Текст книги "Wi-Fi. Беспроводная сеть"

Автор книги: Джон Росс

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 19 страниц)

Росс Джон
«WI-FI. БЕСПРОВОДНАЯ СЕТЬ»

Как видите, телеграф – это разновидность длинной, очень длинной кошки. Вы тянете ее за хвост в Нью-Йорке, а ее голова мяукает в Лос-Анджелесе. Вы понимаете это? И радио работает точно так же: вы отправляете сигналы здесь, они принимают их там. Единственная разница заключается в отсутствии кошки.

Альберт Эйнштейн

Введение

Беспроводные соединения между локальными компьютерами и беспроводным доступом в Интернет представляют собой еще два шага по направлению к абсолютному доминированию Интернета во всех известных сферах. Активные подключения из любой точки в помещении или даже из целого кампуса колледжа или офисного парка без необходимости подключения проводов могут сделать сеть и средства, подключаемые к сети, гораздо более гибкими. А быстрый доступ в Интернет из кофейного магазина, вестибюля аэропорта или конференц-центра может изменить метод, с помощью которого вы работаете и играете в режиме online, когда находитесь вдали от домашней базы.

Эта книга поможет вам понять, как работает наиболее популярная система беспроводной Ethernet, известная как 802.1 lb, или Wi-Fi, и поможет вам выбрать и установить сетевые адаптеры, базовые станции и антенны, которые понадобятся вам для установки и использования беспроводной сети дома, на работе и в общественных местах. В издании содержится информация об использовании Wi-Fi-сетей совместно с компьютерами, работающими под управлением Microsoft Windows, Macintosh, Linux и Unix, и объясненяется, как подключить компьютеры, управляемые разными операционными системами, к одной сети. Книга также предложит вам некоторые идеи о том, как наилучшим образом использовать вашу беспроводную сеть после ее установки и как решать вопросы, связанные с ее работой.

Поскольку вы читаете книгу, я надеюсь, что вы будете иметь в виду пару важных вещей: во-первых, идеальная беспроводная сеть должна быть абсолютно незаметна – вы никогда не должны беспокоиться о том, как она запускается и работает; реально поставленной задачей должен быть обмен сообщениями или просмотр содержимого Web-сайтов, а не настройка антенн или изменение вашего ключа кодирования. Беспроводная сеть и любой тип компьютера или сети предназначены быть инструментом, а не конечным продуктом. Помните, что ваша настоящая цель – узнать, выиграли ли вы Red Sox, или пригласить своих друзей на званый обед, выполнить домашнее задание, прослушать радиостанцию из Шотландии (что я и делаю, когда пишу эти строки). Беспроводное интернет-соединение – это конечная, но не окончательная цель.

Не устанавливайте беспроводную сеть, если какой-либо другой тип подключения лучше справляется с работой. Не имеет значения, является ли подключение проводным, беспроводным или реализованным через почтовых голубей, пока оно позволяет вам выполнять то, что вы хотите делать.

И в равной степени важно, что вы участвуете в управлении. Компьютер и сеть должны все делать тем способом, которым вы хотите, чтобы они это делали, и не должны вынуждать вас подстраивать свою личную жизнь и работу для соответствия требованиям машины. Если у вас возникают проблемы с «правильной» работой вашей Wi-Fi-сети (или любой другой связанной с компьютером функции), это практически всегда вина компьютера или людей, разработавших оборудование и программное обеспечение. Вы должны быть хозяином, а не слугой.

Беспроводная сеть все еще является развивающейся технологией, поэтому информация, представленная в данной книге, подобна выстрелу навскидку по движущейся мишени – через год некоторые производители программного обеспечения и некоторые поставщики услуги беспроводной сети объединятся или приостановят работу, а другие откроют сотни новых точек доступа. Более быстрые базовые станции и сетевые адаптеры 802.11а будут перемещать данные по сети с более высокой скоростью, а новые стандарты защиты усложнят возможность взлома вашей сети. Но общие принципы, изложенные в этой книге, не изменятся; вы по-прежнему будете нуждаться в понимании того, как конфигурировать ваш компьютер для отправки и приема данных по беспроводной сети и как переместить ваш работающий в беспроводной сети компьютер из одной сети в другую. К наилучшим источникам информации о новых свойствах и функциях беспроводной сети относятся маркетинговая литература и Web-сайты производителей сетевого оборудования, а также сторонние Web-сайты, такие как сайт 802.1 lb Networking News (http://802.llb.weblogger.comi.

