Інформація в локальних мережах, як правило, передається окремими порціями, шматками, званими в різних джерелах пакетами (packets). кадрами (frames) або блоками. Причому гранична довжина цих пакетів строго обмежена (зазвичай величиною в кілька кілобайт). Обмежена довжина пакета і знизу (як правило, кількома десятками байт). Вибір пакетної передачі пов'язаний з декількома важливими міркуваннями.
Локальна мережа, як уже зазначалося, має забезпечувати якісну, прозору зв'язок всім абонентам (комп'ютерів) мережі. Найважливішим параметром є так зване час доступу до мережі (access time), яке визначається як часовий інтервал між моментом готовності абонента до передачі (коли йому є, що передавати) і моментом початку цієї передачі. Це час очікування абонентом початку своєї передачі. Природно, воно не повинно бути занадто великим, інакше величина реальної, інтегральної швидкості передачі інформації між додатками сильно зменшиться навіть при високошвидкісного зв'язку.
Очікування початку передачі пов'язано з тим, що в мережі не може відбуватися кілька передач одночасно (у всякому разі, при топологиях шина і кільце). Завжди є тільки один передавач і один приймач (рідше - кілька приймачів). В іншому випадку інформація від різних передавачів змішується і спотворюється. У зв'язку з цим абоненти передають свою інформацію по черзі. І кожному абоненту, перш ніж почати передачу, треба дочекатися своєї черги. Ось цей час очікування своєї черги і є час доступу.
Якби вся необхідна інформація передавалася якимось абонентом відразу, безперервно, без поділу на пакети. то це призвело б до монопольного захоплення мережі цим абонентом на досить тривалий час. Всі інші абоненти змушені були б чекати закінчення передачі всієї інформації, що в ряді випадків могло б зажадати десятків секунд і навіть хвилин (наприклад, при копіюванні вмісту цілого жорсткого диска). З тим щоб зрівняти в правах всіх абонентів, а також зробити приблизно однаковими для всіх них величину часу доступу до мережі та інтегральну швидкість передачі інформації, як раз і застосовуються пакети (кадри) обмеженої довжини. Важливо також і те, що при передачі великих масивів інформації ймовірність помилки через перешкоди і збоїв досить висока. Наприклад, при характерною для локальних мереж величиною ймовірності одиночної помилки в 10 -8 пакет довжиною 10 Кбіт буде спотворений з ймовірністю 10 -4. а масив довжиною 10 Мбіт - вже з ймовірністю 10 -1. До того ж виявити помилку в масиві з декількох мегабайт набагато складніше, ніж в пакеті з декількох кілобайт. А при виявленні помилки доведеться повторити передачу всього великого масиву. Але і при повторній передачі великого масиву знову висока ймовірність помилки, і процес цей при занадто великому масиві може повторюватися до нескінченності.
З іншого боку, порівняно великі пакети мають переваги перед дуже маленькими пакетами. наприклад, перед побайтовой (8 біт) або послівний (16 біт або 32 біт) передачею інформації.
Існує деяка оптимальна довжина пакету (або оптимальний діапазон довжин пакетів), при якій середня швидкість обміну інформацією по мережі буде максимальна. Ця довжина не є постійною величиною, вона залежить від рівня перешкод, методу управління обміном, кількості абонентів мережі, характеру переданої інформації, і від багатьох інших факторів. Є діапазон довжин, який близький до оптимуму.
Таким чином, процес інформаційного обміну в мережі являє собою чергування пакетів. кожен з яких містить інформацію, передану від абонента до абонента.
Мал. 4.1. Передача пакетів в мережі між двома абонентами
В окремому випадку (рис. 4.1) всі ці пакети можуть передаватися одним абонентом (коли інші абоненти не хочуть передавати). Але зазвичай в мережі чергуються пакети. послані різними абонентами (рис. 4.2).
Мал. 4.2. Передача пакетів в мережі між декількома абонентами
Структура і розміри пакету в кожній мережі жорстко визначені стандартом на дану мережу і пов'язані, перш за все, з апаратними особливостями даної мережі, обраної топологією і типом середовища передачі інформації. Крім того, ці параметри залежать від використовуваного протоколу (порядку обміну інформацією).
