Протоколы передачи данных по сети. Информационные ресурсы в Интернете

Передача данных и их преобразование в модемах выполняются в соответствии с принятыми протоколами.

Протокол передачи данных – это совокупность правил, регламентирующих формат данных и процедуры их передачи в канале связи. В протоколе, в частности, может подробно указываться, как представить данные, какой способ модуляции данных избрать с целью ускорения и защищенности их передачи, как выполнять соединение с каналом, как преодолеть действие в канале шума и обеспечить достоверность передачи данных.

Протоколы работы модема это язык, на котором связывающиеся модемы договариваются о конкретном способе взаимодействия. В результате процесса согласования модемы выбирают доступный им обоим протокол, обеспечивающий максимальную скорость передачи в соответствии с установленными пользователям условиями.

При создании модемов придерживаются определенных стандартов передачи сигналов. Стандарт обычно включает в себя совокупность протоколов, реже один протокол.

Официальным законодателем в области протоколов передачи данных для модемов является МККТТ – Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии. Этот Комитет недавно переименован в Международный институт телекоммуникаций (ITU – International Telecommunication Union).

Практически все модемные стандарты передачи данных установлены этой организацией; некоторые характеристики важнейших из них приведены в табл.7.1.

Стандарты делятся по следующим признакам.

По скорости передачи данных (V.22, V32, V32bis). В более скоростных обычно реализованы и предшествующие стандарты передачи сигналов и, кроме того, предусмотрены запасные режимы с меньшими скоростями.

По протоколам коррекции ошибок - протоколы группы MNP (Microcom Netvorking Protocol) MNP1- MNP10.Это аппаратные протоколы, обеспечивающие автоматическую коррекцию ошибок и компрессию (сжатие) передаваемых данных. В настоящее время используется стандарт МККТТ V42. В целях совместимости модем стандарта V.42 включает в себя b функции MNP.

По методу сжатия данных – (MNP5, V.42bis). Стандарт MNP5 предусматривающий сжатие информации всего лишь вдвое, уступает место стандарту МККТТ V42bis, обеспечивающему сжатие информации в четыре раза. Стандарт V42bis в качестве резервного метода сжатия данных включает стандарт MNP5, а в качестве метода коррекции ошибок - стандарт V42.

Качество модема определяется тем, какие протоколы он поддерживает.

Стандарты скорости и модуляции называют также протоколами модемной связи. Они всегда реализуются в модеме на аппаратном уровне и помимо скорости определяют способ модуляции.

Таблица 7.1. Протоколы передачи данных по телефонным каналам связи.

Современные скоростные модемы должны:

удовлетворять протоколам не ниже V.34 или V.34 bis ;

выполнять коррекцию ошибок по протоколу V.42;

уметь работать на зашумленных и сотовых линиях связи;

поддерживать протоколы, используемые в модемах более старых версий.

Исходя из этих требований, необходимо чтобы один и тот же модем для обеспечения более эффективной работы мог использовать некую комбинацию протоколов передачи данных и контроля ошибок.

Например, при использовании модемов на асинхронном аналоговом канале между локальными сетями, хорошие устойчивые результаты могут дать следующие комбинации:

V.32bis – передача;

V42 – контроль ошибок;

V.42bis – сжатие.

Асинхронные модемы дешевле синхронных, поскольку не нуждаются в схемах и комплектах для управления синхронизацией.

Основной характеристикой модема является максимальная возможная скорость передачи данных по линиям связи, определяемая стандартом.

Наряду с показателями скорость линии существует скорость передачи по порту, определяемая скоростью обмена информацией между ПК и модемом.

При аппаратном методе сжатия скорость по порту должна быть приблизительно в 4 раза выше требуемой скорости по линии.

