Цифровые протоколы обмена данными создаются с целью

Обновлено: 06.05.2024

С каждым годом растут объемы передаваемой информации, развивается сеть Internet, расширяются предоставляемые услуги по использованию средств связи, появляются новые технологии. А что же происходит в России с ее огромными просторами и доставшейся в наследство от СССР устаревшей инфраструктурой кабельных сетей и оборудования связи?

Спустя некоторое время после выхода протокола V.32 bis в нашей стране появились модемы, обеспечивающие максимальную скорость 14 400 бит/с. Это были Unicom 1414 VQE, а также модели фирм US Robotics и ZyXEL. Кроме V.32 bis последние поддерживали и фирменные протоколы, такие как HST и ZyX (табл. 3). Перечисленные выше модемы позволяли работать со скоростями от 14 400 до 16 800 бит/с, хотя реально скорость передачи данных редко превышала 4800-9600 бит/с. Естественно, возник вопрос — что влияет на скорость и качество передачи данных?

Как видно из табл. 1, первые протоколы имели низкую скорость передачи данных, что обусловлено рядом характеристик существовавших телефонных сетей, которые не позволяли передавать по ним информацию с большей скоростью. Оборудование, используемое на сетях связи, в основном было аналоговое, что вносило следующие негативные характеристики:

ограничение полосы пропускания канала, связанное с завалами частоты на краях канала, кроме того, его ширина могла значительно уменьшиться при неоднократном прохождении через участки низко-частотного (НЧ) переприема. Этот параметр характерен для каналообразующей аппаратуры с частотным разделением каналов (ЧРК), в частности К-60П. Стандартно канал ТЧ имеет полосу пропускания от 300 до 3400 Гц. При 12 транзитных участках с аппаратурой К-60П эффективно передаваемая полоса сужается до пределов 450—2850 Гц;
сдвиг частоты, вызываемый отсутствием синхронности между задающими генераторами в оконечных устройствах аппаратуры с ЧРК;
неравномерность группового времени прохождения (ГВП), проявляющаяся в виде неодновременности прихода боковых полос к приемнику, что препятствует восстановлению сигнала;
импульсные помехи, связанные с перекрестными наводками от вызывных импульсных токов в коммутационном оборудовании;
перерывы связи, вызываемые плохими контактами в разъемах, реле, искателях, что характерно для декадно-шаговых автоматических телефонных станций (АТСДШ).

Соответственно первые протоколы разрабатывались так, чтобы такие негативные факторы, как неравномерность ГВП и сужение полосы пропускания, не оказывали значительного влияния. Модуляция применялась частотная и фазоразностная. Первые протоколы МККТТ и АТ&Т, использующие этот вид модуляции, приведены в табл. 1 и табл. 2. Так как на выделенных каналах не используется коммутация и качество передачи информации на них значительно превосходит то, что можно получить на коммутируемой сети, в результате появился протокол V.29, который использует квадратурную амплитудную модуляцию и бо,льшую, нежели низшие протоколы, полосу частот.

Cо временем шло развитие коммутационного и каналообразующего оборудования, а также совершенствовались микропроцессоры, улучшались характеристики каналов связи, а значит, появилась возможность создания более высокоскоростных модемов. Однако замена каналообразующего оборудования происходила постепенно, и поэтому выпуск более скоростных протоколов, таких как V.33 для выделенных каналов и V.32, V.32 bis для ТфОП, был все еще нацелен на то, чтобы задействовать не всю возможную полосу частот каналов ТЧ, а только ее часть - от 600 до 3000 Гц. Этим же грешили и другие, фирменные протоколы (табл. 3).

Исключение составляли лишь полудуплексные протоколы семейства PEP, разработанные фирмой Telebit и реализованные в модемах серий TrailBlazer (PEP) и WorldBlazer (TurboPEP), которые за период с 1985 до 1988 г. достигли скорости 19 200 бит/с, а впоследствии и 23 000 бит/с. Они пытались использовать всю возможную полосу каналов ТЧ, показывали неплохое качество работы и высокие скорости передачи данных. К сожалению, эти модемы были достаточно дороги, что сказалось на их распространении.

Но нет худа без добра. Длительное измерение характеристик выделенных каналов, приведение их параметров в норму улучшило положение вещей. В ряде случаев повысилась скорость работы аппаратуры передачи данных, хотя в целом мало что изменилось.

