3.2 Принципы связи
Основная задача любой сети - передача информации. Общение крайне важно для развития любого человеческого существа, от питекантропа до самых продвинутых ученых современности.
Любой обмен информацией начинается с сообщения, которое нужно передать от одного человека или устройства к другому. Со временем, в процессе совершенствования технологий, методы отправки, получения и интерпретации сообщений меняются.
У всех методов связи есть три общих элемента. Первый - это источник сообщения, или отправитель. Отправителем может быть человек или электронное устройство, которому нужно послать сообщение другому человеку или устройству. Второй элемент - это адресат, или приемник сообщения. Адресат получает и интерпретирует сообщение. Третий элемент, именуемый каналом, это путь, по которому сообщение идет от источника к адресату.
Правила обмена данными
В любой беседе между двумя людьми есть много правил, или протоколов, которым обязаны следовать оба собеседника для того, чтобы сообщение было успешно доставлено и понято. К категории протоколов обмена информацией между людьми относится:
идентификация отправителя и получателя;
выбранное средство или канал связи (личный разговор, телефон, письмо, фотография);
соответствующий режим обмена данными (устная или письменная речь, иллюстрации, интерактивная или односторонняя связь);
общий язык;
грамматическая структура и структура предложений;
скорость и время доставки.
Представьте себе, что бы было, если бы протоколов общения людей друг с другом не существовало. Смогли бы вы понять других? Смогли бы вы прочесть абзац, не соответствующий общепринятым протоколам?
Коммуникации между людьми подчиняются протоколам. Очень трудно понять сообщение, которое плохо отформатировано и в котором не соблюдены установленные правила и протоколы.
Выбор протоколов зависит от характеристик источника, канала и адресата сообщения. Правила общения с помощью одного средства связи, например, телефона, не обязательно совпадают с правилами другого средства связи, например, почты.
Протоколы определяют то, как передается и доставляется сообщение. Они определяют следующее:
формат сообщения;
размер сообщения;
время доставки;
способ подготовки;
кодировку;
схему стандартного сообщения.
Многие концепции и правила, которые делают человеческое общение надежнее и понятнее, применяются и при обмене данными с использованием компьютера.
Кодирование сообщения
Один из первых этапов отправки сообщения - кодирование. При передаче мыслей с помощью текста, рисунков или разговорного языка используются уникальные наборы кодов, звуков, жестов и/или символов. Кодирование - это процесс преобразования мыслей в слова, символы или звуки для последующей передачи. Декодирование - это обратный процесс, то есть расшифровка мысли.
Вообразите себе человека, который смотрит на закат и звонит другому, чтобы обсудить красоту зрелища. Чтобы передать сообщение, отправителю, прежде всего, придется преобразовать свои мысли и впечатления от заката в слова. При разговоре по телефону слова преобразуются в звуки и модуляции разговорного языка, передающие информацию. Абонент на другом конце телефонной линии слушает описание заката, воспринимает и декодирует звуки, создавая у себя в голове представление о том, что описывает отправитель.
Кодирование используется и при обмене данными с помощью компьютера. Кодировка данных при обмене между узлами должна соответствовать среде связи. Прежде всего, узел-отправитель преобразует передаваемое по сети сообщение в биты. Каждый бит кодируется набором звуков, световых волн или электрических импульсов, в зависимости от типа сети. хост-адресат принимает и декодирует сигналы и интерпретирует сообщение.
хост-адресат – это компьютер или другое сетевое устройство, принимающее данные.
Форматирование сообщения
При отправке сообщения из источника к адресату необходимо использовать определенный формат или структуру. Формат зависит от типа сообщения и канала доставки.
Одна из наиболее распространенных форм письменного общения между людьми - письмо. Общепринятый формат личных писем не меняется столетиями. Во многих культурах личное письмо состоит из следующих элементов:
идентификатор получателя;
приветствие;
содержимое сообщения;
заключительная фраза;
идентификатор отправителя.
Большинство личных писем нужно не только составить в правильном формате, но и запечатать в конверт для доставки. На конверте, в специально отведенном месте, пишется адрес отправителя и получателя. Если адресат или формат неверен, письмо не дойдет.
Процесс размещения одного формата сообщения (письмо) внутри другого (конверт) называется инкапсуляцией. Распаковка производится в тот момент, когда получатель достает письмо из конверта.
Форматирование сообщения
Чтобы письмо дошло до получателя и было понято, автор должен использовать общепринятый формат. Аналогичным образом, для доставки и обработки письма в компьютерной сети необходимо придерживаться определенных правил форматирования. Подобно тому, как письмо вкладывается в конверт, компьютерное сообщение инкапсулируется. Для каждого сообщения используется особый формат, который называется кадром. Кадр действует примерно так же, как и конверт; в нем указаны адреса узла-отправителя и получателя.