С целью сокращения времени и повышения надежности передачи информации в процессе информационного обмена могут выполнятся следующие функции:

при передаче информация может быть сжата. При приеме информация восстанавливается в первоначальном виде;

обеспечивается обнаружение и коррекция ошибок, возникающих в процессе передаче информации. С этой целью вся информация передаётся отдельными блоками (фреймами). В блоках помимо собственных данных содержатся добавленные передающим модемом контрольные коды. Эти коды позволяют принимающему модему проверить правильность полученного блока. В случае обнаружении ошибки принимающий модем требует повторной пересылки блока.

Компрессия данных и коррекция ошибок могут быть реализованы как программным, так и аппаратным способом, причем последний эффективнее. Для выполнения сжатия и коррекции программным путем некоторые коммутационные программы требуют установки специального драйвера.

Способ компрессии и коррекции ошибок обычно взаимосвязаны. Установление связи между двумя модемами начинается с автоматического согласования в каком режиме и при каком способе компрессии и коррекции ошибок будет установлена связь.

С целью облегчения такого согласования и предоставлению пользователю частичной возможности управления им, наиболее распространенные сочетания параметров дуплексности – компрессии – коррекции пронумерованы и получили название протоколов MNP1 – MNP10. Чем более высокому стандарту соответствует модем, тем больше протоколов MNP он понимает.

MNP1 – используется асинхронный полудуплексный метод передачи данных с побайтной организацией с повышенной степенью защиты от ошибок. Это достигается за счет снижения эффективности.

MNP2 – такой же как MNP1, но использует дуплексный метод передачи данных, что повышает пропускную способность канала.

MNP 3 - не поддерживает технологию стартовых и стоповых битов, а использует синхронный дуплексный метод передачи данных с побайтной организацией. Получив асинхронный бит от компьютера, модем убирает из него стартовые, стоповые и контрольные биты. Затем эти байты собираются в блоки и снабжаются контрольной суммой и другой служебной информацией. За счет этого удается повышать эффективность передачи данных. Эффективность – 108%

MNP4 по сути объединил все лучшее MNP 2 и MNP 3, как MNP 2 он способен менять размер блока данных и как MNP 3 уменьшать затраты на передачу служебной информации. В результате увеличивается надежность и пропускная способность канала.

MNP5 отличается возможностью вдвое сжимать передаваемые данные, что позволяет во многих случаях заметно повысить пропускную способность.

MNP10 - предназначен для использования на сильно зашумленных линиях связи, при этом значительно снижается скорость передачи.

Помимо перечисляемых MNP- протоколов модемы стандарта V 42 имеют свой, более эффективный протокол LAPM, который одновременно понимает протоколы MNP2-4. Протокол LAPM включается если модема имеют стандарт не ниже V 42. Модем стандарта V 42bis принимают эффективный протокол компрессии, который, кроме того распознает файлы сжатые архиватором и в отличии от протокола MNP5 передает их в сходном виде, не увеличивая объем передаваемой информации. Эти протоколы реализуются не аппаратными средствами, а коммуникационной программой и работают только при пересылки файлов.

В функции протоколов передачи данных входит:

разбиение данных на блоки, вычисление контрольной суммы

повторная пересылка ошибочно принятых блоков, гибкое изменение размеров блоков в зависимости от качества связи.

Многие модемы кроме обеспечения процедур передачи информации выполняют и ряд других полезных функций, таких как:

передают имя, размер и дату создания файла;

пересылать несколько файлов в одном пакете;

запоминают в случае обрыва связи до какого момента был передан файл и в следующий раз возобновляет передачу с того же места.

Для передачи файлов установлены свои протоколы, регламентирующие дополнительно процедуры разбиения информации на блоки, использования кодов с автоматическим обнаружением и исправлением ошибок, повторной пересылки неверно принятых блоков, восстановления передачи после обрыва и т. д.

К наиболее распространенным протоколам этой группы следует отнести протоколы Xmodem, Ymodem, Kermit, Zmodem. Первые три не очень эффективно работают на российских телефонных линиях, Zmodem сейчас является, пожалуй, самым распространенным протоколом передачи файлов и с полным основанием может быть рекомендован для использования.