Одновременная передача данных и голоса

Работы по обеспечению одновременной передачи данных и голоса велись начиная с 60-х годов. Характеристики каналов в то время, да и уровень техники не позволяли использовать высокие скорости, поэтому в качестве речепреобразующих устройств использовались вокодеры, формантный и полосовой, которым было достаточно скорости 1200 - 2400 бит/с. Передача речи шла либо в ущерб передаче данных, т. е. прерывала последнюю, либо совместно, т. е. для каждой передачи выделялась своя полоса. Поскольку речь получалась синтезированная, данные системы не нашли коммерческого применения, а использовались в основном для служебных переговоров либо в спецаппаратуре.

Первые протоколы, реализующие подобную услугу для коммерческого использования, появились в начале 90-х, например протокол MSP (Multi-Tech System). Он, как и протокол DSVD (V.70), обрабатывал всю информацию, которую получал как цифровую. Речевым пакетам был дан приоритет над данными, но они передаются в общем потоке. При этом увеличить скорость передачи данных можно только за счет использования протоколов сжатия. Протокол ASVD(V.61) обрабатывал голос, данные и информацию управления как раздельные объекты. Пользователю это обеспечивало некоторый комфорт, потому что голос не менялся.

Появление V.34

Потребность в высоких скоростях передачи данных заставила разработать и выпустить на рынок следующие протоколы: HST, ZyX, V.32 ter со скоростями от 16 800 до 19 200 бит/с. Они разрабатывались на основе протокола V.32 bis. Однако довольно быстро и этих скоростей стало не хватать. Различные компании начинают разработку модема, работающего со скоростью 28 800 бит/с, — V.fast. И в 1996 г. былo объявлено о выходе протокола V.34, который включал в себя различные передовые технологии, запатентованные 17 компаниями. Этот протокол в отличие от предшествующих (за исключением PEP и TurboPEP) использовал всю ширину аналогового канала и обеспечивал работу на скоростях до 33 600 бит/с. Однако максимальная скорость не достижима на аппаратуре с ЧРК, так как происходит выход за пределы канала ТЧ, поэтому максимальная скорость для канала ТЧ составляла 31 200 бит/с, что, впрочем, тоже весьма неплохо. Этот протокол явился последним аналоговым протоколом передачи данных.

Что же это дало конечному пользователю? Прежде всего это позволило полноценно работать с Internet, ведь, как правило, в данной Сети больше информации идет к пользователю, а от него — лишь команды управления. Но эти преимущества получили немногие, так как в России преобладают электромеханические АТС и аналоговые каналы связи, поэтому повышение скорости мало сказалось на росте производительности. Максимально возможная скорость на канале ТЧ по сути не превышает 3200 бит/с. Это связано с тем, что в реальности протокол V.34 пытается использовать бо,льшую полосу частот, чем позволяет канал ТЧ. В этом случае на помощь приходят протоколы сжатия и коррекции ошибок.

Протоколы сжатия и коррекции ошибок

Одновременно с развитием протоколов передачи данных шло и развитие протоколов сжатия и коррекции ошибок. Это было связано с тем, что требовалась передача бо,льших объемов информации, чем позволяли существующие модемы, да и качество каналов оставляло желать лучшего. Поэтому фирмы—производители модемов разрабатывали для своей аппаратуры передачи данных необходимые ей протоколы сжатия и коррекции ошибок. Некоторые из них приведены в табл. 4. Несомненно, лучшими среди них являются V.42 и V.42 bis, которые вобрали в себя все прогрессивное из появившихся ранее протоколов. Почти все представленные в табл. 4 протоколы предназначены для асинхронной передачи данных, за исключением SDC, который наиболее эффективен для повышения качества и скорости передачи трафика X.25, Frame Relay, SDLC, PPP.

Новые протоколы и их возможности

В прошлом году появились новые протоколы для передачи данных по ТфОП — V.92, V.44.

Протокол V.92 позволяет увеличить максимальную исходящую скорость с 33,6 (V.90) до 48 кбит/с. Это достигается за счет изменения способа кодирования информации. Теперь оно осуществляется с помощью ИКМ. Но ее применение заставляет придерживаться более жестких требований в отношении оборудования, находящегося на пути следования передаваемой информации, — должно быть не более одного аналого-цифрового преобразования. Исходящая от пользователя информация может передаваться со скоростями от 24 до 48 кбит/с, с шагом 1,333 кбит/с, как и в протоколе V.90. Кроме того, уменьшается время вхождения в связь с 20 (V.90) до 10 с.

Другой протокол, V.44, позволяет увеличить степень сжатия передаваемых данных на 25% (6:1) в сравнении с V.42 bis, который обеспечивал сжатие 4:1. Следовательно, производительность может увеличиться до 300 кбит/с. Но это преимущество не удастся испытать тем, кто использует последовательный порт компьютера, скорость которого ограничена и составляет 115,2 кбит/с. Здесь используется алгоритм сжатия Lempel Ziv Jeff.Heath, разработанный US-based Hughes Network System.