Хочется верить, что эта книга станет постоянным справочником для людей, использующих Wi-Fi-сети, но если такое произойдет, я, скорее всего, не смогу предоставить вам информацию, необходимую для настройки и использования вашей сети. Как только ваша сеть будет настроена и запущена, вы должны забыть о ее существовании. Вам просто остается включить компьютер и начать обмен данными и сообщениями с вашей сетью. После прочтения этой книги (даже если вы пропустили главы, не интересные вам), у вас будет более ясное, чем у других пользователей, представление о том, как работает Wi-Fi и как наиболее выгодно ее использовать. И это стоит гораздо большего, чем время и деньги, потраченные вами на книгу.

Джон Росс

Сиэтл

Благодарности

Все представленное в этой книге было усовершенствовано благодаря сотрудникам редколлегии и производственному персоналу No Starch Press, в частности Кэрол Джурадо (Karol Jurado), Энди Кэрролл (Andy Carroll), Октопод Студиос (Octopod Studios) и Стефании Провайнс (Stephanie Provines). И я особенно признателен Биллу Поллоку (Bill Pollock) за то, что он вообще предложил написать эту книгу.

Также благодарю добрых людей из Orinoco, Zoom и D-Link, предоставивших беспроводное оборудование, что позволило мне сравнить и противопоставить ассортимент сетевых адаптеров, точек доступа и программного обеспечения; Карем Андерсон (Karen Anderson) за то, что позволила мне побаловаться своей сетью AirPort; и Дэйва Пиньона (Dave Pinion) и Тома Экельса (Tom Eckels) из Hatfield 8с Dawson за их техническую поддержку и советы.

Беспроводная сеть превратилась в стремительно меняющуюся коммерческую среду за последние пару лет, с тех пор, как появились услуги провайдеров и были разработаны технические стандарты. Web-сайт Гленна Флейшмана (Glenn Fleishman) 802.11b Networking News (802.1 lb.weblogger.com) является отличным ресурсом, помогающим идти в ногу со временем.

Глава 1. Как работает Wi-Fi

До сегодняшнего дня вы, скорее всего, представляли беспроводную сеть как набор черных ящиков, которые можно использовать, не зная о том, как они работают. В этом нет ничего удивительного, ведь именно так большинство людей относится ко всем технологиям, которые их окружают. В частности, нет необходимости беспокоиться о технических требованиях спецификации 802.11b при подключении вашего портативного компьютера к сети. В идеальном случае (ха!) она должна заработать сразу после включения питания.

Но сегодняшняя беспроводная сеть кардинально отличается от того радио, которым пользовались в начале XX века. Технологии передачи данных тогда не было, а на настройку обычного радиоприемника уходила масса времени.

Поэтому те, кто имел представление о происходящем за панелью от Bakeliic-Dilecto, могли более эффективно использовать радиоаппаратуру, чем те, кто рассчитывал просто включить тумблер.

Чтобы наиболее эффективно использовать технологию беспроводной сети, по-прежнему важно понимать, что именно происходит внутри устройства (или в данпом случае внутри каждого из устройств, составляющих сеть). Эта глава описывает стандарты и спецификации по управлению беспроводными сетями и поясняет, каким образом данные передаются по сети от одного компьютера к другому.

Когда сеть работает правильно, ее можно использовать, не задумываясь обо всех внутренностях: просто щелкните по нескольким иконкам на экране вашего компьютера – и вы в сети. Но когда вы разрабатываете и создаете новую сеть или когда хотите повысить эффективность существующей, важным может оказаться знание того, каким образом данные попадают из одного места в другое. А если сеть еще и некорректно работает, вам потребуется знание основ технологии передачи данных для выполнения какой-либо диагностики. Каждая новая технология проходит стадию отладки (рис. 1.1).