Xmodem использует сравнительно небольшие блоки (128 байт) и простой метод вычисления контрольной суммы. Имя файла не передается, восстановления после обрыва нет, довольно низкая эффективность.

Kermit передает все атрибуты файла – имя, дату, размер, способен посылать несколько файлов в одном пакете сжимая данные, коррекция ошибок более надежна чем у Xmodem.

Ymodem передает все атрибуты файла и несколько файлов в одном пакете, размер блока 1 К. из-за того, что протокол не способен менять эту величину во время передачи, он отличается низкой эффективностью.

Zmodem создан в 1986 – первый из потоковых протоколов. Это означает, что он посылает блоки данных с контрольными суммами без остановок единым потоком, и только после передачи всего блока приемник передает контрольную сумму блоков, и при необходимости производится их контрольная передача. Zmodem так же передает атрибуты файлов, посылает несколько файлов в одном пакете, нем в первые введено восстановление после обрыва связи. Он почти идеален для модемов с аппаратной коррекцией ошибок, т.к. тратит минимальное время на контроль правильности передачи.

Протокол передачи данных - набор соглашений интерфейса логического уровня , которые определяют обмен данными между различными программами . Эти соглашения задают единообразный способ передачи сообщений и обработки ошибок при взаимодействии программного обеспечения разнесённой в пространстве аппаратуры , соединённой тем или иным интерфейсом.

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.

Разные протоколы зачастую описывают лишь разные стороны одного типа связи . Названия «протокол» и «стек протоколов» также указывают на программное обеспечение , которым реализуется протокол.

Наиболее известные протоколы, используемые в сети Интернет:

• HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) - это протокол передачи

Немного теории. Протоколы передачи данных — это наборы соглашений (считай, стандарты), которые регулируют обмен данными между различными программами. Смысл протоколов передачи данных в том, чтобы эту самую передачу упорядочить и сделать независимой от аппаратной платформы (т.е. от какой-то одной конкретной «железяки»).

Протокол не следует путать с интерфейсом подключения и вообще с физическим уровнем (хотя такой термин и встретится нам в рассматриваемой далее модели). Протокол это уровень логический .

Сетевые протоколы

Сетевые протоколы регулируют обмен связи между двумя соединенными в сеть устройствами. Вообще, что мы в данном случае подразумеваем под сетью? Соединение компьютера и монитора это сеть? Нет, поскольку в данном случае монитор — это устройства вывода. Происходит вывод информации на экран, но не обмен ею. Соответственно, под сетью мы подразумеваем связь двух и более устройств, способных хранить и обрабатывать информацию.

Чаще всего сетевые протоколы классифицируют по модели OSI (Open Systems Interconnection Basic Reference Model). Модель состоит из семи уровней и упрощает понимание функционирования сети. Уровни располагаются вертикально друг над другом. Уровни взаимодействуют друг с другом по вертикали через интерфейсы, и могут взаимодействовать с параллельным уровнем другой системы по горизонтали с помощью протоколов. Каждый уровень может взаимодействовать только со своими соседями и с себе подобным.

Нетрудно догадаться, что прикладной уровень является самым верхним (седьмым), а физический лежит в основе основ (первый уровень).

Пойдем снизу вверх.

1. Физический уровень — на этом уровне работают хабы и ретрасляторы сигнала. Здесь осуществляется передача данных по проводам или беспроводным путём. Происходит кодировка сигнала. Осуществляется стандартизация сетевого интерфейса (пример, разъем RJ-45).

2. Канальный уровень — уровень коммутаторов, мостов и драйверов сетевых карт. Данные упаковываются во фреймы, проверяются ошибки и данные отправляются на сетевой уровень.

Протоколы: Ethernet, FDDI, PPP, PPTP, L2TP, xDSL и др.