Введение данных протоколов, благо что многие фирмы-производители модемов поддержали их, позволит пользователям более активно работать с аудио- и видеоинформацией. Но, к сожалению, те, кто не мог соединяться по протоколу V.90, не получат ничего. Да и те, кто работает с модемами через последовательный порт с максимальной скоростью 115,2 кбит/с, тоже вряд ли смогут насладиться высокими скоростями.

Прогноз на будущее

Преимущества нового протокола несомненны в сравнении с V.90, который многие считают аналоговым. Однако в последних двух протоколах, V.90 и V.92, используется ИКМ, которая применяется при аналого-цифровом преобразовании. А это значит, что эра аналоговых протоколов передачи данных закончилась с выходом V.34. Что же можно ожидать в будущем? Будет ли продолжена разработка новых модемных протоколов для ТфОП?

Системы сотовой связи и кабельные сети находятся в постоянном развитии, и, например, переход с аналогового оборудования на цифровое приведет в недалеком будущем к значительному повышению скорости и качества передачи данных. Вероятно, следует ожидать появления протокола передачи данных, у которого скорости в обе стороны будут приближены к 56 кбит/с. Аналогичные изменения могут коснуться и факсимильных протоколов. Также возможен выпуск модифицированного протокола V.42 для сотовых сетей. Ну и, наконец, следует ожидать повышения скорости одновременной передачи голоса и данных, т. е. модернизации протокола V.70.

Исследования на российских просторах

Исследования показали, что на качество передачи информации влияют следующие характеристики каналов тональной частоты (ТЧ): перерывы связи, скачки фазы, амплитуды, импульсные помехи. Знание этого позволило предсказывать на выделенных каналах качество передачи данных для определенной скорости. Кроме того, было выявлено, что использование нового протокола V.34 на малых скоростях (до 9600 бит/с) невыгодно. Его рекомендуется применять лишь на более высоких скоростях. Таким образом, результаты многолетних исследований позволили создать некоторую методику, следуя которой можно было повысить качество передачи информации. Например, на выделенном канале Калининград - Москва нашего предприятия вероятность появления ошибочного пакета была снижена в 17 раз.

Сотовые сети связи

Появление сотовых сетей заставило разрабатывать специальные протоколы для них, так как они отличаются от ТфОП тем, что имеют совершенно другую среду распространения — радиоволны. И здесь возникают свои специфические проблемы при передаче данных: например, происходит разрушение данных в результате кратковременных сбоев передачи, когда система сотовой связи переключает вызовы с одной частоты на другую, чтобы избежать наложения с вызовами на ближайших частотах или перейти на освободившийся канал более высокого качества. Кроме того, возможно разрушение данных, вызванное затуханием радиосигнала, что происходит довольно часто. Поэтому редко удается работать со скоростями выше 9600 бит/с. В связи с этим были разработаны специальные протоколы: MNP-10, ETC, HST, ZyCELL.

Протокол ETC работает совместно с V.32 bis и V.42. Он позволяет осуществлять контроль за амплитудой передаваемого сигнала, автоматически изменяет скорость соединения в зависимости от состояния канала (уменьшение отношения сигнал/шум, колебания фазы), допускает переход в режим более ранних стандартов, таких как V.22 со скоростью 1200 бит/с. Если канал связи не в состоянии обеспечить даже 4800 бит/с, он осуществляет быстрый запуск, использует меньший размер кадра (32 байта вместо 128 байт), имеет возможность селективного отказа, делает до 20 попыток повторно послать кадр, если вкралась ошибка.

Стабильность работы протокола MNP10 достигается за счет многократного повторения попытки установить связь, изменения размера пакетов и даже динамического изменения протокола соединения в зависимости от качества канала связи.

Протокол ZyCELL автоматически меняет скорость в зависимости от характеристик канала, при переходе из одной ячейки в другую в течение от 0,2 до 1,2 с не прерывает связь и быстро синхронизируется, изменяет уровень сигнала.

Но, к сожалению, встает вопрос о реальной скорости передачи данных по сотовой сети. А это порядка 4800 бит/с, что сегодня недостаточно. С начала 1998 г. МСЭ поставил своей целью разработать стандарт для сотовых систем нового поколения, который получил название UMTS. Этот стандарт позволит пользователям многократно увеличить скорость обмена информацией, в частности, 144 Мбит/с для быстро перемещающихся абонентов, 384 Мбит/с для пешеходов, 2 Мбит/с для фиксированных терминалов.