Рис. 1.1

В передаче данных по беспроводной сети участвуют три элемента: радиосигналы, формат данных и структура сети. Каждый из этих элементов не зависит от двух остальных, поэтому, когда вы разрабатываете новую сеть, необходимо разобраться со всеми тремя. С точки зрения знакомой эталонной модели OSI (Open terns Interconnection – взаимодействие открытых систем) радиосигналы действуют на физическом уровне, а формат данных управляет несколькими из верхних уровней. В сетевую структуру входят адаптеры интерфейсов и базовые станции, которые передают и принимают радиосигналы.

В беспроводной сети адаптеры на каждом компьютере преобразуют цифровые данные в радиосигналы, которые они передают на другие сетевые устройства. Они же преобразуют входящие радиосигналы от внешних сетевых элементов обратно в цифровые данные. IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers – Институт инженеров no электротехнике и электронике) разработал набор стандартов и спецификаций для беспроводных сетей под названием «IEEE 802.11», определяющий форму и содержание этих сигналов.

Базовый стандарт 802.11 (без индекса «Ь» на конце) был принят в 1997 году.

Он ориентировался на несколько беспроводных сред: два вида радиопередачи (которые мы представим в этой главе далее) и сети с использованием инфракрасного излучения. Более современный стандарт 802.11b обеспечивает дополнительные спецификации для беспроводных сетей Ethernet. Похожий документ, IEEE 802.11a, описывает беспроводные сети, которые работают на более высоких скоростях и других радиочастотах. Другие стандарты радиосети 802.11 с соответствующей документацией также готовятся к публикации.

На сегодняшний день наиболее широко используемой спецификацией является 802.11b. Это стандарт де-факто, используемый практически в каждой Ethernet-сети, и вы наверняка сталкивались с ним в офисах, общественных местах и в большинстве внутренних сетей. Стоит обращать внимание и на развитие других стандартов, однако на данный момент 802.11b наиболее пригоден для использования, особенно если вы рассчитываете подключаться к сетям, где не можете самостоятельно управлять всем оборудованием.

Примечание

Хотя беспроводные сети, представленные в данной книге, соответствуют в основном стандарту 802.11Ь, большая часть сведений относится и к другим видам сетей 802.11.

Следует помнить о двух основных аббревиатурах в стандартах беспроводной сети: WECA и Wi-Fi. WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance – Альянс совместимости беспроводного оборудования Ethernet) представляет собой промышленную группу, в которую входят все основные производители оборудования 802.11b. Их задачей является тестирование и гарантия возможности совместной работы в одной сети беспроводных сетевых устройств всех составляющих членство компаний, а также продвижение сетей 802.11 как всемирного стандарта для беспроводных сетей. Маркетинговые таланты из WECA по-дружески назвали спецификации 802.11 Wi-Fi (сокращение от Wireless Fidelity – беспроводное качество) и сменили собственное имя на Wi-Fi Alliance (Альянс Wi-Fi).

Дважды в год Альянс проводит «анализ совместимости», при котором инженеры многих фирм-производителей подтверждают, что их оборудование соответствующим образом будет взаимодействовать с оборудованием от других поставщиков. Сетевое оборудование, имеющее логотип Wi-Fi, сертицифировано как соответствующее релевантным стандартам и прошедшее тесты на взаимодействие. На рис. 1.2 показан логотип Wi-Fi на сетевых адаптерах от двух различных производителей.

Рис. 1.2

Радиосигналы

Сети 802.11b работают в специальном диапазоне радиочастот 2,4 ГГц, который зарезервирован в большинстве стран мира для нелицензируемых радиослужб соединений точка-точка с распределением спектра.

Нелицензируемый означает, что любой, кто использует оборудование, соответствующее техническим требованиям, может передавать и принимать радиосигналы на этих частотах, не получая лицензию на радиостанцию. В отличие от большинства радиослужб, которые требуют лицензии на право эксклюзивного использования частоты для отдельного пользователя или группы пользователей и которые ограничивают использование данной частоты определенной службой, нелицензируемая служба является общедоступной, и каждый имеет равные права на один и тот же участок спектра. Теоретически технология радио с распределением спектра делает возможным сосуществование с другими пользователями (в разумных пределах) без значительных взаимных помех.

Радиослужба соединения точка-точка (point-to-point) управляет коммуникационным каналом, который переносит информацию от передатчика к отдельному приемнику. Противоположностью такому соединению является широковещательная (broadcast) служба (например, радио– или телевизионная станция), которая отправляет один и тот же сигнал большому количеству приемников одновременно.

