Основные концепции

Типы сигналов - Аналоговый и цифровой

Аналоговый сигнал основывается на постоянно меняющейся мощности. В случае электрических сигналов энергия обычно модулируется подгонкой напряжения источника питания.

Небольшие изменения сигнала определяют небольшие изменения в данных. Рассмотрим, например, небольшие изменения звука, который мы слышим. Если амплитуда сигнала слегка увеличивается, мы слышим слегка более громкий звук. Если слегка увеличивается частота сигнала, то мы слышим более вы слышите более высокий звук.

Амплитуда - это размер сигнала от пика до пика.

Длина волны - это период времени, за который передается полный циклволны. Измеряется в секундах.

Частота - это как часто повторяется образец волны. Измеряетсяв циклах в секунду или герцах и связан с длиной волны.

Фаза определяется тем, когда волна проходит через точку происхождения. Одна волна может быть смещена по отношению к другой потому, что начинается в слегка другое время. Фаза измеряется градусами или радианами. Рассмотрим, например, разницу между ходьбой и прыжками. Когда вы ходите, то одна нога сдвинута по фазе по отношению к другой на 1800 или р радиан.Когда вы прыгаете обе ноги находятся в фазе.

Аналоговые формы волны могут складываться вместе для создания сложных сигналов. Более того, они могут сдвигаться по отношениюк исходной путем добавления постоянного напряжения. Сложный аналоговый сигнал может выглядеть следующим образом:

Цифровой сигнал основывается на напряжении, изменяющемся на фиксированные приращения или шаги. Переход к новому состоянию представляет собой один бит данных.

Хотя мы часто думаем, что цифровые сигналы имеют толькодва состояния: включен и выключен, они могут иметь много состояний. Цифровой сигнал может выглядеть следующим образом:

Так как цифровой компьютер хранит данные как дискретные биты, цифровые сигналы подходят для передачи данных. Более того, цифровая передача данных менее подвержена ошибкам, т.к. можно распознать и скорректировать электромагнитные шумы потому, что они являются причиной отклонения сигнала от дискретных состояний.

Типы передач: последовательная и параллельная

Данные в цифровом компьютере обычно представлены в 8, 16, 32или 64 битовом представлении. Например, число 733 может быть представлено в 16битной системе как 0000001011011101. При использовании последовательной передачи, каждый бит данных передается отдельно через единственный канал один за другим. При параллельной передаче несколько бит информации передаются одновременно, при этом необходимо 8 каналов.

Последовательная передача

Параллельная передача

Способы передачи данных: асинхронная и синхронная передача

Чтобы приемник мог интерпретировать передачу, он должен знать где она начинается и где оканчивается. Другими словами, приемникдолжен быть синхронизирован с передатчиком.

Если передатчик посылает малые блоки данных с включением пауз, то часто используется асинхронная передача. При этом каждые восемь быт данных содержат дополнительный ведущий бит и дополнительный завершающий бит. Ведущий битназывается стартовым битом. Завершающий бит называется стоп битом. Стартовый бит подготавливает приемник к чтению битов данных. Из-за стартовых истоповых битов эффективность асинхронной передачи не может превысить 80%. Асинхронная передача часто используется для передачи символов с клавиатуры на универсальный компьютер.

Асинхронная последовательная передача

Если передатчик отправляет большие блоки данных с илибез включенных пауз, то обычно используется синхронная передача. При этом блоки данных могут быть либо простонабором данных или октетами (8 бит). Блоки данных обычно начинаются каким-либо типом SYNC или синхронизационным полем, которое используется для уведомления приемника о последующих данных. Так как блоки данных могут быть очень длинными, а синхронизационное поле короткое, то эта техника передачи более производительна, чем асинхронная передача. Эффективность передачи для Ethernet (IEEE 802.3) может быть больше 99%.

Универсальная последовательная шина (USB) автоматизированного рабочего места использует этот тип передачи данных.

Синхронная последовательная передача (IEEE 802.3)

Другая форма синхронной передачи достигается использованием отдельного контрольного сигнала, передаваемого по отдельномуканалу, для синхронизации передатчика и приемника. Параллельный порт принтера на автоматизированных рабочих местах использует этот метод.

Среда и методы передачи

Цифровой сигнал может быть передан используя медный провод, оптическое волокно и некоторые другие средства. Цифровая передачавозможна только на основной полосе частот, то есть на полосе, начинающейся с 0 герц. Большинство средств передачи, тем не менее, наиболее эффективны при передаче аналогового сигнала. Вэтом случае цифровые данные могут быть преобразованы в аналоговый сигнал, используя технику, известную как модуляция. Аналоговая передача обычно упоминается как узкополосная, когда имеется узкий разброс частот, или широкополосной, при широком разбросе.

