Передача данных по цифровым сетям. Учебное пособие. ПДЦС. Учебное пособие по дисциплине Передача данных по цифровым сетям

• Название: Учебное пособие по дисциплине Передача данных по цифровым сетям
• Анкор: Передача данных по цифровым сетям. Учебное пособие
• Дата: 16.12.2021
• Размер: 1.73 Mb.
• Имя файла: ПДЦС.doc
• Тип: Учебное пособие; #305425
• страница: 4 из 24

1.2.4 Появление стандартных технологий локальных сетей

В начале 70-х годов произошло важное событие, непосредственно повлиявшее на эволюцию компьютерных сетей. В результате технологического прорыва в области производства компьютерных компонентов появились большие интегральные схемы (БИС). Их сравнительно невысокая стоимость и богатые функциональные возможности привели к созданию мини-компьютеров, которые стали реальными конкурентами мэйнфреймов.

В середине 80-х годов положение дел в локальных сетях стало меняться. Утвердились стандартные технологии объединения компьютеров в сеть – Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, несколько позже — FDDI.

В 80-е годы были приняты основные стандарты на коммуникационные технологии для локальных сетей: в 1980 году – Ethernet, в 1985 – Token Ring, в конце 80-х – FDDI. Это позволило обеспечить совместимость сетевых операционных систем на нижних уровнях, а также стандартизировать интерфейс ОС с драйверами сетевых адаптеров.

Конец 90-х выявил явного лидера среди технологий локальных сетей – семейство Ethernet, в которое вошли классическая технология Ethernet 10 Мбит/c, а также Fast Ethernet 100 Мбит/c и Gigabit Ethernet 1000 Мбит/c.

Простые алгоритмы работы предопределили низкую стоимость оборудования Ethernet. Широкий диапазон иерархии скоростей позволяет рационально строить локальную сеть, применяя ту технологию, которая в наибольшей степени отвечает задачам предприятия и потребностям пользователей. Важно также, что все технологии Ethernet очень близки друг другу по принципам работы, что упрощает обслуживание и интеграцию построенных на их основе сетей.

Начало 80-х годов связано с еще одним знаменательным для истории сетей событием – появлением персональных компьютеров.

Создание персональных компьютеров послужило мощным катализатором для бурного роста локальных сетей, поскольку появилась отличная материальная основа в виде десятков и сотен машин, принадлежащих одному предприятию и расположенных в пределах одного здания.

Компьютеры стали использоваться не только специалистами, что потребовало разработки "дружественного" программного обеспечения, и предоставление соответствующих функций стало прямой обязанностью операционных систем. В результате поддержка сетевых функций стала для ОС персональных компьютеров необходимым условием.

Все эти преимущества стали возможными в связи с тем, что в локальных сетях используются более качественные кабельные линий связи, на которых даже сетевые адаптеры первого поколения обеспечивали скорость передачи данных до 10 Мбит/с.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ

Задачи, решаемые при создании вычислительных сетей:

1. 
   Кодирование и синхронизация электрических (оптических) сигналов;
   
2. 
   Выбор конфигурации физических и логических связей;
   
3. 
   Разработка схем адресации устройств;
   
4. 
   Создание различных способов коммутации;
   
5. 
   Мультиплексирование и демультиплексирование потоков данных;
   
6. 
   Совместное использование передающей среды.
   

2. ОРГАНИЗАЦИЯ ТИПОВЫХ ЛОКАЛЬНЫХ СВЯЗЕЙ

2.1 Связь компьютера с периферийным устройством

Частным случаем связи «точка-точка» является соединение компьютера с периферийным устройством. Поскольку механизмы взаимодействия компьютеров в сети многое позаимствовали у схемы взаимодействия компьютера с периферийными устройствами, начнем рассматривать принципы работы сети с этого "досетевого" случая.

Для обмена данными компьютер и периферийное устройство (ПУ) оснащены внешними интерфейсами или портами (рис. 2.1).

В данном случае к понятию "интерфейс" относятся:

- электрический разъем;

- набор проводов, соединяющих устройства;

- совокупность правил обмена информацией по этим проводам.

Со стороны компьютера логикой передачи сигналов на внешний интерфейс управляют:

- контроллер ПУ – аппаратный блок, часто реализуемый в виде отдельной платы;

- драйвер ПУ – программа, управляющая контроллером периферийного устройства.

Со стороны ПУ интерфейс чаще всего реализуется аппаратным устройством управления ПУ, хотя встречаются и программно-управляемые периферийные устройства.