Расширенным спектром (spread spectrum) называется ряд способов передачи отдельного радиосигнала с использованием относительно широкого сегмента радиоспектра. В беспроводных сетях Ethernet используются две различные системы радиопередачи с расширенным спектром, называемые FHSS (частотное расширение спектра) и DSSS (расширение спектра с прямой последовательностью). В некоторых старших сетях 802.11 используется более медленная FHSS-система, но в современном поколении 802.11b и 802.11а беспроводных сетей Ethernet используется DSSS.

По сравнению с другими типами сигналов, использующими отдельный узкий канал, радиосвязь с расширенным спектром обеспечивает несколько важных преимуществ. Расширенного спектра более чем достаточно для передачи дополнительной энергии, поэтому радиопередатчики могут работать на очень малой мощности. Поскольку они действуют в относительно широком диапазоне частот, то менее чувствительны к помехам от других радиосигналов и электрического шума. Это означает, что сигналы можно использовать в средах, где традиционный узкополосный тип принять и распознать невозможно, а поскольку сигнал с частотным расширением спектра перемещается по множеству каналов, неавторизованному абоненту предельно трудно перехватить и декодировать его содержимое.

Технология расширенного спектра имеет интересную историю. Она была изобретена актрисой Хейди Ламарр (Hedy Lamarr) и американским композитором-авангардистом Джорджем Антейлом (George Antheil) как «секретная коммуникационная система» для связи с радиоуправляемыми торпедами, которая не должна была глушиться врагом. Перед своим появлением в Голливуде Ламарр вышла замуж за поставщика военного снаряжения в Австрии, где ей доводилось слышать о проблемах с торпедами на званых обедах с клиентами ее мужа. Спустя годы, во время второй мировой войны, она придумала концепцию изменения радиочастот для противостояния помехам.

Антейл стал известным, заставив эту идею работать. Его наиболее популярной композицией была работа «Балет «Механика» (Ballet Mechanique), партитура которой состояла из 16 пианистов, двух авиационных пропеллеров, четырех ксилофонов, четырех басовых барабанов и сирены. Он применил ту же разновидность механизма, которую ранее использовал при синхронизации пианистов, для изменения радиочастот при передаче с расширенным спектром. Первоначальная система на основе перфорированной бумажной ленты имела 88 различных радиоканалов – по одному для каждой из 88 клавиш пианино.

Теоретически тот же метод мог быть использован для передачи голоса и данных, но во времена электронных ламп, бумажной ленты и механической синхронизации весь процесс был слишком сложен для реального создания и использования. К 1962 году твердотельные электронные компоненты заменили электронные лампы и клавиатуры пианино, и технология была использована на судах ВМФ США для секретной связи во время кубинского кризиса. В наши дни радиосвязь с расширенным спектром используется в американской системе спутниковой связи Air Force Space Command's Milstar, в цифровых сотовых телефонах и в беспроводных сетях.

Частотное расширение спектра (FHSS)

Первоначальная разработка Ламарр и Антейла для радио с расширенным спектром основывалась на системе частотного сдвига. Как следует из названия, технология FHSS разделяет радиосигнал на малые сегменты и в течение секунды он многократно «перескакивает» с одной частоты на другую во время передачи данных этих сегментов. Передатчик и приемник используют синхронизированную модель сдвига, которая определяет порядок использования различных подканалов.

Системы на базе FHSS маскируют помехи от других пользователей, используя уэкополосный сигнал несущей, который многократно изменяет частоту в течение каждой секунды. Дополнительные пары передатчиков и приемников одновременно могут использовать различные модели сдвига в одном и том же наборе подканалов. В любой отдельно взятый момент времени каждая передача, скорее всего, использует свой подканал, поэтому между сигналами помех не возникает. Когда случается конфликт, система повторно отправляет тот же пакет до тех пор, пока приемник не получит верную копию и не отправит подтверждение о приеме обратно на передающую станцию.

Для беспроводных служб передачи данных нелицензированный диапазон 2,4 ГГц делится на 75 подканалов шириной в 75 МГц. Поскольку каждый частотный скачок будет небольшой задержкой для потока данных, передача на основе FHSS осуществляется относительно медленно.

