Характеристики обмена сообщениями в компьютерной сети

Для характеристики обмена сообщениями в компьютерной сети по каналам связи используются следующие понятия: тип синхронизации, режим передачи, способ коммутации данных.

Асинхронная передача – способ передачи данных, при котором информация посылается поблочно с произвольными временными интервалами. При этом каждый передаваемый блок содержит некоторое число битов данных, которые начинаются стартовым битом и завершаются необязательным битом четности и одним, полутора или двумя стоповыми битами (концевиками). Общий для передающей и принимающей стороны таймер не используется (он давал бы им возможность разделять данные на отдельные блоки, основываясь на точных временных интервалах).

Синхронная передача базируется на согласовании таймеров передающего и принимающего устройства. При этом происходит разделение групп битов и передача их по блокам, которые называются кадрами. Для начала синхронизации и периодической проверки ее точности используются специальные символы. Поскольку биты посылаются в синхронизированном виде, необходимость в стартовом и стоповых битах отпадает. Передача прекращается по окончании блока и начинается при поступлении нового. Такой старт-стоповый подход гораздо эффективнее, чем асинхронная передача. Обнаружив ошибку, схема определения и исправления ошибок просто запрашивает повторную передачу. Для синхронной передачи используется более сложное оборудование, поэтому она обходится дороже, чем асинхронная.

Существует три режима передачи данных в сети

1. Симплексный – передача данных только в одном направлении.

2. Дуплексный – одновременная передача и прием сообщений.

3. Полудуплексный – попеременная передача информации, когда источник и приемник последовательно меняются местами.

Наиболее скоростным и эффективным режимом работы для компьютерных сетей является дуплексный режим передачи данных.

Коммутация данных – это передача данных, при которой канал передачи данных может попеременно использоваться для обмена информацией между различными узлами сети. Альтернативой является некоммутируемый канал, когда канал закрепляется за абонентом сети (выделенные линии).

Способы коммутации данных

1. Коммутация каналов – это технология доставки сообщений, при которой между взаимодействующими узлами устанавливается последовательность логических каналов или обеспечивается монопольное использование канала на время сеанса связи.

2. Коммутация сообщений – это технология, в которой физическое соединение устанавливается только между соседними узлами сети и только на время передачи сообщения. Каждое сообщение снабжается заголовком и передается по сети как единое целое. Поступающее в узел сообщение запоминается в его буферном запоминающем устройстве и в подходящий момент, когда освободится соответствующий канал связи, передается в следующий соседний узел. Это позволяет избавится от перегрузок в сети, но предъявляет высокие требования к запоминающим устройствам, буферам и приводит т к неэффективному использованию каналов.

3. Коммутация пакетов – технология доставки сообщений, при которой пакеты ретранслируются станциями вдоль наиболее удобного маршрута между источником и приёмником как независимые информационные блоки. Данные пред отправкой разбиваются на короткие пакеты, на месте получения пакеты восстанавливаются до исходного размера. Время и маршруты прохождения различных пакетов могут быть не одинаковы (различными). Для данного вида коммутации характерно использование буферизации пакетов (временного хранения пакетов в очереди в буферной памяти коммутатора). Эта технология позволяет добиться увеличения пропускной способности сети за счет эффективного использования каналов связи.

Службы Интернета.

На уровни приложений взаимодействие в сети Интернет может осуществляться по нескольким протоколам, каждый из которых определяет порядок работы при совершении различных действий:

- передача гипертекстовых документов - использует протокол HTTP (Hypertext Transfer Protocol);

- передача файлов — использует протокол FTP (File Transfer Protocol);

- передача сообщений электронной почты — протоколы SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) и POP (Post Office Protocol) и т.д.

Особенностью протоколов уровня приложений является то, что обмен служебной информацией между ними производится в символьном виде.

