Задачи физической передачи данных по линии связи

Представление данных в виде электрических или оптических сигналов называется кодированием. Существует два способа кодирования двоичных сигналов: потенциальный, т.е. логической единице соответствует один уровень напряжения, а логическому нулю – другой; импульсный, т.е. используются импульсы различной или одной полярности. Эти подходы используются как для представления данных внутри компьютера, так и при передаче между компьютерами. Но внешние линии связи существенно отличаются от линий внутри компьютера. Внешние линии связи большей протяженности, проходят вне экранированного корпусом пространства, подверженного влиянию электромагнитных помех. Это приводит к существенно большим искажениям сигнала, например к заваливанию фронтов и спадов сигнала. Поэтому для надежного распознавания импульсов на приемном конце внутри и вне компьютеров не всегда можно использовать одни те же способы кодирования и скорости передачи.

В вычислительных сетях кроме названных способов кодирования используют специфический способ представления данных, который не применяют внутри компьютеров, – модуляцию. Вышеназванные способы кодирования используют на линиях высокого качества и небольшой протяженности.

Модуляция на основе гармонических сигналов используется, когда линия вносит сильные искажения в передаваемый сигнал; используют в сетях при передаче данных через аналоговые телефонные каналы. На способ передачи сигналов влияет количество проводов в линии связи. Для снижения стоимости линии связи используют не параллельную (одновременную передачу битов байта), а последовательную (побитовую) передачу.

Еще одной проблемой, которую нужно решать при передаче сигналов, является проблема взаимной синхронизации передатчика одного компьютера с приемником другого. При организации взаимодействия передатчика с приемником внутри компьютера проблеме решается просто, так как все устройства синхронизируются одним задающим генератором. При связи компьютеров проблема синхронизации может решаться путем обмена тактовыми импульсами по отдельной специальной линии или путем периодической синхронизации заранее обусловленными кодами или импульсами характерной формы, отличной от формы импульсов данных.

Несмотря на выбор соответствующей скорости обмена данными, линий связи с определенными характеристиками, способа синхронизации, всегда существует определенная вероятность искажения некоторых битов передаваемых данных. Для повышения надежности передачи данных между компьютерами часто используется стандартный прием – подсчет контрольной суммы и передача ее по линии связи после каждого байта или блока байтов. Часто в протокол обмена данными включается специальный сигнал, называемый квитанцией, подтверждающий правильность приема данных. В каждое сетевое устройство встраиваются средства, решающие задачу надежного обмена двоичными сигналами. Модемы в глобальных сетях выполняют модуляцию и демодуляцию дискретных сигналов, синхронизируют передачу по линии связи, проверяют правильность передачи по контрольной сумме. Сетевые адаптеры рассчитаны, как правило, на работу с определенной передающей средой – коаксиальным кабелем, витой парой, оптоволокном. Каждый тип передающей среды обладает определенными электрическими характеристиками, влияющими на способ использования данной среды, и определяет скорость передачи сигналов, способ их кодирования и некоторые другие параметры.

Проблемы связи нескольких компьютеров. Топологии физических связей

Топология сети – это конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети и коммуникационное оборудование, а ребрам – электрические и информационные связи между ними. При увеличении узлов число вариантов конфигураций возрастает. Так, например, для трех компьютеров различают две конфигурации.

Рис. 8. Конфигурации физических связей при соединении двух компьютеров

Узлы сети можно связывать последовательно или каждый узел с каждым. В первом случае они будут связываться друг с другом, передавая сообщение транзитом. В качестве транзитного узла может выступать специализированное устройство. Среди множества конфигураций различают полносвязные и неполносвязные. Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый компьютер непосредственно связан с другим. Для каждой пары узлов сети выделяется отдельная физическая линия. Для n узлов потребуется m дуплексных линий:

.

Такой вид связи используют в многомашинных комплексах или скоростных сетях с небольшим количеством узлов.

Ячеистая топология получается из полносвязной удалением части связей. Она характерна для крупных сетей.

В сетях с кольцевой топологией данные передаются по кольцу, т.е. от одного узла к другому. Этот вид топологии обладает свойством резервирования данных.

Топология звезда – каждый узел подключается к центральному устройству, называемому концентратором, который направляет информацию от узла к одному или всем узлам сети. Концентратор – это специализированное устройство (по-другому, многовходовый повторитель, маршрутизатор). Недостатки топологии звезда: высокая стоимость сетевого оборудования; ограниченные возможности по наращиванию количества узлов, ограниченного числом портов концентратора.

Топология дерево получается, когда строят сеть с несколькими концентраторами, иерархически соединенными между собой связями типа звезда. Сегодня именно топология дерево – самый распространенный тип связи в локальных и глобальных сетях.

Особым частным случаем топологии звезда является конфигурация общая шина. В качестве центрального элемента выступает пассивный кабель, к которому по схеме монтажного ИЛИ подключается несколько узлов. Такая же топология имеет место в беспроводных сетях, роль общей шины играет радиоканал. Передаваемая информация распространяется по кабелю и доступна одновременно всем узлам. Основное преимущество топологии общая шина – простота наращивания числа узлов и дешевизна. Основные недостатки – низкая надежность, так как любой дефект кабеля парализует всю сеть; низкая производительность, так как в любой момент времени только один узел может передавать информацию по сети.

Общие топологические закономерности сетей:

· небольшие сети – топология звезда, кольцо, общая шина;

· крупные сети – произвольные связи между узлами, в них можно выделить отдельные подсети, имеющие типовые топологии, их называют сетями со смешанной топологией.