Задачі фізичної передачі данних по фізичним лініям зв’язку.

Навіть при розгляді найпростішої мережі, що перебуває усього з двох машин, можна побачити багато які проблеми, властиві будь-якій обчислювальній мережі, в тому числі проблеми, пов'язаній з фізичною передачею сигналів по лініях зв'язку, без вирішення якої неможливий будь-який вид зв'язку.

У обчислювальній техніці для представлення даних використовується двійковий код. Всередині комп'ютера одиницям і нулям даних відповідають дискретні електричні сигнали. Представлення даних у вигляді електричних або оптичних сигналів називається кодуванням. Існують різні способи кодування двійкових цифр 1 і 0, наприклад, потенційний спосіб, при якому одиниці відповідає один рівень напруги, а нулю іншій, або імпульсний спосіб, коли для представлення цифр використовуються імпульси різної або однієї полярності.

Аналогічні підходи можуть бути використані для кодування даних і при передачі їх між двома комп'ютерами по лініях зв'язку. Однак ці лінії зв'язку відрізняються за своїми електричними характеристиками від тих, які існують всередині комп'ютера. Головна відмінність зовнішніх ліній зв'язку від внутрішніх складається в їх набагато більшій протяжності, а також в тому, що вони проходять поза екранованим корпусом по просторах, часто схильних до впливу сильних електромагнітних перешкод. Все це приводить до значно більших спотворень прямокутних імпульсів (наприклад, “завалленню” фронтів), чим всередині комп'ютера. Тому для надійного розпізнавання імпульсів на приймальному кінці лінії зв'язку при передачі даних всередині і поза комп'ютером не завжди можна використати одні і ті ж швидкості і способи кодування. Наприклад, повільне наростання фронту імпульсу через високе ємкісний навантаження лінії вимагає передачі імпульсів з меншою швидкістю (щоб передній і задній фронти сусідніх імпульсів не перекривалися і імпульс встиг дорости до необхідного рівня).

У обчислювальних мережах застосовують як потенційне, так і імпульсне кодування дискретних даних, а також специфічний спосіб представлення даних, який ніколи не використовується всередині комп'ютера, модуляцію (мал. 1.9). При модуляції дискретна інформація представляється синусоідальним сигналом тієї частоти, яку добре передає лінія зв'язку, що існує.

Потенційне або імпульсне кодування застосовується на каналах високої якості, а модуляція на основі синусоідальних сигналів переважно в тому випадку, коли канал вносить сильно спотворені сигнали, що передаються. Звичайно модуляція використовується в глобальних мережах при передачі даних через аналогові телефонні канали зв'язку, які були розроблені для передачі голосу в аналоговій формі і тому погано підходять для безпосередньої передачі імпульсів.

На спосіб передачі сигналів впливає і кількість проводів в лініях зв'язку між комп'ютерами. Для скорочення вартості ліній зв'язку в мережах звичайно прагнуть до скорочення кількості проводів і через це використовують не паралельну передачу всіх біт одного байта або навіть декількох байт, як це робиться всередині комп'ютера, а послідовну, побітную передачу, що вимагає усього однієї пари проводів.

Ще однією проблемою, яку треба вирішувати при передачі сигналів, є проблема взаємної синхронізації передавача одного комп'ютера з приймачем іншого. При організації взаємодії модулів всередині комп'ютера ця проблема вирішується дуже просто, оскільки в цьому випадку всі модулі синхронізуються від загального тактового генератора. Проблема синхронізації при зв'язку комп'ютерів може вирішуватися різними способами, як за допомогою обміну спеціальними тактовими синхроімпульсами по окремій лінії, так і за допомогою періодичної синхронізації заздалегідь зумовленими кодами або імпульсами характерної форми, відмінної від форми імпульсів даних.

Незважаючи на заходи, що робляться вибір відповідної швидкості обміну даними, ліній зв'язку з певними характеристиками, способу синхронізації приймача і передавача, існує імовірність спотворення деяких біт даних, що передаються. Для підвищення надійності передачі даних між комп'ютерами часто використовується стандартний прийом підрахунок контрольної суми і передача її по лініях зв'язку після кожного байта або після деякого блоку байтів. Часто в протокол обміну даними включається як обов'язковий елемент сигнал-квитанція, який підтверджує правильність прийому даних і посилається від одержувача відправнику.

