Параллельная и последовательная передача

Передача данных между компьютерами и прочими устройствами происходит параллельно или последовательно. Большинство персональных компьютеров пользуется параллельным портом для работы с принтером. Термин “параллельно“ означает, что данные передаются одновременно по нескольким проводам. Чтобы послать байт данных по параллельному соединению, компьютер устанавливает одновременно восемь бит на восьми проводах (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Два компьютера соединённые параллельным каналом

Как видно из рис. 2.1, параллельное соединение по восьми проводам позволяет передать байт данных одновременно. Напротив, последовательное соединение подразумевает передачу данных по очереди, бит за битом. В сетях чаще всего используется именно такой способ работы, когда биты выстраиваются друг за другом и последовательно передаются (принимаются тоже последовательно). На рис.2.2 показано, как передаётся двоичное число.

Рис. 2.2. Два компьютера соединённые последовательным каналом

Переключение соединения

Переключение соединения используется сетями для передачи данных. Оно позволяет аппаратным средствам сети разделять один и тот же физический канал связи между многими устройствами. Рассмотрим, например телефонные переговоры. Возьмём ситуацию, когда вы не хотите использовать коммутируемые телефонные линии. Для того, чтобы позвонить, например, тысяче абонентов, вы должны будете воткнуть в телефонный аппарат тысячу проводов, соединяющих с ними напрямую. Поскольку описанная ситуация чрезвычайно неудобна, большинство людей пользуется коммутируемыми линиями для переговоров. По этой причине сети используют коммутацию (переключение) соединений. Два основных способа переключения соединения – переключение цепей и переключение пакетов.

Переключение цепей

Переключение цепей создаёт единое непрерывное соединение между двумя сетевыми устройствами. Пока эти устройства взаимодействуют, ни одно другое не сможет воспользоваться этим соединением для передачи собственной информации – оно вынуждено ждать, пока соединение освободится. Другими словами, переключение цепи позволяет устройствам делить между собой один и тот же коммуникационный канал, однако каждое устройство должно ждать, пока наступит его очередь передавать или принимать данные.

Простой пример переключателя цепей – переключатель типа А – В, служащий для соединения двух компьютеров с принтером. Чтобы один из компьютеров мог печатать, вы поворачиваете тумблер на переключателе, устанавливая непрерывное соединение между компьютером и принтером. Образуется соединение “точка-точка”. Только один компьютер может печатать в одно и то же время (рис. 2. 3).

Рис. 2.3. Переключение цепей на примере переключателя А–В

В этом примере пятьдесят пассажиров — не что иное, как пятьдесят байтов данных. В сети пакетной коммутации эти пятьдесят байтов могу следовать одновременно одним пакетом (автобус), а могут — в нескольких (отдельные автомобили). Так же как и автобус, и автомобили прибудут в одно и тоже место назначения, все наши пакеты, несомненно, сделают то же самое, несмотряна то, что пути, которыми они следовали, могут быть совершенно различны.

Для сравнения двух видов соединения в сети, предположим, что мы прервали канал в каждомих них. Например, отключив принтер от компьютера А на рис.2.3. (переставив тумблер в положение В), его лишили возможности печатать. Соединение с переключением цепей требует наличия непрерывного канала связи.

Наоборот, данные в сети с переключением пакетов могут двигаться различным путями (рис. 2.4.). Данные необязательно следуют одной дорогой на пути между офисным и домашним компьютерами.

Рис. 2.4. Сеть с переключением пакетов

Разрыв одного из каналов не приведет к потере соединения — данные просто пойдут другим маршрутом.

На первый взгляд, сети с переключением пакетов кажутся проще, чем какие либо еще. Достаточно послать пакет, указав ему направление движения (при симплексной связи), и предоставить возможность найти дорогу самому. Однако сети, к сожалению, а может быть, к счастью, не так просты и состоят отнюдь не из пары компьютеров.

Сети с переключением пакетов имеют множество альтернативных маршрутов для пакетов. Данные перемещаются в обоих направлениях. Следовательно, каждый пакет должен содержать адрес назначения. (Пакеты часто содержат и адрес отправления.) Концепция адресации пакетов — одна из важнейших в программировании для Интернет.

Сетевые топологии

Все компьютеры в сети должны быть соединены передающим носителем какого-либо типа (например, кабелем). Расположение кабелей, соединяющих компоненты воедино, называется физической топологией.

Различают физическую и логическую топологию. Логическая топология определяет направления потоков данных между узлами сети. Логическая и физическая топологии относительно независимы друг от друга.

Физическая топология сети определяет не только физическое расположение кабелей, но и физическое подключение клиентов к сети. В настоящее время используются сети, строящиеся на основе топологий трех типов (а также различных производных от этих типов). К таким типам топологий относятся:

топология типа “звезда” (star);
топология “кольцо” (ring);
шинная топология (bus).

Каждый из этих трех типов топологий имеет свои достоинства и недостатки.

Шинная топология

При построении сети по линейной схеме, каждый компьютер подключается к одному кабелю. На конце каждого кабеля устанавливается оконечное сопротивление (терминатор). Сигнал проходит по сети через все подключенные компьютеры, отражаясь от оконечных терминаторов (рис. 2.5.).

В локальной сети шинной топологии (рис. 2.6–2.10) сетевой кабель подключается к каждому компьютеру с помощью Т-разъема.

Шина проводит из одного конца сети в другой, при этом каждая рабочая станция проверяет адрес послания, и если он совпадает с адресом рабочей станции, она его принимает. Если адрес не совпадает с адресом рабочей станции, сигнал уходит по линии дальше.

В другом варианте локальной сети шинной топологии каждая рабочая станция подключается к “основному” кабелю с помощью вспомогательных отводов.

В сети регулярной шинной топологии (рис. 2.11) компьютеры подключаются к одному центральному кабелю с помощью отводов.

Сети шинной топологии пассивны, т.е. компьютеры, подключенные к такой сети, только принимают информацию и не отвечают за ее передачу. Если одна из подключенных машин не работает, это не влияет на сеть в целом. Однако, если соединение любой из подключенных рабочих станций нарушается из-за отсутствия контакта в разъеме или разрыве кабеля, весь сегмент сети (участок кабеля между двумя терминаторами) теряет целостность, что приводит к невозможности работы сети.

Один из недостатков шинной топологии – при наличии одного испорченного участка кабеля перестает работать вся сеть (табл. 2.1). Для того чтобы определить, в каком участке произошел разрыв, ее нужно проверить методом “деления пополам”. Этот метод заключается в том, что проверяемую сеть разделяют на два равных по длине участка и проверяют, в каком из них находится разрыв. Участок, содержащий разрыв, в свою очередь делится пополам, и так далее, до тех пор, пока не будет обнаружен дефектный кабель.

В качестве кабеля используется коаксиальный кабель.

Таблица 2.1

Статьи к прочтению:

Топологии компьютерных сетей

Похожие статьи: