ПРОТОКОЛЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ СЕТИ

Понятие протокола

Как было показано ранее, при обмене информацией в  сети каждый уровень модели ВОС реагирует  на свой заголовок. Иными словами, происходит взаимодействие между одноименными уровнями модели в различных абонентских  ЭВМ. Такое взаимодействие должно выполняться  по определенным правилам.

Протокол  - набор правил, определяющий взаимодействие двух одноименных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских ЭВМ.

Протокол - это  не программа. Правила и последовательность выполнения действий при обмене информацией, определенные протоколом, должны быть реализованы в программе. Обычно функции протоколов различных уровней  реализуются в драйверах для  различных вычислительных сетей.

В соответствии с семиуровневой структурой модели можно говорить о необходимости  существования протоколов для каждого  уровня.

Концепция открытых систем предусматривает разработку стандартов для протоколов различных  уровней. Легче всего поддаются  стандартизации протоколы трех нижних уровней модели архитектуры открытых систем, так как они определяют действия и процедуры, свойственные для вычислительных сетей любого класса.

Труднее всего  стандартизовать протоколы верхних  уровней, особенно прикладного, из-за множественности  прикладных задач и в ряде случаев  их уникальности. Если по типам структур, методам доступа к физической передающей среде, используемым сетевым  технологиям и некоторым другим особенностям можно насчитать примерно десяток различных моделей вычислительных сетей, то по их функциональному назначению пределов не существует.

Основные  типы протоколов

Проще всего  представить особенности сетевых  протоколов на примере протоколов канального уровня, которые делятся на две  основные группы: байт-ориентированные  и бит-ориентированные.

Байт-ориентированный протокол обеспечивает передачу сообщения по информационному каналу в виде последовательности байтов. Кроме информационных байтов в канал передаются также управляющие и служебные байты. Такой тип протокола удобен для ЭВМ, так как она ориентирована на обработку данных, представленных в виде двоичных байтов. Для коммуникационной среды байт-ориентированный протокол менее удобен, так как разделение информационного потока в канале на байты требует использования дополнительных сигналов, что в конечном счете снижает пропускную способность канала связи.

Наиболее известным  и распространенным байт-ориентированным  протоколом является протокол двоичной синхронной связи BSC (Binary Synchronous Communication), разработанный фирмой IBM. Протокол обеспечивает передачу двух типов кадров: управляющих и информационных. В управляющих кадрах передаются управляющие и служебные символы, в информационных - сообщения (отдельные пакеты, последовательность пакетов). Работа протокола BSC осуществляется в три фазы: установление соединения, поддержание сеанса передачи сообщений, разрыв соединения. Протокол требует на каждый переданный кадр посылки квитанции о результате его приема. Кадры, переданные с ошибкой, передаются повторно. Протокол определяет максимальное число повторных передач.

Примечание. Квитанция представляет собой управляющий кадр, в котором содержится подтверждение приема сообщения (положительная квитанция) или отказ от приема из-за ошибки (отрицательная квитанция).

Передача последующего кадра возможна только тогда, когда  получена положительная квитанция  на прием предыдущего. Это существенно  ограничивает быстродействие протокола  и предъявляет высокие требования к качеству канала связи.

Бит-ориентированный протокол предусматривает передачу информации в виде потока битов, не разделяемых на байты. Поэтому для разделения кадров используются специальные последовательности - флаги. В начале кадра ставится флаг открывающий, а в конце - флаг закрывающий.

Бит-ориентированный  протокол удобен относительно коммуникационной среды, так как канал связи  как раз и ориентирован на передачу последовательности битов. Для ЭВМ  он не очень удобен, потому что из поступающей последовательности битов  приходится выделять байты для последующей  обработки сообщения. Впрочем, учитывая быстродействие ЭВМ, можно считать, что эта операция не окажет существенного  влияния на ее производительность. Потенциально бит-ориентированные протоколы являются более скоростными по сравнению с байт-ориентированными, что обусловливает их широкое распространение в современных вычислительных сетях.

Типичным представителем группы бит-ориентированных протоколов являются протокол HDLC (High-level Data Link Control - высший уровень управления каналом связи) и его подмножества. Протокол HDLC управляет информационным каналом с помощью специальных управляющих кадров, в которых передаются команды. Информационные кадры нумеруются. Кроме того, протокол HDLC позволяет без получения положительной квитанции передавать в канал до трех - пяти кадров. Положительная квитанция, полученная, например, на третий кадр, показывает, что два предыдущих приняты без ошибок и необходимо повторить передачу только четвертого и пятого кадров. Такой алгоритм работы и обеспечивает высокое быстродействие протокола.

