Как передаются данные по сети. Беспроводная передача данных: типы, технология и устройства. Технологии передачи данных в компьютерных сетях

Цифровая передача данных представляет собой физический процесс, в котором данные переносятся в виде сигналов между точками. Выполняется передача данных по определённым каналам в виде электросвязи.

В качестве таких каналов могут выступать: ВОЛС, медные провода, а также беспроводные каналы. Передача данных в сети интернет может быть цифровой и аналоговой.

Если аналоговая связь является передачей постоянно меняющегося сигнала, то цифровая – это непрерывная передача сообщений (последовательность импульсов, набор волн). Такая модуляция осуществляется при помощи модемного оборудования.

Передача данных в Интернет

Сегодня просто невозможно себе представить любой современный офис без сети интернет. Но какой он может быть? Доступный в любой точке либо фиксированный? А может, оба этих варианта? В каждом из этих случаев интернет должен обладать высокой скоростью и трафиком, быть доступным, работать без сбоев.

Передаваемая информация может быть в виде цифрового сообщения, которое идёт от самого источника (клавиатура, компьютер).

Также передача данных по локальной сети может осуществляться и в виде аналогового сигнала. В его роли выступает видеосигнал, телефонный звонок. Все они оцифровываются в специальный битовый поток. Для этого применяется специальный импульсно-кодирующий модулятор либо аналогово-цифровой преобразователь.

Кодирование и декодирование же самого источника выполняется при помощи кодека либо специально предназначенного кодирующего оборудования.

Виды передачи данных

В телекоммуникации присутствует два вида передачи информации:

Последовательная. В данном случае передача информации в виде символов и прочих объектов данных происходит в последовательном режиме. Такие цифровые сети передачи данных отправляют биты по одному проводу, оптическому пути либо же частоте. В связи с этим данный процесс требует меньшего времени на обработку самого сигнала, а сама скорость передачи больше. Меньше тут и вероятность возникновения ошибки. Последовательная сеть может применяться и на более дальних расстояниях. Обусловлено это лёгкой передачей бита чётности и цифры.

Параллельная. Это одновременная передача информации (элементов сигнала одного символа). Применение большого количества проводов в цифровой связи помогает осуществить передачу одновременно нескольких бит. Всё это позволяет достичь высокой скорости передачи информации. Данный способ используется внутри самого компьютера (во внутренних шинах данных например). Единственным недостатком тут является «перекос». Обусловлен он тем, что провода могут отличаться между собой своими характеристиками. Именно поэтому один бит может прийти немного раньше другого. А это, в свою очередь, негативно сказывается на целостности самого сообщения, повреждая его.

По принципу коммутации сети могут быть:

С коммутацией пакетов. Вся информация в данном случае передаётся небольшими посылками. Их ещё называют пакеты, коммутация которых происходит независимо. На таком принципе построена большая часть компьютерных сетей в нынешнее время. Но для работы тут необходимо более сложное оборудование.

С коммутацией каналов. Для передачи между устройствами выделяется специальный канал (логический либо физический). Информация по нему передаётся непрерывно.

Передача данных по электрической сети

Применение сети 220 Вольт для передачи информации уже давно интересует многих разработчиков. Ещё каких-то 15 лет назад такая идея вызывала лишь улыбку. Но сегодня передача данных по сети 220 вольт не вызывает никакого удивления. Она имеет высокие шансы и перспективу на большой коммерческий успех.

Самым главным преимуществом такого способа передачи информации является отсутствие необходимости прокладывания кабелей и выполнения монтажных работ. Ведь электричество есть абсолютно в каждом доме.

Для разработчиков самыми перспективными сферами использования такой связи являются системы удалённого сбора информации, к примеру показаний счётчиков, системы охраны и умный дом, а также многое другое.

К большому сожалению, даже низкоскоростная передача данных по сети 220v переменного тока не смогла получить широкого применения в нашей стране. Виной всему довольно низкое качество силовых коммуникаций, а также малая известность модемов для такой передачи на современном рынке.

Такие устройства реализуются на основе микроконтроллеров. Это даёт возможность на программном уровне осуществлять решение любых возникших вопросов, касающихся протокола передачи информации, адресации оборудования, проверки качества связи и многого другого.

Но на практике может возникнуть довольно примитивная задача – это включение и отключение одной нагрузки без разрыва самой питающей линии. Решить её сможет специальный передатчик.

В нынешнее время уже имеется множество адаптеров, которые позволяют организовать локальную сеть через обычную домашнюю розетку 220 Вольт. Сделать это довольно легко и просто. Вам достаточно включить в розетку такой адаптер, который может стать точкой доступа Wi-Fi, либо же работать через разъём RJ-45. Скорость передачи информации в данном случае может доходить до 95 Мбит в секунду.

При использовании одной фазы удаётся передавать данные не только лишь внутри одного помещения, но и в соседнюю квартиру либо же офисное помещение. И самое главное – вам не нужно будет прокладывать интернет кабель.

Увеличение производительности сетей передачи данных

В нынешнее время на рынке представлен просто огромнейший ассортимент оборудования, с помощью которого можно произвести эффективную модернизацию данных сетей.

Осознавая тот фат, что нынешние уровни сети передачи данных уже не устраивают многие компании, разработчики различных технологических решений предлагают пользователям использовать несколько недорогих и оригинальных решений. С их помощью можно существенно увеличить пропускную способность сетей передачи информации.

Что сюда относится? Одним из таких нововведений является использование режима дуплексной передачи данных в локальной сети Ethernet. Заменяя только лишь сетевой адаптер, удаётся в два раза повысить производительность выделенных сегментов самой сети.

Во время работы в полнодуплексном режиме каждое сетевое оборудование способно одновременно получать и передавать информацию через витую пару.

Единственным ограничением тут является тот факт, что подсоединить можно только лишь одно сетевое устройство к каждому из портов концентратора. Всё это сужает область применения данного оборудования. Можно только создавать высокопроизводительные участки самой сети между сервером и коммутатором, к примеру.

К особенностям данного нововведения можно отнести то, что тут нет необходимости производить отслеживание столкновений. Это лишь один способ модернизации сети передачи информации.

Технологии передача данных на выставке

Многие другие новинки и передовые технологии в данной отрасли вы сможете узнать на выставке международного масштаба «Связь». Она проходит в крупном выставочном комплексе нашей страны ЦВК «Экспоцентр». Располагается «Экспоцентр» почти в центре Москвы, вблизи станции метро «Выставочная».

Выставка «Связь» сможет рассказать потенциальной целевой аудитории о новинках в мире связи. Именно тут в одном месте собираются ведущие специалисты данной отрасли со всего мира. Проводимые тут конференции, конгрессы, симпозиумы, круглые столы и мастер-классы задают вектор развития этой сферы деятельности на ближайший год.

На выставке обязательно будут демонстрироваться современные технологии передачи данных.

Читайте другие наши статьи:

Примечание

Если вы еще помните, что такое тип данных MIME, то, взглянув на приведенные выше названия методов кодирования данных, сразу увидите, что это как раз типы MIME. Именно с их помощью задаются методы кодирования.

В подавляющем большинстве случаев используется метод кодирования application/x-www-form-uriencoded. Кстати, именно он применяется по умолчанию, если метод кодирования не задан. Метод кодирования multipart/form-data используется, если вы собираетесь отправить на Web-сервер файлы; он обеспечивает соответствующее такому случаю преобразование двоичных данных. Последний метод - text/plain -- представляет данные в виде обычного текста, что может быть полезно, если данные формы будут отправляться по электронной почте (иногда применяется и такой способ передачи данных).

Итак, с кодированием данных разобрались. Остается выяснить, как же эти данные передаются по каналам Сети.

Как вы уже знаете, для пересылки данных по Интернету, да и по любой локальной или глобальной компьютерной сети, используется особый набор.правил, называемый протоколом. Протокол определяет, каким образом данные будут шифроваться и упаковываться для последующей передачи по сети. Естественно, что и передающая, и принимающая программы должны поддерживать один и тот же протокол, чтобы "понять" друг друга. (Иначе возникнет так называемая несовместимость по протоколу передачи данных, штука весьма неприятная.) Собственно, уже говорилось об интернет-протоколах и повторяться сейчас нет смысла.

Также вы знаете, что для пересылки по Сети Web-страниц и связанных с ними файлов (графических изображений, звуков, архивов и т. п.) используется протокол HTTP. Он же применяется и для передачи данных, причем для этого предусмотрены два метода передачи данных. Оба способа широко используются в интернет-программировании и имеют свои преимущества и недостатки. Давайте их рассмотрим.

Первый способ носит название GET по значению соответствующего параметра формы. При его использовании данные передаются как часть интернет-адреса в HTTP-запросе.

Как вы помните, Web-обозреватель для того, чтобы получить от Web-сервера нужный ему файл, отправляет этому серверу так называемый HTTP-запрос, включающий в себя интернет-адрес необходимого файла. Так вот, данные могут быть переданы как часть этого адреса.

Возьмем, например, такой набор данных, приведенный чуть выше:

name1 = Ivan surname = Ivanovich name2 = Ivanov age = 30

Теперь подготовим его для пересылки по методу GET (сами данные выделены полужирным шрифтом):

Как видите, пересылаемые по методу GET данные помещаются в самый конец интернет-адреса и отделяются от него вопросительным знаком. При этом пары "имя" = "значение" отделяются друг от друга знаком "коммерческое и" ("&"). Все очень просто и наглядно.

Такая простота и наглядность представления данных - основное преимущество метода GET. Как говорится, все на виду. Также значительно упрощается отладка Web-страниц: поскольку передаваемый Web-серверу адрес отображается в строке адреса Web-обозревателя, вы всегда сможете увидеть, что именно было передано. (Однако, как вы понимаете, конфиденциальные данные таким методом не передашь - их увидят все, кто стоит за вашей спиной.)

http://www.mysite.ru/bin/choose.exe?chapter=3

Как видите, фактически это ссылки на серверную программу, содержащие один параметр chapter и его значение. Это значит, что все остальные страницы такого сайта формируются серверной программой динамически, на основании полученных параметров. По такому принципу очень часто строятся сайты-справочники, сайты-каталоги программ, электронные магазины и другие сайты, содержащие большое количество классифицированной информации.

К несчастью, метод GET обладает огромным недостатком: с его помощью невозможно передавать большие объемы данных. Это происходит из-за ограничения, накладываемого стандартами на длину интернет-адреса: не более 256 символов. Вычтите отсюда длину собственно адреса серверной программы - и вы получите максимально допустимый размер ваших данных. Второй недостаток метода GET - обратная сторона его достоинства. Данные, пересылаемые им, открыты для всеобщего обозрения и могут быть легко прочитаны в строке адреса Web-обозревателя.

Метод GET стоит использовать, если пересылаемые серверной программе данные заведомо невелики и не являются секретными. В частности, он используется для пересылки ключевых слов поисковым машинам, в сайтах, построенных на основе серверной программы (см. выше) и т. п. Если же вам нужно пересылать объемистые либо конфиденциальные данные, используйте второй метод передачи, называемый POST.

Метод POST передает данные серверной программе все в том же HTTP-запросе, но уже не частью интернет-адреса, а в виде так называемых дополнительных данных. Поскольку размер дополнительных данных не ограничен (по крайней мере, он может быть очень велик), вы можете передавать все, что угодно, в каких угодно количествах. В частности, именно этим способом Web-серверу могут передаваться даже файлы.

Достоинства метода POST: отсутствие ограничения на объем передаваемых данных и "невидимость" их. Недостатки: сложность расшифровки данных и трудность отладки. Методом POST передаются, например, анкетные данные, адреса покупателей в электронных магазинах, литературные произведения на сайты http://www.stihi.ru и http://www.proza.ru и т. п. В общем, то, что имеет большие объемы.

Как говорят, комитет WWWC намерен вообще со временем отказаться от метода GET и все данные передавать с помощью метода POST. Пока что метод GET просто объявлен не рекомендованным для использования во вновь создаваемых сайтах, реально же он еще поддерживается Web-обозревателями.

Всем привет! Сегодня будет довольно графичная статейка, поясняющая, как будет производится передача данных в локальных сетях с привлечением протоколов различного уровня.

