085280 Простейший случай связи двух компьютеров

Простейший случай связи двух компьютеров

1. Совместное использование ресурсов

Исторически главной целью объединения компьютеров в сеть было разделение ресурсов: пользователи компьютеров, подключенных к сети, или приложения, выполняемые на этих компьютерах, получают возможность автоматического доступа к разнообразным ресурсам остальных компьютеров сети, к числу которых относятся:

периферийные устройства, такие как диски, принтеры, плоттеры, сканеры и др.; данные, хранящиеся в оперативной памяти или на внешних запоминающих устройствах; вычислительная мощность (за счет удаленного запуска «своих» программ на «чужих» компьютерах).

Понятно, что для достижения этой цели аппаратное и программное обеспечение автономно работающих компьютеров должно быть дополнено некими специальными сетевыми средствами. Давайте выясним, что они могут собой представлять, на простейшем примере, когда сеть образована только двумя компьютерами, а разделяемым ресурсом является принтер (рис. 1.5). Но еще раньше мы рассмотрим, как взаимодействуют друг с другом компьютер и локально подключенное к нему перефирийное устройство (ПУ).

2. Связь компьютера с периферийным устройством

Для организации связи между компьютером и периферийным устройством в обоих этих устройствах предусмотрены внешние1 интерфейсы (рис. 1.6).

Интерфейс - в широком смысле - формально определенная логическая и (или) физическая граница между взаимодействующими независимыми объектами. Интерфейс задает параметры, процедуры и характеристики взаимодействия объектов.

Разделяют физический и логический интерфейсы.

Физический интерфейс (называемый также портом) определяется набором электрических связей и характеристиками сигналов. Обычно он представляет собой разъем с набором контактов, каждый из которых имеет определенное назначение, например, это может быть группа контактов для передачи данных, контакт синхронизации данных и т. п. Пара разъемов соединяется кабелем, состоящим из набора проводов, каждый из которых соединяет соответствующие контакты. Логический интерфейс (называемый также протоколом) это набор информационных сообщений определенного формата, которыми обмениваются два устройства или две программы (в данном случае компьютер и периферийное устройство), а также набор правил, определяющих логику обмена этими сообщениями.

В компьютере функции внешнего интерфейса реализуется совокупностью аппаратных и программных средств: интерфейсной картой (аппаратное устройство) и специальной программой, управляющей этой картой, которую называют драйвером. Как правило, драйвер не может быть запущен на выполнение непосредственно приложением, это может быть сделано только операционной системой в ответ на запрос, поступивший от приложения. В ПУ интерфейс чаще всего полностью реализуется аппаратным устройством — контроллером ПУ, хотя встречаются и программно-управляемые контроллеры, предназначенные для управления современными принтерами, обладающими более сложной логикой. Контроллер периферийного устройства принимает от компьютера как данные, например байты информации, которую нужно распечатать на бумаге, так и команды, которые он отрабатывает, управляя электромеханическими частями периферийного устройства, например, выталкивая лист бумаги из принтера или перемещая магнитную головку диска.

Для того чтобы устройство можно было подключить к компьютеру, оно должно обладать интерфейсом, совместимым с интерфейсом компьютера. Как и во всех других случаях, совместимость проще всего обеспечить путем стандартизации. Примерами стандартных интерфейсов, используемых в компьютерах, являются интерфейс Centronics, предназначенный, как правило, для подключения принтеров, а также интерфейсы RS-232C (еще известный как СОМ-порт) и USB. Интерфейс Centronics является параллельным, данные в нем передаются байтами. Интерфейсы RS-232C и USB являются последовательными, данные в них передаются битами. Эти два интерфейса имеют более универсальное назначение — они поддерживаются не только принтерами, но и графопостроителями, манипуляторами типа «мышь» и многими другими устройствами.

Как мы видим, одна и та же интерфейсная карта, реализующая один из стандартных интерфейсов, может быть использована для связи с периферийными устройствами разного типа, поддерживающими данный интерфейс. Однако при этом для каждого типа этих устройств должен быть разработан собственный драйвер. Более того, даже для одной и той же модели ПУ может существовать несколько различных драйверов, каждый из которых реализует собственный алгоритм управления данным устройством. Например, подключая к компьютеру мобильный телефон в качестве периферийного устройства через интерфейс USB, мы можем использовать два различных драйвера. Один драйвер управляет телефоном как внешним запоминающим устройством, позволяя обмениваться с ним файлами, например, фотографиями или музыкой в формате МРЗ, в то время как другой драйвер предназначен для конфигурирования телефона с помощью экрана и клавиатуры компьютера, которые гораздо удобнее и функциональнее, чем экран и клавиатура телефона.

А сейчас давайте вернемся к компьютеру, к которому подключен принтер, и посмотрим, как взаимодействуют интерфейсная карта, драйвер и контроллер принтера в то время, когда приложение выводит данные на печать (см. рис. 1.6).

