Учитель информатики

§ 8. Передача информации

В этом параграфе более подробно будут рассмотрены технические системы передачи информации.

В § 2 уже говорилось о том, что первой в истории технической системой передачи информации стал телеграф. В 1876 году американец Александр Белл изобрел телефон. На основании открытия немецким физиком Генрихом Герцем электромагнитных волн (1886 год), А. С. Попов в России в 1895 году и почти одновременно с ним в 1896 году Г. Маркони в Италии изобрели радио. Телевидение и Интернет появились в XX веке.

1.1. Передача информации

Ранее мы уже говорили о том, что передача информации — один из важнейших информационных процессов. Информация передаётся от источника к приёмнику в форме некоторой последовательности сигналов, символов, знаков. Например, при непосредственном разговоре между людьми происходит передача звуковых сигналов — речи; при чтении текста человек воспринимает графические символы — буквы. Передаваемая последовательность сигналов, символов, знаков называется сообщением.

Канал связи (передачи информации) — это система технических средств и среда распространения сигналов для передачи сообщений от источника к приёмнику. При непосредственном общении людей информация передаётся с помощью звуковых волн, при разговоре по телефону — с помощью акустических и электрических сигналов, распространяемых по линиям связи, при чтении — с помощью световых волн.

Любое преобразование информации, идущей от источника, в форму, пригодную для её передачи по каналу связи, называется кодированием. В настоящее время широко используется цифровая связь, когда передаваемая информация преобразуется в двоичный код.

Недостаточное техническое качество каналов связи и некоторые другие причины могут приводить к искажению передаваемого сигнала и потере информации. Во избежание таких ситуаций передаваемый по линии связи код делают избыточным. За счёт этого потеря какой-то части информации при передаче может быть компенсирована. Кроме того, в современных системах цифровой связи все сообщения разбиваются на части (пакеты, блоки). Для каждого блока вычисляется контрольная сумма (сумма двоичных цифр), которая передаётся вместе с данным блоком. В месте приёма заново вычисляется контрольная сумма принятого блока, и если она не совпадает с первоначальной суммой, то передача данного блока повторяется.

На протяжении столетий для передачи писем человечество пользовалось услугами почтовой связи; во второй половине XIX века была изобретена технология передачи звука (телефон); с 30-х годов XX века для передачи изображений стал использоваться телефакс. В наши дни для передачи текстов, изображений, звука и многих других видов информации повсеместно используются компьютерные сети — два и более компьютеров, соединённых линиями передачи информации. С появлением компьютерных сетей стало возможным отправить письмо, которое доходит быстрее, чем телеграмма, получить ответ, узнать последние новости, поговорить с другом, сидящим у компьютера за сотни километров, так, будто он находится в соседней комнате, заказать билет на самолёт или номер в гостинице, «скачать» нужную программу, мелодию или фильм.

Важной характеристикой компьютерной сети является скорость передачи информации, или пропускная способность канала. Эта величина определяется как количество информации в битах в секунду (бит/с) и в производных единицах: килобитах в секунду (1 Кбит/с = 1000 бит/с), мегабитах в секунду (1 Мбит/с = 1000 Кбит/с), гигабитах в секунду (1 Гбит/с = 1000 Мбит/с).

Различают локальные и глобальные компьютерные сети.

Общие принципы построения сетей

Со временем основной целью компьютерных развития сетей (помимо передачи информации) стала цель распределенного использования информационных ресурсов:

1. Периферийных устройств: принтеры, сканеры и т. д.
2. Данных хранящихся в оперативной памяти устройств.
3. Вычислительных мощностей.

Достичь эту цель помогали сетевые интерфейсы. Сетевые интерфейсы это определенная логическая и/или физическая граница между взаимодействующими независимыми объектами.

Сетевые интерфейсы разделяются на:

• Физические интерфейсы (порты).
• Логические интерфейсы (протоколы).

Из определения обычно ничего не ясно. Порт и порт, а что порт?

Начнем с того что порт это цифра. Например 21, 25, 80.

Это число записывается в заголовках протоколов транспортного уровня (об этом ниже). Порт указывает для какой программы предназначен тот или иной пакет (грубо говоря та или иная информация). Например, http-сервер работает через порт 80. Когда вы открываете браузер, вы отправляете запрос на веб-сервер через 80 порт и сервер понимает что это http запрос и вам нужен сервер который передаст вам страницу в формате html (ответ сервера).