Исходная ситуация

Итак, вначале мы имеем некое приложение, которому нужно отправить данные в другое приложение. Пусть исходный Узел 1 захотел передать что-то на Узел 2. IP адреса соответственно 192.168.1.1 и.2. Согласно схеме…

Поэтапная передача пакета

Узел 1. (Прикладной уровень) “Мне нужно передать данные на 192.168.1.2 на порт 2099 , надежность доставки не требуется!”.
Узел 1. (Транспортный уровень) “Окей, подойдёт UDP протокол, давай сюда свои данные”.
Узел 1. (Прикладной уровень) “На, держи! ” — произвольные 16-ричные данные. (далее <данные> )
Узел 1. (Транспортный уровень) “Отлично. Прикреплю-ка я к ним заголовок UDP, чтобы не потерять пакет. В заголовке зафиксируем некоторые данные и номера портов. Какой там свободный? UDP:42133 ! Отлично. А порт назначения UDP:2099 . Такой заголовок и прикрепим. Спускаем пакет дальше, на сетевой уровень. (Пакет: [<заголовок транспортного уровня> <данные> ]
Узел 1. (Сетевой уровень) “Получил ваш пакет, куда передавать? На IP:192.168.1.2? Прикреплю к этому заголовку ещё и информацию сетевого уровня. Ну и свой обратный IP: 192.168.1.1 и ещё некоторую информацию от себя… Эй, канальный уровень! Тут для тебя пакет!”. [<заголовок сетевого уровня> <заголовок транспортного уровня> <данные> ]
Узел 1. (Канальный уровень) “Оп-па. Пакет. А куда доставить? Смотрим по заголовку… Такс, на 192.168.1.2. Хммм.. Не помню адреса MAC, связанного с этим IP, гляну в таблице коммутации apr… Хм. Нет такого адреса у меня пока. Будем запрашивать у среды. Пакет пока отложим.”
(парковка пакета)
Узел 1. (Канальный уровень) “Эй, среда! Есть в сети кто-то с 192.168.1.2? Ответьте на мой MAC: 0001.43B7.623C! У меня для вас пакет! Физический уровень, передай это плз.!”
Узел 1. (Физический уровень) Рассылается вышеуказанный широковещательный пакет всем станциям (на адрес FFFF.FFFF.FFFF)
Каждая станция в широковещательном домене получит этот пакет и проигнорирует его в том случае, если её IP отличается от IP в этом пакете. Станция же, чей IP-адрес совпадает с указанным ответит встречным пакетом.
Коммутатор. “Я получил кадр со стороны порта 1. Анализирую назначение. О! Широковещательный кадр. Отправлю его на все остальные порты кроме того, откуда он пришёл. На всякий случай запомню, что на первом порту у меня ”.
Узел 3. (Физический) “Я получил широковещательный кадр. Канальный, передаю”.
Узел 3. (Канальный) “Получил. Эй, сетевой! там спрашивают IP 192.168.1.2, а у нас 192.168.1.3. Игнорируем.”
Узел 2. (Физический) “Я получил широковещательный кадр. Канальный! Передаю тебе”.
Узел 2. (Канальный уровень) “Понял! О! Это для меня! Физический, телеграфируй обратно следующее: Послушай, 0001.43B7.623C! Это я! У меня IP адрес 192.168.1.2! Запомни мой MAC 0004.9A41.0966 у себя в таблице коммутации. И не забудь про пакет!”.
Коммутатор. “Я получил кадр со стороны порта 2. для MAC: 0001.43B7.623C. Судя по таблице, он у меня на стороне порта 1. Передам кадр в этот порт. А попутно сохраню адрес 0004.9A41.0966 как адрес на стороне порта 2, пригодится”.
Узел 1. (Канальный уровень) “Нашёлся обладатель адреса 192.168.1.2. Теперь я прикреплю к пакету адрес назначения , а так же свой обратный MAC и отдам на физический уровень для передачи. Физический! Держи пакет!”. [<заголовок канального уровня> <заголовок сетевого уровня> <заголовок транспортного уровня> <данные> ]
Узел 1. (Физический уровень) “Ок.”
Коммутатор. “Оп-па, получил кадр для MAC: 0004.9A41.0966. Он у меня со стороны порта 2. Посылаю кадр туда”.
Узел 2. (Физический уровень) “Принял кадр. Передаю на канальный уровень”. [<заголовок канального уровня> <заголовок сетевого уровня> <заголовок транспортного уровня> <данные> ]
Узел 2. (Канальный) “Так, пришел пакет от 0001.43B7.623C. Действительно для меня. А в нем какие-то данные протокола IP. Это не моя тема, я уберу заголовок своего уровня и отдам выше, на сетевой”.[<заголовок сетевого уровня> <заголовок транспортного уровня> <данные> ]
Узел 2. (Сетевой) “Какой-то пакет от IP 192.168.1.1, а в нем какие-то данные транспортного уровня. Пакет для IP: 192.168.1.2, передам в соответствующий интерфейс, пусть там разбираются транспортники”.[<заголовок транспортного уровня> <данные> ]
Узел 2. (Транспортный) “Пришел пакет от сетевого, там данные для порта 2099, висит какой-то сервис, ждёт пакет. Передайте!” [<данные> ]
Узел 2. (Прикладной) “Урра! Данные для меня!. Спасибо за внимание ^_^”

Вам так же понравится:

Получение учётных записей пользователей в локальной сети

То есть в узком смысле - это глобальное сообщество малых и больших сетей. В более широком смысле - это глобальное информационное пространство, хранящее огромное количество информации на миллионах компьютеров, которые обмениваются данными.

В 1969 году, когда был создан Интернет, эта сеть объединяла всего лишь четыре хост-компьютера, а сегодня их число измеряется десятками миллионов. Каждый компьютер, подключенный к Интернету, - это часть Сети.

Для того чтобы начать с наиболее привычной всем схемы, рассмотрим, как подключается к Интернету домашний компьютер, и проследим, по каким каналам путешествует информация, передаваемая и принимаемая нами из Сети. Если вы выходите в Интернет с домашнего компьютера, то, скорее всего, используете модемное подключение (рис. 1).

В принципе, соединение с провайдером может идти по различным каналам: по телефонной линии, по выделенной линии, на основе беспроводной или спутниковой связи, по сети кабельного телевидения или даже по силовым линиям - все эти альтернативные варианты показаны на рис. 1 .

Чаще всего это так называемое временное (сеансовое) соединение по телефонной линии. Вы набираете один из телефонных номеров, который предоставил вам провайдер, и дозваниваетесь на один из его модемов. На рис. 1 показан набор модемов провайдера, так называемый модемный пул. После того как вы соединились с вашим ISP (Internet Service Provider)-провайдером, вы становитесь частью сети данного ISP. Провайдер предоставляет своим пользователям различные сервисы, электронную почту, Usenet и т.д.

