Автор работы: Пользователь скрыл имя, 10 Сентября 2015 в 12:34, курс лекций
Работа содержит конспект лекций по дисциплине «Сетевые технологии».
КС являются сложными программно-аппаратными системами, анализ которых проводится на уровне их архитектуры.
Архитектура ИКС(network architecture) определяется: топологией, протоколами, интерфейсами, сетевыми техническими и сетевыми программными средствами. Таким образом, архитектура сети описывает конкретный стандарт сети – например, Ethernet, Token Ring, Arcnet. Топология(topology) отражает структуру связей между основными компонентами КС. Топология относится к физическому расположению кабеля. Существуют различия между топологиями локальных и глобальных сетей. Топология глобальной сети имеет сложную и неоднородную структуру. Топология локальной сети имеет определенную структуру: линейную, кольцевую, древовидную. Протоколы – правила взаимодействия функциональных элементов сети. Интерфейсы – средства сопряжения функциональных элементов. Сетевые технические средства – устройства, обеспечивающие объединение компьютеров в единую компьютерную сеть. Сетевые программные средства – осуществляют управление работой компьютерной сети и обеспечивают соответствующий интерфейс пользователям.
2.2 Как «выглядит» информация в компьютере.
Для лучшего понимания следующих разделов данной лекции вспомним как «выглядит» информация в компьютере. Из курса информатики мы знаем, что такое система исчисления. Каждая из систем имеет основание, созвучное с ее названием, а именно:
десятичная - (используются цифры 0, 1, ..., 9, основание 10);
двоичная - (используются цифры 0, 1, основание 2);
восьмеричная - (используются цифры 0, 1, ..., 7, основание 8);
шестнадцатеричная - (для первых целых чисел от нуля до девяти используются цифры 0, 1, ..., 9, а для следующих чисел - от десяти до пятнадцати - в качестве цифр используются символы A, B, C, D, E, F, основание 16).
В таблице 2.1 приведены значения первых двух десятков целых чисел в этих системах исчисления.
Люди предпочитают десятичную систему, вероятно, потому, что с древних времен считали по пальцам, а пальцев у людей по десять на руках и ногах. А компьютеры используют двоичную систему потому, что она имеет ряд преимуществ перед другими системами:
Недостаток двоичной системы - быстрый рост числа разрядов, необходимых для записи чисел (См. табл. 2.1 - так для записи 8 в десятичной системе необходим 1 разряд, а в двоичной системе – 4 разряда ). Поэтому для упрощения работы с двоичными машинными кодами были разработаны также восьмеричная и шестнадцатеричная системы исчисления.
Таблица 2.1 Pначения первых двух десятков целых чисел в 10,2,8,16-ричнных системах исчисления
Числа в этих системах требуют соответственно в три (восьмеричная) и в четыре (шестнадцатеричная) раза меньше разрядов, чем в двоичной системе (ведь числа 8 и 16 - соответственно, третья и четвертая степени числа 2).
Перевод восьмеричных и шестнадцатеричных чисел в двоичную систему очень прост: достаточно каждую цифру заменить эквивалентной ей двоичной триадой (тройкой цифр) или тетрадой (четверкой цифр). Например, пользуясь таблицей 2.1 можно перевести 537, 1 в восмеричной системе и 1А3,F в шестнадцатиричной системе в двоичный код.
Чтобы, наоборот, перевести число из двоичной системы в восьмеричную или шестнадцатеричную, его нужно разбить влево и вправо от запятой на триады (для восьмеричной) или тетрады (для шестнадцатеричной) и каждую такую группу заменить соответствующей восьмеричной (шестнадцатеричной) цифрой (См. таблицу 2.1).
Итак, мы сказали, что целые числа в большинстве современных компьютеров представлены в виде двоичного кода. Теперь посмотрим, как выглядит машинное слово. Наименьшая величина информации в компьютере именуется битом. Количество информации в 8 бит называют байтом. С развитием компьютерной техники, стало возможной передача информации не только по байтам, но и целыми машинными словами. Машинное слово состоит из 16 бит или из 2 байт.
Биты нумеруются справа налево начиная с 0.