Формат и содержимое кадра зависят от типа сообщения и канала передачи. Узел-адресат не может успешно получить и обработать неверно отформатированные сообщения.
Размер сообщения
Представьте себе, каково было бы читать этот курс, если бы он выглядел как одно длинное предложение. В таком случае прочесть и понять его было бы довольно сложно. В процессе разговора люди делят свои высказывания на более мелкие части, или предложения. Размер предложения подобран так, чтобы адресат мог его понять без повторений. В некоторых случаях разговор можно поделить на много более мелких предложений так, чтобы собеседник воспринял и понял каждую часть высказывания.
Аналогичным образом, при передаче от одного узла к другому по сети сообщение необходимо поделить на части. Размеры этих частей, или кадров, очень строго регулируются. Кроме всего прочего, они зависят от используемого канала. Слишком длинные или короткие кадры не доставляются.
Ограничения по размеру кадров заставляют узел-источник делить длинные сообщения на части, соответствующие требованиям к минимальному и максимальному размеру. Каждая часть инкапсулируется в отдельный кадр с информацией об адресе и передается по сети. Узел-адресат распаковывает сообщения и собирает вместе для обработки и интерпретации.
Время доставки сообщения
Одним из факторов, которые влияют на качество приема и понимания сообщения, является время. Расчет времени позволяет людям определить, когда начать разговор, насколько быстро или медленно говорить и сколько времени ждать ответа. Это нормы использования сети.
Метод доступа
Метод доступа – набор правил, используемый оборудованием для пересылки трафика в сеть. Метод доступа указывает, какой хост или оборудование получит следующим доступ к локальной сети.
Метод доступа определяет, когда конкретный человек сможет отправить сообщение. Выбор времени зависит от среды. Например, в некоторых случаях говорить можно в любой момент, когда есть, что сказать. В такой среде нужно дождаться, пока остальные прекратят разговор, а затем говорить. Если два человека начинают говорить одновременно, происходит информационный коллизия, и обоим приходится начинать сначала. Правила обеспечивают успех обмена информацией. Компьютерам тоже приходится выбирать метод доступа. Чтобы узнать, когда начать отправку сообщений и как реагировать на ошибки, узлам в сети нужно определить метод доступа.
Коллизия – одновременная выдача данных в эфир несколькими устройствами. Кадры, накладываясь друг на друга в физической передающей среде, повреждаются. Все компьютерные сети должны иметь механизм предотвращения коллизий или быстрого восстановления при их возникновении.
Управление потоком
Время влияет и на количество отправляемой информации, и на скорость доставки. Если один человек говорит слишком быстро, другому сложно расслышать и понять сообщение. Адресату придется попросить говорить медленнее. При отправке данных по сети узел-источник может передавать сообщения быстрее, чем адресат их принимает и обрабатывает. Управление потоком позволяет узлу-источнику и адресату согласовать время для успешного обмена данными.
Тайм-аут ответа
Если человек задает вопрос и не получает ответа за осмысленное время, он предполагает, что ответа не будет, и предпринимает соответствующие действия. Он может повторить вопрос или продолжить разговор. У сетевых узлов также есть правила, определяющие время ожидания ответа и действия, выполняемые по истечении этого времени.
Схемы сообщений
Бывает, что информацию нужно передать только одному человеку. Напротив, иногда ее нужно одновременно передать группе людей или даже всем жителям определенного района. Разговор между двумя людьми - пример общения один на один. Если одно и то же сообщение нужно передать группе получателей, это схема "один ко многим" или "один ко всем".
Кроме того, в некоторых случаях отправителю нужно убедиться, что сообщение успешно доставлено. Для этого получатель должен отправить подтверждение доставки. Если этого нет, схема сообщения считается неподтвержденной.
Сетевые узлы используют для обмена данными сходные схемы сообщений.
Схема "один к одному" называется одноадресной. Это означает, что у сообщения есть только один адресат.
Если узел рассылает сообщения по схеме "один ко многим", она называется многоадресной. Многоадресная рассылка предусматривает одновременную отправку одного и того же сообщения группе узлов.
Если сетевым узлам необязательно получать сообщения в одно и то же время, используется схема широковещательной рассылки. Это схема рассылки сообщений "один ко всем". Кроме того, для узлов предусмотрены правила рассылки сообщений с подтверждением и без него.
Использование протоколов связи
Любой обмен данными между людьми или компьютерами подчиняется заранее установленным правилам, или протоколам. Эти протоколы зависят от характеристик источника, канала и адресата. Они четко определяют форматы и размер сообщений, время доставки, характеристики инкапсуляции, кодирования и схему стандартного сообщения.