Каждый провайдер имеет свою магистральную сеть, или бэкбоун . На рис. 1 мы условно изобразили магистральную сеть некоего провайдера ISP-A. Его магистральная сеть показана зеленым цветом.

Обычно ISP-провайдеры - это крупные компании, которые в ряде регионов имеют так называемые точки присутствия (POP, Point of Presence), где происходит подключение локальных пользователей.

Обычно крупный провайдер имеет точки присутствия (POP) в нескольких крупных городах. В каждом городе находятся аналогичные модемные пулы, на которые звонят локальные клиенты этого ISP в данном городе. Провайдер может арендовать волоконно-оптические линии у телефонной компании для соединения всех своих точек присутствия (POP), а может протянуть свои собственные волоконно-оптические линии. Крупнейшие коммуникационные компаний имеют собственные высокопропускные каналы. На рис. 1 мы показали опорные сети двух Интернет-провайдеров. Очевидно, что все клиенты провайдера ISP-А могут взаимодействовать между собой по собственной сети, а все клиенты компании ISP-В - по своей, но при отсутствии связи между сетями ISP-A и ISP-B клиенты компании «A» и клиенты компании «В» не могут связаться друг с другом. Для реализации данной услуги компании «A» и «B» договариваются подключиться к так называемым точкам доступа (NAP - Network Access Points) в разных городах, и трафик между двумя компаниями течет по сетям через NAP. На рис. 1 показаны магистральные сети только двух ISP-провайдеров. Аналогично организуется подключение к другим магистральным сетям, в результате чего образуется объединение множества сетей высокого уровня.

В Интернете действуют сотни крупных Интернет-провайдеров, их магистральные сети связаны через NAP в различных городах, и миллиарды байтов данных текут по разным сетям через NAP-узлы.

Если вы пользуетесь Интернетом в офисе, то, скорее всего, вы подключены к локальной сети (LAN - Local Area Network). В этом случае рассмотренная нами схема несколько видоизменяется (рис. 2). Сеть организации обычно отделена от внешнего мира определенной службой защиты информации, которая на нашей схеме условно показана в виде кирпичной стены. Варианты подключения к провайдеру могут быть различными, хотя чаще всего это выделенная линия.

Поскольку невозможно схематически отразить всю совокупность сетей Интернета, ее часто изображают в виде размытого облака, выделяя в нем лишь основные элементы: маршрутизаторы, точки присутствия (POP) и места доступа (NAP).

Скорость передачи информации на различных участках Сети существенно различается. Магистральные линии, или бэкбоуны, связывают все регионы мира (рис. 5) - это высокоскоростные каналы, построенные на основе волоконно-оптических кабелей. Кабели обозначаются OC (optical carrier), например OC-3, OC-12 или OC-48. Так, линия OC-3 может передавать 155 Мбит/с, а OC-48 - 2488 Мбит/с (2,488 Гбит/с). В то же время получение информации на домашний компьютер с модемным подключением 56 K происходит со скоростью всего 56 000 бит/с.

Как происходит передача информации в Интернете

Маршрутизаторы

Как же происходит передача информации по всем этим многочисленным каналам? Как сообщение может быть доставлено с одного компьютера на другой через весь мир, пройдя несколько различных сетей за долю секунды? Для того чтобы объяснить этот процесс, необходимо ввести несколько понятий и прежде всего рассказать о работе маршрутизаторов. Доставка информации по нужному адресу невозможна без маршрутизаторов, определяющих, по какому маршруту передавать информацию. Маршрутизатор - это устройство, которое работает с несколькими каналами, направляя в выбранный канал очередной блок данных. Выбор канала осуществляется по адресу, указанному в заголовке поступившего сообщения.

Таким образом, маршрутизатор выполняет две различные, но взаимосвязанные функции. Во-первых, он направляет информацию по свободным каналам, предотвращая «закупорку» узких мест в Сети; во-вторых, проверяет, что информация следует в нужном направлении. При объединении двух сетей маршрутизатор включается в обе сети, пропуская информацию из одной в другую, и в некоторых случаях осуществляет перевод данных из одного протокола в другой, при этом защищая сети от лишнего трафика. Эту функцию маршрутизаторов можно сравнить с работой патрульной службы, которая с вертолета ведет наблюдение за движением в городе, контролирует общую ситуацию с поломками и заторами на дорогах и сообщает о наиболее загруженных участках трассы, чтобы водители выбирали оптимальный маршрут и не попадали в пробки.

Протоколы Интернета

ерейдем теперь к рассмотрению способов передачи информации в Интернете. Для этого необходимо ввести такое понятие, как протокол. В широком смысле протокол - это заранее оговоренное правило (стандарт), по которому тот, кто хочет использовать определенный сервис, взаимодействует с последним. Применительно к Интернету протокол - это правило передачи информации в Сети.

Следует различать два типа протоколов: базовые и прикладные. Базовые протоколы отвечают за физическую пересылку сообщений между компьютерами в сети Интернет. Это протоколы IP и TCP. Прикладными называют протоколы более высокого уровня, они отвечают за функционирование специализированных служб. Например, протокол http служит для передачи гипертекстовых сообщений, протокол ftp - для передачи файлов, SMTP - для передачи электронной почты и т.д.

Набор протоколов разных уровней, работающих одновременно, называют стеком протоколов. Каждый нижележащий уровень стека протоколов имеет свою систему правил и предоставляет сервис для вышележащих.

Такое взаимодействие можно сравнить со схемой пересылки обычного письма. Например, директор фирмы «А» пишет письмо и отдает его секретарю. Секретарь помещает письмо в конверт, надписывает адрес и относит конверт на почту. Почта доставляет письмо в почтовое отделение. Почтовое отделение связи доставляет письмо получателю - секретарю директора фирмы «B». Секретарь распечатывает конверт и передает письмо директору фирмы «В». Информация (письмо) передается с верхнего уровня на нижний, обрастая на каждой стадии дополнительной служебной информацией (пакет, адрес на конверте, почтовый индекс, контейнер с корреспонденцией и т.д.), которая не имеет отношения к тексту письма.