По виду используемых протоколов Интернет принято делить на службы. Наиболее распространены службы:

1) WWW (Wide Word Web, всемирная паутина) - это самая популярная служба Интернета. Ее нередко отождествляют с Интернетом, хотя на самом деле это лишь одна из его многочисленных служб.

World Wide Web — это единое информационное пространство, состоящее из сотен мил­лионов взаимосвязанных электронных документов, хранящихся на Web-серверах. Отдельные документы, составляющие пространство Web, называют Web-cmpaницами. Группы тематически объединенных Web-страниц называют Web-узлами (Web-сайт или просто сайт). Один физический Web-сервер может содер­жать достаточно много Web-узлов, каждому из которых, как правило, отводится отдельный каталог на жестком диске сервера.

WWW использует протокол HTTP ипозволяет просматривать гипертекстовые документы.

2) Электронная почта (E-mail). Ее обеспечением в Интернете занимаются специальные почтовые серверы (специальный выделенный компьютер или программное обеспечение). Один узловой компьютер Интернета может выполнять функции нескольких серверов и обеспечивать работу различных служб, оставаясь при этом универсальным компьютером, на котором можно выпол­нять и другие задачи.

Почтовая служба основана на двух прикладных протоколах: SMTP и РОРЗ. По первому происходит отправка корреспонденции с компьютера на сервер, а по второму — прием поступивших сообщений.

3) Списки рассылки (Mail List). Это специальные тематические серверы, собирающие информацию по определенным темам и переправляющие ее подписчикам в виде сообщений электронной почты. Списки рассылки позволяют эффек­тивно решать вопросы регулярной доставки данных.

4) Служба телеконференций (Usenet). Служба телеконференций похожа на циркуляр­ную рассылку электронной почты, в ходе которой одно сообщение отправляется не одному корреспонденту, а большой группе (такие группы называются телекон­ференциями или группами новостей).

На каждом из серверов поступившее сообщение хранится ограниченное время (обычно неделю), и все желающие могут в течение этого времени с ним ознакомиться. Система телеконференций разбита на тематические группы. Сегодня в мире насчитывают порядка 50 000 тематических групп новостей. Смысл телеконференций в том, чтобы задать вопрос "всему миру" и получитьна него от специалистов, которые как правило просматривают свои тематические разделы квалифицированный ответ.

5) Служба имен доменов (DNS). Когда мы говорили о протоколах, то сказали, что адрес любого компьютера в Интернете может быть выражен четырьмя байтами, например так: 195.28.132.97. Кроме IP адреса у каждого ПК есть уникальное доменное имя, например такое: www.abcdef.com.

Это просто две разных формы записи адреса одного и того же сетевого компьютера. Человеку неудобно работать с числовым представлением IР-адреса, зато доменное имя запоминается легко, особенно если учесть, что, как правило, это имя имеет содержание. Например, Web-сервер компании Microsoft имеет имя www.microsoft.com.

Но автоматическая работа серверов сети организована с использова­нием четырехзначного числового адреса. Поэтому необходим перевод доменных имен в связанные с ними IР-адреса, которым и занимаются серверы службы имен доменов DNS.

6) Служба передачи файлов (FTP). Прием и передача файлов составляют значи­тельный процент от прочих Интернет - услуг. Необходимость в передаче файлов возникает при приеме файлов программ, при пересылке крупных доку­ментов, при передаче архивных файлов, в которых запа­кованы большие объемы информации.

Служба FTP имеет свои серверы на которых хранятся архивы данных. Протокол FTP работает одновременно с двумя TCP-соединениями между серве­ром и клиентом. По одному соединению идет передача данных, а второе соедине­ние используется как управляющее. Протокол FTP также предоставляет серверу средства для идентификации обратившегося клиента.