Протокол

Протокол, например TCP/IP это адрес узла (компьютера) с указанием порта и передаваемых данных. Например что бы передать информацию по протоколу TCP/IP нужно указать следующие данные:

Адрес отправителя (Source address):
IP: 82.146.49.11
Port: 2049
Адрес получателя (Destination address):
IP: 195.34.32.111
Port: 53
Данные пакета:
…
Благодаря этим данным информация будет передана на нужный узел.

Беспроводные устройства

Существует несколько типов беспроводных соединений, которые позволяют таким устройствам как ноутбуки, планшеты, телефоны, смарт-телевизоры, автомобили и так далее, обмениваться данными. Наиболее популярными являются Wi-Fi-соединение, официально известное как стандарт IEEE 802.11, и мобильная сеть 5G. Они основаны на разных технологиях и протоколах, однако обеспечивают еще один способ передачи сигнала от устройства пользователя к интернет-провайдеру. Данные достигают интернет-провайдера, а затем процесс выглядит как обычное интернет-соединение.

Еще одной развивающейся технологией является спутниковый доступ в интернет. Он может быть полезен там, где интернет-кабели недоступны. В настоящее время проекты спутникового интернета развивают целый ряд крупных компаний: SpaceX, OneWeb, Amazon.

Локальные компьютерные сети

Локальные компьютерные сети (LAN — Local Area Network) сейчас распространены повсеместно. Ими пользуются дома, на работе, в магазинах, в офисных и торговых центрах. Даже если вы далеки от IT, вам стоит иметь представление о том, что это такое и как это можно настроить.

Основные характеристики локальных сетей

Локальная сеть подходит для использования на ограниченной территории — например, в квартире, офисе или целом здании, но не более. Она обеспечивает быструю (до 100 Мбит/с) передачу данных между узлами сети. Это позволяет пользователю локалки, например, использовать удалённый диск со скоростью, сравнимой с использованием HDD на своём компьютере.

В локальных сетях используются высококачественные линии связи. Наиболее распространены сейчас медные витые пары и оптоволоконные кабели. Это даёт возможность отказаться от подтверждения получения пакета, модуляции и некоторых других методов, которые снижают скорость передачи и усложняют использование сети.

Локальная сеть предполагает совместное использование каналов. Это означает, что одним и тем же каналом связи могут пользоваться разные узлы сети. Более подробно на последовательности передачи данных мы остановимся в разделе, посвящённом топологии сети.

Вообще каналы передачи данных предполагают наличие как минимум двух каналов связи — один работает на приём, другой — на отправку. Раньше это осуществлялось подключением двух физических проводов. Но с приходом витых медных пар и оптоволокна, которые способны как отдавать, так и принимать сигнал, такой подход стал менее популярен.

Всё вышеперечисленное даёт локальной сети ряд преимуществ:

• быструю передачу данных;
• относительную простоту настройки;
• низкая сложность методов передачи;
• возможность использования дорогой сетевой среды.

Но у локальной сети есть и минус — слабая масштабируемость. Вместе с увеличением количества узлов и протяжённости линий резко снижается скорость передачи данных.

Таблица: отличия локальных сетей от глобальных

• модуляция,
• асинхронные методы,
• сложные методы контрольного суммирования,
• квитирование,
• повторные передачи искажённых кадров.

Виды локальных сетей

Локальные сети обычно делят на две большие категории — одноранговые и иерархические (то есть созданные на базе серверов).

Одноранговая локалка подразумевает «равноправие» всех оконечных узлов. Это означает, что пользователь каждого компьютера, подключённого к сети, может получать доступ ко всем открытым файлам и папкам и самостоятельно решать, какие файлы и папки открывать на своём компьютере. В домашних условиях одноранговая система — самая предпочтительная. Её недостаток — низкий уровень безопасности, поэтому в офисах её лучше не использовать.

Иерархическая локальная сеть обязательно имеет в своей структуре сервер, который занимается:

• администрированием сети;
• подключением периферийных устройств (например, сетевых принтеров);
• хранением основной информации сети;
• разработкой маршрутов передачи данных внутри сети.

В иерархической сети администратор определяет, какие файлы и папки «расшарить», кто из клиентов будет иметь к ним доступ и так далее. В корпоративных условиях локалка на базе сервера — оптимальный вариант.