Нижний уровень - это уровень почтового транспорта, которым письмо перевозится в пункт назначения. В пункте назначения происходит обратный процесс: корреспонденция извлекается, считывается адрес, почтальон несет конверт секретарю фирмы «B», который достает письмо, определяет его срочность, важность и в зависимости от этого передает информацию выше. Директора фирм «А» и «Б», передавая друг другу информацию, не заботятся о проблемах пересылки этой информации, подобно тому как секретаря не волнует, как доставляется почта.

Аналогично каждый протокол в стеке протоколов выполняет свою функцию, не заботясь о функциях протокола другого уровня.

На нижнем уровне, то есть на уровне TCP/IP , используется два основных протокола: IP (Internet Protocol - протокол Интернета) и ТСР (Transmission Control Protocol - протокол управления передачей).

Архитектура протоколов TCP/IP предназначена для объединенной сети. Интернет состоит из разнородных подсетей, соединенных друг с другом шлюзами. В качестве подсетей могут выступать разные локальные сети (Token Ring, Ethernet и т.п.), различные национальные, региональные и глобальные сети. К этим сетям могут подключаться машины разных типов. Каждая из подсетей работает в соответствии со своими принципами и типом связи. При этом каждая подсеть может принять пакет информации и доставить его по указанному адресу. Таким образом, требуется, чтобы каждая подсеть имела некий сквозной протокол для передачи сообщений между двумя внешними сетями.

Разобраться в работе протоколов поможет схема на рис. 6 . Предположим, имеется некое послание, отправляемое по электронной почте. Передача почты осуществляется по прикладному протоколу SMTP, который опирается на протоколы TCP/IP. Согласно протоколу TCP, отправляемые данные разбиваются на небольшие пакеты фиксированной структуры и длины, маркирующиеся таким образом, чтобы при получении данные можно было бы собрать в правильной последовательности.

Обычно длина одного пакета не превышает 1500 байт. Поэтому одно электронное письмо может состоять из нескольких сотен таких пакетов. Малая длина пакета не приводит к блокировке линий связи и не позволяет отдельным пользователям надолго захватывать канал связи.

К каждому полученному TCP-пакету протокол IP добавляет информацию, по которой можно определить адреса отправителя и получателя. На рис. 6 это представлено как помещение адреса на конверт. Для каждого поступающего пакета маршрутизатор, через который проходит какой-либо пакет, по данным IP-адреса определяет, кому из ближайших соседей необходимо переслать данный пакет, чтобы он быстрее оказался у получателя, - то есть принимает решение об оптимальном пути следования очередного пакета. При этом географически самый короткий путь не всегда оказывается оптимальным (быстрый канал на другой континент может быть лучше медленного в соседний город). Очевидно, что скорость и пути прохождения разных пакетов могут быть различными.

Таким образом, протокол IP осуществляет перемещение данных в сети, а протокол TCP обеспечивает надежную доставку данных, используя систему кодов, исправляющих ошибки. Причем два сетевых сервера могут одновременно передавать в обе стороны по одной линии множество TCP-пакетов от различных клиентов.

Некоторые начинающие пользователи думают, что связь по Интернету похожа на телефонную. Хочется еще раз подчеркнуть основное различие передачи информации по телефонной сети и по Интернету: когда вы звоните по телефону кому-нибудь в другой регион страны или даже на другой континент, телефонная система устанавливает канал между вашим телефоном и тем, на который вы звоните. Канал может состоять из десятков участков: медные провода, волоконно-оптические линии, беспроводные участки, спутниковая связь и т.д. Эти участки неизменны на протяжении всего сеанса связи. Это означает, что линия между вами и тем, кому вы звоните, постоянна в течение всего разговора, поэтому повреждения на любом участке данной линии, например обрыв проводов в бурю, способны прервать ваш разговор.

При этом, если соединение нормальное, значит выделенная вам часть сети для других уже не доступна. Речь идет о сети с коммутацией каналов. Интернет же является сетью с коммутацией пакетов, а это совсем другая история. Процесс пересылки электронной почты принципиально иной.

Как уже было отмечено, Интернет-данные в любой форме (будь то электронное послание, Web-страница или скачиваемый файл) путешествуют в виде группы пакетов. Каждый пакет посылается на место назначения по оптимальному из доступных путей. Поэтому даже если какой-то участок Сети окажется нарушенным, то это не повлияет на доставку пакета, который будет направлен по альтернативному пути. Таким образом, во время доставки данных нет необходимости в фиксированной линии связи между двумя пользователями. Принцип пакетной коммутации обеспечивает основное преимущество Интернета - надежность. Сеть может распределять нагрузку по различным участкам за тысячные доли секунды. Если какой-то участок оборудования сети поврежден, пакет может обойти это место и пройти по другому пути, обеспечив доставку всего послания .

Адресация в Интернете

ы уже упоминали IP-адрес, теперь расскажем о нем подробнее. Каждому компьютеру, подключенному к Интернету, присваивается идентификационный номер, который называется IP-адресом.

Но если вы осуществляете сеансовое подключение (то есть подключаетесь на время сеанса выхода в Интернет), то IP-адрес вам выделяется только на время этого сеанса. Присвоение адреса на время сеанса связи называется динамическим распределением IP-адресов. Оно удобно для ISP-провайдера, поскольку в тот период времени, пока вы не выходите в Интернет, IP-адрес, который вы получали, может быть выделен другому пользователю. Этот IP-адрес является уникальным только на время вашей сессии - в следующий раз, когда вы будете выходить в Интернет через своего провайдера, IP-адрес может быть другим. Таким образом, Интернет-провайдер должен иметь по одному IP-адресу на каждый обслуживаемый им модем, а не на каждого клиента, которых может быть намного больше.

IP-адрес имеет формат xxx.xxx.xxx.xxx, где xxx - числа от 0 до 255. Рассмотрим типичный IP-адрес: 193. 27.61.137.

Для облегчения запоминания IP-адрес обычно выражают рядом чисел в десятичной системе счисления, разделенных точками. Но компьютеры хранят его в бинарной форме. Например, тот же IP-адрес в двоичном коде будет выглядеть так:

11000001.00011011.00111101.10001001.

Четыре числа в IP-адресе называются октетами, поскольку в каждом из них при двоичном представлении имеется восемь разрядов: 4×8=32. Так как каждая из восьми позиций может иметь два различных состояния: 1 или 0, общий объем возможных комбинаций составляет 28, или 256, то есть каждый октет может принимать значения от 0 до 255. Комбинация четырех октетов дает 232 значений, то есть примерно 4,3 млрд. комбинаций, за исключением некоторых зарезервированных адресов.

Октеты служат не только для того, чтобы разделять числа, но и выполняют другие функции. Октеты можно распределить на две секции: Net и Host. Net-секция используется для того, чтобы определить сеть, к которой принадлежит компьютер. Host, который иногда называют узлом, определяет конкретный компьютер в сети.

Эта система аналогична системе, используемой в обычной почте, когда одна часть адреса определяет улицу, а вторая - конкретный дом на этой улице.

На ранней стадии своего развития Интернет состоял из небольшого количества компьютеров, объединенных модемами и телефонными линиями. Тогда пользователи могли установить соединение с компьютером, набрав цифровой адрес, например 163. 25.51.132. Это было удобно, пока сеть состояла из нескольких компьютеров. По мере увеличения их количества, учитывая тот факт, что текстовое имя всегда удобнее для запоминания, чем цифровое, постепенно цифровые имена стали заменять на текстовые.

Возникла проблема автоматизации данного процесса, и в 1983 году в Висконсинском университете США (University of Wisconsin) была создана так называемая DNS (Domain Name System)-система, которая автоматически устанавливала соответствие между текстовыми именами и IP-адресами. Вместо чисел была предложена ставшая сегодня для нас привычной запись типа http://www.myhobby.narod.ru/ .

Подобным образом осуществляется сортировка обычной почты. Люди привыкли ориентироваться по географическим адресам, например: «Москва, ул. Рылеева, д. 3, кв. 10», в то время как автомат на почте быстро сортирует почту по индексу.

Таким образом, при пересылке информации компьютеры используют цифровые адреса, люди - буквенные, а DNS-сервер служит своеобразным переводчиком.

Прежде чем переходить к описанию работы DNS-серверов, следует сказать несколько слов о структуре доменных имен.

Доменные имена

огда вы обращаетесь на Web или посылаете e-mail, вы используете доменное имя. Например, адрес http://www.microsoft.com/ содержит доменное имя microsoft.com. Аналогично e-mail-адрес [email protected] содержит доменное имя aha.ru.

В доменной системе имен реализуется принцип назначения имен с определением ответственности за их подмножество соответствующих сетевых групп.

И если каждая группа придерживается этого простого правила и всегда получает подтверждение, что имена, которые она присваивает, единственны среди множества ее непосредственных подчиненных, то никакие две системы, где бы те ни находились в сети Интернет, не смогут получить одинаковые имена.

Так же уникальны адреса, указываемые на конвертах при доставке писем обычной почтой. Таким образом, адрес на основе географических и административных названий однозначно определяет точку назначения.

Домены тоже имеют аналогичную иерархию. В именах домены отделяются друг от друга точками: companya.msk.ru, companyb.spb.ru. В имени может быть различное количество доменов, но обычно их не больше пяти. По мере движения по доменам в имени слева направо, количество имен, входящих в соответствующую группу, возрастает.

Каждый раз, когда вы используете доменное имя, вы также используете DNS-серверы для того, чтобы перевести буквенное доменное имя в IP-адрес на машинном языке.

В качестве примера давайте рассмотрим адрес http://www.pc.dpt1.company.msk.ru/ .

Первым в имени стоит название рабочей машины - реального компьютера с IP-адресом. Это имя создано и поддерживается группой dpt1. Группа входит в более крупное подразделение company, далее следует домен msk - он определяет имена московской части сети, а ru - российской.

Каждая страна имеет свой домен. Так au - соответствует Австралии, be - Бельгии и т.д. Это географические домены верхнего уровня.

Помимо географического признака используется тематический, в соответствии с которым существуют следующие доменные имена первого уровня:

com - обозначает коммерческие предприятия;
(edu) - образовательные;

Как работает DNS-сервер

NS-сервер принимает запрос на конвертацию доменного имени в IP-адрес. При этом DNS-сервер выполняет следующие действия:

отвечает на запрос, выдав IP-адрес, поскольку уже знает IP-адрес запрашиваемого домена.
контактирует с другим DNS-сервером для того, чтобы найти IP-адрес запрошенного имени. Этот запрос может проходить по цепочке несколько раз.
выдает сообщение: «Я не знаю IP address домена, запрашиваемого вами, но вот IP address DNS-сервера, который знает больше меня»;
сообщает, что такой домен не существует.

Представим, что вы набрали адрес http://www.pc.dpt1.company.com/ в вашем браузере, который имеет адрес в домене верхнего уровня COM (рис. 9). В простейшем варианте ваш браузер контактирует с DNS-сервером для того, чтобы получить IP-адрес искомого компьютера, и DNS-сервер возвращает искомый IP-адрес (рис. 10).

На практике в Сети, где объединены миллионы компьютеров, найти DNS-сервер, который знает нужную вам информацию, - это целая проблема. Иными словами, если вы ищете какой-то компьютер в Сети, то прежде всего вам необходимо найти DNS-сервер, на котором хранится нужная вам информация. При этом в поиске информации может быть задействована целая цепочка серверов. Пояснить работу DNS-серверов можно на примере, показанном на рис. 11 .

Предположим, что тот DNS-сервер, к которому вы обратились (на рис. 11 он обозначен как DNS1), не имеет нужной информации. DNS1 начнет поиск IP-адреса с обращения к одному из корневых DNS-серверов. Корневые DNS-серверы знают IP-адреса всех DNS-серверов, отвечающих за доменные имена верхнего уровня (COM, EDU, GOV, INT, MIL, NET, ORG и т.д.).

Например, ваш сервер DNS1 может запросить адрес у корневого DNS-сервера. Если корневой сервер не знает данного адреса, возможно, он даст ответ: «Я не знаю IP-адреса для http://www.pc.dpt1.company.com/ , но могу предоставить IP-адрес COM DNS-сервера».

После этого ваш DNS посылает запрос на COM DNS с просьбой сообщить искомый IP-адрес. Так происходит до тех пор, пока не найдется DNS-сервер, который выдаст нужную информацию.