Модем - это обычное устройство для выполнения двух функций: модуляции и демодуляции.

Есть три обычных типа модуляции.

Дуплекс - симплекс, полу дуплекс, полный дуплекс

Есть три типа связи:

Дуплексность может определяться одним из двух факторов: а) физический канал связи может поддерживать только определенные типы и b) протокол, то есть правила, используемые для связи между компьютерами могут ограничивать тип коммуникаций, хотя физический канал может не ограничивать их.

Топология

Топология - это то как физически организована сеть.

Во всех типах телекоммуникации есть два типа устройств. Оборудование терминала данных (DTE) относится и к отправителю и к получателю данных и является любым завершающим устройством в канале связи. Оборудование связи данных (DCE) относится к любому оборудованию связи, подсоединенному к DTE для передачи данных.

Хотя можно подумать, что данное устройство является DTE, оно может иметь интерфейс сконфигурированныйтак, чтобы быть DCE и, наоборот, DCE может иметь интерфейс, сконфигурированный на DTE. Конфигурация интерфейса имеет значение из-за того, чтопроводка между устройствами обычно различна для разных конфигураций. Контур, принимающий данные в одном устройстве, может быть контуром, передающим данные в другом устройстве. Если два DTE связаны (или два DCE связаны), независимо от их функций, между ними должна быть переходная связь.

На рисунке ниже показана переходная кабельная связь, соединяющая два персональных рабочих места (DTE) через последовательные порты связи. Переходная кабельная связь также называется нуль модемным кабелем.

Диаграмма контуров для нуль модемного кабеля с DB-9 разъемами

Следующая таблица показывает различные DTE, соединенные с соответствующим DCE.

DTE	Кабель	DCE
Рабочее место интерфейс последовательной связи (com port)	последовательный	модем
Рабочее место Ethernet карта	витая пара	Ethernet усилитель, переключатель, коммутатор или перемычка
Телефон, модем, розетка	двойнаявитая пара	—

Компоненты сети

Компоненты сети

Классификация сетей

Сети классифицируются по географическим областям, которые они обслуживают.

Локальная сеть (LAN) -

• обычно внутри здания или группы зданий;
• обычно частная, а значит без необходимости поставщика телекоммуникационных услуг;
• обычно используют медную проводку как средство связи;
• обычно использует протоколы Ethernet (IEEE 802.3) или символического кольца (IEEE 802.5)

Для LAN характерны следующие топологии.

Топология общей шины Топология кольца   Топология звезды Древовидная топология С точки зрения внешних проявлений Ethernet 10BASE-T LAN с топологией звезды и LAN, использующая символическое кольца, это одно и тоже. Обе обычно имеют DCE, связанные кабелем с каждым рабочим местом. Кабель содержит две витые пары,либо не покрытые, или покрытые фольгой. Тем не менее, контур в DCE соединен совсем другим путем. Топология символического кольца (IEEE 802.5)

Муниципальная сеть (MAN) -

• обычно внутри города или муниципалитета;
• все еще недоступна в большинстве мест;
• обычно требует поставщика телекоммуникационных услуг;
• использует оптоволокно в качестве средства связи;
• обычно использует высокоскоростные синхронные протоколы High Level Data Link Control (HDLC), Synchronous Optical Network (SONET), и /или несинхронные протоколы Transfer Mode (ATM).

Глобальная сеть (WAN) -

• обычно распространяется за пределы муниципалитета;
• обычно требует поставщика телекоммуникационных услуг;
• обычно это корпоративная инициатива;
• использует оптоволокно в качестве средства связи;
• обычно использует высокоскоростные протоколы HDLC, SONET и ATM

Базовая сеть -

• состоит из 13 корневых Internet серверов;
• использует оптоволокно в качестве средства связи;
• обеспечивает связь со всеми подсетями Internet;
• обеспечивает распознание адресов и имен для серверов и клиентов;
• использует высокоскоростные протоколы HDLC, SONET и ATM

Прикладные архитектуры

Приложения, требующие сети, имеют несколько возможныхклиент - сервер архитектур. Они могут быть классифицированы в соответствии со степенью функциональности, принятой на себя рабочим местом по отношению к одному и более серверам.

Архитектура на основе хозяина (хоста) помещается большинство функций на сервер. Клиент - это терминал или рабочее место, ведущее себя как терминал.

Архитектура на основе хоста

Архитектура, на основе клиента, размещает большинство функций на клиента. Сервер хранит данные, но клиент выполняет все прикладные функции, функции доступа к данным и представления.