7) IRC (Internet Relay Chat) предназначена для прямого общения несколь­ких человек в режиме реального времени. Иногда службу IRC называют чат-конфе-ренциями или чатом. В отличие от системы телеконференций, в системе IRC общение происходит только в пределах одного канала, в работе которого принимают участие обычно лишь несколько человек. Каждый пользователь может создать соб­ственный канал и пригласить в него участников «беседы» или присоединиться к одному из открытых в данный момент каналов.

8) ICQ(/ seek you — я тебя ищу). Интернет-пейджер прообраз социальной сети. Эта служба предназначена для поиска сетевого IP-адреса человека, подключен­ного в данный момент к Интернету. Необходимость в подобной услуге связана с тем, что большинство пользователей не имеют постоянного IP-адреса. Те компьютеры, которые включены в Интернет на постоянной основе, имеют постоянные IP-адреса. Большинство же пользователей подключа­ются к Интернету лишь на время сеанса. Им выдается динамический IP-адрес, дей­ствующий только в течение данного сеанса.

Для пользования этой службой надо зарегистрироваться на ее центральном сервере (https://www.icq.com) и получить персональный идентификационный номер UIN (Universal Internet Number). Зная номер UIN партнера, но не зная его текущий IP-адрес, можно через центральный сервер службы отправить ему сообщение с предложением установить соединение.

Для обеспечения работы с каждой службой Интернета используется специализированное программное обеспечение:

· Для загрузки и просмотра гипертекстовых документов HTTP используются программы: Internet Explorer 4.0, 5.0, Netscape Communication, часто называемые обозревателями или броузерами. Все обозреватели поддерживают также передачу файлов, в соответствии с протоколом FTP. Для приема файлов обозреватель запускает мастер загрузки файлов, с помощью которого можно открыть указанный файл и сохранить его на локальном диске.

· Для работы с электронной почтой и телеконференциями используется программа Outlook Express (существуют специализированные службы: E-mail и др.);

· Для организации голосовой или видеосвязи с удаленным ПК используется Microsift NetMeeting.

· Существует несколько популярных программ для работы с чатом: mIRC.exe, chat.exe и т.д..

Доменная система имен

При присваивании серверу символьного имени используется так называемая доменная система имен (Domain Name System), основанная на иерархии доменов. В соот­ветствии с ней домен на каждом уровне определяет имена подчиненных уровней. До­менный адрес имеет вид нескольких идентификаторов, разделенных точками:

domain_n.. domain 2.domain 1

Чем дальше (правее) расположен в адресе домен, тем шире охватываемая им об­ласть. Домен высшего уровня (самый правый) представляет собой либо двухбук­венный шифр страны, либо трехбуквенный код, описывающий род деятельности владельца.

Основные двухбуквенные домены: Россия — ru, США — us, Германия — de, Англия — uk и т. д.

Трехбуквенные домены имеют следующий смысл:

- com — коммерческие организации;

- edu — учебные организации;

- gov — правительственные организации;

- int — международные организации;

- mil — военные организации;

- net — сетевые организации;

- org — некоммерческие организации.

При обращении к серверу по символьному имени компьютер преобразовывает его в IP-адрес, запрашивая его у, так называемого, DNS-сервера — узла, обладающего соответствующей базой данных.

Порты и службы

IP-адрес позволяет точно идентифицировать компьютер, но в ряде случаев этого недостаточно, т.к. на каждом узле могут быть одновременно запущены разные службы Интернета, обеспечивающие передачу электронной почты, файлов, гипертекстовой информации и т. п., а каждая служба использует свой протокол прикладного уровня.

Для упорядочения работы каждой службе отведен отдельный порт, представляющий собой число от 0 до 65534. Для наиболее популярных служб зарезервированы стандартные номера портов. Так, для FTP это 21, для HTTP — 80, SMTP — POP3 — 110.

Унифицированный указатель ресурсов

Адрес любого файла во всемирном масштабе определяется унифицированным указателем ресурсов (Uniform Resource Locator, URL).

Адрес URL состоит из трех частей.