Все вычисления над битами информации осуществляются по правилам двоичной арифметики. При сложении двух чисел биты складываются по правилам:
Числа со знаком интерпретируются чуть иначе. Бит [15] считается знаковым: 0 - число положительно или равно нулю, 1 - отрицательно. Отрицательные числа хранятся в виде дополнительного кода:
Такой вид обусловлен общеизвестным правилом:
Таким образом, компьютер для передачи, приема или преобразования информации использует только с двоичные коды. Все вычисления внутри компьютер осуществляет по правилам двоичной арифметики, и на выходе результат также представлен двоичным кодом. Но это внутри компьютера, а как же выглядит информация, которая передается по линиям связи в сети? Ведь эти линии - обыкновенные метры кабеля, которые находятся за пределами компьютера, и внутри которых нет никаких вычислительных устройств. Поэтому в следующем разделе рассмотрим проблемы передачи данных по линиям связи.
В вычислительной технике данные представляются двоичным кодом. Внутри компьютера единицам и нулям данных соответствуют дискретные электрические сигналы. По линиям связи данные также передаются в электрическом или оптическом виде. Представление данных в виде электрических или оптических сигналов называется кодированием.
Существуют разные способы кодирования двоичных цифр "1" и "0". Например, потенциальный способ. Этот способ представляет единицу как один уровень напряжения, а нуль - другой уровень напряжения.
Рис. 2.1 Потенциальный способ кодирования.
На этом рисунке, как выглядит логическая "1"-ца представлена электрическим сигналом напряжения +5V, и логический "0" представлен как электрический сигнал напряжением 0V.
Другой способ кодирования электрических сигналов, которым такжесоответствуют логические "0" и "1", - импульсный способ. Этот способ представляет логические "0" и "1" как импульсы, определенной частоты, которые могут быть различной или одной полярности (+ или -).
Рис. 2.2 Импульсный способ кодирования.
Этот способ очень удобный и наглядный, раз импульс пошел вверх - единица, пошел вниз - нуль, и так, сколько логических единиц в сигнале - столько "прямоугольников".
Вот такая цепочка превращений - информация логически представляет собой набор единичек и нулей, которые в свою очередь образуются разными выше описанными способами в виде электрических сигналов. Компьютер, используя простую двоичную арифметику, производит необходимые вычисления, вычисляет результат (результат - это то же набор единиц и нулей) и по своим внутренним линиям обеспечивает передачу результата к определенному своему узлу, приблизительно, таким образом, и происходит работа компьютера.
Аналогичные подходы могут быть использованы для кодирования данных и при передаче их между двумя компьютерами по линиям связи. Однако эти линии связи отличаются по своим электрическим характеристикам от тех, которые существуют внутри компьютера.
Во-первых, линии связи имеют гораздо большую протяженность, в отличие от внутренних линий компьютера.
Во-вторых, линии связи находятся вовне компьютера, в пространстве, где достаточно много источников электромагнитных помех.
Любое, близко расположенное к линиям передач, оборудование (какого особенно много на предприятиях) излучает свои электромагнитные излучения. Передаваемым сигналам (в импульсном или потенциальном виде) тяжело приходится сохранить свою форму, которая имеет информационную сущность, при влиянии таких помех (вспомните, вам ведь трудно говорить, когда рядом тоже все разговаривают). Посторонние электромагнитные сигналы, приводят к значительно большим искажениям прямоугольных импульсов, чем внутри компьютера (например, "заваливанию" фронтов, когда импульсы становятся уже не совсем прямоугольными). Очевидно, что любое искажение импульса приводит к искажению информации в целом, что очень нежелательно.
Поэтому для надежного распознавания импульсов на приемном конце линии связи при передаче данных, внутри и вне компьютера не всегда можно использовать одни и те же скорости и способы кодирования. Например, медленное нарастание фронта импульса из-за высокой емкостной нагрузки линии требует передачи импульсов с меньшей скоростью, для того, чтобы передний и задний фронты соседних импульсов не перекрывались, (См. рис. 2.1) и импульс успел дорасти до требуемого уровня.