Архитектура на основе клиента

Архитектура клиент - сервер более равномерно распределяет ответственность между клиентом и сервером. В этом случае сервер хранит данные и выполняет различные функции доступа к данным, в то время как клиент выполняет прикладные функции и функции представления.

Архитектура клиент - сервер

Сетевая архитектура размещает все функции, кроме функций представления, на сервер. В следствие сервер хранит все данные, обеспечивает услуги доступа к данным и поддержку логики приложений. Сетевая архитектура используется в демонстрационной системе ЮКПИЗ.

Сетевая архитектура

Следующая таблица дает сравнения между различными прикладными архитектурами.

	Основанная на хозяине	Основанная на клиенте	Клиент- сервер	Сетевая
Стоимость инфраструктуры	Высокая	Средняя	Низкая	Низкая
Стоимость разработки	Низкая	Средняя	Высокая	Средняя
Масштабируемость	Низкая	Высокая	Средняя	Средняя

Архитектуры работы сети

Термин архитектура работы сети относится к протоколам или наборам правил, которым следует взаимно соединенное оборудование связи. Протоколы определяют

• синтаксис - формат данных, кодирование и уровень сигналов,
• семантику - контрольную информацию для координации и выявления и коррекции ошибок и
• расчет по времени - совпадение скоростей и последовательность,

Протоколы, используемые Internet, предназначены для работы с сетями, состоящими из многих компьютеров. Некоторые компьютеры - это внутренние узлы (также называемые процессоры Internet сообщений или IMP), которые передают пакеты данных по системедля достижения хостов (или клиентов), находящихся на границе сети.

Схема сети с передачей пакетов

Имеются две общие модели, описывающие архитектуру работы в сети. Обе модели показывают концепцию разделения проблем, изолируя определенные функциональные возможности для определенных слоев. Это позволяет более легкое осмысление и спецификацию. Многие из реализованных программ этих моделей используют тот же подход для упрощения программированияи тестирования.

• Международная организация стандартов (ISO) разработала идеальную модель, названную Модель ссылок открытых взаимосвязанных систем (OSI), состоящую из семи уровней. Каждый уровень имеет набор функций и обеспечивает набор услуг. Хотя система построена в соответствии с моделью, эти системы не столь общи, как модель TCP/IP.

• Модель Internet примерно соответствует модели OSI, но в ней не хватает некоторых слоев, специфичных для модели OSI. Те же функции и услуги обеспечиваются, но они сгруппированы по другому. Internet модель используется для описания архитектуры работы Internet. Следующая таблица сравнивает OSI и Internet модели.

Модель ссылок OSI в сравнении с Internet моделью

Концептуально данные обмениваются битами на физическом уровне. Затем каждый уровень по очереди работает с данными. Каждый уровень обеспечивает собственную контрольную информацию, пользуясь концепцией капсуляции. На следующем рисунке показан при помощи модели ссылок ISO обмен данными между двумя станциями. Со стороны отправителя, когда данные посланы одной прикладной программой другой,то к данным добавляется заголовок, когда единица данных проходит через стек протокола. Этот заголовок содержит инструкции для соответствующего уровня получателя. Получающая прикладная программа получает только данные, отправленные посылающей прикладной программой, то есть, контрольная информация извлекается каждым соответствующим протоколом до того,как единица данных передается вверх на следующий уровень.

Модель ссылок ISO, использующаякапсуляцию

Имеется большое число стандартных протоколов. Протокол обычно применим только к одному уровню или к одной компоненте внутри уровня. Ниже дан список некоторых протоколов, показывающий их позиционирование внутри модели ссылок OSI.

Уровень OSI	Примеры стандартов протоколов
7. Уровень приложений	FTP (file) HTTP, HTML (web) MPEG, H.323 (multi-media) IMAP, POP, X.400 (e-mail) LDAP, X.500 (directory)
6. Уровень представлений	BER (Basic Encoding Rules) ANSI X3.4 (ASCII encoding) UTF-8 (Universal Character Set encoding) ASN.1 (Abstract Syntax Notation)
5. Уровень сессий	ISO 8826, 8827
4. Транспортный уровень	TCP (Transmission Control Protocol) SPX (Novell Sequenced Packet Exchange)
3. Уровень работы в сети	IP (Internet Protocol) IPX (Novell Internetwork Packet Exchange)
2. Уровень связи данных	Ethernet (IEEE 802.3) Token ring (IEEE 802.5) PPP (Point-To-Point protocol, RFC 1661)
1. Физический уровень	Serial (RS232C) V.92 (56 kbps modem) TSB-36 (unshielded twisted pair standards)