Технологии и протоколы передачи данных по сети

Документы, входящие в систему стандартов информационного обмена между вычислительными системами:

1) эталонная модель OSI

2) стандартизация методологии и средств тестирования комфорности (X290)

3) стандарты протоколов и сервисов сетевых технологий.

Комфорность - соответствие объекта его нормативно-технической документации.

4) Стандарты абстрактных методов тестирования сетевых протоколов.

5) Стандарты общесистемных функций (управления, безопасности, качества сервисов)

6) Вспомогательные документы (руководства, словари понятий, технические отчёты и др.) [2]

Как уже было написано, на каждом уровне эталонной модели взаимодействия двух хостов (модели OSI) работают свои устройства, обеспечивающие передачу данных, используя те или иные стандарты: технологии и протоколы. Каждый протокол также работает на своём уровне.

Рассмотрим следующую таблицу [1]: Соответствие протоколов и уровней.

Далее я посчитал целесообразным рассмотреть подробнее некототорые протоколы и технологии.

Уровень сетевого интерфейса. Стек TCP/IP на нижнем уровне (1,2 уровни модели OSI) поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей - это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных - протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP, РРР, протоколы территориальных сетей Х.25 и ISDN

Рассмотрим Ethernet - пакетную технологию передачи данных для локальных сетей.

Спецификации: 10Base-5, 10Base-2,10Base-T, 10Base-F [4]

Для передачи сигнала используются: коаксиальный кабель (спецификации: 10base5, 10base2), витая пара (спецификации: 10baseT, 100baseT), оптоволокно (10baseFL, 1000baseSXLX). Для построения сети Ethernet на основе витой пары необходим концентратор или коммутатор Ethernet. На физическом уровне стандарта Ethernet используются манчестерские схемы кодирования. Логическая топология у технологии Ethernet - шина. Циркуляция данных в сети происходит согласно следующему алгоритму. Если одно устройство сети Ethernet хочет передать данные другому устройству, то оно вначале прослушивает канал передачи данных, ожидая его освобождения. Когда канал свободен, формируется кадр: в поле кадра DA записывается MAC-адрес (уникальный физический адрес) места назначения, в SA - собственный MAC-адрес. Кадр попадает на концентратор, который усиливает сигнал и рассылает его по всем портам. Все устройства, подключенные к концентратору, получают этот кадр, проверяют, совпадает ли их собственный адрес с адресом места назначения. Если да, то принимают кадр; если нет - отбрасывают.

При одновременной передаче двух хостов возможно возникновение коллизий. Коллизия - это наложение амплитуд двух сигналов, обнаруживаемое с помощью пороговой схемы. Коллизия приводит к искажению данных, поэтому после обнаружения коллизии формируется так называемый JAM-сигнал длиной в 32 бита и посылается в среду передачи данных. После получения JAM-сигнала все узлы сети узнают о происшествии (возникновении коллизии). Узлы прекращают передачу кадров на случайно выбранные промежутки времени. Этот механизм доступа к среде называется множественным доступом с контролем несущей и обнаружением коллизий, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD). Область сети, в которой происходят коллизии, называется доменом коллизий.

Далее рассмотрим протокол PPP. Протокол PPP используется в глобальных сетях. Как правило, используется для установления прямой связи между двумя узлами сети, причем он может обеспечить аутентификацию соединения, шифрование и сжатие данных. Используется на многих типах физических сетей: нуль-модемный кабель, телефонная линия, сотовая связь и. т.д. Существуют следующие виды протокола: PPPoE (используется для Ethernet, DSL), PPPoA (используется для (AAL5). PPP представляет собой целое семейство протоколов: протокол управления линией связи (LCP), протокол управления сетью (NCP), протоколы аутентификации (PAP, CHAP), многоканальный протокол PPP (MLPPP).

Итак, рассмотренные стандарты (Ethernet, PPP) работают на первом уровне модели TCP/IP и соответственно на 1 и 2-ом уровнях модели OSI.

Уровень Internet. Здесь работают такие протоколы как IP, IPx, ARP, ICMP.

Одна из задач, которая стоит перед протоколом IP, - обеспечение совместной согласованной работы в распределенной сети, состоящей из локальных сетей с разными технологиями 2-уровня. Но при этом возникает следующая проблема: "Мы знаем IP-адрес места назначения, какой физический адрес места назначения необходимо указать в заголовке кадра?". В стеке протоколов TCP/IP решением этой проблемы занимается протокол ARP.

ARP ( Address Resolution Protocol) - протокол разрешения адресов, этот протокол разрешает IP адрес в MAC адрес. ARP - данные инкапсулируются в кадр LAN. ICMP - протокол управляющих межсетевых сообщений, обеспечивает выработку управляющих сообщений об ошибках и перенос запросов/сообщений для диагностических программ (таких как ping).

Транспортный уровень. На этом уровне в стеке протоколов TCP/IP используются два протокола: UDP (User Datagram Protocol - протокол пользовательских датаграмм, описан в RFC 768) и TCP (Transmission Control Protocol - протокол управления передачей, описан в RFC 793).

UDP - это ненадежный протокол без установления соединения и без гарантированной доставки. UDP обеспечивает минимальные транспортные услуги для протоколов прикладного уровня. Само приложение должно контролировать пропущенные или искаженные данные, запрашивать их повторно или игнорировать пропуски и искажения.

TCP - это надежный протокол с гарантированной доставкой и установлением соединения. TCP - протокол, обеспечивающий управляемую скорость передачи. Данный протокол использует следующие механизмы:

1) монопольное соединение TCP. Означает, что при установке сеанса TCP соединение монопольно и уникально для двух хостов.

2) порядковые номера. Обеспечивают хронологию в посылке и приеме данных TCP.

3) квитанции подтверждения. Используются для сообщения отправителю о приеме данных. Работа TCP протокола состоит из 3 этапов: Установка соединения. Передача данных. Завершение соединения.