Расширение спектра с прямой последовательностью (DSSS)

В технологии DSSS для передачи радиосигнала по одному каналу шириной 22 МГц без изменения частот используется метод, называемый 11-символьной последовательностью Баркера (Barker). Каждая связь с применением DSSS использует только один канал без каких-либо скачков между частотами. Как показано на рис. 1.3, при DSSS-передаче задействуется большая полоса частот, но меньшая мощность, чем при традиционном сигнале. Цифровой сигнал слева представляет собой традиционную передачу, при которой мощность концентрируется в пределах узкой полосы частот. DSSS-сигнал слева использует то же количество мощности, но распределяет эту мощность на более широкий диапазон радиочастот. Очевидно, что DSSS-канал с шириной 22 МГц является более широким, чем каналы с шириной 1 МГц, используемые в FHSS-системах.

DSSS-передатчик разбивает каждый бит в исходном потоке данных на серии двоичных битовых моделей, называемых чипами, и передает их на приемник, который восстанавливает из чипов поток данных, идентичный исходному.

Поскольку наибольшая помеха, скорее всего, занимает более узкую полосу частот, чем DSSS-сигнал, и каждый бит делится на несколько чипов, приемник обычно может идентифицировать шум и аннулировать его перед декодированием сигнала.

Аналогично другим сетевым протоколам DSSS беспроводная связь осуществляет обмен сообщениями о квитировании (handshaking) в пределах каждого пакета данных для подтверждения того, что приемник может распознать каждый пакет. Стандартная скорость передачи данных в DSSS сети 802.11b составляет 11 Мбит/с. Когда качество сигнала падает, передатчик и приемник используют процесс, называемый динамическим сдвигом скорости (dynamic rate shifting) для ее снижения вплоть до 5,5 Мбит/с. Скорость может снижаться из-за наличия источника электрического шума рядом с приемником или по причине того, что передатчик и приемник расположены слишком далеко друг от друга. Если величина 5 Мбит/с по-прежнему слишком велика для управления связью, скорость падает снова, вплоть до 2 Мбит/с или даже 1 Мбит/с.

Рис. 1.3

Распределение частот

По международному соглашению участок радиочастотного спектра около 2,4 ГГц предполагается резервировать под нелицензированные промышленные, научные и медицинские службы, включая беспроводные сети для передачи данных с расширенным спектром. Однако в разных странах власти принимают несколько отличающиеся частотные диапазоны для точного распределения частот. В табл. 1.1 представлены распределения частот в нескольких зонах.

Таблица 1.1. Распределение нелицензированных частот 2,4 ГГц с расширенным спектром

Регион – Частотный диапазон, ГГц

Северная Америка – 2.4000 2,4835 ГГц

Европа – 2.4000 2,4835 ГГц

Франция – 2,4465 2.4835 ГГц

Испания – 2,445 2,475 ГГц

Япония – 2.471 2,497 ГГц

Любая из стран мира, не включенных в данную таблицу, также использует один из этих диапазонов. Несущественные отличия в распределении частот не являются особо важными (если вы не планируете вести передачу через границу между Францией и Испанией или кем-нибудь, отличающимся в равной степени), поскольку большинство сетей работают целиком в пределах одной страны или региона, а нормальная зона покрытия сигнала обычно лежит в пределах нескольких сотен метров. Существует также достаточное перекрытие между различными национальными стандартами, чтобы позволить одному и тому же оборудованию легально работать в любой точке мира. Вы можете настроить свой сетевой адаптер на другой номер канала, когда находитесь за границей, но почти всегда имеется возможность подключения к сети в пределах диапазона вашего адаптера.

В Северной Америке Wi-Fi-устройства используют 11 каналов. Другие страны авторизуют 13 каналов, в Японии их 14, а во Франции – только 4. К счастью, во всем мире набор номеров каналов один и тот же, поэтому канал № 9 в Нью-Йорке использует в точности такую же частоту, что и канал № 9 в Токио или Париже. В табл. 1.2 представлены каналы различных стран и регионов.

Канада и некоторые другие страны пользуются тем же распределением каналов, что и Соединенные Штаты.

