1.3. Принципы передачи данных в компьютерных сетях

Асинхронная передача. В 1969 г. появился стандарт асинхронной передачи RS-232-C³ [2]. В соответствии с этим стандартом данные должны быть представлены в виде отдельных знаков (длиной 7 или 8 бит). Каждый знак обрамляется стартовыми и стоповым битами. Знаки передаются и принимаются в произвольные моменты времени. Два знака должны быть разделены минимальным временным интервалом. Принимающая сторона начинает вырабатывать тактовые сигналы, как только обнаруживает начало знака. Асинхронная передача не требует дорогостоящего оборудования и поэтому широко применяется для соединения компьютеров с периферийным оборудованием (НМЛ, НМД, принтеры, клавиатура, терминалы).

Модемы. В 1960-е годы разработаны модемы для передачи цифровых данных по аналоговым телефонным линиям. Модемы осуществляют преобразование потока битов в сигналы звукового диапазона и обратное преобразование.

Синхронная передача. В середине 1960-х годов для быстрой передачи цифровых данных между двумя компьютерами по линиям «точка-точка» появились протоколы канального уровня с контролем ошибок (протоколы звена данных) SDLC, LAP, LAPB, HDLC⁴. Передаваемые данные разбиваются на отдельные блоки – пакеты. Формат пакета представлен на рис. 1.5.

Заголовок содержит адрес отправителя и получателя пакета, а также может содержать порядковый номер пакета в передаваемом сообщении. Хвостовик содержит биты контроля. При поступлении в среду передачи пакеты оформляются в виде кадров, а именно, обрамляются специальными управляющими символами (флагами), содержащими информацию для синхронизации. Синхронизация передачи осуществляется в пределах каждого кадра⁵. Так же как и знаки при асинхронной передаче, кадры должны быть разделены минимальным интервалом времени. Однако скорость синхронной передачи значительно выше асинхронной, поскольку суммарное время передачи заголовка и хвостовика пакета, а также флагов кадра, как правило, значительно меньше времени передачи блока данных, помещенных в пакет.

Передача с промежуточным накоплением (store and forward). Развитие протоколов канального уровня привело к идее непрямого соединения компьютеров [6]. На рис. 1.6 компьютеры A и B, а также B и C соединены линиями «точка-точка». При передаче сообщения от A к C через B сообщение сначала поступает в B, а затем, после освобождения линии BC, от B к C.

Если передача сообщения от A к B занимает времяT_С, то передача от A к C займет T_С +T_П, где T_П – время передачи одного пакета. При N промежуточных узлах сквозная передача займет T_С +NT_П.

Поскольку источник посылает пакеты время от времени, на одной линии можно чередовать передачу пакетов для нескольких независимых соединений, что экономичнее по сравнению с резервированием линии между источником и получателем на все время передачи сообщения.

При передаче данных на канальном уровне используются как процедуры без установления соединения (connectionless), так и процедуры с установлением соединения (connection-oriented).

Установление соединения заключается в том, что узел-отправитель посылает узлу-получателю служебный кадр – предложение установить соединение. Если получатель согласен на установление соединения, он высылает соответствующий служебный кадр, в котором предлагает некоторые параметры для данного логического соединения, например, идентификатор соединения и максимальное значение поля данных кадров (MTU – Maximum Transfer Unit). Узел-отправитель подтверждает предлагаемые параметры, начинает передачу сообщения и, после завершения передачи, посылает служебное сообщение о разрыве соединения.

При дейтаграммной передаче кадр посылается в сеть «без предупреждения», и протокол не несет ответственности за утерю кадра.

Дейтаграммный метод работает быстрее, так как никаких предварительных действий по установлению соединения не требуется.

Технология глобальных сетей с коммутацией пакетов X.25, которая появилась в 80-е годы, обеспечивает хорошую работу на аналоговых телефонных каналах со скоростью доступа 1,2  64 Кбит/с. Позднее появились технологии Frame Relay, ATM и TCP/IP. «Сетью сетей» в наше время называют глобальную сеть Интернет. Термин “Интернет” происходит от английского «Internetworking» – «межсетевое взаимодействие». В основе технологии Интернет лежит стек (набор) протоколов TCP/IP.