Проблемы искажения сигнала в линии, заставили подумать над возможностью другого способа кодирования. В сетях обычно применяют как потенциальное, так и импульсное кодирование дискретных данных, но существует еще один специфический способ представления данных, который никогда не используется внутри компьютера, - модуляция.
1 0 1 1
Рис 2.3. Представление дискретных данных в виде синусоидального сигнала.
При модуляции дискретная информация принимает совсем уже совсем другой вид - вид синусоиды. Теперь информация - синусоидальный сигнал той частоты, которую хорошо передает имеющаяся линия связи.
Потенциальное или импульсное кодирование применяется в каналах высокого качества (которые смогут обеспечить на выходе канала такую же форму импульса, как и на входе). А модуляция на основе синусоидальных сигналов предпочтительнее в том случае, когда канал вносит сильные искажения в передаваемые сигналы. Это чаще наблюдается не в цифровых каналах, а в аналоговых телефонных каналах связи. Телефонные каналы и были разработаны для передачи голоса в аналоговой форме, поэтому они плохо подходят для непосредственной передачи импульсов. Модуляцию часто используют для передачи информации в глобальных сетях, которые используют аналоговые линии связи (мы с вами рассмотрим этот вопрос детальнее в свое время).
Помимо того, что линии между компьютерами находятся в зоне различного характера помех (электромагнитных и механических), они конструктивно выполнены из большого количества проводов. В целях экономии обычно стремятся сократить это количество, используя не параллельную передачу всех бит одного байта или даже нескольких байт, как это делается внутри компьютера, а последовательную, побитную передачу, для которой нужна всего одна пара проводов.
Существует еще одна важная проблема, которая возникает при приеме/передаче информационных сигналов - проблема синхронизации. Для того, чтобы передатчик одного компьютера и приемник другого компьютера смогли синхронно работать, нужно обеспечить их взаимную синхронизацию.
При организации взаимодействия модулей внутри компьютера эта проблема решается с помощью общего тактового генератора определенной частоты.
При связи компьютеров проблема синхронизации может решаться разными способами:
Но даже если точно выполнить все выше названные меры предосторожности: выбрать соответствующую скорость обмена данными, выбрать линии связи с определенными характеристиками, выбрать способ синхронизации приемника и передатчика информации, все равно нельзя быть уверенным, что все биты передаваемой информации смогут достигнуть пункта назначений без единого искажения.
Для повышения надежности передачи данных между компьютерами часто используется один стандартами прием - подсчет контрольной суммы и передача ее по линиям связи после каждого байта или после некоторого блока байтов.
Таким образом, для передачи информации следует перевести байты в биты, представить как импульсы, или как синусоидальный сигнал подсчитать контрольные суммы, синхронизировать работу приемника и передатчика и т.д. Эти все задачи должно выполнять какое-то устройство, на входе которого начальная информация - двоичный сигнал, а на выходе преобразованная информация - соответствующий электромагнитный сигнал.
В вычислительных сетях эту задачу действительно решает определенный класс оборудования. В локальных сетях это самые обыкновенные сетевые адаптеры, а в глобальных сетях - аппаратура передачи данных, например, модемы. Модем от слов - модуляция - демодуляция. Они выполняют модуляцию и демодуляцию дискретных сигналов.
Сетевые адаптеры рассчитаны, как правило, на работу с определенной передающей средой. Передающая среда - коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно и т. п. Каждый тип передающей среды обладает определенными электрическими характеристиками, которые влияют на способ ее использования, и определяет скорость передачи сигналов, способ их кодирования и некоторые другие параметры.
Вот такие вот проблемы могут возникнуть при попытке передачи информации между двумя компьютерами. Видите, что два компьютера, это тоже сеть - она называется вырожденная сеть.
Механизм взаимодействия компьютеров в сети берет свое начало от схемы взаимодействия компьютера с периферийными (внешними) устройствами (мышь, клавиатура, принтер, сканер, модем).
Для обмена данными между компьютером и внешним устройством или другим компьютером предусмотрен внешний интерфейс, т.е. набор проводов, соединяющий компьютер и внешнее устройство, а также протокол, т.е. набор правил обмена по этим проводам.
Информация о работе Конспект лекций по дисциплине «Сетевые технологии»