Таблица 1.2. Распределение каналов беспроводной Ethernet

Канал – Частота (МГц) и месторасположение

1 – 2412 (США. Европа и Япония)

2 – 2417 (США, Европа и Япония)

3 – 2422 (США, Европа и Япония)

4 – 2427 (США. Европа и Япония)

5 – 2432 (США, Европа и Япония)

6 – 2437 (США. Европа и Япония)

7 – 2442 (США, Европа и Япония)

8 – 2447 (США, Европа и Япония)

9 – 2452 (США, Европа и Япония)

10 – 2457 (США, Европа. Франция и Япония)

11 – 2462 (США, Европа, Франция и Япония)

12 – 2467 (Европа, Франция и Япония)

13 – 2472 (Европа, Франция и Япония)

14 – 2484 (только Япония)

Если вы не уверены в том, какие каналы используются в той или иной стране, проконсультируйтесь в местном органе управления для получения требуемой информации или используйте каналы № 10 или № 11, которые везде являются легальными.

Заметим, что частота, определенная для каждого из этих каналов, на самом деле является центральной частотой канала шириной 22 МГц. Поэтому каждый канал перекрывает несколько других, расположенных выше и ниже его. Полный диапазон 2,4 ГГц имеет пространство только для трех непересекающихся каналов, поэтому, если ваша сеть работает, скажем, на четвертом канале, а сосед использует пятый или шестой, каждая сеть будет детектировать сигналы из другой как помехи. Обе сети будут работать, но эффективность (отражающаяся в скорости передачи данных) не будет оптимальной.

Для минимизации помех такого рода попытайтесь скоординировать использование каналов с близлежащими сетевыми администраторами. По возможности каждая сеть должна использовать каналы, которые разделены по меньшей мере полосой 25 МГц или шестью каналами. Если вы пытаетесь устранить помехи между двумя сетями, используйте один канал со старшим номером, а другой – с младшим. В случае трех каналов наилучшим выбором будут № 1, 6 и 11, как показано на рис. 1.4. При работе в более чем трех сетях вам придется смириться с неким количеством помех, но можно свести их к минимуму, назначив новый канал в промежутке между имеющейся парой.

Рис. 1.4.

На практике дело обстоит немного проще. Вы можете оптимизировать эффективность вашей сети, держась подальше от канала, который используется кем-либо еще, но даже если вы и ваш сосед находитесь в смежных каналах, сети могут работать практически нормально. Более вероятно, что вы столкнетесь с проблемами помех от других устройств, использующих диапазон 2,4 ГГц, например беспроводных телефонов и микроволновых печей.

Спецификации 802.11 и различные национальные органы государственного регулирования (например, Федеральная комиссия связи в Соединенных Штатах) также устанавливают ограничения на значение мощности передатчика и коэффициента усиления антенны, которые может использовать беспроводное устройство Ethernet. Оно предназначено для ограничения расстояния, на которое может вестись связь, и, следовательно, позволяет большему количеству сетей работать в одних и тех же каналах без помех. Мы поговорим о методах обхода этих ограничений в мощности и расширении диапазона беспроводной сети без нарушения закона ниже.

Процесс передачи данных

Итак, у нас есть набор радиопередатчиков и приемников, которые работают на одних и тех же частотах и используют один и тот же вид модуляции (модуляцией в связи называется метод добавления некоторой информации, например голоса или цифровых данных, в радиоволну). Следующим этапом является отправка через эту радиоаппаратуру некоторых сетевых данных. Чтобы начать, давайте обозначим общую структуру компьютерных данных и методы, которые используются в сети для их передачи из одного места в другое. Это общеизвестная информация, но ее изложение займет у меня всего пару страниц. Тогда вам легче будет понять, как работает беспроводная сеть.

Биты и байты

Как известно, обрабатывающее устройство компьютера может распознавать только два информационных состояния: либо сигнал присутствует на входе устройства, либо его там нет. Эти два условия также обозначаются как 1 и 0, или «включено» и «выключено», или знак и пробел. Каждый пример 1 или 0 называется битом.

Отдельные биты не являются особо полезными, но, когда вы соединяете восемь из них в строку (в байт), можно получить 256 комбинаций. Этого достаточно для присвоения различных последовательностей всем буквам алфавита (как строчным, так и прописным), десяти цифрам от 0 до 9, пробелам между словами и другим символам, например знакам препинания и некоторым буквам, используемым в иностранных алфавитах. Современный компьютер распознает несколько 8-битовых байтов одновременно. По завершении обработки компьютер использует тот же битовый код. Результат может быть выведен на принтер, видеодисплей или канал передачи данных.