Топология локальных сетей

Топология — это то, как и в каком порядке устройства сети связываются между собой и передают данные. Рассмотрим возможные виды физической топологии, указав плюсы и минусы каждого:

шинная. Эта физическая топология появилась раньше всех. Она работает по следующему принципу — к одному длинному кабелю с помощью трансиверов подсоединяются все устройства сети. На его концах устанавливают терминаторы с сопротивлением 50 Ом, чтобы сигнал не отражался в кабеле. Любой сигнал или пакет данных, отправленный одним из компьютеров сети, направляется на все остальные. Только после приёма пакета элемент сети проверяет, ему ли адресовано «сообщение». Если да, то продолжает обработку. А если нет — отбрасывает и заканчивает работу с этим пакетом. Сейчас такую топологию почти не применяют из-за низкой отказоустойчивости. Любое повреждение основного кабеля приводило к полной неисправности всей сети;

До сих пор широко известна шутка про уборщицу, которая одной шваброй может положить всю сеть — это именно про шинную локалку

Обычно компьютеры в кольцевой сети соединяли сразу двумя кабелями — один был основным, а другой — резервным

Такой тип сети настраивается проще всего, а потому часто используется в качестве домашней локалки

Полносвязная сеть — самая надёжная, но и самая дорогая

Смешанная топология использует уже рассмотренные методы соединения

Элементы локальной сети

Теперь рассмотрим наиболее распространённые элементы, которые можно подключить к локальной сети:

• ПК. В сетевой терминологии подключённый компьютер называют рабочей станцией. Он может быть:
  • сервером, то есть руководить обслуживанием сети. Стоит иметь в виду, что фактически сервер — это программное обеспечение установленное на компьютере. Однако для удобства так стали называть и сами ПК, на которых стоят серверные программы. В крупных локалках рекомендуется выделять отдельные ПК под серверы баз данных и файловые серверы, поскольку скорость передачи данных ограничивается вычислительной мощностью компьютера-сервера. По этой же причине сервер оснащают как можно большим объёмом дисковой и оперативной памяти. Этот ПК, как правило, работает безостановочно, чтобы у клиентов был доступ к информации и сети в любое время. Сервер обычно имеет статичный адрес в сети;
  • клиентом, то есть пользоваться услугами сети, но не иметь доступа к её администрированию. Эти ПК часто имеют динамические адреса, хотя могут обладать и прописанными статическими, как и серверы. Клиенты обращаются к серверу для получения файлов и «общения» с другими компьютерами;

  Все рассмотренные выше элементы — оконечные. Не будем забывать и о промежуточных узлах. Ими могут быть:

  • концентраторы. Эти элементы получают информацию от оконечных узлов сети, а затем передают её всем остальным ПК. При этом концентратор «не знает», какому клиенту адресован запрос, а потому направляет пакет данных сразу всем. Компьютеры уже при получении данных определяют, обрабатывать пакет или нет. Концентраторы лучше не использовать в больших локальных сетях, отдавая предпочтение свитчам;
  • свитчи (коммутаторы). Такой элемент способен определить, кому перенаправить пакет данных, а потому способны сэкономить много трафика, направляя запрос прицельно его адресату;
  • репитеры (повторители). Эти элементы нужны для больших площадей — они позволяют восстановить ослабившийся сигнал и продолжить его передачу с новой силой;
  • хабы. Это те же репитеры, только позволяющие обслуживать сразу несколько компьютеров сети;
  • маршрутизаторы наиболее часто используются в домашних локальных сетях. Эти устройства занимаются «прокладкой маршрута» для пакетов данных — они находят получателя среди узлов и переправляют пакет ему. Их ещё часто называют роутерами.

  Сетевую среду же образуют кабели и беспроводное соединение (радиоволны). Первые обычно представлены медными витыми парами. Они позволяют добиться неплохой скорости, и к тому же недороги. Нередко можно встретить и оптоволокно — оно позволяет добиться максимальной скорости соединения благодаря световым импульсам.

  

  Медная витая пара — самый популярный способ проводного соединения

  Четвертый уровень, транспортный (transport layer, L4)

  

  Все семь уровней модели OSI можно условно разделить на две группы:

  • Media layers (уровни среды),
  • Host layers (уровни хоста).

  Уровни группы Media Layers (L1, L2, L3) занимаются передачей информации (по кабелю или беспроводной сети), используются сетевыми устройствами, такими как коммутаторы, маршрутизаторы и т.п. Уровни группы Host Layers (L4, L5, L6, L7) используются непосредственно на устройствах, будь то стационарные компьютеры или портативные мобильные устройства.

