Физические аспекты передачи данных

Взаимодействие ПК с ПУ

Взаимодействие 2-х ПК

Сетевые службы и приложения

Физические аспекты передачи данных

1. Взаимодействие ПК с ПУ

ПК и ПУ соединяются друг с другом посредством физического интерфейса, представляющего собой совокупность аппаратных и программных средств для реализации задачи обмена данными, а также набора правил обмена информацией.

Физический интерфейс реализуется со стороны компьютера контроллером ПУ и специальной программой драйвером, управляющей этим контроллером.

В ПУ интерфейс чаще всего реализуется аппаратным устройством - контроллером, хотя встречаются и программно-управляемые контроллеры для управления ПУ (принтерами).

Логический интерфейс – это набор информационных сообщений определенного формата, которыми обмениваются два устройства или две программы, а также набор правил, определяющих логику обмена этими сообщениями.

Примерами стандартных интерфейсов, используемых в компьютерах, являются параллельный (передающий данные байтами) интерфейс Centronics, предназначенный, как правило, для подключения принтеров, и последовательный (передающий данные битами) интерфейс RS-232C (известный как СОМ – порт), через который подключаются мышь, модем и другие устройства.

2. Взаимодействие двух компьютеров

В самом простом случае взаимодействие компьютеров может быть реализовано с помощью тех же средств, которые используются для взаимодействия компьютера с периферией. В отличие от взаимодействия компьютера с периферийным устройством, когда программа работает, как правило, только с одной стороны - со стороны компьютера, в этом случае происходит взаимодействие двух программ, работающих на каждом из компьютеров.

Программа, работающая на одном компьютере, не может получить непосредственный доступ к ресурсам другого компьютера - его дискам, файлам, принтеру. Она может только послать запрос на ПК, которому принадлежат ресурсы. Запросы для всех приложений формируются специальным программным модулем, называемым клиентом. На стороне компьютера, предоставляющего ресурсы работает другой модуль - сервер, постоянно ожидающий прихода запросов от клиентов и выполняющий их, возможно, с участием локальной ОС.

Программа клиент обладает способностью отличать запросы приложений к удаленному ресурсу от запросов к локальному ресурсу. В случае обращения приложения к удаленному ресурсу она перенаправляет (redirect) запрос к удаленной машине. Отсюда и название, часто используемое для клиентского модуля сетевой ОС, - редиректор. Иногда функции распознавания выделяются в отдельный программный модуль, в этом случае редиректором называют не всю клиентскую часть, а только этот модуль.

Термины клиент и сервер используются для обозначения не только программных модулей, но и компьютеров, подключенных к сети. Если ПК преимущественно предоставляет свои ресурсы другим ПК сети, то он называется сервером, а если он их потребляет – клиентом. Иногда один и тот же ПК может одновременно играть роль и сервера и клиента.

3. Сетевые службы и приложения

Обычно сетевая операционная система поддерживает несколько видов сетевых служб для своих пользователей - файловую службу, службу печати, службу электронной почты, службу удаленного доступа и т. п.

Сетевые службы всегда представляют собой системные распределенные программы. Распределенная программа - это программа, которая состоит из нескольких взаимодействующих частей (в приведенном на рис. 1. примере - из двух), причем каждая часть, как правило, выполняется на отдельном компьютере сети.

В сети так же могут выполняться и распределенные пользовательские программы - приложения. Распределенное приложение также состоит из нескольких частей, каждая из которых выполняет какую-то определенную законченную работу по решению прикладной задачи. Например, одна часть приложения, выполняющаяся на компьютере пользователя, может поддерживать специализированный графический интерфейс, вторая - работать на мощном выделенном компьютере и заниматься статистической обработкой введенных пользователем данных, а третья - заносить полученные результаты в базу данных на компьютере с установленной стандартной СУБД. Распределенные приложения в полной мере используют потенциальные возможности распределенной обработки, предоставляемые вычислительной сетью, и поэтому часто называются сетевыми приложениями.

Рис. 1.Взаимодействие частей распределенного приложения

Однако, не всякое приложение, выполняемое в сети, является сетевым. Если приложение целиком выполняется на одном компьютере сети, то оно не является сетевым.