Обмен данными между ПУ и компьютером, как правило, является двунаправленным. Так, например, даже принтер, который представляет собой устройство вывода информации, возвращает в компьютер данные о своем состоянии.

Таким образом, по каналу, связывающему внешние интерфейсы, передается следующая информация:

- данные, поступающие от контроллера на ПУ, например, байты текста, который нужно распечатать на бумаге;

- команды управления, которые контроллер передает на устройство управления ПУ; в ответ на них оно выполняет специальные действия, например, переводит головку диска на соответствующую дорожку или же выталкивает из принтера лист бумаги;

- данные, возвращаемые устройством управления ПУ в ответ на запрос от контроллера, например, данные о готовности к выполнению операции.

Рассмотрим последовательность действий, которые выполняются в том случае, когда некоторому приложению требуется напечатать текст на принтере.

Со стороны компьютера в выполнении этой операции принимает участие, кроме уже названных контроллера, драйвера и приложения, еще один важнейший компонент – операционная система. Поскольку все операции ввода-вывода являются привилегированными, все приложения при выполнении операций с периферийными устройствами используют ОС как арбитра.

Основные компоненты и номера действий приведены на рисунке 2.1.



Рис. 2.1. Связь компьютера с периферийным устройством

Итак, последовательность действий такова:

1. Приложение обращается с запросом на выполнение операции печати к операционной системе. В запросе указываются: адрес данных в оперативной памяти, идентифицирующая информация принтера и операция, которую требуется выполнить.

2. Получив запрос, операционная система анализирует его, решает, может ли он быть выполнен, и если решение положительное, то запускает соответствующий драйвер, передавая ему в качестве параметров адрес выводимых данных. Дальнейшие действия, относящиеся к операции ввода-вывода, со стороны компьютера реализуются совместно драйвером и контроллером принтера.

3. Драйвер передает команды и данные контроллеру, который помещает их в свой внутренний буфер. Пусть, например, драйвер загружает значение некоторого байта в буфер контроллера ПУ.

4. Контроллер перемещает данные из внутреннего буфера во внешний порт.

5. Контроллер начинает последовательно передавать биты в линию связи, представляя каждый бит соответствующим электрическим сигналом. Чтобы сообщить устройству управления принтера о том, что начинается передача байта, перед передачей первого бита данных контроллер формирует стартовый сигнал специфической формы, а после передачи последнего информационного бита – стоповый сигнал. Эти сигналы синхронизируют передачу байта. Кроме информационных бит, контроллер может передавать бит контроля четности для повышения достоверности обмена.

6. Устройство управления принтера, обнаружив на соответствующей линии стартовый бит, выполняет подготовительные действия и начинает принимать информационные биты, формируя из них байт в своем приемном буфере. Если передача сопровождается битом четности, то выполняется проверка корректности передачи: при правильно выполненной передаче в соответствующем регистре устройства управления принтера устанавливается признак завершения приема информации. Наконец, принятый байт обрабатывается принтером – выполняется соответствующая команда или печатается символ.

Обязанности между драйвером и контроллером могут распределяться по-разному, но чаще всего контроллер поддерживает набор простых команд, служащих для управления периферийным устройством, а на драйвер обычно возлагаются наиболее сложные функции реализации обмена. Например, контроллер принтера может поддерживать такие элементарные команды, как "Печать символа", "Перевод строки", "Возврат каретки" и т. п.

Драйвер же принтера с помощью этих команд реализует печать строк символов, разделение документа на страницы и другие более высокоуровневые операции (например, подсчет контрольной суммы последовательности передаваемых байтов, анализ состояния периферийного устройства, проверка правильности выполнения команды). Драйвер, задавая ту или иную последовательность команд, определяет тем самым логику работы периферийного устройства. Для одного и того же контроллера можно разработать различные драйверы, которые с помощью одного и того же набора доступных команд будут реализовывать разные алгоритмы управления одним и тем же ПУ.

Возможное распределение функций между драйвером и контроллером (ПУ).

Функции, выполняемые драйвером:

- ведение очередей запросов;

- буферизация данных;

- подсчет контрольной суммы последовательности байтов;

- анализ состояния ПУ;

- загрузка очередного байта данных (или команды) в регистр контроллера;

- считывание байта данных или байта состояния ПУ из регистра контроллера.

Функции, выполняемые контроллером:

- преобразование байта из регистра (порта) в последовательность бит;

- передача каждого бита в линию связи;

- обрамление байта стартовым и стоповым битами – синхронизация;

- формирование бита четности;

- установка признака завершения приема/передачи байта.