  Четвертый уровень — это посредник между Host Layers и Media Layers, относящийся скорее к первым, чем к последним, его главной задачей является транспортировка пакетов. Естественно, при транспортировке возможны потери, но некоторые типы данных более чувствительны к потерям, чем другие. Например, если в тексте потеряются гласные, то будет сложно понять смысл, а если из видеопотока пропадет пара кадров, то это практически никак не скажется на конечном пользователе. Поэтому, при передаче данных, наиболее чувствительных к потерям на транспортном уровне используется протокол TCP, контролирующий целостность доставленной информации.

  Для мультимедийных файлов небольшие потери не так важны, гораздо критичнее будет задержка. Для передачи таких данных, наиболее чувствительных к задержкам, используется протокол UDP, позволяющий организовать связь без установки соединения.

  При передаче по протоколу TCP, данные делятся на сегменты. Сегмент — это часть пакета. Когда приходит пакет данных, который превышает пропускную способность сети, пакет делится на сегменты допустимого размера. Сегментация пакетов также требуется в ненадежных сетях, когда существует большая вероятность того, что большой пакет будет потерян или отправлен не тому адресату. При передаче данных по протоколу UDP, пакеты данных делятся уже на датаграммы. Датаграмма (datagram) — это тоже часть пакета, но ее нельзя путать с сегментом.

  Главное отличие датаграмм в автономности. Каждая датаграмма содержит все необходимые заголовки, чтобы дойти до конечного адресата, поэтому они не зависят от сети, могут доставляться разными маршрутами и в разном порядке. Датаграмма и сегмент — это два PDU транспортного уровня модели OSI. При потере датаграмм или сегментов получаются «битые» куски данных, которые не получится корректно обработать.

  Первые четыре уровня — специализация сетевых инженеров, но с последними тремя они не так часто сталкиваются, потому что пятым, шестым и седьмым занимаются разработчики.

  Кратко о компьютерных сетях

  Компьютерная (или же вычислительная) сеть позволяет соединить несколько различных устройств в одну систему, внутри которой может происходить обмен данными. Главными элементами таких сетей являются компьютеры, но в них также могут участвовать и принтеры, сетевое оборудование, серверы, хранилища, телевизоры, телефоны и другие устройства. Все эти устройства называются оконечными узлами. Но в сети также присутствуют и промежуточные элементы — это различные маршрутизаторы, роутеры, модемы, точки беспроводного доступа, коммутаторы. Всё это соединяется между собой с помощью так называемой сетевой среды. Сетевая среда — это оптоволоконные кабели, радиоволны Wi-Fi, витые пары, с помощью которых все устройства подключаются к сети и взаимодействуют между собой.

  

  Из этих трёх типов элементов состоит любая компьютерная сеть

  Компьютерные сети бывают локальными (LAN) и глобальными (WAN). В чём между ними ключевая разница? Первые располагаются на ограниченной территории (обычно не выходя за пределы одного здания), а вторые могут распространяться на куда большую площадь — расстояние между узлами может составлять сотни и тысячи километров. Нас как пользователей сейчас больше интересуют локальные компьютерные сети — именно их мы разворачиваем дома, ими пользуемся на работе или на учёбе.

  Стоит отметить, что различия между локальными и глобальными компьютерными сетями потихоньку стираются. Это связано с улучшением и тех, и других. Возможно, в ближайшем будущем между ними уже не будет значительной разницы.

  Дополнительно можно выделить городские компьютерные сети — MAN (Metropolitan Area Network). Они отличаются от WAN, прежде всего, площадью покрытия и занимают, как нетрудно догадаться, один город. MAN предоставляет услуги кабельного телевещания, телефонии, а также является точкой опоры для провайдеров.

  Классификация компьютерных сетей по размеру

  Другим признаком классификации сетей является их размер. На рис. ниже приведена классификация мультипроцессорных систем в зависимости от их размеров. В верхней строке таблицы помещаются персональные сети, то есть сети, предназначенные для одного человека. Примером может служить беспроводная сеть, соединяющая компьютер, мышь, клавиатуру и принтер. Устройство типа PDA, контролирующее работу слухового аппарата или являющееся кардиостимулятором, тоже попадает в эту категорию. Далее в таблице следуют более протяженные сети. Их можно разделить на следующие типы: локальные, муниципальные и глобальные сети. И замыкают таблицу объединения двух и более сетей. Хорошо известным примером такого объединения выступает Интернет. Размеры сетей являются весьма важным классификационным фактором, поскольку в сетях различного размера применяется различная техника.