Одна из причин, по которой система работает надежно, - это ее избыточность. Существует множество DNS-серверов на каждом уровне, и поэтому, если один из них не может дать ответ, наверняка существует другой, на котором есть необходимая вам информация. Другая технология, которая делает поиск более быстрым, - это система кэширования. Как только DNS-сервер выполняет запрос, он кэширует полученный IP-адрес. Однажды сделав запрос на корневой DNS (root DNS) и получив адрес DNS-сервера, обслуживающего COM-домены, в следующий раз он уже не должен будет повторно обращаться с подобным запросом. Подобное кэширование происходит с каждым запросом, что постепенно оптимизирует скорость работы системы. Несмотря на то что пользователям работа DNS-сервера не видна, эти серверы каждый день выполняют миллиарды запросов, обеспечивая работу миллионов пользователей.

КомпьютерПресс 5"2002

Передача данных - процесс переноса данных в виде сигналов от точки к точке или от точки к нескольким точкам средствами электросвязи по каналу. Словари упоминают заимствование (1640-е) учеными кругами латинского слова datum, означающего «вещь», «данность». Философия обосновывает связь понятий информации, знания, данных, свободы, приводит примеры. Высота горы преимущественно выступает данными. Параметр измеряют альтиметром, заполняют базы. Полученная информация, приняв конкретный облик, украшает книгу, изучаемую альпинистом. Бывалый горец придумывает лучший способ покорить вершину. Понимание особенностей процесса уже становится знанием.

Немедля появляется свобода выбора. Альпинист волен решать, принимая ответственность. Имеются группы, не вернувшиеся назад.

Виды данных

Исторически информацию представляли множеством способом. Оставим историкам иероглифы папирусов, разберем современные методики. Наибольший отпечаток наложило развитие электричества. Научись человек передаче мысли, символика вышла бы иной…

Аналоговый сигнал

Первыми попытками измерить аналоговые величины назовем опыты Вольты, измерявшего напряжение, ток. Следом сопротивление проводника сумел оценить Ом, Георг Ом. Каждый раз использовались аналоговые величины. Представление характеристик объекта в виде тока, напряжения дало мощный толчок развития современному миру. Электронно-лучевой кинескоп яркостью пикселей трех цветов отображает достаточно наглядную картинку.

Причины ухода от аналогового сигнала выявила Вторая мировая война. Система Зеленый шершень умела отлично шифровать информацию. 6-уровневый сигнал сложно назвать цифровым, однако намечается явный уклон. Исторически первой попыткой передачи бинарного кода назовем опыты Шиллинга 1832 года с телеграфом. Стремясь снизить количество соединяющих абонентов проводов, дипломат припомнил предложенные священниками методики двоичного счисления. Однако внедрение цифровой передачи потребовало от человечества пройти путь свыше полутора столетий.

Двоичный цифровой код

Двоичное счисление общеизвестно. Аналоговую величину представляют дискретным числом, затем производят кодирование. Полученный набор нулей, единиц обычно разбивают словами длиной 8 бит. Так, например, первые операционные системы Windows были 16-битными, графический модуль процессора обрабатывал числа с плавающей запятой разрядностью повыше. Еще более длинные слова используют специализированные вычислители графических карт. Специфика системы определяет конкретный способ представления информации.

Передача данных позволяет человечеству идти вперед быстрее. Люди обладают неодинаковыми способностями. Необязательно лучший сборщик, хранитель информации сможет извлечь выгоду (для себя, планеты, города…). Разумнее передать. Современный мир называют эпохой цифровой революции. Исторически оказалось, что двоичные данные передавать проще, появляется набор специфических возможностей:

Исправление ошибок.
Шифрование.
Упрощение физических линий.
Более эффективное использование спектра, снижение мощности передатчика, удельной плотности потока энергии.
Распознавание ошибок (EDC, 1951).
Возможность точного повтора, воспроизведения.

Вторая половина XX века дала сотни методик оцифровки аналоговых объектов. Главным признаком двоичного сигнала является дискретность. Аналоговую величину доподлинно передать код бессилен. Однако шаг дискретизации стал столь малым, что погрешностью пренебрегают. Яркий пример – изображения формата Full HD. Большое разрешение экрана гораздо лучше передает мелкие нюансы объекта. На некотором этапе разрешение цифровой техники обгоняет физиологические возможности человеческого зрения.

Значения термина

Передача сведений.
Компьютерная программа для Windows Phone, обеспечивающая копирование контактов меж мобильными устройствами.
Научно-популярная программа с Марией Бачениной.

Этиология

Англичанами принято употреблять множественное число – data. Славянофилов просим избегнуть упреков. Современная наука развита Европой – наследницей Римской империи. Вопрос намеренного уничтожения отечественной истории обойдем, оставив прения историкам. Некоторые эксперты возводят этимологию к древнему индийскому слову dati (дар). Даль называет данными бесспорные, очевидные, известные факты произвольного толка.

Это интересно! Литературный английский язык (газета Нью-Йорк таймс) слово data лишает числа. Употребляют как придется: множественное, единственное. Учебники чаще проводят жесткое деление. Единственное число – datum. Отдельный вопрос касается артикля, здесь обсуждаться не будет. Эксперты склонны считать существительное «массовым».

Идея открытости

Идея свободного доступа к информации выдвинута отцом социологии, Робертом Кингом Мертоном, наблюдавшим Вторую мировую войну. Начиная 1946 годом, подразумевает передачу, хранение компьютерной информации. 1954 добавил возможность обработки. В декабре 2007 года желающие обсудить проблему собрались (Себастопол, Калифорния) и осмыслили программное обеспечение с открытым кодом, интернет, потенциал концепции массового доступа. Обама принял Меморандум о прозрачности и открытости действий правительства.

Осознание человечеством реального потенциала цивилизации сопровождается призывами совместно решать проблемы. Концепция открытости данных широко обсуждается документом (1995) Американского научного агентства. Текст затрагивает геофизику и экологию. Общеизвестен пример корпорации ДюПонт, использовавший некоторые спорные технологии производства Тефлона.

Термины

Термин передача данных чаще касается цифровой информации, включая преобразованный аналоговый сигнал. Наука смотрит шире. Данными именуют любые качественные, количественные описания объекта. Эпичным примером считают сведения, составляемые антропологами касательно редких народностей планеты. Информация широко собирается организациями: продажи, преступность, безработица, грамотность.

Передача информации – цифровой поток бит.

Метаданные – более высокий уровень данных, описывающих другие данные.