Задачі надійного обміну двійковими сигналами, представленими відповідними електромагнітними сигналами, в обчислювальних мережах вирішує певний клас обладнання. У локальних мережах це мережеві адаптери, а в глобальних мережах апаратура передачі даних, до якої відносяться, наприклад, пристрої, що виконують модуляцію і демодуляцію дискретних сигналів, модеми. Це обладнання кодує і декодує кожний інформаційний біт, синхронізує передачу електромагнітних сигналів по лініях зв'язку, перевіряє правильність передачі по контрольній сумі і може виконувати деякі інші операції. Мережеві адаптери розраховані, як правило, на роботу з певною передаючою середою коаксіальним кабелем, вітою парою, оптоволокном і т. п. Кожний тип передаючої середи володіє певними електричними характеристиками, що впливають на спосіб використання даної середи, і визначає швидкість передачі сигналів, спосіб їх кодування і деякі інші параметри.

Мережеві протоколи

З появою мереж була усвідомлена необхідність створення правил і процедур, що визначають принципи взаємодії користувачів у мережі. Такі правила називаються прото-колами. Для мереж розроблена семирівнева ієрархічна структура протоколів. Відповідно до цієї структури протоколів потік інфо-рмації в мережах має дискретну структуру, логічною одиницею якої є пакет (кадр). Вся інформації між вузлами мережі передається у вигляді пакетів, що мають інформаційні і керуючі поля: порядковий номер, адреса одержувача, контрольна сума і т.д.

Верхній (сьомий) рівень протоколів є основним, заради якого існують всі інші рівні. Він називається прикладним, оскільки з ним взаємодіють прикладні програми кінцевого користувача. Прикла-дний рівень визначає семантику, тобто зміст інформації, якою обмі-нюються користувачі.

FTP Протокол передачі файлів
HTTP Протокол передачі гіпер-текстових документів, який використовується в Інтернеті.
POP3 Поштовий протокол для офісу версії 3
SNMP Простий протокол управління мережею
SMTP Простий протокол передачі пошти
Telnet, протокол доступу до віддаленого терміналу
Gnutella, a peer-to-peer file-swapping protocol
DNS Служба доменних імен

Шостий рівень називається рівнем представлення. Він визначає синтаксис переданої інформації, тобто набір знаків і способи їхнього представлення, що є зрозумілим для користувача.

П’ятий рівень (сеансовий) керує взаємодією користувачів у ході сеансу зв’язку між ними.

5+6 рівень

9P Росподільний протокол файлової системи, який був розроблений як частинаОпераційної системи Plan 9
NFS Мережева файлова система (Network File System)
SMB Server Message Block (aka CIFS Common Internet FileSystem)

Четвертий рівень (транспортний) забезпечує пересилання повідомлень (виконує поділ повідомлень на пакети на передавальному вузлі і збірку повідомлень з пакетів на прийомному).

SPX Послідовність обміну пакетами (Sequenced Packet Exchange)
TCP Протокол Керування Передачею
UDP Протокол датаграм користувача
SCTP Протокол Управління Потоковою Передачею (Stream Control Transmission Protocol)
RTP Транспорний протокол в реальному часі (Real-time Transport) Protocol
IL Спочатку розроблявся яктранспортний протокол для 9P

Третій рівень (мережевий) виконує маршрутизацію пакетів даних у мережі.

2+3 (канальний+мережевий)
X.25
Frame relay, спрощена версія X.25
ATM Режим асинхроної передачі
MPLS Multi-protocol label switching
Сигнальна система 7, також називається SS7, C7 та CCIS7; звичайний протокол управління PSTN.

Другий рівень ( канальний) здійснює відповідне оформлення пакетів даних для передачі по каналу зв’язку (такі пакети називають кадрами),контроль помилок і відновлення інформації після помилок.

ARP Address Resolution Protocol
CDP Cisco Discovery Protocol
DCAP Data Link Switching Client Access Protocol
Ethernet
FDDI Fiber Distributed Data Interface
HDLC High Level Data Link Control
L2F Layer 2 Forwarding Protocol
L2TP Layer 2 Tunneling Protocol
PPP Протокол Точка-точка (Point-to-Point Protocol)
PPTP Тунельний протокол Точка-точка (Point-to-Point Tunneling Protocol)
Token ring

Перший рівень ( фізичний) здійснює перетворення даних пакета в сигнали, передані по каналу зв’язку.

ISDN Цифрова мережа Integrated Services (Integrated Services Digital Network)
PDH Plesiochronous цифрова ієрархія (Plesiochronous Digital Hierarchy)
T-система (T1, T3 та інші)
RS-232, послідовний лінійний інтервейс, який оригінально був розроблений для сполучення модемів та компьютерних терміналів.
SDH Синхронна цифрова ієрархія (Synchronous Digital Hierarchy)
SONET Синхронна оптична мережа (Synchronous Optical NETworking)

Кожний з протоколів взаємодіє тільки із сусідніми по ієрархії протоколами. Так, наприклад, прикладні програми, взаємодіючи з протоколами шостого і сьомого рівнів, не залежать від особливостей реалізації конкретної мережі, обумовленої протоколами нижчих рівнів.