1. Указание службы, которая осуществляет доступ к данному ресурсу (обычно обозначается именем протокола, соответствующего данной службе.

Так, например, для службы WWW прикладным является протокол HTTP (HyperText Transfer Protocol — протокол передачи гипертекста). После имени протокола ставится двоеточие (:) и два знака «/» (косая черта):

https://...

2. Указание доменного имени компьютера (сервера), на котором хранится дан­ный ресурс:

https://www.abcde.com

3. Указания полного пути доступа к файлу на данном компьютере. В качестве разделителя используется символ «/» (косая черта):

https://www.abcde.com/Files/New/abcdefg.zip

При записи URL-адреса важно точно соблюдать регистр символов. В отличие от правил работы в MS-DOS и Windows, в Интернете строчные и прописные символы считаются разными.

Именно в форме URL и связывают адрес ресурса с гипертекстовыми ссылками на Web-страницах. При щелчке на гиперссылке броузер посылает запрос для поиска и доставки ресурса, указанного в ссылке.

Модемы

Модем - это устройство, предназначенное для подсоединения компьютера к обычной телефонной линии. Название происходит от сокращения двух слов - Модуляция и Демодуляция.

Компьютер вырабатывает дискретные электрические сигналы (последовательности двоичных нулей и единиц), а по телефонным линиям информация передается в аналоговой форме (то есть в виде сигнала, уровень которого изменяется непрерывно, а не дискретно). Модемы выполняют цифро-аналоговое и аналого-цифровое преобразования. При передаче данных, модемы накладывают цифровые сигналы компьютера на непрерывную частоту телефонной линии (модулируют ее), а при их приеме демодулируют информацию и передают ее в цифровой форме в компьютер. Модемы передают данные по обычным, то есть комутированным, телефонным каналам со скоростью от 300 до 56 000 бит в секунду, а по арендованным (выделенным) каналам скорость может быть и выше. Кроме того, современные модемы осуществляют сжатие данных перед отправлением, и соответственно, реальная скорость может превышать максимальную скорость модема.

По конструктивному выполнению модемы бывают встроенными (вставляются в системный блок компьютера в один из слотов расширения) и внешними (подключаются через один из коммуникационных портов, имеют отдельный корпус и собственный блок питания). Однако, без соответствующего коммуникационного программного обеспечения, важнейшей составляющей которого является протокол, модемы не могут работать. Наиболее распространенными протоколами модемов являются v.32 bis, v.34, v.42 bis и прочие.

Современные модемы для широкого круга пользователей имеют встроенные возможности отправления и получения факсимильных сообщений. Такие устройства называются факсами-модемами. Также, есть возможность поддержки языковых функций, с помощью звукового адаптера.

На выбор типа модема влияют следующие факторы:

· цена: внешние модемы стоят дороже, поскольку в цену входит стоимость корпуса и источника питания;

· наличие свободных портов/слотов: внешний модем подсоединяется к последовательному порту. Внутренний модем к слоту на материнской плате. Если порты или слоты занятые, нужно выбрать одно из устройств;

· удобство пользования: на корпусе внешнего модема имеются индикаторы, отображающие его состояние, а также выключатель источника питания. Для установки внешнего модема не нужно разбирать корпус компьютера.

 

Организация сетевого обмена данными. Модель OSI

Для управления сетевым обменом данными используется несколько протоколов.

Под протоколом понимаются правила и описание работы сети, включающие правила установления и поддержания связи в сети, правила обращения с информационными пакетами, их описание и правила обработки.

Поскольку, при обмене информацией по сети требуется оговаривать множе­ство деталей, поэтому протокол, реализующий все правила обмена данными, был бы чрезмерно сложным и неудобным в использовании. Поэтому применяют не­сколько протоколов, решающих задачу передачи данных на разных уровнях взаимодействия.