Глоссарий

ITU-T (International Telecommunications Union Telephone) — Международный союз электросвязи, отдел телефонии.
CSP (CompuCom Speed Protocol) — скоростной протокол CompuCom.
HST (High Speed Technology) — высокоскоростная технология.
FDX (Full Duplex Modem) — дуплексный протокол.
HDX (Half Duplex Modem) — полудуплексный протокол.
EC (Echo Canceler) — эхоподавление.
FDM (Frequency Division Multiplexing) — частотное разделение каналов.
FSK (Frequency Shift Keying) — частотная модуляция.
DPSK (Differential Phase Shift Keying) — фазоразностная модуляция.
QAK (Quadrature Amplitude Modulation) — многопозиционная амплитудно-фазовая модуляция, или квадратурная амплитудная модуляция.
TCM (Trellis Coded Modulation) — модуляция с решетчатым кодированием, или треллис-модуляция.
PCM (Pulse Coder Modulation) — импульсно-кодовая модуляция.
ASL (Adaptive Speed Leveling) — адаптивная коррекция скорости.
ADC (Adaptive Data Compression) — адаптивная компрессия данных.
ETC (Enhanced Throughput Cellular) — усовершенствованный сотовый протокол.
UMTS (Universal Mobile Telephone Service) — универсальная услуга мобильной связи.
MSP (Multi-Tech Supervisory Protocol) — контролирующий протокол Multi-Tech.
ASVD (Analogue Simultaneous Voice Data) — аналоговая одновременная передача данных и голоса.
DSVD (Digital Simultaneous Voice Data) — цифровая одновременная передача данных и голоса.
CCITT (Comite Consultatif Internationale de Telegraphie et Telephonie) — МККТТ Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии.

Стандартизированный протокол передачи данных также позволяет разрабатывать интерфейсы (уже на физическом уровне), не привязанные к конкретной аппаратной платформе и производителю (например, USB, Bluetooth).

Сигнальный протокол используется для управления соединением — например, установки, переадресации, разрыва связи. Примеры протоколов: RTSP, SIP. Для передачи данных используются такие протоколы как RTP.

Сетево́й протоко́л — набор правил и действий (очерёдности действий), позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами.

Новые протоколы для Интернета определяются IETF, а прочие протоколы — IEEE или ISO. ITU-T занимается телекоммуникационными протоколами и форматами.

Наиболее распространённой системой классификации сетевых протоколов является так называемая модель OSI, в соответствии с которой протоколы делятся на 7 уровней по своему назначению — от физического (формирование и распознавание электрических или других сигналов) до прикладного (интерфейс программирования приложений для передачи информации приложениями).

Сетевые протоколы предписывают правила работы компьютерам, которые подключены к сети. Они строятся по многоуровневому принципу. Протокол некоторого уровня определяет одно из технических правил связи. В настоящее время для сетевых протоколов используется модель OSI (Open System Interconnection — взаимодействие открытых систем, ВОС).

Модель OSI — это 7-уровневая логическая модель работы сети. Модель OSI реализуется группой протоколов и правил связи, организованных в несколько уровней:

* на физическом уровне определяются физические (механические, электрические, оптические) характеристики линий связи;

* на канальном уровне определяются правила использования физического уровня узлами сети;

задача сеансового уровня — координация связи между двумя прикладными программами, работающими на разных рабочих станциях;

* уровень представления служит для преобразования данных из внутреннего формата компьютера в формат передачи;

прикладной уровень является пограничным между прикладной программой и другими уровнями — обеспечивает удобный интерфейс связи сетевых программ пользователя.Другая модель — стек протоколов TCP/IP — содержит 4 уровня:

* канальный уровень (link layer),

* сетевой уровень (Internet layer),

* транспортный уровень (transport layer),

Связанные понятия

Маршрутиза́тор (проф. жарг. рýтер транслитерация от англ. router /ˈɹu:tə(ɹ)/ или /ˈɹaʊtəɹ/, /ˈɹaʊtɚ/) — специализированный компьютер, который пересылает пакеты между различными сегментами сети на основе правил и таблиц маршрутизации. Маршрутизатор может связывать разнородные сети различных архитектур. Для принятия решений о пересылке пакетов используется информация о топологии сети и определённые правила, заданные администратором.

Канальный уровень (англ. Data Link layer) — второй уровень сетевой модели OSI, предназначенный для передачи данных узлам, находящимся в том же сегменте локальной сети. Также может использоваться для обнаружения и, возможно, исправления ошибок, возникших на физическом уровне. Примерами протоколов, работающих на канальном уровне, являются: Ethernet для локальных сетей (многоузловой), Point-to-Point Protocol (PPP), HDLC и ADCCP для подключений точка-точка (двухузловой).

Инкапсуля́ция в компью́терных сетя́х — это метод построения модульных сетевых протоколов, при котором логически независимые функции сети абстрагируются от нижележащих механизмов путём включения или инкапсулирования этих механизмов в более высокоуровневые объекты.

Сетевой коммутатор (жарг. свитч, свич от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор работает на канальном (втором) уровне модели OSI. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы (3 уровень OSI).

Упоминания в литературе

Протоколы SLIP и PPP работают на нижних уровнях модели взаимодействия открытых систем, что позволяет специальным образом готовить пакеты данных для передачи их другими протоколами, например TCP/IP или IPX/SPX. Главное отличие протокола SLIP от протокола PPP заключается в том, что первый работает только на компьютерах с установленной операционной системой Unix и протоколом TCP/IP, а второй используется на компьютерах, работающих под управлением системы класса Windows NT, которая умеет обращаться практически с любыми протоколами передачи данных .

В предыдущем разделе была кратко рассмотрена модель ISO/OSI, которая описывает работу любого сетевого оборудования и сети в целом. Однако это всего лишь модель, рисунок на бумаге. Чтобы все это начало работать, необходим механизм, ее реализующий. Таким механизмом является протокол передачи данных , а если точнее, множество протоколов.

Установка флажка Использовать беспроводную связь для передачи изображений из камеры в компьютер изменяет стандартный протокол передачи данных и обычно нарушает связь компьютера с телефоном!

Протокол передачи данных – это необходимые соглашения для связи одного уровня с выше–и нижерасположенными уровнями.

Связанные понятия (продолжение)

Стек протоколов — это иерархически организованный набор сетевых протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети. Протоколы работают в сети одновременно, значит работа протоколов должна быть организована так, чтобы не возникало конфликтов или незавершённых операций. Поэтому стек протоколов разбивается на иерархически построенные уровни, каждый из которых выполняет конкретную задачу — подготовку, приём, передачу данных и последующие действия с ними.

Сетевой уровень (англ. Network layer) — 3-й уровень сетевой модели OSI, предназначается для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и заторов в сети. На этом уровне работает такое сетевое устройство, как маршрутизатор.

Узел сети (англ. node) — устройство, соединённое с другими устройствами как часть компьютерной сети.. Узлами могут быть компьютеры, мобильные телефоны, карманные компьютеры, а также специальные сетевые устройства, такие как маршрутизатор, коммутатор или концентратор.

Сетевой шлюз (англ. Gateway) — аппаратный маршрутизатор или программное обеспечение для сопряжения компьютерных сетей, использующих разные протоколы (например, локальной и глобальной).

Сетевой мост (также бридж с англ. bridge) — сетевое устройство второго уровня модели OSI, предназначенное для объединения сегментов (подсети) компьютерной сети в единую сеть.

Компьютерная сеть (вычислительная сеть) — система, обеспечивающая обмен данными между вычислительными устройствами (компьютеры, серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные среды.

Лока́льная вычисли́тельная сеть (ЛВС, локальная сеть; англ. Local Area Network, LAN) — компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт).

Межсетево́й экра́н, сетево́й экра́н — программный или программно-аппаратный элемент компьютерной сети, осуществляющий контроль и фильтрацию проходящего через него сетевого трафика в соответствии с заданными правилами.

В компьютерных сетях пакет — это определённым образом оформленный блок данных, передаваемый по сети в пакетном режиме. Компьютерные линии связи, которые не поддерживают пакетный режим, как, например, традиционная телекоммуникационная связь точка-точка, передают данные просто в виде последовательности байтов, символов или битов поодиночке. Если данные сформированы в пакеты, битрейт коммуникационной среды можно более эффективно распределить между пользователями, чем в сети с коммутацией каналов. При.

Передача данных (обмен данными, цифровая передача, цифровая связь) — физический перенос данных (цифрового битового потока) в виде сигналов от точки к точке или от точки к нескольким точкам средствами электросвязи по каналу передачи данных, как правило, для последующей обработки средствами вычислительной техники. Примерами подобных каналов могут служить медные провода, ВОЛС, беспроводные каналы передачи данных или запоминающее устройство.

Поток данных (англ. stream) в программировании — абстракция, используемая для чтения или записи файлов, сокетов и т. п. в единой манере.

