. Передача данных по сети

Для выяснения сущности передачи информации по сети рассмотрим подробнее назначение и процедуру формирования кадров.

Функции пакетов

Данные обычно содержатся в больших по размерам файлах. Однако сети не будут нормально работать, если компьютер посылает этот блок данных целиком. Существует две причины, замедляющие работу сети при передаче по кабелю больших блоков данных.

1. Такой блок, посылаемый одним компьютером, заполняет кабель и «связывает» работу всей сети.

2. Возникновение ошибок при передаче крупных блоков приведет к повторной передаче всего блока. В случае же повреждения небольшого блока данных, требуется повторная передача именно этого небольшого блока, что значительно экономит время.

В связи с этим, данные разбиваются на небольшие управляемые блоки. Эти блоки и называются пакетами. Пакет – группа байтов, передаваемых абонентами сети друг другу.

Таким образом, пакет - это основная единица информации в компьютерных сетях. При этом скорость их передачи возрастает настолько, что каждый компьютер в сети получает возможность принимать и передавать данные практически одновременно. В компьютере получатели пакеты накапливаются и выстраиваются в необходимом порядке для восстановления исходного вида данных.

При разбиении данных на пакеты сетевая операционная система добавляет к каждому пакету специальную управляющую информацию, которая обеспечивает:

• передачу исходных данных небольшими блоками;

• сбор данных при их получении в надлежащем порядке;

• после сборки проверку данных на наличие ошибок.

Структура пакетов локальных сетей

Структура пакета определяется, прежде всего, аппаратурными особенностями данной сети, выбранной топологией и типом среды передачи информации.

Типичный пакет содержит в себе следующие основные поля:

• стартовая комбинация (не обязательная) - обеспечивает настройку аппаратуры адаптера или другого сетевого устройства на прием и обработку пакета;

• сетевой адрес (идентификатор) принимающего абонента - индивидуальный или групповой номер, присвоенный принимающему абоненту в сети, позволяет приемнику распознать пакет, адресованный ему или всем абонентам сети;

• сетевой адрес (идентификатор) передающего абонента - индивидуальный или групповой номер, присвоенный передающему абоненту в сети, информирует принимающего абонента, откуда пришел данный пакет;

• служебная информация - указывает тип пакета, его номер, а также то, что с ним надо делать и т.д.;

• данные - это информация, ради передачи которой используется данный пакет;

• коды коррекции ошибок (синонимы - остаток избыточной циклической суммы, контрольная сумма, числовой код) - это информация, формируемая передатчиком по определенным правилам и содержащая в свернутом виде информацию обо всем пакете. Она используется для проверки правильности передачи пакета на приемном конце;

• стоповая комбинация (не обязательна) - информирует принимающего абонента об окончании пакета, обеспечивает выход аппаратуры приемника из состояния запроса.

Нередко выделяют:

• начальное управляющее поле пакета, то есть поле, включающее в себя стартовую комбинацию, сетевые адреса приемника и передатчика, а также служебную информацию. Начальное управляющее поле часто называют заголовком пакета.

• Поле данных – непосредственно передаваемые данные.

• Конечное управляющее поле, включающее в себя контрольную сумму и стоповую комбинацию.

Пакеты делятся на два основных типа: управляющие (не содержат поля данных) и информационные (поле данных присутствует). Управляющие пакеты служат для решения вспомогательных задач по обмену в сети, например, для установления соединения между абонентами, для завершения соединения после прекращения сеанса обмена, для подтверждения приема информационного пакета.

Передающий абонент сначала запрашивает с помощью управляющего пакета принимающего абонента о готовности принять данные. Принимающий абонент отвечает управляющим пакетом о своей готовности. Затем следует собственно передача данных, причем на каждый информационный пакет от передатчика приемник отвечает соответствующим пакетом о подтверждении приема. После окончания передачи данных передающий абонент заканчивает сеанс связи управляющим пакетом.

Процедура формирования пакета представлена на рис. 3.15. Процесс формирования пакета начинается на прикладном уровне, т.е. там, где рождаются данные. Информация, которую надо переслать по сети, проходит сверху вниз все семь уровней, начиная с прикладного, при этом на каждом уровне блоку данных добавляется заголовок, т.е. информация, предназначенная для соответствующего уровня компьютера - получателя. Отметим еще раз, что заголовок – служебная информация, которая необходима для адресации сообщений и для некоторых контрольных функций.