3. Сетевой уровень — здесь определяется путь передачи данных, определяется кратчайший маршрут, происходит контроль неисправностей сетей. Это уровень маршрутизаторов.

Протоколы: IPv4, IPv6, ARP, ICMP.

4. Транспортный уровень отвечает за механизм передачи. Блоки данных разбиваются на фрагменты, избегаются потери и дублирование.

Протоколы: TCP, UDP, RDP, SPX, SCTP и др.

5. Сеансовый уровень отвечает за поддержание сеанс связи. Создание и завершение сеанса, права передачи данных и поддержание сеанса в момент неактивности приложений — всё происходит на этом уровне.

Протоколы: SSL, NetBIOS.

6. Уровень представления занимается кодированием и декодированием данных. Данные из приложения преобразуются в формат для транспортировки по сети, а пришедшие из сети в формат, понятный приложению.

Протоколы: FTP, SMTP, Telnet, NCP, ASN.1 и др.

7. Прикладной уровень — это уровень взаимодействия сети и пользователя. На этом уровне различные программы, которыми пользуется человек, получают доступ к сети.

Протоколы: , HTTPS, FTP, POP3, XMPP, DNS, SIP, Gnutella и др.

Популярные протоколы

HTTP, HTTPS — протоколы передачи гипертекста. Используется при пересылке web-страниц.

FTP — протокол передачи файлов. Используется для обмена данными между компьютерами, некоторые из них играют роль специальных хранилищ файлов — файловых серверов.

POP — протокол почтового соединения. Предназначен для обработки запросов на получение почты от пользовательских почтовых программ.

SMTP — почтовый протокол, отвечающий за правила передачи сообщений.

Telnet — протокол удаленного доступа.

TCP — сетевой протокол, отвечающий за передачу данных в сети Интернет.

Ethernet — протокол, определяющий стандарты сети на физическом и канальном уровнях.

Сеть Интернет, являющаяся сетью сетей и объединяющая громадное количество различных локальных, региональных и корпоративных сетей, функционирует и развивается благодаря использованию единого протокола передачи данных TCP/IP.

Протокол связи - это договоренность между двумя абонентами о том, как и в каком порядке они будут обмениваться данными. Наглядной иллюстрацией протокола связи служит попытка общения двух собеседников, разговаривающих на разных языках.

Термин TCP/IP включает название двух протоколов:

· Trапsmissiоп Control Protocol (ТСР) - транспортный протокол;

· Internet Protocol (IP) - протокол маршрутизации.

Протокол TCP/IP обеспечивает передачу информации между компьютерами сети.

Рассмотрим работу данного протокола по аналогии с передачей информации с помощью обычной почты. Для того чтобы письмо дошло по назначению, на конверте указывается адрес получателя (кому письмо) и адрес отправителя (от кого письмо).

Точно так же передаваемая по сети информация «упаковывается в конверт», на котором «пишутся» IP - aдpeca компьютеров получателя и отправителя, например, «Кому: 198.78.213.165», «От кого: 193.124.5.33».

Содержимое конверта на компьютерном языке называется IP-пакетом и представляет собой набор байтов.

В процессе пересылки обыкновенных писем они сначала доставляются на ближайшее почтовое отделение к отправителю, а затем передаются по цепочке почтовых отделений на ближайшее почтовое отделение к получателю. На промежуточных почтовых отделениях письма сортируются, т. е. определяется, на какое следующее почтовое отделение необходимо отправить то или иное письмо.

IP-пакеты на пути к компьютеру-получателю также проходят через многочисленные промежуточные серверы Интернет, на которых производится операция маршрутизации. В результате маршрутизации IP-пакеты направляются от одного сервера Интернет к другому, постепенно приближаясь к компьютеру-получателю. Чтобы действовать слаженно и быстро, компьютерам, занимающимся посылкой, приемом и маршрутизацией пакетов, необходимо следовать единым строгим правилам. Свод этих правил для Интернет и представляет собой Intemet Protocol (IP).