Из протоколов верхнего уровня модели ВОС следует  отметить протокол Х.400 (электронная  почта) и FTAM (File Transfer, Access and Management - передача файлов, доступ к файлам и управление файлами).

Стандарты протоколов вычислительных сетей

Для протоколов физического уровня стандарты определены рекомендациями МККТТ. Цифровая передача предусматривает использование  протоколов Х.21 и Х.21- бис.

Канальный уровень  определяют протокол HDLC и его подмножества, а также протокол Х.25/3.

Широкое распространение  локальных вычислительных сетей  потребовало разработки стандартов для этой области. В настоящее  время для ЛВС используются стандарты, разработанные Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике-ИИЭР(IЕЕЕ- Institute of Electrical and Electronics Engineers).

Комитеты IEEE 802 разработали  ряд стандартов, часть из которых  принята МОС (ISO) и другими организациями. Для ЛВС разработаны следующие  стандарты:

• 802.1 - верхние уровни и административное управление;
• 802.2 - управление логическим звеном данных (LLC);
• 802.3 - случайный метод доступа к среде (CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - множественный доступ с контролем передачи и обнаружением столкновений);
• 802.4 - маркерная шина;
• 802.5 - маркерное кольцо;
• 802.6 - городские сети.

Взаимодействие  двух узлов из различных сетей  схематически показано на рис. 6.18. Обмен информацией между одноименными уровнями определяется протоколами, речь о которых шла выше.

Примечание. Узлы соединены с помощью канала связи. Это та среда, по которой распространяются сообщения от одного узла сети до другого. Пакеты и кадры, о которых шел разговор, в виде последовательности электрических сигналов приходят из одного узла в другой. Взаимодействие одноименных уровней модели показано пунктирными стрелками.

Передача  данных

ередача 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 связи, как правило, для последующей обработки средствами вычислительной техники. Примерами подобных каналов могут служить медные провода, оптическое волокно, беспроводные каналы связи или запоминающее устройство.

Передача данных может быть аналоговой или цифровой (то есть поток двоичных сигналов), а  также модулирован посредством  аналоговой модуляции, либо посредством  цифрового кодирования.

Хотя аналоговая связь является передачей постоянно  меняющегося цифрового сигнала, цифровая связь является непрерывной  передачей сообщений. Сообщения  представляют собой либо последовательность импульсов, означающую линейный код (в полосе пропускания), либо ограничивается набором непрерывно меняющейся формы волны, используя метод цифровой модуляции. Такой способ модуляции и соответствующая ему демодуляция осуществляются модемным оборудованием.

Передаваемые  данные могут быть цифровыми сообщениями, идущими из источника данных, например, из компьютера или от клавиатуры. Это  может быть и аналоговый сигнал —  телефонный звонок или видеосигнал, оцифрованный в битовый поток, используя  импульсно-кодирующую модуляцию (PCM) или  более расширенные схемы кодирования  источника (аналого-цифровое преобразование и сжатие данных). Кодирование источника  и декодирование осуществляется кодеком или кодирующим оборудованием.

Последовательная и параллельная передача

В телекоммуникации, последовательная передача — это последовательность передачи элементов сигнала, представляющих символ или другой объекта данных. Цифровая последовательная передача — это последовательная отправка битов по одному проводу, частоте или оптическому пути. Так как это требует меньшей обработки сигнала и меньше вероятность ошибки, чем при параллельной передаче, то скорость передачи данных по каждому отдельному пути может быть быстрее. Этот механизм может использоваться на более дальних расстояниях, потому что легко может быть передана контрольная цифра или бит чётности.

Параллельной передачей в телекоммуникациях называется одновременная передача элементов сигнала одного символа или другого объекта данных. В цифровой связи параллельной передачей называется одновременная передача соответствующих элементов сигнала по двум или большему числу путям. Используя множество электрических проводов можно передавать несколько бит одновременно, что позволяет достичь более высоких скоростей передачи, чем при последовательной передаче. Этот метод применяется внутри компьютера, например, во внутренних шинах данных, а иногда и во внешних устройствах, таких, как принтеры. Основное проблемой при этом является «перекос», потому что провода при параллельной передаче имеют немного разные свойства (не специально), поэтому некоторые биты могут прибыть раньше других, что может повредить сообщение. Бит чётности может способствовать сокращению ошибок. Тем не менее электрический провод при параллельной передаче данных менее надёжен на больших расстояниях, поскольку передача нарушается с гораздо более высокой вероятностью.