Протоколы передачи данных

 

Они пытались использовать всю возможную  полосу каналов ТЧ и показывали неплохое качество работы и высокие скорости передачи данных. Но, к сожалению, были они достаточно дороги и закрыты, что сказалось на их распространении  и конечно же на скорости. Поэтому  организация, где я работал, не могла позволить себе купить подобную аппаратуру, а обходилась более дешевыми моделями модемов. [4]

Но  не все оказалось так плохо. Длительное измерение выделенных каналов, приведение их параметров в норму значительно  изменило положение вещей. В ряде случаев произошло повышение  скоростей работы аппаратуры передачи данных, а в большинстве своем  мало, что изменилось, и спустя время  выяснилось почему – в наших бедах  оказались виновными прямые провода, которые шли от МТС к конечным пользователям и ложная уверенность  их в том, что чем выше уровень  передаваемого сигнала, тем лучше. Это хорошо проходило с прямыми проводами, но было недопустимо для аналоговых систем передачи.

Это были проблемы междугородних  выделенных каналов, а вот дела с  коммутируемой сетью обстояли значительно  хуже. Установление соединения в этом случае происходит каждом по-разному, конечно, если не используется внутристанционное  соединение, и найти участок который  виновен в низкой скорости не представляется возможным, тем более, что на ТфОП до сих пор преобладают механические АТС, и немалую часть занимают АТСДШ.  

Для этих АТС характерны перерывы связи, из-за быстрого износа скользящих контактов, а также нарушение контактов  из-за вибрации стоек, связанной с  установлением соединения. На ЦСДО “Искра-2” системы типа АТСДШ  отсутствуют, поэтому наблюдаются  значительно лучшее качество и более  высокие скорости.

Таким образом, повлиять на коммутируемые сети было не возможно, и поэтому все внимание было уделено выделенным междугородним каналам. “Вылизывание” каналов дало свои плоды, и со временем скорости аппаратуры передачи данных уже редко опускались ниже 14400 – 9600 бит/с, но требовалось большее. Эти скорости уже не удовлетворяли конечных пользователей, при этом учтите, при передаче данных использовался синхронный режим при котором нельзя было воспользоваться как протоколами сжатия, так и протоколами коррекции ошибок. Потребности росли.

 

3 Основные протоколы передачи данных. Стеки протоколов. Привязка

Часто за организацию работы всех уровней модели ISO/OSI отвечают стеки протоколов. Плюсом использования стеков протоколов является то, что все протоколы, входящие в стек, разработаны одним производителем, то есть они способны работать максимально быстро и эффективно.

За время существования  сетей было разработано несколько  различных стеков протоколов, среди  которых наиболее популярными являются TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, Novell NetWare, DECnet и др. [5]

В составе стеков находятся  протоколы, работающие на разных уровнях  модели ISO/OSI, однако обычно выделяют только три типа протоколов: транспортный, сетевой и прикладной.

Плюсом использования  стеков протоколов является то, что  протоколы, работающие на нижних уровнях, применяют давно отлаженные и  популярные сетевые протоколы, такие как Ethernet, FDDI и т д. Благодаря аппаратной реализации этих протоколов становится возможным использовать одно и то же оборудование для разных типов сетей и тем самым достигать их совместимости на аппаратном уровне. Что касается высокоуровневых протоколов, то каждый из стеков имеет свои преимущества и недостатки, и очень часто случается так, что нет жесткой привязки «один протокол – один уровень», то есть один протокол может работать сразу на двух-трех уровнях.

Важным моментом в функционировании сетевого оборудования, в частности  сетевого адаптера, является привязка протоколов. На практике она позволяет  использовать разные стеки протоколов при обслуживании одного сетевого адаптера. Например, можно одновременно использовать стеки TCP/IP и IPX/SPX, и если при попытке  установления связи с адресатом  с помощью первого стека произошла  ошибка, автоматически происходит переключение на использование протокола из следующего стека. В этом случае важным моментом является очередность привязки, поскольку  она однозначно влияет на использование  того или иного протокола из разных стеков.

Вне зависимости от того, какое количество сетевых адаптеров  установлено в компьютере, привязка может осуществляться как «один  к нескольким», так и «несколько к одному», то есть один стек протоколов можно привязать сразу к нескольким адаптерам или несколько стеков к одному адаптеру.