Приложение обращается с запросом на выполнение операции ввода-вывода к операционной системе. В запросе указываются адрес данных в оперативной памяти (адрес буфера ОП) и идентифицирующая информация о требуемых периферийном устройстве и операции. Получив запрос, операционная система запускает драйвер принтера. С этого момента все дальнейшие действия по выполнению операции ввода-вывода со стороны компьютера реализуются только драйвером принтера и работающей под его управлением интерфейсной картой без участия приложения и операционной системы. Драйвер принтера оперирует командами, понятными контроллеру принтера, такими, например, как «печать символа», «перевод строки», «возврат каретки». Драйвер в определенной последовательности загружает коды этих команд, а также данные, взятые из буфера ОП, в буфер интерфейсной карты, которая побайтно передает их по сети контроллеру периферийного устройства. Интерфейсная карта выполняет низкоуровневую работу, не вдаваясь в детали, касающиеся логики управления устройством, смысла данных и команд, передаваемых ей драйвером, считая их однородным потоком байтов. После получения от драйвера очередного байта интерфейсная карта просто последовательно передает биты в линию связи, представляя каждый бит электрическим сигналом. Чтобы контроллеру принтера стало понятно, что начинается передача байта, перед передачей первого бита информационная карта формирует стартовый сигнал специфической формы, а после передачи последнего информационного бита — стоповый сигнал. Эти сигналы синхронизируют передачу байта. Контроллер, опознав стартовый бит, начинает принимать информационные биты, формируя из них байт в своем приемном буфере. Помимо информационных битов карта может передавать бит контроля четности для повышения достоверности обмена. При корректно выполненной передаче в буфере принтера устанавливается соответствующий признак. Получив очередной байт, контроллер интерпретирует его и запускает заданную операцию принтера. Закончив работу по печати всех символов документа, драйвер принтера сообщает операционной системе о выполнении запроса, а та, в свою очередь, сигнализирует об этом событии приложению.

Уже на этом начальном этапе, рассматривая связь компьютера с периферийным устройством, мы столкнулись с важнейшими «сетевыми» понятиями: интерфейсом и протоколом, драйвером и интерфейсной картой. А также с проблемами, характерными для компьютерных сетей: согласованием интерфейсов, синхронизацией асинхронных процессов, обеспечением достоверности передачи данных.

3. Доступ к периферийному устройству через сеть

Вернемся к ситуации, представленной на рис. 1.5: пользователю, работающему с некоторым приложением на компьютере А, требуется распечатать текст, но принтер подключен к компьютеру В. Мы будем считать, что управление принтером со стороны компьютера В осуществляется по только что описанной схеме. Какие дополнительные средства должны быть предусмотрены в обоих компьютерах, чтобы с принтером мог работать не только пользователь компьютера В, к которому этот принтер непосредственно подключен, но и пользователь компьютера А?

Очевидно, что для этого как минимум необходимо оснастить оба компьютера средствами межмашинной связи (ММС), то есть средствами, которые позволяют им обмениваться информацией. Межмашинная связь может быть построена на тех же принципах, что и связь компьютера с периферийным устройством. Это означает, что оба компьютера должны иметь совместимые внешние интерфейсы, для чего в обоих компьютерах устанавливаются соответствующие интерфейсные карты, связанные кабелем, а также драйверы, управляющие работой интерфейсных карт. В таких случаях говорят о создании линии, или канала, связи между двумя компьютерами.

Пусть по аналогии с рассмотренным ранее примером связи компьютер— принтер связь компьютер - компьютер будет также осуществляться через последовательный интерфейс (такой, например, как СОМ-порт). То есть в каждом из компьютеров может быть установлена интерфейсная карта (ИК) подобная интерфейсной карте, использованной для связи компьютера с принтером. Однако теперь вместо драйвера принтера эти интерфейсные карты управляются другими драйверами, решающими другую задачу. В простейшем случае функции драйверов межмашинной связи могут быть не симметричными: один из них (на компьютере А) обеспечивает передачу данных из ОП в линию связи, а другой — прием данных из линии связи в буфер ОП. Механизм передачи байта из компьютера А в компьютер В аналогичен механизму взаимодействия компьютера с принтером. На стороне компьютера А приложение размещает передаваемые данные в буфер ОП, драйвер ММС загружает байт из буфера ОП в буфер ИК, после чего инициируется работа ИК, которая последовательно передает биты в линию связи, дополняя каждый новый байт стартовым и стоповым битами.

На стороне компьютера В ИК принимает биты, поступающие со стороны внешнего интерфейса, и помещает их в буфер ИК. После того как получен стоповый бит, интерфейсная карта устанавливает признак завершения приема байта и выполняет проверку корректности приема, например, путем контроля бита четности. Факт корректного приема байта фиксируется драйвером ММС, который должен быть запущен еще до начала передачи информации из компьютера А. Драйвер ММС переписывает принятый байт из буфера ИК в заранее зарезервированный буфер ОП компьютера В. Функциональность драйверов ММС легко расширить так, чтобы каждый из них мог поддерживать как передачу, так и прием данных.

Связав электрически и информационно два автономно работающих компьютера, мы получили простейшую компьютерную сеть.

ПРИМЕЧАНИЕ