  

  Классификация многопроцессорных систем по размеру

  Локальные сети

  Локальными сетями (Local Area Network — LAN) называют частные сети, размещающиеся, как правило, в одном здании или на территории какой-либо организации площадью до нескольких квадратных километров. Их часто используют для объединения компьютеров и рабочих станций в офисах компании или предприятия для предоставления совместного доступа к ресурсам (например, принтерам) и обмена информацией. Локальные сети отличаются от других сетей тремя характеристиками:

  • размерами,
  • технологией передачи данных,
  • топологией.

  Локальные сети ограничены в размерах — это означает, что время пересылки пакета ограничено сверху и этот предел заранее известен. Знание этого предела позволяет применять определенные типы разработки, которые были бы невозможны в противоположном случае. Кроме того, это упрощает управление локальной сетью.

  

  Локальная сеть на основе концентратора

  Локальная сеть создается для того, чтобы:

  • функционировать в ограниченной географической области;
  • обеспечить доступ многих пользователей к передающей среде с широкой полосой пропускания;
  • обеспечить постоянную доступность удаленных ресурсов, подсоединенных к локальным службам;
  • обеспечить физическое соединение смежных сетевых устройств.

  Типичными технологиями локальных сетей являются следующие:

  В локальных сетях часто применяется технология передачи данных, состоящая из единственного кабеля, к которому присоединены все машины. Это подобно тому, как раньше в сельской местности использовались телефонные линии. Обычные локальные сети имеют пропускную способность канала связи от 10 до 100 Мбит/с, невысокую задержку (десятые доли микросекунды) и очень мало ошибок. Наиболее современные локальные сети могут обмениваться информацией на более высоких скоростях, доходящих до 10 Гбит/с.

  В широковещательных локальных сетях могут применяться различные топологические структуры. На рис. ниже показаны две из них. В сети с общей шиной (линейный кабель) в каждый момент одна из машин является хозяином шины (master) и имеет право на передачу.

  

  Широковещательные сети: шина (а); кольцо (б)

  Все остальные машины должны в этот момент воздержаться от передачи. Если две машины захотят что-нибудь передавать одновременно, то возникнет конфликт, для разрешения которого требуется специальный механизм. Этот механизм может быть централизованным или распределенным. Например, стандарт IEEE 802.3, называемый Ethernet, описывает широковещательную сеть с топологией общей шины с децентрализованным управлением, работающую на скоростях от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с. Компьютеры в сети Ethernet могут выполнять передачу в любое время. При столкновении двух или более пакетов каждый компьютер просто ждет в течение случайного интервала времени, после которого снова пытается передать пакет.

  Вторым типом широковещательных сетей является кольцо. В кольце каждый бит передается по цепочке, не ожидая остальной части пакета. Обычно каждый бит успевает обойти все кольцо, прежде чем будет передан весь пакет. Как и во всех широковещательных сетях, требуется некая система арбитража для управления доступом к линии. Применяемые для этого методы будут описаны далее в этой книге. Стандарт IEEE 802.5 (маркерное кольцо) описывает популярную кольцевую локальную сеть, работающую на скоростях 4 и 16 Мбит/с. Еще одним примером кольцевой сети является FDDI (оптоволоконная сеть).

  В зависимости от способа назначения канала широковещательные сети подразделяются на статические и динамические. При статическом назначении используется циклический алгоритм и все время делится между всеми машинами на равные интервалы, так что машина может передавать данные только в течение выделенного ей интервала времени. При этом емкость канала расходуется неэкономно, так как временной интервал предоставляется машинам независимо от того, есть им что сказать или нет. Поэтому чаще используется динамическое (то есть по требованию) предоставление доступа к каналу.

  Методы динамического предоставления доступа к каналу также могут быть централизованными либо децентрализованными. При централизованном методе предоставления доступа к каналу должен существовать арбитр шины, определяющий машину, получающую право на передачу. Арбитр должен принимать решение на основании получаемых запросов и некоего внутреннего алгоритма. При децентрализованном методе каждая машина должна сама решать, передавать ей что-нибудь или нет. Можно подумать, что подобный метод обязательно приводит к беспорядку, однако это не так.