Входы и выходы, о которых мы говорим здесь, формируют схему коммуникаций. Аналогично процессору компьютера канал данных может распознавать только один бит в момент времени. Либо сигнал присутствует в линии, либо его нет.

На коротких дистанциях можно отправлять данные по кабелю, который переносит восемь (либо кратное восьми число) сигналов параллельно через отдельные провода. Очевидно, что параллельное подключение может быть в восемь раз быстрее, чем отправка одного бита по отдельному проводу, но эти восемь проводов и стоят в восемь раз дороже одного. Когда вы отправляете данные на длинные дистанции, дополнительная стоимость может стать непомерно высокой. А при использовании имеющихся цепей, например телефонных линий, вы должны найти способ отправки всех восьми битов через один и тот же провод (или иной носитель).

Решением является передача одного бита в момент времени с несколькими дополнительными битами и паузами, определяющими начало каждого нового байта. Такой способ называется последовательным каналом передачи данных, поскольку вы отправляете биты один за другим. Не имеет значения, какую промежуточную среду вы используете для передачи битов. Это могут быть электрические импульсы в проводе, два разных аудиосигнала, последовательности мигающих индикаторов, даже пачка записок, прикрепленных к ногам почтовых голубей. Но у вас должен быть способ преобразования выходных данных компьютера в сигналы, используемые средой передачи, и обратного их преобразования на другом конце.

Проверка ошибок

В идеальной передающей цепи сигнал, поступающий на один конец, будет абсолютно идентичен исходящему. Но в реальном мире практически всегда имеется некая разновидность шума, который может внедряться в чистый исходный сигнал. Шум определяется как нечто, добавляемое к исходному сигналу; он может быть вызван разрядом молнии, помехой от другого коммуникационного канала или неплотного контакта где-нибудь в цепи (например, атакой хищного ястреба на почтовых голубей). Каким бы ни был источник, шум в канале может повредить поток данных. В современной коммуникационной системе биты протекают через цепь предельно быстро – миллионы за каждую секунду, поэтому воздействие шума даже в долю секунды может уничтожить достаточное количество битов, чтобы превратить данные в бессмыслицу.

Это значит, что для любого потока данных необходимо включить проверку ошибок. Во время проверки ошибок в каждый байт добавляется некая разновидность стандартной информации, называемой контрольной суммой. Если приемное устройство обнаруживает, что контрольная сумма отличается от предполагаемой, оно запрашивает передатчик о повторной отправке этого же байта.[1]1
  Очевидно, автор ошибся. Для контроля корректности принятого байта используется проверка четности, контрольная сумма применяется для проверки блоков (групп байтов), поскольку размер контрольной суммы будет не менее байта и ее тоже нужно передавать. – Прим. науч. ред.


[Закрыть]

Квитирование

Разумеется, компьютер, создающий сообщение или поток данных, не может просто перейти в оперативный режим и начать отправку байтов. Сначала он должен оповестить устройство на другом конце, что готов к отправке, а требуемый адресат – к приему данных. Для реализации этого оповещения серии запросов и откликов квитирования должны сопровождаться полезными данными.

Последовательность запросов может выглядеть следующим образом:

Источник: Эй, точка назначения! У меня есть для тебя кое-какие данные.

Точка назначения: Хорошо, источник, начинай. Я готов.

Источник: Здесь начинаются данные.

Источник: Данные, данные, данные…

Источник: Это было сообщение. Ты его получила?

Точка назначения: Я что-то получила, но, кажется, оно повреждено.

Источник: Начинаю снова.

Источник: Данные, данные, данные…

Источник: Получила на этот раз?

Точка назначения: Да, получила. Готова к приему следующих данных.

Поиск точки назначения

Связь через прямое физическое подключение между источником и точкой назначения не нуждается в добавлении какого-либо вида адреса или маршрутной информации как части сообщения. Сначала вы можете настроить подключение (осуществив телефонный вызов или вставив кабели в коммутатор), но после этого связь сохраняется до тех пор, пока вы не проинструктируете систему о разрыве.