Транспортный уровень разбивает исходный блок данных на пакеты, при этом к каждому пакету добавляется информация, которая поможет компьютеру-получателю восстановить исходные данные из последовательности пакетов.

Канальный уровень кроме заголовка добавляет еще и концевик – контрольную последовательность CRC, которая используется для проверки правильности приема сообщения из коммуникационной сети, формируя кадр данных.

Типы синхронизации данных

Синхронизация данных – это согласование различных процессов во времени. При обмене данными на физическом уровне единицей информации является бит, поэтому средства физического уровня поддерживают побитовую синхронизацию между приемником и передатчиком. Канальный уровень оперирует кадрами данных и обеспечивает синхронизацию между приемником и передатчиком на уровне кадров. В обязанности приемника входит распознание начала первого байта кадра, распознание границ полей кадра и распознание признака окончания кадра. Процессы передачи или приема информации в вычислительных сетях могут быть привязаны к определенным временным отметкам, т.е. один из процессов может начаться только после того, как получит полностью данные от другого процесса. Такие процессы называются синхронными.

В то же время существуют процессы, в которых нет такой привязки, и они могут выполнятся независимо от степени полноты переданных данных. Такие процессы называются асинхронными.

Асинхронная связь (старт - стоп связь)– самая распространенная форма передачи данных (см. рис. 3.16а). Обычно достаточно обеспечить синхронизацию на указанных двух уровнях – битовом и кадровом, чтобы передатчик и приемник смогли обеспечить устойчивый обмен информацией. Однако при плохом качестве линий связи для удешевления аппаратуры и повышения надежности передачи данных вводят дополнительные средства синхронизации на уровне байт. Этот метод связи используется обычно стандартными телефонными линиями. Каждый символ – буква, число или знак раскладываются в последовательность битов. Каждая из этих последовательностей отделяется от других стартовым битом и стоповым битом, которые позволяют произвести выделение их из потока передачи. Передающие и принимающие устройства должны согласовывать комбинацию стартовых и стоповых битов. Принимающий компьютер для управления синхронизацией использует стартовые биты, готовясь тем самым к приему следующего байта данных. Связь этого типа не синхронизируется, т.е. отсутствует синхронизирующее устройство. Передающий компьютер - просто шлет, а принимающий - просто их получает. Затем принимающий компьютер проверяет данные, чтобы убедиться в том, что они приняты без ошибок. При асинхронной связи используется специальный бит – бит четности. Бит четности используется для контроля правильности передачи данных и принимает такое значение, чтобы в передаваемом символе общее число единиц (или нулей) всегда было четное или нечетное в зависимости от начальной установки регистров устройства оконечного оборудования данных. Приемное устройство заново вычисляет четность, поступаемых данных и сравнивает полученный результат с принятым значением бита четности. При несовпадении четности читается, что произошла ошибка в передаче данных. Заметим, что 25% трафика данных состоит из управляющей и координирующей информации. Максимальная скорость передачи в этом случае - 115 тыс. бит /с.

Синхронная связь (см. рис. 3.16б) основана на схеме синхронизации, согласованной между двумя устройствами. При этом выделяются биты из группы при передаче их кадрами. Для установки синхронизации и периодической проверке ее правильности используются специальные символы. Передача завершается в конце одного кадра и начинается вновь на следующем кадре. Этот метод более эффективен, чем асинхронная передача. В случае ошибки синхронная схема распознавания и коррекции ошибок просто повторяет передачу кадров. Таким образом, при синхронной передаче информация передается блоками, которые обрамляются специальными управляющими символами. В состав блока включаются также специальные синхросимволы, обеспечивающие контроль состояния физической передающей среды, и символы, позволяющие обнаружить ошибки при обмене информацией. В конце блока данных при синхронной передаче в канал связи выдается контрольная последовательность, сформированная по специальному алгоритму. По этому же алгоритму формируется контрольная последовательность при приеме информации из канала связи. Если обе последовательности совпадают, то ошибок нет. Если повторные передачи не дают положительного результата, то фиксируется состояние аварии. Синхронная связь используется практически во всех цифровых системах связи.