 

3.1 TCP/IP

Стек протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) на сегодня является наиболее распространенным и функциональным. Он работает в локальных сетях любых масштабов. Кроме того, это единственный из протоколов, который позволяет работать глобальной сети Интернет.

Протокол был создан в 70-х годах прошлого века управлением  Министерства обороны США. Именно с  его подачи началась разработка протокола, целью которого было соединение любых  двух компьютеров, как бы далеко они  ни находились. Конечно, они преследовали свою цель – обеспечить постоянную связь с центром управления, даже если все вокруг будет разрушено  в результате военных действий. В  итоге была образована глобальная сеть ARPAnet, которую министерство активно  использовало в своих целях.

Толчком к дальнейшему  усовершенствованию и широкому распространению  стека TCP/IP стал тот факт, что его  поддержка была реализована в  компьютерах c операционной системой UNIX. В результате популярность протокола TCP/IP возросла.

В стек протоколов TCP/IP входит достаточно много протоколов, работающих на различных уровнях, но свое название он получил благодаря двум протоколам – TCP и IP.

TCP (Transmission Control Protocol) – транспортный  протокол, предназначенный для управлением  передачей данных в сетях, использующих  стек протоколов TCP/ IP. IP (Internet Protocol) –  протокол сетевого уровня, предназначенный  для доставки данных в составной  сети с использованием одного  из транспортных протоколов, например TCP или UDP. Нижний уровень стека  TCP/IP использует стандартные протоколы  передачи данных, что делает возможным  его применение в сетях с  использованием любых сетевых  технологий и на компьютерах  с любой операционной системой.

Изначально протокол TCP/IP разрабатывался для применения в  глобальных сетях, именно поэтому он является максимально гибким. В частности, благодаря способности фрагментации пакетов данные, несмотря на качество канала связи, в любом случае доходят  до адресата. Кроме того, благодаря  наличию IP-протокола становится возможной  передача данных между разнородными сегментами сети.

Недостатком TCP/IP-протокола  является сложность администрирования  сети. Так, для нормального функционирования сети требуется наличие дополнительных серверов, например DNS, DHCP и т. д., поддержание  работы которых и занимает большую  часть времени системного администратора. 

3.2 IPX/SPX

Стек протоколов IPX/SPX (Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange) является разработкой  и собственностью компании Novell. Он был  разработан для нужд операционной системы Novell NetWare, которая еще до недавнего  времени занимала одну из лидирующих позиций среди серверных операционных систем.

Протоколы IPX и SPX работают на сетевом и транспортном уровнях  модели ISO/ OSI соответственно, поэтому  отлично дополняют друг друга. Протокол IPX может передавать данные с помощью диаграмм, используя для этого информацию о маршрутизации в сети.

Однако для того, чтобы  передать данные по найденному маршруту, необходимо сначала установить соединение между отправителем и получателем. Этим и занимается протокол SPX или  любой другой транспортный протокол, работающий в паре с IPX.

К сожалению, стек протоколов IPX/SPX изначально ориентирован на обслуживание сетей небольшого размера, поэтому  в больших сетях его использование  малоэффективно: излишнее использование  широковещательного вещания на низкоскоростных  линиях связи недопустимо.

3.3 NetBIOS/SMB

Достаточно популярный стек протоколов, разработкой которого занимались компании IBM и Microsoft, соответственно, ориентированный  на использование в продуктах  этих компаний. Как и у TCP/IP, на физическом и канальном уровне стека NetBIOS/SMB работают стандартные протоколы, такие  как Ethernet, Token Ring и другие, что делает возможным его использование  в паре с любым активным сетевым  оборудованием. На верхних же уровнях работают протоколы NetBIOS (Network Basic Input/Output System) и SMB (Server Message Block).

Протокол NetBIOS был разработан в середине 80-х годов прошлого века, но вскоре был заменен на более  функциональный протокол NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface), позволяющий организовать очень эффективный обмен информацией  в сетях, состоящих не более чем  из 200 компьютеров.[6]

Чтобы обмен между компьютерами был возможен, каждый из них должен обладать логическим именем. Для обмена данными между компьютерами используются логические имена, присваиваемые компьютерам  динамически при их подключении  к сети. При этом таблица имен распространяется на каждый компьютер  сети. Поддерживается также работа с групповыми именами, что позволяет  передавать данные сразу нескольким адресатам.

