства, выполняющие модуляцию и демодуляцию дискретных сигналов - модемы.

Способы физического кодирования данных

Способы физического кодирования данных

Способы физического кодирования данных

Методы передачи данных При обмене данными между узлами вычислительных сетей используются три метода передачи данных: симплексная (однонаправленная) передача (телевидение, радио); полудуплексная (прием/передача информации осуществляется поочередно); дуплексная (двунаправленная), каждый узел одновременно передает и принимает данные (например, переговоры по телефону).

Методы передачи данных Прежде чем послать данные в вычислительную сеть, посылающий узел данных разбивает их на небольшие блоки, называемые пакетами данных. На узле–получателе пакеты накапливаются и выстраиваются в должном порядке для восстановления исходного вида.

Методы передачи данных В составе любого пакета должна присутствовать следующая информация: данные или информация, предназначенная для передачи по сети; адрес, указывающий место назначения пакета. Каждый узел сети имеет адрес. Кроме того, адрес имеет и приложение. Адрес приложения необходим для того, чтобы идентифицировать, какому именно приложению принадлежит пакет; управляющие коды – это информация, которая описывает размер и тип пакета. Управляющие коды включают в себя также коды проверки ошибок и другую информацию.

Методы передачи данных Структура пакета данных

Методы передачи данных Чаще всего пакет содержит в себе следующие основные поля или части: Стартовая комбинация битов или преамбула, которая обеспечивает предварительную настройку аппаратуры адаптера или другого сетевого устройства на прием и обработку пакета. Это поле может полностью отсутствовать или же сводиться к единственному стартовому биту. Сетевой адрес (идентификатор) принимающего абонента, то есть индивидуальный или групповой номер, присвоенный каждому принимающему абоненту в сети. Этот адрес позволяет приемнику распознать пакет, адресованный ему лично, группе, в которую он входит, или всем абонентам сети одновременно (при широком вещании).

Методы передачи данных Сетевой адрес (идентификатор) передающего абонента, то есть индивидуальный номер, присвоенный каждому передающему абоненту. Этот адрес информирует принимающего абонента, откуда пришел данный пакет. Включение в пакет адреса передатчика необходимо в том случае, когда одному приемнику могут попеременно приходить пакеты от разных передатчиков. Служебная информация, которая может указывать на тип пакета, его номер, размер, формат, маршрут его доставки, на то, что с ним надо делать приемнику и т. д.

Методы передачи данных Данные ( поле данных) – это та информация, ради передачи которой используется пакет. В отличие от всех остальных полей пакета поле данных имеет переменную длину, которая, собственно, и определяет полную длину пакета. Существуют специальные управляющие пакеты, которые не имеют поля данных. Их можно рассматривать как сетевые команды. Пакеты, включающие поле данных, называются информационными пакетами. Управляющие пакеты могут выполнять функцию начала и конца сеанса связи, подтверждения приема информационного пакета, запроса информационного пакета и т. д.

Методы передачи данных Контрольная сумма пакета – это числовой код, формируемый передатчиком по определенным правилам и содержащий в свернутом виде информацию обо всем пакете. Приемник, повторяя вычисления, сделанные передатчиком, с принятым пакетом, сравнивает их результат с контрольной суммой и делает вывод о правильности или ошибочности передачи пакета. Если пакет ошибочен, то приемник запрашивает его повторную передачу. Обычно используется циклическая контрольная сумма (CRC).

Методы передачи данных Стоповая комбинация - служит для информирования аппаратуры принимающего абонента об окончании пакета, обеспечивает выход аппаратуры приемника из состояния приема. Это поле может отсутствовать, если используется самосинхронизирующийся код, позволяющий определять момент окончания передачи пакета.

Коммутация в компьютерных сетях Существует три принципиально различные схемы коммутации в вычислительных сетях: коммутация каналов; коммутация пакетов; коммутация сообщений.

Коммутация в компьютерных сетях При коммутации каналов устанавливается соединение между передающей и принимающей стороной в виде непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами. Затем сообщение передается по образованному каналу.

