36. Поищите в Интернете и узнайте некоторые из важных пиринговых точек, используемых для направления пакетов в Интернете в настоящее время.
37. Напишите программу, которая осуществляет поток сообщений от верхнего слоя до нижнего слоя модели протокола с 7 уровнями. Ваша программа должна включать отдельную функцию протокола для каждого уровня. Заголовки протокола — последовательность до 64 символов. У каждой функции есть два параметра: сообщение, пришедшее из протокола более высокого уровня (буфер случайной работы), и размер сообщения. Эта функция присоединяет свой заголовок перед сообщением, печатает новое сообщение на стандартном выводе и затем вызывает функцию протокола нижнего уровня. Ввод программы — сообщение приложения (последовательность 80 символов или меньше).
Глава 2
Физический уровень
В этой главе мы рассмотрим нижний уровень сетевой модели — физический уровень. Он определяет электрические, временные и прочие характеристики сетей, по которым биты информации пересылаются в форме электрических сигналов. Физический уровень — это фундамент сети. Производительность каналов передачи данных (их полоса пропускания, время запаздывания и частота ошибок) определяется различными свойствами физических носителей. Базовые характеристики каналов передачи и станут отправной точкой нашего увлекательного путешествия в мир компьютерных сетей.
Начнем с теоретического анализа передачи данных, чтобы с удивлением обнаружить, что природа накладывает определенные ограничения на то, что и как можно передавать с помощью физического носителя. Затем мы обсудим три типа сред передачи — проводниковые (медный провод и оптоволокно), радиоэфир (наземная радиосвязь) и радиоэфир, связанный со спутниковыми системами. Уникальные отличительные свойства каждой из этих технологий в значительной степени влияют на принципы построения и производительность сетей. Мы изучим основы ключевых технологий передачи данных, применяемых в современных сетях.
Нашей следующей темой станет цифровая модуляция — мы поговорим о том, как аналоговые сигналы превращаются в цифровые и обратно. После этого мы рассмотрим схемы уплотнения и узнаем, как данные нескольких сеансов связи могут передаваться по одному носителю, не мешая друг другу.
Оставшаяся часть главы посвящена трем примерам систем связи, которые используются на практике в глобальных сетях. Мы начнем с телефонной системы (стационарной), второй пример — мобильная телефонная система, и третий — кабельное телевидение. Все эти технологии крайне важны и повсеместно применяются на практике, поэтому мы уделим достаточно внимания каждому примеру.
2.1. Теоретические основы передачи данных
Информация может передаваться по проводам за счет изменения какой-либо физической величины, например напряжения или силы тока. Представив значение напряжения или силы тока в виде однозначной функции времени, f(t), мы сможем смоделировать поведение сигнала и подвергнуть его математическому анализу. Этому анализу и посвящены следующие разделы.
2.1.1. Ряды Фурье
2.1.2. Сигналы с ограниченным спектром
Вы спросите, какое отношение все это имеет к передаче данных? В зависимости от физических характеристик каналов сигналы с разными частотами ведут себя в них по-разному. Рассмотрим конкретный пример — передачу двоичного кода ASCII символа «b». Для этого потребуется 8 бит (то есть 1 байт). Задача — передать следующую последовательность бит: 01100010. На рис. 2.1, а слева изображена зависимость выходного напряжения от времени на передающем компьютере. В результате анализа Фурье для данного сигнала получаем следующие значения коэффициентов:
Рис. 2.1. Двоичный сигнал и его среднеквадратичные гармоники Фурье (а); последовательные приближения к оригинальному сигналу (б-д)
Среднеквадратичные амплитуды,
заны на рис. 2.1, а справа. Эти значения представляют интерес, поскольку их квадраты пропорциональны энергии, передаваемой на соответствующей частоте.
Ни один канал связи не может передавать сигналы без потери мощности. Если бы все гармоники ряда Фурье уменьшались при передаче в равной степени, то сигнал уменьшался бы по амплитуде, но не искажался (то есть у него была бы та же самая замечательная прямоугольная форма, как на рис. 2.1, а). К сожалению, все каналы связи уменьшают гармоники ряда Фурье в разной степени, тем самым искажая передаваемый сигнал. Как правило, по кабельным сетям амплитуды передаются почти без уменьшения в частотном диапазоне от 0 до некоей частоты