Главные плюсы протокола NetBEUI – скорость работы и очень  малые требования к ресурсам. Если требуется организовать быстрый  обмен данными в небольшой  сети, состоящей из одного сегмента, лучшего протокола для этого  не найти. Кроме того, для доставки сообщений установленное соединение не является обязательным требованием: в случае отсутствия соединения протокол использует датаграммный метод, когда  сообщение снабжается адресом получателя и отправителя и «пускается в  путь», переходя от одного компьютера к другому.

Однако NetBEUI обладает и существенным недостатком: он полностью лишен  понятия о маршрутизации пакетов, поэтому его использование в  сложных составных сетях не имеет  смысла.

Что касается протокола SMB (Server Message Block), то с его помощью организуется работа сети на трех самых высоких  уровнях – сеансовом, уровне представления и прикладном уровне. [4] Именно при его использовании становится возможным доступ к файлам, принтерам и другим ресурсам сети. Данный протокол несколько раз был усовершенствован (вышло три его версии), что позволило применять его даже в таких современных операционных системах, как Microsoft Vista и Windows 7. Протокол SMB универсален и может работать в паре практически с любым транспортным протоколом, например TCP/IP и SPX.

3.4 HTTP

Пожалуй, самый востребованный из протоколов, с которым ежедневно  работают десятки миллионов пользователей  Интернета по всему миру.

Протокол HTTP (HyperText Transfer Protocol) разрабатывался специально для Интернета: для получения и передачи данных по Интернету. Он работает по технологии «клиент – сервер», которая подразумевает, что есть клиенты, запрашивающие  информацию (например, просмотр содержимого  веб-страницы), и серверная часть, которая обрабатывает эти запросы  и отсылает ответ.

HTTP работает на уровне  приложений. Это означает, что данный  протокол должен пользоваться  услугами транспортного протокола,  в качестве которого по умолчанию  выступает протокол TCP.

Первая версия протокола HTTP была разработана еще в начале 90-х годов прошлого века и на то время полностью удовлетворяла  пользователей своими возможностями. Но со временем, когда в Интернет пришла графика и динамичные изображения, возможностей протокола стало не хватать и он постепенно начал  изменяться.

В своей работе протокол использует понятие URI (Uniform Resource Identifier) – уникального идентификатора ресурса, в качестве которого обычно выступает  адрес веб-страницы, файла или  любого другого логического объекта. При этом URI поддерживает работу с  параметрами, что позволяет расширять  функциональность протокола. Так, используя  параметры, можно указать, в каком  формате и кодировке вы хотите получить ответ от сервера.

Это в свою очередь позволяет  передавать с помощью HTTP не только текстовые  документы, но и любые двоичные данные.

Основным недостатком  протокола HTTP является избыточный объем  текстовой информации, необходимой  для того, чтобы клиент мог правильно  отобразить полученный от сервера ответ. При большом объеме содержимого  веб-страницы это может создавать  излишне большой трафик, что ухудшает восприятие информации. Кроме того, протокол полностью лишен каких-либо механизмов сохранения состояния, что  делает невозможной навигацию по веб-страницам посредством одного лишь HTTP-протокола. По этой причине  вместе с HTTP-протоколом используются сторонние протоколы либо пользователю необходимо работать с браузером, обрабатывающим HTTP-запросы.

3.5 FTP

   Протокол FTP (File Transfer Protocol) является «родным братом» протокола HTTP, только, в отличие от последнего, он работает не с текстовыми или двоичными данными, а с файлами.

  Этот протокол – один из старейших: он появился еще в начале 70-х годов прошлого века. Как и HTTP, он работает на прикладном уровне и в качестве транспортного протокола использует TCP-протокол. Его основная задача – передача файлов с/на FTP-сервер.[3]

  FTP-протокол представляет собой набор команд, которые описывают правила подключения и обмена данными. При этом команды и непосредственно данные передаются с использованием различных портов. В качестве стандартных портов используются порты 21 и 20: первый – для передачи данных, второй – передачи команд. Кроме того, порты могут быть динамическими.