Интернет - протокол - Intemet Protocol (IP) - это единый свод правил, в результате которых компьютеры осуществляю быстрый прием, маршрутизацию и посылку IP-пакетов.

Теперь представим себе, что нам необходимо переслать по почте многостраничную рукопись, а почта огромные бандероли и посылки не принимает. Идея проста: если рукопись не помещается в обычный почтовый конверт, ее надо разобрать на листы и переслать их в нескольких конвертах. При этом листы рукописи необходимо обязательно пронумеровать, чтобы по­лучатель знал, в какой последовательности эти листы соединить.

В Интернете часто случается аналогичная ситуация, когда компьютеры обмениваются многомегобайтными файлами. Если такой файл послать целиком, то он может надолго «закупорить» канал связи, сделать его недоступным для пересылки других сообщений. В таком случае на компьютере-отправителе необходимо разбить большой файл на мелкие части, пронумеровать их и транспортировать их в отдельных IP-пакетах до компьютера-получателя. На компьютере-получателе необходимо собрать из отдельных частей исходный файл. Все эти действия производятся на основании Transmission Control Protocol (ТСР), т.е. транспортного протокола.

Транспортный прокол - Transmission Control Protocol (ТСР) - позволяет накомпьютере-отправителе разбить большой файл на мелкие части, пронумеровать их и транспортировать их в отдельных IP-пакетах до компьютера-получателя. На компьютере-получателе собирает из отдельных частей исходный файл.

Интересно, что для IP-протокола, ответственного за маршрутизацию, эти пакеты совершенно никак не связаны между собой. Поэтому последний IP-пакет вполне может по пути обогнать первый IP-пакет. Может ложиться так, что даже маршруты доставки этих пакетов окажутся совершено разными. Однако протокол ТСР дождется первого IP-пакета и соберет исходный файл в правильной последовательности.

Для протокола связи характерно понятие - коррекция ошибок . Коррекция ошибок - это процесс, общая идея которого состоит в том, что передаваемый поток данных разбивается на IP-пакеты, в конце каждого из них дописывается некоторое число, называемое контрольной суммой, вычисляемое по данным IP-пакет. При приеме по полученным данным вычисляется контрольная сумма каждого принятого IP-пакеты и сравнивается с той, которую получили от отправителя. Если эти две суммы не совпадают - значит, при передачи с IP-пакетом произошел сбой. В этом случае модем вынужден запросить передачу дефектного блока. Скорость снижается. И если ошибки возникают снова, то происходит разрыв связи. Откуда возникают ошибки? При передаче данных на большое расстояние в линии связи образуются посторонние шумы и помехи, которые накладываются на полезный сигнал и мешает ему.

Протокол передачи данных - набор соглашений интерфейса логического уровня , которые определяют обмен данными между различными программами . Эти соглашения задают единообразный способ передачи сообщений и обработки ошибок при взаимодействии программного обеспечения разнесённой в пространстве аппаратуры , соединённой тем или иным интерфейсом.

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.

Разные протоколы зачастую описывают лишь разные стороны одного типа связи . Названия «протокол» и «стек протоколов» также указывают на программное обеспечение , которым реализуется протокол.

Наиболее известные протоколы, используемые в сети Интернет:

• HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) - это протокол передачи гипертекста . Протокол HTTP используется при пересылке Web-страниц между компьютерами, подключенными к одной сети.
• FTP (File Transfer Protocol) - это протокол передачи файлов со специального файлового сервера на компьютер пользователя. FTP дает возможность абоненту обмениваться двоичными и текстовыми файлами с любым компьютером сети. Установив связь с удаленным компьютером, пользователь может скопировать файл с удаленного компьютера на свой или скопировать файл со своего компьютера на удаленный.
• POP3 (Post Office Protocol) - это стандартный протокол почтового соединения. Серверы POP обрабатывают входящую почту, а протокол POP предназначен для обработки запросов на получение почты от клиентских почтовых программ.