Сеть из точки в точку, соединение точка-точка — простейший вид компьютерной сети, при котором два компьютера соединяются между собой напрямую через коммуникационное оборудование. Достоинством такого вида соединения является простота и дешевизна, недостатком — соединить таким образом можно не более двух компьютеров, в отличие от таких методов передачи данных, как широковещание и точка-многоточка.

Сетевой концентратор (также хаб от англ. hub — центр) — устройство для объединения компьютеров в сеть Ethernet с применением кабельной инфраструктуры типа витая пара. В настоящее время вытеснены сетевыми коммутаторами.

Сетевая плата (в англоязычной среде NIC — англ. network interface controller/card), также известная как сетевая карта, сетевой адаптер (в терминологии компании Intel), Ethernet-адаптер — по названию технологии — дополнительное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети. В настоящее время в персональных компьютерах и ноутбуках контроллер и компоненты, выполняющие функции сетевой платы, довольно часто интегрированы в материнские платы для удобства, в том числе.

Широковещательный канал, широковещание (англ. broadcasting) — метод передачи данных в компьютерных сетях, при котором определенный поток данных (каждый переданный пакет в случае пакетной передачи) предназначен для приёма всеми участниками сети.

Точка беспроводного доступа (англ. Wireless Access Point, WAP) — это беспроводная базовая станция, предназначенная для обеспечения беспроводного доступа к уже существующей сети (беспроводной или проводной) или создания новой беспроводной сети.

Порт (англ. port) — натуральное число, записываемое в заголовках протоколов транспортного уровня модели OSI (TCP, UDP, SCTP, DCCP). Используется для определения процесса-получателя пакета в пределах одного хоста.

Балансировка нагрузки отличается от физического соединения тем, что балансировка нагрузки делит трафик между сетевыми интерфейсами на сетевой сокет (модель OSI уровень 4) основе, в то время как соединение канала предполагает разделение трафика между физическими интерфейсами на более низком уровне, либо в пакет (модель OSI уровень 3) или по каналу связи (модель OSI уровень 2); Основы с, как протокол соединения кратчайшего пути.

Интернет-безопасность — это отрасль компьютерной безопасности, связанная специальным образом не только с Интернетом, но и с сетевой безопасностью, поскольку она применяется к другим приложениям или операционным системам в целом. Её цель — установить правила и принять меры для предотвращения атак через Интернет. Интернет представляет собой небезопасный канал для обмена информацией, который приводит к высокому риску вторжения или мошенничества, таких как фишинг, компьютерные вирусы, трояны, черви и.

Удалённый вызов процедур, реже Вызов удалённых процедур (от англ. Remote Procedure Call, RPC) — класс технологий, позволяющих компьютерным программам вызывать функции или процедуры в другом адресном пространстве (как правило, на удалённых компьютерах). Обычно реализация RPC-технологии включает в себя два компонента: сетевой протокол для обмена в режиме клиент-сервер и язык сериализации объектов (или структур, для необъектных RPC). Различные реализации RPC имеют очень отличающуюся друг от друга архитектуру.

Анонимные сети — компьютерные сети, созданные для достижения анонимности в Интернете и работающие поверх глобальной сети.

Межпроцессное взаимодействие (англ. inter-process communication, IPC) — обмен данными между потоками одного или разных процессов. Реализуется посредством механизмов, предоставляемых ядром ОС или процессом, использующим механизмы ОС и реализующим новые возможности IPC. Может осуществляться как на одном компьютере, так и между несколькими компьютерами сети.

Беспроводная локальная сеть (англ. Wireless Local Area Network; Wireless LAN; WLAN) — локальная сеть, построенная на основе беспроводных технологий.

Се́рвер (англ. server от англ. to serve — служить, мн. ч. се́рверы) — [[Специализированная вычислительная машина или специализированное оборудование для выполнения на нём сервисного программного обеспечения (в том числе серверов тех или иных задач).

Тонкий клиент (англ. thin client) в компьютерных технологиях — компьютер или программа-клиент в сетях с клиент-серверной или терминальной архитектурой, который переносит все или большую часть задач по обработке информации на сервер. Примером тонкого клиента может служить компьютер с браузером, использующийся для работы с веб-приложениями. Данным термином может также называться P2P-клиент, использующий в качестве сервера другие узлы сети.

Общий ресурс, или общий сетевой ресурс, — в информатике, это устройство или часть информации, к которой может быть осуществлён удалённый доступ с другого компьютера, обычно через локальную компьютерную сеть или посредством корпоративного интернета, как если бы ресурс находился на локальной машине.

