§ 4.1. Локальные и глобальные компьютерные сети

Словом «технология» называют совокупность методов и инструментов, с помощью которых получают желаемый результат. Если инструменты — это компьютеры и средства связи, а результат — собранная, обработанная, сохранённая, защищённая или доставленная адресату информация, говорят об информационно-коммуникационных технологиях, сокращённо ИКТ. Смартфон, мессенджер, электронная почта, видеозвонок, облачное хранилище, социальная сеть — всё это ИКТ, и почти все они работают благодаря компьютерным сетям. С сетей и начнём новую главу.

Передача информации — один из главных информационных процессов. В ней всегда участвуют источник, который информацию отправляет, и приёмник, который её получает. От одного к другому движется сообщение — последовательность сигналов, символов или знаков. Когда двое разговаривают, сообщение составляют звуки речи. Когда человек читает, он воспринимает глазами графические знаки — буквы.

Доставку сообщения обеспечивает канал связи — система технических средств вместе со средой, в которой распространяются сигналы. В живой беседе сигнал переносят звуковые волны в воздухе. В телефонном разговоре звук превращается в электрические сигналы, они бегут по линиям связи, а у собеседника снова становятся звуком. Читающему информацию приносят световые волны. Прежде чем отправить сообщение по каналу, его переводят в форму, которую канал способен передать; такое преобразование называют кодированием. Сегодня связь почти всегда цифровая: всё, что передаётся, переводится в двоичный код, то есть в цепочку нулей и единиц.

Связь на расстоянии называют телекоммуникациями. Слово собрано из двух частей: греческое tele значит «далеко», а латинское communicatio — «общение». Средства телекоммуникаций вам хорошо знакомы: телефон и мобильная связь, радио, цифровое и аналоговое телевидение, спутниковые системы, Интернет.

Идеальных каналов не бывает. Помехи и плохое качество линии искажают сигнал, и часть информации может пропасть. Чтобы с этим справиться, передаваемый код делают избыточным: к сообщению добавляют сведения сверх него самого, и за их счёт потерю удаётся заметить и возместить. Кроме того, длинное сообщение в цифровой связи не отправляют одним куском. Его делят на части — блоки, или пакеты, — и для каждого блока считают контрольную сумму, складывая все его двоичные цифры. Сумма уходит вместе с блоком. Приёмник считает её заново по тому, что получил, и сравнивает с пришедшей: совпали — блок принят, не совпали — блок присылают ещё раз.

Дано: отправлен блок 10110110, вместе с ним передана его контрольная сумма. Приёмник получил цепочку 10100110. Требуется понять, примет ли он блок.

Решение. Контрольная сумма отправленного блока: 1 + 0 + 1 + 1 + 0 + 1 + 1 + 0 = 5. Сумма цифр принятой цепочки: 1 + 0 + 1 + 0 + 0 + 1 + 1 + 0 = 4. Суммы не совпадают, значит, по дороге блок исказился.

Ответ: блок не принят, его передачу повторят.

Заметьте: простая сумма цифр ловит не всякое искажение. Если в блоке одна единица превратится в ноль, а один ноль — в единицу, сумма останется прежней. Поэтому настоящие системы связи добавляют к блокам и другие проверочные сведения, но идея та же — избыточность.

Веками письма доставляла почта. Во второй половине XIX века изобрели телефон, который передаёт звук, а в 30-е годы XX века изображения начали пересылать телефаксом. Сегодня тексты, рисунки, звук, видео и программы идут по компьютерным сетям. Компьютерной сетью называют два компьютера или больше, соединённых линиями передачи информации. С её помощью письмо доходит быстрее телеграммы, а с другом из далёкого города можно поговорить так, словно он сидит в соседней комнате; можно узнать новости, забронировать номер в гостинице, скачать программу, песню или фильм.

Главная числовая характеристика сети — скорость передачи данных. Она показывает, сколько данных канал связи передаёт за единицу времени, скажем за одну секунду. Её основная единица — бит в секунду (бит/с). Большие скорости измеряют в килобитах, мегабитах и гигабитах в секунду. Здесь есть важная тонкость: в единицах скорости приставки кило-, мега- и гига- десятичные, как в километре или килограмме:

килобит в секунду: 1 Кбит/с = 10³ бит/с; мегабит в секунду: 1 Мбит/с = 10⁶ бит/с, или 10³ Кбит/с; гигабит в секунду: 1 Гбит/с = 10⁹ бит/с, или 10³ Мбит/с.

А в единицах объёма информации те же приставки двоичные, вы знаете их с седьмого класса:

1 байт = 2³ бит = 8 бит; 1 Кбайт = 2¹⁰ байт; 1 Мбайт = 2¹⁰ Кбайт = 2²⁰ байт; 1 Гбайт = 2¹⁰ Мбайт = 2³⁰ байт.

На эти две таблицы опираются все расчёты параграфа: скорость переводят в биты в секунду по первой, объём в биты — по второй.

Объём переданных данных I, скорость v и время передачи t связаны так же, как путь, скорость и время в физике: I = v · t. Отсюда время передачи t = I / v, а скорость v = I / t. Перед расчётом величины приводят к согласованным единицам: объём — к битам, скорость — к битам в секунду, время — к секундам. Считать удобнее всего через степени двойки. В Кбайте 2¹⁰ байт, в байте 2³ бит, значит, в Кбайте 2¹³ бит. Если и скорость разложить на множитель и степень двойки, степени сократятся ещё до умножения, и большие числа выписывать не придётся.

Дано: файл размером 45 Кбайт передают по каналу связи со скоростью 768 бит/с. Требуется найти время передачи.

Решение. Объём в битах: I = 45 · 2¹⁰ · 2³ = 45 · 2¹³ бит. Скорость раскладываем: 768 = 3 · 2⁸ бит/с. Время: t = I / v = 45 · 2¹³ / (3 · 2⁸) = 15 · 2⁵ = 480 с.