Наибольшей проблемой при создании глобальной сети является обеспечение совместимости информационного обеспечения (программ и данных) по системе кодирования и передачи данных. Для ее решения международный институт стандартизации ISO разработал базовую модель взаимодействия открытых систем OSI, на основе которой и строится работа глобальной сети.

В модели OSI средства взаимодействия делятся на семь уровней:

прикладной, представительный, сеансовый, транспортный (TCP), сетевой (IP - адресный сетевого уровня), уровень соединения (канальный) и физический.

Каждый уровень имеет дело с одним определенным аспектом взаимо­действия сетевых устройств. В модели OSI каждому уровню присвоено стандартное имя и определено, какие функции должен выполнять каждый уровень.

Взаимодействия на каждом уровне определяется своим протоколом. Взаимодействие протоколов разных уровней определяется многоуровневой сете­вой моделью.

Интернетом называется глобальная совокупность компьютерных сетей, передача данных в которых организована на основе совокупности протоколов TCP IP (Internet Protocol). Различные части Интернета (отдельные локальные сети, сети Ethernet, Token Ring - сети на теле­фонных линиях и т. п.), соединяются между собой посредством компьютеров, которые называются узла­ми.

Протокол IP (Internet Protocol) - это адресный протокол сетевого уровня. По нему каждый компьютер, подключенный к Интернету, имеет свой уникальный IP адрес. IP-адрес состоит из четырех байт, например, 127.21.13.21. Структура адреса организована так, что каждый компьютер, через который проходит пакет данных, имея информацию о соседних узлах и связях по IP-адресу может определить на какой следующий узел передать пакет для его оптимальной передачи в точку назначения. Процесс определения пути пакета называется маршрутизацией. Узлы, или программы, выполняющие функции маршрутизации, называются маршрутизаторами.

Протокол TCP(Transmission Control Protocol) являетсяпротоколом транспортного уровня и занимается проблемой пересылки больших объемов информации, основываясь на возможностях протокола IP. TCP делит информацию, которую надо переслать на несколько частей и нумерует их, чтобы обеспечить возможность последующего восстановления. Каждая порция информации вместе с номером образует TCP-пакет, который затем помещается в отдельный IP-пакет, с которым сеть уже «умеет» обращаться.

Получатель (TCP-процесс) распаковывает IP-пакеты и получает TCP-пакеты, далее распаковывает их и объединяет данные. Для обеспечения целостности данных при передаче и их защиты от искажения помехами в сетях используется специальная система кодов, исправляющих ошибки. Наиболее простым примером таких кодов является код, использующий добавление к каждому пакету контрольной суммы (а к каждому байту — бита контроля четности).

Обмен данными между каждым подключенным пользователем и провайдером также регламентируется протоколами, определяемыми видом подключения, техническими возможностями провайдера и видом сети, через которую осуществляется подключение.

Например, при подключении через цифровую телефонную линию используется протокол ISDN (Integrated Services Digital Network, цифровая сеть с интегрированными службами), при подключении через обычную телефонную сеть используются протоколы: SLIP (Serial Line Internet Protocol, протокол интернета для последовательной сети ), или PPP (Point-to-point Protocol, протокол "точка-точка" ) - предпочтительнее, т.к. использует более совершенные методы сжатия данных и обнаружения ошибок.

Адресация в Интернете

Компьютеры в Интернете идентифицируются по IP-адре­су, уникальному в пределах всего Интернета. Цифровой IP-адрес это 32-разрядное двоичное слово вида: ХХХХХХХХ. ХХХХХХХХ. ХХХХХХХХ. ХХХХХХХХ (Сеть. подсеть. компьютер)

Однако пользователям крайне неудобно производить обращение к требуемому серверу с использованием IP-адресов, так как они не несут никакого осмысленного значения и трудны для запоминания. Поэтому серверам Интернета присваивают символьные адреса. Все приложения Интернета по­зволяют пользоваться символьными именами вместо числовых IP-адресов.