Компьютерная сеть — это совокупность компьютеров, объединенных каналами связи. Компьютерные сети используются для организации коллективной работы, доступа к общим информационным ресурсам и организации общения между пользователями сети.

Сеть состоит из двух основополагающих компонентов: непосредственно компьютеры и связывающие их каналы (провода, радиосвязь, спутник).

Аппаратными ресурсами могут быть память, процессор, дисковое пространство и различные устройства, подключенные к компьютерам.

Основное назначение сети– обеспечение доступа пользователя к общесетевым ресурсам и организация их коллективного использования при надежной защите от несанкционированного доступа, а также обеспечение удобных и надежных средств передачи данных между пользователями сети.

Следовательно, любой компьютер, включенный в сеть может пользоваться различными устройствами, программами и информацией, находящихся на других компьютерах.

Каналы связи различаются как по типу проводящей среды (проводная и беспроводная), так и по физической реализации (коаксиальный кабель, оптическое волокно, спутниковый канал, радиосвязь, лазерный или инфракрасный сигнал и др.).

Для подключения компьютера к сетевой среде необходимо устройство, называемое картой сетевого интерфейса или сетевой картой. ПК, подключенный к сети, называется рабочей станцией сети или сетевой станцией.

Протоколы обмена информацией в сети Интернет

Процедура передачи информации в сети определяется протоколом связи. Протокол связи — набор стандартных правил, описывающих единую для пользователей данной сети структуру представления информации и механизмы обмена ею между узлами сети. Стандарты описывают коммуникации на различных уровнях: физическом, канальном, сетевом, транспортном, прикладном. Для каждого уровня есть соответствующий протокол связи.

Обмен информации в сети Интернет, включающей аппаратуру самых различных производителей, стал возможен благодаря применению многоуровневой системы стандартизации правил её обработки - протоколов, а также характеристик сигналов. Эти стандарты реализуются при создании оборудования (сетевых плат, модемов, коммутаторов, маршрутизаторов и т.д.) и программного обеспечения (драйверов сетевых плат, операционных систем компьютеров, прикладных программ и т.д.).

Протоколы имеют многоуровневую структуру. Функционирование Интернет базируется на использовании семейства (стека) протоколов TCP/IP –Transmission Control Protocol/Internet Protocol (Протокол управления передачей данных/Протокол Интернета). В стеке TCP/IP определены четыре уровня: прикладной, транспортный, межсетевого взаимодействия, сетевых интерфейсов.

Каждый из уровней представляет определённую группу функций, необходимых для работы компьютерной сети. Эти уровни являются как бы вложенными друг в друга, каждый следующий, более верхний использует функции предыдущего.

Однако основными протоколами стека, давшими ему название, являются протоколы TCP и IP. Эти протоколы относятся к транспортному и межсетевому уровням соответственно.

Протокол TCP решает задачу обеспечения надёжной информационной связи между двумя конечными узлами сети. Протокол делит поток байт на пакеты и передаёт их нижележащему уровню межсетевого взаимодействия. После того как эти пакеты будут доставлены средствами уровня межсетевого взаимодействия в пункт назначения, протокол TCP снова собирает их в надлежащем порядке, осуществляет проверку целостности данных.

Размер пакетов информации невелик, обычно около 1500 байтов. Разбиение информации на небольшие пакеты позволяет повысить надёжность передачи информации. Это связано со следующим. Пакеты до адресата могут идти разными путями. Если происходит сбой при передаче пакетов, то протокол ТСР запрашивает повторную передачу только испорченных пакетов. Кроме того, протокол ТСР исключает монополизацию каналов передачи данных отдельными пользователями. Если для передачи скапливается большое количество пакетов от разных пользователей, то они отправляются вперемешку и работа сети для каждого пользователя просто замедляется.

Протоколы трёх нижних уровней незаметны для обычного пользователя. С ними он имеет дело только при настройке операционных систем персональных компьютеров для работы в компьютерных сетях.

На протоколы обмена информацией верхнего прикладного уровня обычный пользователь обращает внимание чаще, так как они реализованы программными средствами по схеме клиент-сервер.

Согласно этой схеме, на компьютере пользователя устанавливается клиентская часть прикладной программы определённого ресурса или протокола, серверная часть которого установлена на удалённом компьютере (сервере) сети Интернет. По запросу пользователя клиентская часть с компьютера пользователя отправляет запрос по сети серверной части, получает ответ и предоставляет пользователю результаты действий.

При этом для каждого ресурса используется собственный протокол обмена информацией, название которого пользователь вводит при отправке запроса по сети. Многие клиентские программы в соответствии со своим назначением автоматически подставляют название протокола обмена информацией.