Коммутация в компьютерных сетях Общая структура сети с коммутацией абонентов

Коммутация в компьютерных сетях Достоинства коммутации каналов: 1. Постоянная и известная скорость передачи данных по установленному между конечными узлами каналу. Это дает пользователю сети возможности на основе заранее произведенной оценки необходимой для качественной передачи данных пропускной способности установить в сети канал нужной скорости. 2. Низкий и постоянный уровень задержки передачи данных через сеть. Это позволяет качественно передавать данные, чувствительные к задержкам— голос, видео, различную технологическую информацию.

Коммутация в компьютерных сетях Коммутация пакетов была специально разработана для эффективной передачи компьютерного трафика. Первые шаги на пути создания компьютерных сетей на основе техники коммутации каналов показали, что этот вид коммутации не позволяет достичь высокой общей пропускной способности сети. Типичные сетевые приложения генерируют трафик очень неравномерно, с высоким уровнем пульсации скорости передачи данных.

Коммутация в компьютерных сетях Передача пакетов осуществляется аналогично передаче сообщений, но так как размер пакета значительно меньше блока сообщения, то достигается быстрая его обработка промежуточным коммуникационным оборудованием. Поэтому канал передачи данных занят только во время передачи пакета и по ее завершению освобождается для передачи других пакетов. Шлюзы и маршрутизаторы, принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их другу, а в конечном итоге станции назначения. Данный вид передачи данных является стандартом для сети Интернет.

Коммутация в компьютерных сетях

Коммутация в компьютерных сетях Достоинства коммутации пакетов 1. Высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика. 2. Возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи между абонентами в соответствии с реальными потребностями их трафика. Недостатки коммутации пакетов 1. Неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети, обусловленная тем, что задержки в очередях буферов коммутаторов сети зависят от общей загрузки сети. 2. Переменная величина задержки пакетов данных, которая может быть достаточно продолжительной в моменты мгновенных перегрузок сети. 3. Возможные потери данных из-за переполнения буферов.

Коммутация в компьютерных сетях Сравнение коммутации каналов и коммутации пакетов Коммутация каналов Коммутация пакетов Гарантированная пропускная способность (полоса) для взаимодействующих абонентов Пропускная способность сети для абонентов неизвестна, задержки передачи носят случайный характер Сеть может отказать абоненту в установлении соединения Сеть всегда готова принять данные от абонента Трафик реального времени передается без задержек Ресурсы сети используются эффективно при передаче пульсирующего трафика Адрес используется только на этапе установления соединения Адрес передается с каждым пакетом

Коммутация в компьютерных сетях Коммутация сообщений – процесс пересылки данных, включающий прием, хранение, выбор исходного направления и дальнейшую передачу блоков сообщений (без разбивки на пакеты). При коммутации сообщений блоки сообщений передаются последовательно от одного промежуточного узла к другому с временной буферизацией их на дисках каждого узла, пока не достигнут адресата. При этом новая передача может начаться только после того, как весь блок будет принят. Ошибка при передаче повлечет новую повторную передачу всего блока.

Компрессия данных при передаче Компрессия(сжатие) данных применяется для сокращения времени их передачи. Так как на компрессию данных передающая сторона тратит дополнительное время, к которому нужно еще прибавить аналогичные затраты времени на декомпрессию этих данных принимающей стороной, то выгоды от сокращения времени на передачу сжатых данных обычно бывают заметны только для низкоскоростных каналов. Многие программные и аппаратные средства сети способны выполнять динамическую компрессию данных в отличие от статической, когда данные предварительно компрессируются (например, с помощью популярных архиваторов типа Win. Zip), а уже затем отсылаются в сеть. .

Компрессия данных при передаче Многие модели коммуникационного оборудования, такие как модемы, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы, поддерживают протоколы динамической компрессии, позволяющие сократить объем передаваемой информации в 4, а иногда и в 8 раз. В таких случаях говорят, что протокол обеспечивает коэффициент сжатия 1: 4 или 1: 8. Существуют стандартные протоколы компрессии, a также большое количество нестандартных, фирменных протоколов. Реальный коэффициент компрессии зависит от типа передаваемых данных, так, графические и текстовые данные обычно сжимаются хорошо, а коды программ - хуже.