Але існують деякі загальні принципи формування структури пакета. які враховують характерні особливості обміну інформацією з будь-яких локальних мереж.
Найчастіше пакет містить в собі такі основні поля або частини (рис. 4.3):
Мал. 4.3. Типова структура пакета
· Стартова комбінація бітів або преамбула, яка забезпечує попередню настройку апаратури адаптера або іншого мережевого пристрою для отримання і обробку пакета. Це поле може повністю бути відсутнім або ж зводитися до єдиного стартовому биту.
· Службова інформація, яка може вказувати на тип пакета. його номер, розмір, формат, маршрут його доставки, на те, що з ним треба робити приймача і т.д.
· Дані (поле даних) - це та інформація, заради передачі якої використовується пакет. На відміну від всіх інших полів пакету поле даних має змінну довжину, яка, власне, і визначає повну довжину пакета. Існують спеціальні керуючі пакети. які не мають поля даних. Їх можна розглядати як мережеві команди. Пакети. включають поле даних, називаються інформаційними пакетами. Керуючі пакети можуть виконувати функцію початку і кінця сеансу зв'язку, підтвердження прийому інформаційного пакета. запиту інформаційного пакета і т.д.
· Стопового комбінація служить для інформування апаратури приймає абонента про закінчення пакета. забезпечує вихід апаратури приймача зі стану прийому. Це поле може бути відсутнім, якщо використовується Самосінхронізірующійся код. дозволяє визначати момент закінчення передачіпакета.
Мал. 4.4. Вкладення кадру в пакет
Нерідко в структурі пакета виділяють всього три поля:
· Поле даних пакета.
· Кінцеве управляє поле пакету (висновок, трейлер), куди входять контрольна сума і стопова комбінація, а також, можливо, службова інформація.
Як уже згадувалося, крім терміна "пакет" (packet) в літературі також нерідко зустрічається термін "кадр" (frame). Іноді під цими термінами мається на увазі одне й те саме. Але іноді мається на увазі, що кадр і пакет розрізняються. Причому єдності в поясненні цих відмінностей не спостерігається.
У деяких джерелах стверджується, що кадр вкладений в пакет. В цьому випадку всі перераховані поля пакета крім преамбули і стоповою комбінації відносяться до кадру (рис. 4.4). Наприклад, в описах мережі Ethernet йдеться, що в кінці преамбули передається ознака початку кадру.
В інших, навпаки, підтримується думка про те, що пакет вкладений в кадр. І тоді під пакетом мається на увазі тільки інформація. що міститься в кадрі. який передається по мережі і забезпечений службовими полями.
Щоб уникнути плутанини, в даному курсі термін "пакет" буде використовуватися як більш зрозумілий і універсальний.
У процесі сеансу обміну інформацією по мережі між передавачем і приймають абонентами відбувається обмін інформаційними і керуючими пакетами за встановленими правилами, званим протоколом обміну. Це дозволяє забезпечити надійну передачу інформації за будь-якої інтенсивності обміну по мережі.
Приклад найпростішого протоколу показаний на рис. 4.5.
Мал. 4.5. Приклад обміну пакетами при сеансі зв'язку
Мал. 4.6. Багаторівнева система вкладення пакетів
Кожен наступний вкладений пакет може містити власну службову інформацію, що розташовується як до даних (заголовок), так і після них (трейлер), причому її призначення може бути різним. Безумовно, частка допоміжної інформації в пакетах при цьому зростає з кожним наступним рівнем, що знижує ефективну швидкість передачі даних. Для збільшення цієї швидкості краще, щоб протоколи обміну були простіше, і рівнів цих протоколів було менше. Інакше ніяка швидкість передачі бітів не допоможе, і швидка мережа може передавати файл довше, ніж повільна мережа. яка користується більш простим протоколом.
Зворотний процес послідовної розпакування даних приймачем називається декапсуляціі пакетів.