  Муниципальные, региональные или городские сети

  Муниципальные, региональные или городские сети (metropolitan area network — MAN) объединяют компьютеры в пределах города. Самым распространенным примером муниципальной сети является система кабельного телевидения. Она стала правопреемником обычных антенных телесетей в тех местах, где по тем или иным причинам качество эфира было слишком низким. Общая антенна в этих системах устанавливалась на вершине какого-нибудь холма, и сигнал передавался в дома абонентов.

  Вначале стали появляться специализированные, разработанные прямо на объектах сетевые структуры. Затем компании-разработчики занялись продвижением своих систем на рынке, начали заключать договоры с городским правительством и в итоге охватили целые города. Следующим шагом стало создание телевизионных программ и даже целых каналов, предназначенных только для кабельного телевидения. Зачастую они представляли какую-то область интересов. Можно было подписаться на новостной канал, спортивный, посвященный кулинарии, сацу-огороду и т. д. До конца 90-х годов эти системы были предназначены исключительно для телевизионного приема.

  Когда Интернет стал привлекать к себе массовую аудиторию, операторы кабельного телевидения поняли, что, внеся небольшие изменения в систему, можно сделать так, чтобы по тем же каналам в неиспользуемой части спектра передавались (причем в обе стороны) цифровые данные. С этого момента кабельное телевидение стало постепенно превращаться в муниципальную компьютерную сеть. В первом приближении систему MAN можно представить себе такой, как она изображена на рис. ниже. На этом рисунке видно, что по одним и тем же линиям передается и телевизионный, и цифровой сигналы. Во входном устройстве они смешиваются и передаются абонентам. Мы еще вернемся к этому вопросу позднее.

  

  Муниципальная сеть на базе кабельного ТВ

  Впрочем, муниципальные сети — это не только кабельное телевидение. Недавние разработки, связанные с высокоскоростным беспроводным доступом в Интернет, привели к созданию других MAN, которые описаны в стандарте IEEE 802.16.

  MAN-сеть может быть создана с использованием беспроводной мостовой технологии путем передачи сигналов через открытые телекоммуникационные инфраструктуры. Широкая полоса пропускания, предоставляемая доступными в настоящее время оптическими каналами, делает MAN-сети более функциональным и экономически доступным средством, чем раньше. MAN-сети отличаются от LAN- и WAN-сетей следующими функциями:

  • MAN-сети соединяют друг с другом пользователей, находящихся в географической зоне или области большей, чем область LAN-сети, но меньшей, чем WAN-сети;
  • MAN-сети соединяют сети города в одну сеть большего размера (которая может также обеспечивать эффективное соединение с WAN-сетью);
  • MAN-сети также используются для соединения между собой нескольких локальных сетей LAN путем создания мостовых соединений через магистральные линии.

  

  Сеть масштаба города

  Глобальные сети

  Глобальная сеть (wide area network — WAN) охватывает значительную географическую область, часто целую страну или даже континент. Она объединяет машины, предназначенные для выполнения программ пользователя (то есть приложений). Мы будем следовать традиционной терминологии и называть эти машины хостами. Хосты соединяются коммуникационными подсетями, называемыми для краткости просто подсетями. Хосты обычно являются собственностью клиентов (то есть просто клиентскими компьютерами), в то время как коммуникационной подсетью чаще всего владеет и управляет телефонная компания или поставщик услуг Интернета. Задачей подсети является передача сообщений от хоста хосту, подобно тому как телефонная система переносит слова от говорящего слушающему. Таким образом, коммуникативный аспект сети (подсеть) отделен от прикладного аспекта (хостов), что значительно упрощает структуру сети.

  

  Распределенная сеть (WAN)

  Распределенные сети WAN предназначены для выполнения следующих функций:

  • осуществления связи в больших, географически разделенных областях;
  • предоставления пользователям возможности коммуникации в реальном времени с другими пользователями;
  • непрерывного обеспечения доступа к удаленным ресурсам через соединения с локальными службами;
  • обеспечения службы электронной почты, World Wide Web, передачи файлов и средств электронной коммерции в сети Internet.