Данные измеряют, собирают, передают, анализируют, представляют графиками, таблицами, изображениями, цифрами. Программистам известны так называемые рядовые файлы, лишенные форматирования. Сбойный раздел жесткого диска получает метку RAW. Форматирование упрощает передачу, восприятие сведений. Процесс оформления касается визуального, логического представления. Иногда информацию кодируют, обеспечивая защиту, восстановление сбойных участков.

Формат – способ представления информации.

Протокол – набор соглашений интерфейса, определяющий порядок обмена информацией.

Каналы (способы)

Информация, распространяясь, преодолевает среду:

Медный кабель: RS-232 (1969), FireWire (1995), USB (1996).
Оптическое волокно.
Эфир (беспроводная передача).
Шины компьютера.

Специфика среды накладывает особенности. Немногим известно, что электрический ток разносится также электромагнитной волной. Проводимость воздуха намного ниже, что накладывает специфику. Разница нивелируется ионизацией – явлением, знакомым сварщикам. Процессы, сопровождающие движение электромагнитной волны, лишены научного объяснения. Физики просто констатируют факт, описывая явление набором сведений.

Долгое время разные частоты считали явлениями несвязными: свет, тепло, электричество, магнетизм. Важно понять: набор сред рожден эволюцией техники. Наверняка откроют иные методы передачи данных. Реализации сред различны, набор стандартов определен спецификой. Локальные соединения часто пользуются технологией WiFi, опирающейся на протокол канального уровня IEEE 802.11. Сотовые операторы применяют совершенно иные – GPS, LTE. Причем мобильные сети активно начинают внедрять IP, замыкая круг, унифицируя стиль использования цифрового оборудования.

Зачем много протоколов? Особенности реализации передачи данных через WiFi бессильны покрыть значительные расстояния. Лимитированы мощности передатчиков, структуры пакетов иные. Bluetooth вовсе ограничивает основные возможности передачей пары файлов с компьютера на телефон.

Форматирование

Физики быстро убедились: напрямую информация передается средой плохо. Медный провод может нести речь, однако эфир быстро убивает низкочастотные колебания. Попов первым догадался модулировать несущую полезной информацией – азбукой Морзе. Смысл включает изменение амплитуды радиоволны согласно закону сообщения так, чтобы принимающий абонент мог послание извлечь, воспроизвести.

Развивающееся вещание вызвало необходимость совершенствования методик оснащения несущей волны полезной информацией. В поздние 20-е годы Армстронг предложил слегка варьировать частоту, закладывая фундамент сообщения. Новый тип модуляции улучшил качество звука, успешно противостоя помехам. Меломаны немедля оценили новинку.

Военная система Зеленый шершень применяла дискретную методику частотной манипуляции – мгновенная смена частоты согласно закону передаваемого сообщения. Воющие стороны оценили преимущества связи. Внедрению мешали громадные размеры оборудования (1000 тонн). Изобретение транзисторов изменило ситуацию. Передача данных становилось цифровой.

Основу сетей заложил американский ARPANET. С ПК на ПК стали передавать пакеты. Тогда в сети начали применяться первые цифровые протоколы. Сегодня IP захватывает сегмент мобильной связи. Телефоны получают собственные адреса.

Слои протоколов

Передача цифровых данных модемом реализована в 1940 году. Сети появились 25 лет спустя.

Усложняющиеся системы связи потребовали введения новых методик описания процесса взаимодействия компьютерных систем. Концептуальная модель OSI вводит понятие протокольных (абстрактных, реально не существующих) слоев. Структура создана усилиями инженеров Международной организации по стандартизации (ISO), регламентирована стандартом ISO/IEC 7498-1. Параллельную работу вел французский комитет CCITT. В 1983 году разработанные документы объединили, получив модель протокольных слоев.

Концепция 7-слойной структуры представлена работами Чарльза Бэчмана. Модель OSI включает опыт разработки АRPANET, EIN, NPLNet, CYCLADES. Линейка полученных слоев взаимодействует по вертикали с соседями: верхний использует возможности нижнего.

Важно! Каждому уровню OSI соответствует набор протоколов, определяемый используемой системой.

В компьютерных линиях совокупность протоколов подразделяют на слои. Бывают:

Физический (биты): USB, RS-232, 8P8C.
Канальный (кадры): PPP (включая PPPoE, PPPoA), IEEE 802.22, Ethernet, DSL, ARP, LP2P. Устаревшие: Token Ring, FDDI, ARCNET.
Сетевой (паеты): IP, AppleTalk.
Транспортный (датаграммы, сегменты): TCP, UDP, PORTS, SCTP.
Сеансовый: RPC, PAP.
Представительский: ASCII, JPEG, EBCDIC.
Прикладной: HTTP, FTP, DHCP, SNMP, RDP, SMTP.

Физический слой

Зачем разработчикам сто стандартов? Многие документы появились эволюционно, согласно возрастающим требованиям. Физический слой реализуют набором коннекторов, проводов, интерфейсов. Например, экранированная витая пара способна передавать высокие частоты, делая возможным реализацию протоколов битрейтом 100 Мбис/с. Оптоволокно пропускает свет, производится дальнейшее расширение спектра, возникают гигабитные сети.

Физический слой заведует схемами цифровой модуляции, физическим кодированием (формированием несущей, закладкой информации), опережающей коррекцией ошибок, синхронизацией, мультиплексированием каналов, выравниванием сигнала.

Канальный слой

Каждый порт управляется собственными машинными командами. Канальный слой показывает, как реализовать передачу форматированной информации, используя имеющееся железо. Например, PPPoЕ содержит рекомендации организации протокола PPP средствами сетей Ethernet, используемый традиционно порт – 8P8C. Эволюционной борьбой «эфирная сеть» смогла подавить соперников. Изобретатель концепции, основатель компании 3СОМ, Роберт Меткалф, сумел убедить несколько крупных производителей (Интел, DEC, Ксерокс) объединить усилия.

Попутно совершенствовались каналы: коаксиальный кабель → витая пара → оптическое волокно. Изменения преследовали цели:

удешевления;
повышения надежности;
внедрения дуплексного режима;
повышения помехоустойчивости;
гальванической развязки;
питания устройств посредством сетевого кабеля.

Оптический кабель повысил длину сегмента меж регенераторами сигнала. Канальный протокол больше описывает структуру сети, включая методы кодирования, битрейт, количество узлов, режим функционирования. Уровень вводит понятие кадра, реализует схемы расшифровки адреса MAC, детектирует ошибки, повторно отправляет запрос, контролирует частоту.