4. Физические аспекты передачи данных

В вычислительной технике для представления данных используется двоичный код. Внутри компьютера единицам и нулям данных соответствуют дискретные электрические сигналы. Представление данных в виде электрических или оптических сигналов называется кодированием. Существуют различные способы кодирования двоичных цифр 1 и 0, например, потенциальный способ, при котором единице соответствует один уровень напряжения, а нулю - другой, или импульсный способ, когда для представления цифр используются импульсы различной или одной полярности.

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. Главное отличие внешних линий связи от внутренних состоит в их гораздо большей протяженности, а также в том, что они проходят вне экранированного корпуса по пространствам, зачастую подверженным воздействию сильных электромагнитных помех. Все это приводит к значительно большим искажениям прямоугольных импульсов (например, «заваливанию» фронтов), чем внутри компьютера. 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.

В вычислительных сетях применяют как потенциальное, так и импульсное кодирование дискретных данных, а также специфический способ представления данных, который никогда не используется внутри компьютера, - модуляцию (рис.2). При модуляции дискретная информация представляется синусоидальным сигналом той частоты, которую хорошо передает имеющаяся линия связи.

Рис. 2.Примеры представления дискретной информации

Потенциальное или импульсное кодирование применяется на каналах высокого качества, а модуляция на основе синусоидальных сигналов предпочтительнее в том случае, когда канал вносит сильные искажения в передаваемые сигналы. Обычно модуляция используется в глобальных сетях при передаче данных через аналоговые телефонные каналы связи, которые были разработаны для передачи голоса в аналоговой форме и поэтому плохо подходят для непосредственной передачи импульсов.

На способ передачи сигналов влияет и количество проводов в линиях связи между компьютерами. Для сокращения стоимости линий связи в сетях обычно стремятся к сокращению количества проводов и из-за этого используют не параллельную передачу всех бит одного байта или даже нескольких байт, как это делается внутри компьютера, а последовательную, побитную передачу, требующую всего одной пары проводов.

Еще одной проблемой, которую нужно решать при передаче сигналов, является проблема взаимной синхронизации передатчика одного компьютера с приемником другого. При организации взаимодействия модулей внутри компьютера эта проблема решается очень просто, так как в этом случае все модули синхронизируются от общего тактового генератора. Проблема синхронизации при связи компьютеров может решаться разными способами, как с помощью обмена специальными тактовыми синхроимпульсами по отдельной линии, так и с помощью периодической синхронизации заранее обусловленными кодами или импульсами характерной формы, отличающейся от формы импульсов данных.

Несмотря на предпринимаемые меры - выбор соответствующей скорости обмена данными, линий связи с определенными характеристиками, способа синхронизации приемника и передатчика, - существует вероятность искажения некоторых бит передаваемых данных. Для повышения надежности передачи данных между компьютерами часто используется стандартный прием - подсчет контрольной суммы и передача ее по линиям связи после каждого байта или после некоторого блока байтов. Часто в протокол обмена данными включается как обязательный элемент сигнал-квитанция, который подтверждает правильность приема данных и посылается от получателя отправителю.

Задачи надежного обмена двоичными сигналами, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, в вычислительных сетях решает определенный класс оборудования. В локальных сетях это сетевые адаптеры, а в глобальных сетях - аппаратура передачи данных, к которой

относятся, например, устройства, выполняющие модуляцию и демодуляцию дискретных сигналов, - модемы. Это оборудование кодирует и декодирует каждый информационный бит, синхронизирует передачу электромагнитных сигналов по линиям связи, проверяет правильность передачи по контрольной сумме и может выполнять некоторые другие операции. Сетевые адаптеры рассчитаны, как правило, на работу с определенной передающей средой - коаксиальным кабелем, витой парой, оптоволокном и т. п. Каждый тип передающей среды обладает определенными электрическими характеристиками, влияющими на способ использования данной среды, и определяет скорость передачи сигналов, способ их кодирования и некоторые другие параметры.

Физические каналы связи делятся на следующие виды в зависимости от их способности передавать сигналы в обоих направлениях:

· Дуплексный канал – обеспечивает передачу данных в обоих направлениях;

· Полудуплексный канал – обеспечивает передачу в обоих направлениях, но не одновременно, а по очереди;

· Симплексный канал позволяет передавать информацию только в одном направлении.