  Типовые технологии распределенных сетей включают в себя:

  • соединения через модемы;
  • цифровую сеть с комплексным обслуживанием (Integrated Services Digital Network — ISDN);
  • цифровые абонентские каналы (Digital Subscriber Line — DSL);
  • технологию, основанную на использовании протокола Frame Relay;
  • линии носителей T-типа (США) и E-типа (Европа) — T1, E1, T3, E3 и т.д.;
  • синхронную оптическую сеть (Synchronous Optical Network — SONET) — синхронный транспортный сигнал 1-го уровня (STS-1) (оптический носитель
  • [OC]-1), STS-3 (OC-3) и т.д.

  В большинстве глобальных сетей подсеть состоит из двух раздельных компонентов: линий связи и переключающих элементов. Линии связи, также называемые каналами или магистралями, переносят данные от машины к машине. Переключающие элементы являются специализированными компьютерами, используемыми для соединения трех или более линий связи. Когда данные появляются на входной линии, переключающий элемент должен выбрать выходную линию — дальнейший маршрут этих данных. В прошлом для названия этих компьютеров не было стандартной терминологии. Сейчас их называют маршрутизаторами (router).

  В модели, показанной на рис. ниже, каждый хост соединен с локальной сетью, в которой присутствует маршрутизатор, хотя в некоторых случаях хост может быть связан с маршрутизатором напрямую. Набор линий связи и маршрутизаторов (но не хостов) образует подсеть.

  

  Связь хостов и подсети в ЛВС

  Следует также сделать замечание по поводу термина «подсеть» (subnet). Изначально его единственным значением являлся набор маршрутизаторов и линий связи, используемый для передачи пакета от одного хоста к другому. Однако спустя несколько лет этот термин приобрел второй смысл, связанный с адресацией в сети. Таким образом, имеется некая двусмысленность, связанная с термином «подсеть». К сожалению, этому термину в его изначальном смысле нет никакой альтернативы, поэтому нам придется использовать его в обоих смыслах. По контексту всегда будет ясно, что имеется в виду.

  Большинство глобальных сетей содержат большое количество кабелей или телефонных линий, соединяющих пару маршрутизаторов. Если какие-либо два маршрутизатора не связаны линией связи напрямую, то они должны общаться при помощи других маршрутизаторов. Когда пакет посылается от одного маршрутизатора другому через несколько промежуточных маршрутизаторов, он получается каждым промежуточным маршрутизатором целиком, хранится на нем, пока требуемая линия связи не освободится, а затем пересылается дальше. Подсеть, работающая по такому принципу, называется подсетью с промежуточным хранением (store-and-forward) или подсетью с коммутацией пакетов (packet-switched). Почти у всех глобальных сетей (кроме использующих спутники связи) есть подсети с промежуточным хранением. Небольшие пакеты фиксированного размера часто называют ячейками (cell).

  О принципе организации сетей с коммутацией пакетов стоит сказать еще несколько слов, поскольку они используются очень широко. В общем случае, когда у процесса какого-нибудь хоста появляется сообщение, которое он собирается отправить процессу другого хоста, первым делом отправляющий хост разбивает последовательность на пакеты, каждый из которых имеет свой порядковый номер. Пакеты один за другим направляются в линию связи и по отдельности передаются по сети. Принимающий хост собирает пакеты в исходное сообщение и передает процессу. Продвижение потока пакетов наглядно показано на рис. ниже.

  

  Маршрутизация пакетов в глобальной компьютерной сети

  На рисунке видно, что все пакеты следуют по пути АСЕ, а не ABDE или ACDE. В некоторых сетях путь всех пакетов данного сообщения вообще является строго определенным. В других сетях путь пакетов может прокладываться независимо.

  Решения о выборе маршрута принимается на локальном уровне. Когда пакет приходит на маршрутизатор А, именно последний решает, куда его перенаправить — на В или на С. Метод принятия решения называется алгоритмом маршрутизации. Их существует огромное множество.

  Не все глобальные сети используют коммутацию пакетов. Второй возможностью соединить маршрутизаторы глобальной сети является радиосвязь с использованием спутников. Каждый маршрутизатор снабжается антенной, при помощи которой он может принимать и посылать сигнал. Все маршрутизаторы могут принимать сигналы со спутника, а в некоторых случаях они могут также слышать передачи соседних маршрутизаторов, передающих данные на спутник. Иногда все маршрутизаторы соединяются обычной двухточечной подсетью, и только некоторые из них снабжаются спутниковой антенной. Спутниковые сети являются широковещательными и наиболее полезны там, где требуется широковещание.

  В этой записи были использованы материалы книги Э. Танненбаума «Компьютерные сети», 4-е издание.