Уровень прикладных протоколов обмена информацией постоянно расширяется за счёт предоставления пользователям новых информационных услуг (сервисов, служб). Основные прикладные протоколы обмена информацией, применяемые в сети Интернет, сведены в таблице 1.

Перечисленные в лекции 11/1 сетевые уровни должны решать в сети соответствующие задачи. Программная их реализация воплотилась в так называемых протоколах обмена данными.

Протокол – это соглашение, которое необходимо для связи одного уровня с выше- и нижерасположенными уровнями.

Итак, в качестве стандарта были приняты сетевые протоколы, которые определяют взаимодействие оборудования в сетях. Следует отметить, что в вычислительных сетях осуществляется обмен данными не только между узлами как физическими устройствами, но и между программными модулями.

Так как взаимодействие оборудования и программ в сети не может быть описано одним единственным сетевым протокол, то был применен многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. В результате была разработана семиуровневая модель взаимодействия открытых систем - OSI.

Эта модель разделяет средства взаимодействия на семь функциональных уровней: прикладной, представительный (уровень представления данных), сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический.

Напомним, что каждый уровень выполняет свои функции при передаче пакета данных от сетевого приложения, одного компьютера к сетевому приложению, работающему на другом компьютере.

2. Представительный уровень (уровень представления данных) определяет формат, используемый для обмена данными между ПК1 и ПК2. На ПК1 данные, поступившие от прикладного уровня, на представительном уровне переводятся в промежуточный формат. На ПК2 на этом уровне происходит перевод из промежуточного формата в тот, который используется прикладным уровнем данного компьютера.

3. Сеансовый уровень позволяет двум приложениям на ПК1 и ПК2 устанавливать, использовать и завершать соединение, называемое сеансом. Сеансовый уровень обеспечивает синхронизацию между пользовательскими задачами посредством расстановки в потоке данных контрольных точек.

Транспортный уровень и уровни, которые находятся выше, реализуются программными средствами ПК1 и ПК2 (компонентами их сетевых операционных систем). Транспортный уровень связывает нижние уровни (физический, канальный, сетевой) с верхними уровнями, которые реализуются программными средствами.

6. Канальный уровень обеспечивает пересылку пакетов между любыми двумя ПК локальной сети. Кроме того, канальный уровень осуществляет управление доступом к передающей среде. Функции канального уровня реализуются сетевыми адаптерами и их драйверами.

7. Физический уровень обеспечивает физический путь для электрических сигналов, несущих информацию. Этот уровень характеризует параметры физической среды передачи данных. Физический уровень определяет характеристики электрических сигналов, передающих дискретную информацию, типы разъемов и назначение каждого контакта. Как правило, функции физического уровня реализуются сетевым адаптером или портом.

Существует множество протоколов, так или иначе реализующих взаимодействие всех семи или отдельных уровней между собой, причем ориентированных на всевозможные сетевые ОС:

TCP (Transmission Control Protocol ) – протокол управления передачей данных. Соответствует транспортному и более верхним уровням.

IP (Internet Protocol) – межсетевой протокол. Соответствует сетевому уровню.

Архитектуру TCP/IP часто называют архитектурой Internet, т.к. они очень тесно переплетены.

TCP/IP – это не один продукт, а собирательное название семейства протоколов, имеющих одну и ту же модель поведения. Когда говорят о TCP/IP, обычно имеют в виду один или несколько протоколов этого семейства, а не только TCP и/или IP.

протокол IPX - протокол межсетевой передачи пакетов является базовым в Novell NetWare и соответствует транспортному уровню OSI;

протокол SPX - протокол последовательного обмена пакетами предполагает, что перед началом обмена данными рабочие станции устанавливают между собой связь. Соответствует сетевому уровню OSI;

протокол NETBIOS (сетевая базовая система ввода/вывода) разработан фирмой IBM и предназначен для передачи данных между рабочими станциями. Является протоколом более высокого уровня по сравнению с IPX и SPX и выполняет функции сетевого, транспортного и сеансового уровней OSI;

Х.400 - протокол, определяющий стандарты для электронной почты в открытых сетях;

Х.25 - протокол, определяющий процедуры сетевого уровня управления передачей пакетов и множество других протоколов.

Наиболее популярными являются стеки протоколов: TCP/IP, IPX/SPX, NetBEUI/NetBIOS, и другие. Эти стеки протоколов на физическом и канальном уровнях используют стандартизованные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и некоторые другие, которые позволяют использовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. На верхних уровнях все стеки работают со своими собственными протоколами.

Читайте также: