PROTOKOLI FIZIČKOG MODEMA

Telekomunikacije su najbrže rastuća industrija na svijetu. Značaj ove industrije posebno za našu zemlju, zbog njene veličine i tradicionalnih problema sa održivošću i upravljanjem, teško se može precijeniti. S druge strane, nerazvijenost, nažalost, suvremenih komunikacijskih kanala ne dopušta da se u potpunosti iskoriste svjetska dostignuća u području brzih digitalnih sistema za prijenos informacija. Zato modemi za dial-up telefonske kanale komunikacije ostaju i mislim da će još dugo ostati najrasprostranjenije sredstvo informatičke komunikacije. Osim toga, sudeći po entuzijazmu s kojim su se vodeći strani proizvođači telekomunikacijske opreme prihvatili razvoja i proizvodnje modema prema novom standardu V.34, interes za modemske teme neće uskoro nestati u zemljama koje su prosperitetnije u smislu komunikacijske infrastrukture.

Ovaj članak pokušava prikazati pregled protokola fizičkog sloja i njihovih parametara za modeme koji rade preko dial-up i namjenskih komunikacijskih kanala glasovne frekvencije (telefonski kanali). Prije nego što započnete sam pregled, vrijedi dati nekoliko općih komentara u vezi s prihvaćenom terminologijom i principima rada modema. Ovo će ukloniti moguće nesporazume povezane s neodređenošću šire javnosti o razlici između koncepata bauda i bita / s, između brzine modulacije i brzine informacija. Osim toga, bit će korisne informacije o mogućim vrstama modulacije koje se koriste u modemima, kao i o dupleksnoj komunikaciji te o tome kako je osigurati.

Brzina

Analogne govorne kanale karakterizira činjenica da je spektar signala koji se prenosi preko njih ograničen na raspon od 300 Hz do 3400 Hz. Razlozi zbog kojih dolazi do takvog ograničenja neka ostanu van okvira ovog članka. Uzmimo to zdravo za gotovo. Upravo je ovo ograničenje spektra glavna prepreka u korištenju telefonskih kanala za brzi prijenos digitalnih informacija. Osoba koja je upoznata sa Nyquistovim radovima će nam bez sumnje ukazati da brzina prenosa informacija preko kanala sa ograničenim spektrom ne može preći širinu ovog spektra, odnosno 3100 bauda u našem slučaju. Ali što je s modemima koji prenose informacije brzinama od 4800, 9600, 14400 bps pa čak i više? Odgovor se sam nameće: u analognoj tehnologiji baud i bit / s nisu ista stvar. Da bismo pojasnili ovu tezu, vrijedi detaljnije pogledati fizički nivo rada modema.

Električni signal koji se širi kanalom karakteriziraju tri parametra - amplituda, frekvencija i faza. Promjena jednog od ovih parametara, ili čak zajedno njihovog određenog skupa, ovisno o vrijednostima informacijskih bitova, čini fizičku suštinu procesa modulacije. Svaki informacijski element odgovara fiksnom vremenskom intervalu u kojem električni signal ima određene vrijednosti svojih parametara koji karakteriziraju vrijednost ovog informacijskog elementa. Ovo vremensko razdoblje naziva se baud interval. Ako kodirani element odgovara jednom bitu informacije, koji može imati vrijednost 0 ili 1, tada na intervalu bauda, ​​parametri signala, respektivno, mogu uzeti jedan od dva unaprijed definirana skupa vrijednosti amplitude, frekvencije i faze. U ovom slučaju, brzina modulacije (koja se naziva i linearna ili brzina prijenosa) jednaka je brzini informacija, tj. 1 baud = 1 bit / s. Ali kodirani element može odgovarati ne jednom, već, na primjer, dva bita informacije. U ovom slučaju, brzina informacija će biti dvostruko veća od brzine prijenosa, a parametri signala u intervalu prijenosa mogu uzeti jedan od četiri skupa vrijednosti koje odgovaraju 00, 01, 10 ili 11.

U općem slučaju, ako je n bitova kodirano u intervalu prijenosa, tada će brzina informacija premašiti brzinu prijenosa za n puta. Ali broj mogućih stanja signala u trodimenzionalnom (općenito) prostoru - amplituda, frekvencija, faza - bit će jednak 2** n. To znači da će modemski demodulator, nakon što je primio određeni signal u baud intervalu, morati da ga uporedi sa 2 ** n referentnih signala i precizno odabrati jedan od njih za dekodiranje željenih n bitova. Dakle, sa povećanjem kapaciteta kodiranja i povećanjem brzine informacija u odnosu na brzinu prijenosa, udaljenost u prostoru signala između dvije susjedne tačke opada u progresiji po stepenu. A to, zauzvrat, nameće sve strože zahtjeve za "čistoću" kanala za prijenos. Teoretski moguća brzina u stvarnom kanalu određena je dobro poznatom Shannon formulom:

V = F log (1 + S / N),

gdje je F širina pojasa kanala, S / N je omjer signala i šuma.

Drugi faktor određuje mogućnosti kanala sa stajališta njegove buke za pouzdan prijenos signala koji kodira više od jednog bita informacije u intervalu prijenosa. Tako, na primjer, ako omjer signal-šum odgovara 20 dB, tj. snaga signala koja stiže do udaljenog modema je 100 puta veća od snage buke, a koristi se puni opseg kanala tonske frekvencije (3100 Hz), maksimalna Shanonova granica je 20 640 bit/s.

Modulacija

Govoreći o vrstama modulacije, ograničit ćemo se samo na one koje se zapravo koriste u modemima. A zapravo ih ima samo tri: frekvencijska, fazna razlika i višeslojna amplitudno-fazna modulacija. Sve ostale nisu ništa drugo do varijacije ove tri.

Sa frekvencijskom modulacijom (FSK, Frequency Shift Keying), vrijednosti 0 i 1 informacijskog bita odgovaraju njihovim vlastitim frekvencijama fizički signal sa nepromenjenom amplitudom. Frekvencijska modulacija je visoko otporna na šum, budući da je smetnja izobličena uglavnom amplituda signala, a ne frekvencija. U ovom slučaju, pouzdanost demodulacije, a time i otpornost na šum, veća je što više perioda signala pada u interval prenosa. No, povećanje intervala prijenosa iz očiglednih razloga smanjuje brzinu prijenosa informacija. S druge strane, širina signala potrebna za ovu vrstu modulacije može biti znatno uža od cijele širine kanala. Otuda polje primjene FSK - standardi male brzine, ali vrlo pouzdani koji omogućavaju komunikaciju na kanalima sa velikim izobličenjem amplitudno-frekventne karakteristike, ili čak sa skraćenim propusnim opsegom.

U fazno-modulacionoj modulaciji (DPSK, Differential Phase Shift Keying), varijabla parametra ovisno o vrijednosti informacijskog elementa je faza signala pri konstantnoj amplitudi i frekvenciji. U ovom slučaju, svaki informacijski element nije povezan s apsolutnom vrijednošću faze, već s njenom promjenom u odnosu na prethodnu vrijednost. Ako je informacijski element dibit, ovisno o njegovoj vrijednosti (00, 01, 10 ili 11), faza signala se može promijeniti za 90, 180, 270 stupnjeva ili se uopće neće promijeniti. Iz teorije informacija poznato je da je fazna modulacija najinformativnija, ali povećanje broja kodiranih bitova iznad tri (8 položaja rotacije faze) dovodi do naglog smanjenja imunosti na šum. Stoga na velike brzine koriste se kombinirane metode amplitudno-fazne modulacije.

Amplitudno-fazna modulacija u više položaja naziva se i Quadrature Amplitude Modulation (QAM). Ovdje se, osim promjene faze signala, koristi i manipulacija njegove amplitude, što omogućuje povećanje broja kodiranih bitova. Trenutno se koriste modulacije u kojima broj bitova informacija kodiranih u jednom intervalu baud-a može doseći 8, a shodno tome i broj pozicija signala u signalnom prostoru - do 256. Međutim, upotreba višetačkastog QAM-a u čista forma suočava se sa ozbiljnim problemima povezanim sa nedovoljnom imunošću na kodiranje. Stoga svi moderni protokoli velike brzine koriste varijaciju ove vrste modulacije, tzv. modulacija sa rešetkastim kodiranjem ili rešetkastim kodiranjem (TCM, Trellis Coded Modulation), koja omogućava povećanje otpornosti na šum prijenosa informacija-za smanjenje zahtjeva za omjer signal / šum u kanalu za 3 do 6 dB. Suština ovog kodiranja je uvođenje redundancije. Signalni prostor se udvostručuje dodavanjem još jednog informacijskim bitovima, koji se formira konvolucijskim kodiranjem nad dijelom informacijskih bitova i uvođenjem elemenata kašnjenja. Ovako proširena grupa je podvrgnuta istoj višepozicijskoj amplitudno-faznoj modulaciji. U procesu demodulacije primljenog signala, on se dekodira prema vrlo sofisticiranom Vitterbee algoritmu, koji omogućava, zbog uvedene redundancije i poznavanja povijesti, odabir najpouzdanije tačke iz signalnog prostora prema kriteriju maksimalne vjerovatnoće i na taj način odrediti vrijednosti bitova informacija.

Dupleksni rad znači mogućnost prenosa informacija u oba smjera istovremeno. Uobičajena telefonska linija tipičan je primjer dupleks linije. Omogućava vam da kažete nešto svom sagovorniku u isto vrijeme kada on zauzvrat pokušava nešto da vam kaže. Drugo je pitanje hoćete li se razumjeti, ali to su vaši problemi. Analogija se u potpunosti može pripisati modemskoj komunikaciji. Problem za modem neće biti u sposobnosti kanala da prenosi dupleks informacije, već u sposobnosti demodulatora modema da prepozna ulazni signal u pozadini vlastitog izlaznog signala reflektiranog od opreme PBX-a, koji zapravo postaje šum za modem. Štoviše, njegova snaga ne može biti samo uporediva, već u većini slučajeva značajno premašuje snagu primljenog korisnog signala. Stoga, da li modemi mogu prenositi informacije istovremeno u oba smjera određuje mogućnosti protokola fizičkog sloja.

Koji su načini pružanja dupleksa? Iz navedene mogućnosti proizilazi najočitiji način, koji ne zahtijeva posebnu maštu od programera modema, ali zahtijeva od telefonske mreže mogućnost povezivanja na četverožični završetak. Ako postoji takva mogućnost, tada se u ovom slučaju svaki par koristi za prijenos informacija samo u jednom smjeru.

Ako je potrebno osigurati dupleks pri radu na dvožičnoj liniji, onda morate koristiti druge metode. Jedan od njih je multipleksiranje frekvencijskom podjelom. Cijela propusnost kanala podijeljena je na dva frekvencijska podkanala, od kojih se svaki prenosi u jednom smjeru. Izbor podkanala za prijenos vrši se u fazi uspostavljanja veze i u pravilu je nedvosmisleno povezan s ulogom modema u komunikacijskoj sesiji: pozivanje ili odgovaranje. Očigledno, ova metoda ne dopušta korištenje punog kapaciteta kanala zbog značajnog smanjenja propusnosti. Štoviše, kako bi se isključio prodor bočnih harmonika u susjedni podkanal, oni se moraju odvojiti značajnim "razmakom", zbog čega frekvencijski podkanali ne zauzimaju ni polovicu cijelog spektra. Prema tome (vidi Shannonovu formulu), ovu metodu omogućavanje dupleksne komunikacije ograničava brzinu prijenosa informacija. Postojeći protokoli fizičkog sloja koji koriste multipleksiranje s frekvencijskom podjelom omogućuju simetričnu dupleksnu komunikaciju pri brzinama koje ne prelaze 2400 b / s.

Klauzula o simetričnom dupleksu nije slučajna. Činjenica je da brojni protokoli također omogućuju bržu komunikaciju, ali u jednom smjeru, dok je povratni kanal mnogo sporiji. Frekvencijska podjela u ovom slučaju se vrši na podkanale nejednake širine pojasa. Ova vrsta dupleks komunikacije naziva se asimetrična.

Drugi način pružanja simetričnog dupleksa, koji se koristi u svim protokolima velike brzine, je tehnologija poništavanja odjeka (eho poništavanja). Njegova suština leži u činjenici da modemi, koji imaju informacije o vlastitom izlaznom signalu, mogu koristiti to znanje za filtriranje vlastite "umjetne" buke iz primljenog signala. U fazi ulaska u komunikaciju, svaki modem, šaljući određeni sondirajući signal, određuje parametre eho-refleksije: vrijeme kašnjenja i snagu reflektiranog signala. Tokom komunikacijske sesije, modemski eho poništavač "oduzima" od primljenog ulaznog signala vlastiti izlazni signal, korigiran u skladu s primljenim parametrima eho refleksije. Ova tehnologija omogućava korištenje cjelokupnog propusnog opsega kanala za dupleksni prijenos informacija, međutim zahtijeva vrlo ozbiljne računske resurse za obradu signala u implementaciji.

Konačno, vrijedi napomenuti da mnogi protokoli ne pokušavaju pružiti potpunu dupleksnu komunikaciju. To su takozvani poludupleks protokoli. Konkretno, svi protokoli namijenjeni faks komunikaciji su poludupleksni. U ovom slučaju, informacije se prenose samo u jednom smjeru. Na kraju prijema / prijenosa određenog dijela informacija, oba modema (faks) sinhrono mijenjaju smjer prijenosa podataka (ping-pong). Zbog nepostojanja problema sa međusobnim prodiranjem transmisionih podkanala, kao i sa refleksijom eha, poludupleks protokole generalno karakteriše veća otpornost na buku i mogućnost korišćenja čitavog propusnog opsega kanala. Međutim, efikasnost korišćenja kanala za prenos podataka je niža u poređenju sa dupleks protokolima. To je prvenstveno zbog činjenice da gotovo svi protokoli prijenosa podataka, i sloj veze podataka (MNP, V.42) i sloj za prijenos datoteka (X, Y, Zmodem, da ne spominjemo protokole tipa BiDirectional), zahtijevaju dva način razmjene, barem radi potvrde primljenih informacija. Svako prebacivanje smjera prijenosa, osim nemogućnosti u ovom trenutku za prijenos sljedećeg dijela korisničkih informacija, zahtijeva dodatne režijske troškove na vrijeme za međusobnu resinkronizaciju prijemne i odašiljačke strane.

Uobičajeno korišteni protokoli modema ITU-T

To je puni dupleks, multipleksirani s frekvencijskom podjelom, FSK modulirani protokol. Na donjem kanalu (koji se obično koristi za prenos od strane pozivajućeg modema) "1" se prenosi na 980 Hz, a "0" se prenosi na 1180 Hz. Na gornjem kanalu (koji prenosi odgovor), "1" se prenosi na 1650 Hz, a "0" se prenosi na 1850 Hz. Modulacija i brzina prenosa podataka su jednake - 300 baudova, 300 bit/s. Uprkos maloj brzini, ovog protokola nalazi primenu prvenstveno kao "hitno stanje", ako je nemoguće zbog visoki nivo smetnje za korištenje drugih protokola fizičkog sloja. Osim toga, zbog svoje nepretencioznosti i otpornosti na buku, koristi se u posebnim aplikacijama na visokom nivou koje zahtijevaju visoku pouzdanost prijenosa. Na primjer, pri uspostavljanju veze između modema prema novoj V.8 preporuci ili za prijenos upravljačkih naredbi tijekom faksimilne komunikacije (gornji kanal).

To je dupleksni protokol multipleksiranja sa frekvencijskom podjelom sa DPSK modulacijom. Nosiva frekvencija donjeg kanala (odašilje pozivaoca Hz, gornjeg (prenosi odzivajući Hz. Brzina modulacije je 600 bauda. Brzina može biti 600 ili 1200 bps. Ovaj protokol zapravo apsorbira protokol V.22bis).

To je potpuni dupleks, frekvencijska podjela, QAM modulacijski protokol. Nosiva frekvencija donjeg kanala (odašilje pozivaoca Hz, gornji - 2400 Hz. Brzina modulacije - 600 bauda. Ima četiri položaja (kodirani dibit) i šesnaest položaja (kodiran quadbitom) modularne modulacije kvadrature. Prema tome, informacije brzina može biti 1200 ili 2400 bit/s Režim 1200 bit/s je u potpunosti kompatibilan sa V.22, uprkos različitim vrstama modulacije.Činjenica je da prva dva bita u 16-QAM (kvadbit) modu određuju promjenu u faznom kvadrantu u odnosu na prethodni element signala i stoga nisu odgovorni za amplitudu, a posljednja dva bita definiraju poziciju signalnog elementa unutar kvadranta sa varijacijom amplitude, tako da se DPSK može smatrati posebnim slučajem QAM-a. , gdje posljednja dva bita ne mijenjaju svoje vrijednosti. Kao rezultat, četiri pozicije se biraju od šesnaest pozicija u različitim kvadrantima, ali sa istom pozicijom unutar kvadranta, čak i sa istom amplitudom. V.22bis protokol je de standard za svi modemi srednje brzine.

To je dupleks protokol sa poništavanjem odjeka i kvadraturnom amplitudnom modulacijom ili rešetkasto kodiranom modulacijom. Nosiva frekvencija - 1800 Hz, brzina modulacije - 2400 bauda. Stoga se koristi spektar širine od 600 do 3000 Hz. Ima dvije pozicije (bit), četiri pozicije (dibit) i šesnaest položaja (quadbit) QAM. Prema tome, brzina prijenosa podataka može biti 2400, 4800 i 9600 bps. Osim toga, za 9600 bps postoji alternativna modulacija - 32-pozicijski TCM.

To je dupleks protokol sa poništavanjem odjeka i TCM modulacijom. Koristi isto kao i V.32, sa nosećom frekvencijom od 1800 Hz i brzinom modulacije od 2400 bauda. Ima 16-TCM, 32-TCM, 64-TCM i 128-TCM načine rada. U skladu s tim, brzina informacija može biti 7200, 9600, 12000 i 14400 b / s. 32-TCM način rada je potpuno kompatibilan sa odgovarajućim V.32 načinom rada. V.32bis je de facto standard za sve modeme velike brzine.

Egzotični protokoli modema ITU-T

To je poludupleksni FSK protokol. Ima dva režima brzine: 600 bps i 1200 bps. Brzine modulacije i prijenosa podataka su jednake: 600 i 1200 bauda respektivno. U oba načina "1" se prenosi na 1300 Hz. U načinu rada od 600 bps, "0" se prenosi na 1700 Hz, a u načinu rada 1200 bps na 2100 Hz. Implementacija protokola može opcionalno uključivati ​​obrnutu vezu koja radi pri 75 b / s, što pretvara protokol u asimetrični dupleks. Frekvencija prenosa "1" u povratnom kanalu je 390 Hz, "0" - 450 Hz. Ovaj protokol je praktično izašao iz upotrebe kao standardni intermodemski komunikacioni protokol, a nije svaki standardni modem opremljen njime. Međutim, poslužio je i ostaje osnova za implementaciju nestandardnih modema koji su rasprostranjeni u našoj zemlji (poput LEXAND-a). Očigledno, zbog jednostavnosti, visoke otpornosti na buku i pristojne (u usporedbi s V.21) brzine. Osim toga, u nizu evropskih zemalja ovaj protokol se koristi u informacionom sistemu Videotex.

V.26, V.26bis, V.26ter

Ova tri protokola kombiniraju tip modulacije - DPSK, nosivu frekvenciju - 1800 Hz i brzinu modulacije - 1200 bauda. Razlika između njih leži u mogućnosti i metodama pružanja full-duplex komunikacije i u brzini informacija. V.26 pruža potpuni dupleks samo na četverožilnoj namjenskoj liniji, V.26bis je poludupleksni protokol dizajniran za dvožilne dial-up linije, a V.26ter pruža potpuni dupleks koristeći tehnologiju poništavanja odjeka. Pored toga, prva dva protokola mogu biti asimetrični dupleks, opciono uključujući obrnutu vezu koja radi na 75 bps u skladu sa V.23. Sva tri protokola obezbeđuju brzinu prenosa podataka od 2400 bps preko četvoropozicijskog (dibitnog) DPSK-a. V.26bis i V.26ter takođe imaju dvo-pozicijski (bitni) DPSK, koji obezbeđuje 1200 b / s.

Ovaj protokol koristi TCM modulacije kodirane rešetkama. Dizajniran je za pružanje pune dupleks komunikacije na četverožičnim namjenskim kanalima. Ima noseću frekvenciju od 1800 Hz i brzinu modulacije od 2400 baudova. Radi u 64-TCM i 128-TCM načinima rada. U skladu s tim, brzina informacija može biti 12000 i 14400 bps. Ovaj protokol je vrlo sličan V.32bis bez poništavanja odjeka. Štaviše, ako je modem sa V.33 protokolom instaliran na četvorožičnom terminalu pre diferencijalnog PBX sistema, tada će moći da komunicira sa udaljenim V.32bis modemom instaliranim na dvožičnoj liniji.

Uobičajeno korišteni ITU-T faks protokoli

Ovaj protokol koristi modulaciju fazne razlike s nosivom frekvencijom od 1800 Hz. Mogu se koristiti dva načina s različitim brzinama prijenosa: 2400 i 4800 bps. Brzina informacija od 2400 bps postiže se brzinom modulacije od 1200 bauda i kodiranjem dibita (4-pozicijski DPSK), a 4800 bps - sa brzinom od 1600 bauda i kodiranjem tributa (8-pozicijski DPSK). Treba napomenuti da još uvijek postoje malo korišteni modemski protokoli ove porodice-V.27 i V.27bis, koji se razlikuju od V.27ter, uglavnom po vrsti kanala (namjenski četverožilni) za koji su namijenjeni.

Ovaj protokol koristi kvadraturnu amplitudnu modulaciju. Nosiva frekvencija - 1700 Hz, brzina modulacije - 2400 bauda. Ima 8-pozicijski (pritočni) i 16-pozicijski (kvadbit) QAM modove. U skladu s tim, brzina informacija može biti 7200 i 9600 bps.

Ovaj protokol je po svojim parametrima vrlo sličan V.32bis. Koristi modulaciju kodiranu rešetkom. Noseća frekvencija je 1800 Hz, a brzina modulacije je 2400 baudova. Ima 16-TCM, 32-TCM, 64-TCM i 128-TCM načine rada. U skladu s tim, brzina informacija može biti 7200, 9600, 12000 i 14400 b / s.

Nestandardni modemski protokoli

Ovaj protokol, koji je razvio AT&T, otvoren je za implementaciju od strane programera modema. Konkretno, pored AT & T LSI, ovaj protokol je implementiran u nekim modemima U. S. Robotics. Protokol je zapravo mehanički razvoj V.32bis tehnologije: dupleks sa poništavanjem eha, modulacija kodiranja rešetke, brzina modulacije - 2400 baudova, nosilac - 1800 Hz, proširenje brzine informacija za vrijednosti od 16800 i 19200 bit/s zbog do 256-TCM i 512-TCM. Posljedica ovog pristupa su vrlo strogi zahtjevi ovog protokola prema liniji. Tako, na primjer, za stabilan rad pri brzini od 19200 bit / s, omjer signala i šuma mora biti najmanje 30 dB.

Protokol je razvila ZyXEL Communications Corporation i implementirala u svoje modeme. Ovaj protokol, poput V.32terbo, proširuje V.32bis brzinama prijenosa podataka od 16800 i 19200 bps zadržavajući tehnologiju poništavanja odjeka, modulaciju kodiranu rešetkom i 1800 Hz nosač. Brzina modulacije od 2400 bauda zadržana je samo za 16800 bps. 19200 bps se postiže povećanjem brzine modulacije na 2743 baudova uz održavanje 256-TCM modulacije za obje brzine. Ovo rješenje omogućuje smanjenje zahtjeva za omjerom signala i šuma na liniji za 2,4 dB, međutim, širenje propusnog opsega može negativno utjecati na velika izobličenja frekvencijskog odziva kanala.

Protokol HST (tehnologija velike brzine) razvila je američka Robotika i implementirala ga u modeme serije Courier. To je dupleksni protokol s asimetričnom podjelom frekvencije. Povratni kanal ima modove od 300 i 450 bps. Glavni kanal je 4800, 7200, 9600, 12000, 14400 i 16800 b / s. Primijenjena je rešetkasta modulacija sa brzinom modulacije od 2400 boda. Karakteriše ga komparativna jednostavnost i visoka otpornost na šum zbog odsustva potrebe za kompenzacijom odjeka i odsustva međusobnog uticaja kanala.

Poludupleks protokole porodice PEP (Packetized Ensemble Protocol) porodice je razvio Telebit i implementirao u modele TrailBlazer (PEP) i WorldBlazer (TurboPEP). Ovi protokoli koriste čitavu propusnost govornog kanala na bitno drugačiji način za prijenos podataka velikom brzinom. Cijeli kanal je podijeljen na mnoge uskopojasne frekvencijske podkanale, od kojih svaki nezavisno prenosi svoj dio bitova iz opšteg toka informacija. Ove vrste protokola nazivaju se višekanalni, paralelni ili višenamjenski protokoli. U PEP protokolu, kanal je podijeljen na 511 podkanala. Svaki podkanal je širok oko 6 Hz sa modulacionom brzinom od 2 do 6 bauda koristeći QAM koji kodira 2 do 6 bita po protoku. Postoji nekoliko stupnjeva slobode kako bi se osigurala maksimalna propusnost svakog specifičnog kanala, koji ima svoje karakteristike u smislu izobličenja i smetnji. U procesu uspostavljanja veze svaki frekvencijski podkanal se nezavisno testira i utvrđuje mogućnost njegove upotrebe, kao i parametri: brzina modulacije podkanala i broj pozicija modulacije. Maksimalna brzina prijenosa za PEP protokol može biti do 19200 bps. U toku sesije, kada se situacija smetnji pogorša, parametri podkanala se mogu promijeniti, a neki podkanali se mogu isključiti. U ovom slučaju smanjenje brzine ne prelazi 100 bita/s. Protokol TurboPEP povećanjem broja podkanala, kao i broja bitova kodiranih u jednom intervalu prijenosa, može doseći brzinu od 23000 bps. Osim toga, protokol TurboPEP koristi modulaciju kodiranu rešetkom, što povećava otpornost protoka na šum.

Glavne prednosti ovih protokola su niska osjetljivost na izobličenje frekvencijskog odziva kanala i značajno niža osjetljivost na impulsnu buku u odnosu na tradicionalne protokole. Ako prvi ne postavlja pitanja, potrebni su neki komentari u vezi s impulsnom bukom. Činjenica je da, iako impulsni šum "pogađa" gotovo cijelu širinu spektra, odnosno preko svih podkanala, zbog znatno dužeg trajanja signala u odnosu na tradicionalne protokole (6 bauda naspram 2400), signal izobličen šumom je mnogo manje, što u nekim slučajevima omogućuje normalnu demodulaciju. I posljednja stvar koju valja napomenuti je da su u mnogim zemljama protokoli ove vrste zabranjeni za upotrebu na priključnim telefonskim krugovima. Možda zato što višekanalni protokoli omogućuju uspješan rad čak i na linijama na kojima su revni kanalizatori instalirali usječene filtere (kako bi, očigledno, lišili kupce nečega krivog mogućnosti korištenja telefonskih kanala za prijenos podataka pomoću standardnih modema). .

I na kraju

Gotovo potpuni nedostatak spominjanja najnovijih dostignuća u ultra-brzom prijenosu podataka putem telefonskih kanala-projekti V. fast različitih kompanija, V. FC od strane Rockwell International i, na kraju, Preporuka V.34 ITU-T-u pregled protokola modema na fizičkom sloju može izgledati izazovno ... Međutim, ako se samo malo dotaknete teme V.34, ispostavlja se da ovo nije samo još jedan korak ka povećanju brzine modemske komunikacije, već veliki revolucionarni proboj u želji da se odaberu sve rezerve kanala tonske frekvencije . Proboj, na neki način, u svjetonazoru, koji demonstrira sistemski pristup problemu, a zasnovan na oštrom tehnološkom skoku u alatima, koji vam omogućava da se što više približite teorijskoj Šenonovoj granici. Stoga je ova tema vrijedna zasebnog članka ...

Alexander Paskovaty, analitičar-TelecomSystems

RS-232 protokol.

Postoji nekoliko protokola fizičkog sloja koji su fokusirani na rad sa portovima kao što je UART. Jedan od ovih protokola je RS-232.

Skraćenica RS je skraćenica za Preporučeni standard (odnosno, nije de jure standard). RS-232 protokol definira fizički sloj protokola, koji se često koristi zajedno s UART-om (odnosno koristi asinhroni start-stop način prijenosa, NRZ metod fizičkog kodiranja). Glavne karakteristike RS-232:

· Medij za prenos podataka - bakarna žica. Signal je neuravnotežen (potencijalni). U tom slučaju signal se prenosi preko jedne pojedinačne žice kabela, odašiljač i prijemnik imaju jedan terminal, za razliku od diferencijalnog signala (svaki signal se prenosi preko pojedinačnog para). Druga žica je zajednička (uzemljenje), koju koriste svi signali odjednom i spojena je na zajedničku izlaznu snagu prijemnika i odašiljača. Ova metoda smanjuje troškove priključnog kabla, ali i smanjuje otpornost sistema na buku.

· Broj čvorova - uvijek 2. Predajnik prvog čvora je povezan sa prijemnikom drugog i obrnuto. U skladu s tim, uvijek se koristi full -duplex rad - podaci se prenose u oba smjera istovremeno i neovisno.

· Maksimalna dužinažice - 15,25 m za brzinu prijenosa od 19,2 Kbps.

· Nivoi napona signala na izlazu predajnika: signal je bipolaran, logička “1” odgovara naponu -5 ¸ -15 V., logička “0” - +5 ¸ +15 V.

Minimalni nivoi napona na ulazu prijemnika ± 3 V.

· Linijska struja - 500 ma (u stvari, proizvedeni upravljački programi RS -232 dopuštaju struju unutar 10 ma).

Trenutno postoji veliki broj drajvera koji pretvaraju signale sa digitalnih nivoa (unipolarni signal ograničen digitalnim nivoom snage) u RS-232 nivo.

RS-485 protokol.

Pruža pojednostavljenu peer-to-peer (fizičku) vezu proizvoljnog broja uređaja na liniju podataka.

Glavne karakteristike:

· Medijum za prenos podataka - uvek upredena parica. Obično se koristi 1 par (polu dupleks), moguća su 2 para (puni dupleks, nije standard). Linije para su takođe označene A i B. Preporučuje se upotreba zaštićenog upredenog para;

· Način prenosa-poludupleksni (pomoću jednog para) ili potpuni dupleksni (korišćenje dva para). U potonjem slučaju, način komunikacije je sličan načinu rada RS-422.

· Maksimalna udaljenost prenosa - 1220 m pri brzini od 100 kbps;

· Maksimalna brzina prijenosa - 10 Mbit / s za udaljenost do 15 m;

· Signal predajnika je bipolaran. Omjeri potencijala linija A i B: stanje 0 - A> B, stanje 1 - B> A. Razlika potencijala između A i B treba da bude 1,5 - 5 V, nivo struje u liniji treba da bude do 250 ma.

U početku je protokol predviđao povezivanje do 32 uređaja na jednu liniju, ali su proizvođači linijskih drajvera povećali ovaj broj na 128-256.

1.3.3. Mrežni slojevi Fizički sloj

Fizički sloj prenosi bitove preko fizičkih komunikacijskih kanala, na primjer,

Koaksijalni kabel ili upleteni par. Odnosno, ovaj nivo direktno prenosi podatke. Na ovom nivou određuju se karakteristike električnih signala koji prenose diskretne informacije, na primjer: vrsta kodiranja, brzina sna, šta je to. Ovaj nivo takođe uključuje karakteristike fizičkih medija za prenos podataka: propusni opseg, valna impedancija, imunitet na buku. Funkcije fizičkog sloja implementiraju se mrežnim adapterom ili serijskim portom. Primjer protokola fizičkog sloja je specifikacija 100Base-TX(tehnologija Ethernet).

Sloj veze ( Sloj podatkovne veze)

Sloj veze je odgovoran za prijenos podataka između čvorova unutar iste lokalne mreže. U ovom slučaju, čvor se podrazumijeva kao svaki uređaj povezan na mrežu. Ovaj sloj adresira fizičke adrese ( MAC-adrese), "ušivene" u mrežne adaptere od strane proizvođača. Svaki mrežni adapter ima svoj jedinstveni MAC-adresa, odnosno nećete pronaći dvije mrežne kartice sa istim MAC Sloj veze pretvara informacije primljene s gornjeg sloja u bitove, koje će zatim fizički sloj prenijeti preko mreže. On razbija prenesene informacije u delove podataka - okvire (okviri)... Na ovom nivou otvoreni sistemi razmjenjuju osoblje. Proces prosljeđivanja izgleda ovako: sloj veze šalje okvir fizičkom sloju, koji okvir šalje mreži. Ovaj okvir prima svaki host na mreži i provjerava da li odredišna adresa odgovara adresi tog hosta. Ako se adrese podudaraju, sloj veze prima okvir i prosljeđuje ga višim slojevima. Ako se adrese ne poklapaju, onda jednostavno ignorira okvir. Tako se emitira mreža na sloju veze. Koristi se u lokalne mreže Protokoli sloja veze imaju određenu topologiju. Topologija se odnosi na način na koji su fizičke veze organizovane i kako se njima adresira. Sloj veze omogućava isporuku podataka između čvorova u mreži sa određenom topologijom, odnosno za koju je dizajniran. Glavne topologije (pogledajte sliku 1.4) uključuju:

Slika 1.4.

1. Zajednički autobus
2. Prsten
3. Star.

Protokole sloja veze koriste računari, mostovi, usmjerivači. Globalne mreže (uključujući Internet) rijetko imaju pravilnu topologiju, pa sloj veze omogućava komunikaciju samo između računara povezanih pojedinačnom komunikacionom linijom. Za isporuku podataka po cijeloj globalnoj mreži koriste se sredstva mrežnog sloja (protokoli od točke do točke). Primjeri protokola point-to-point su JPP, LAP-B... O njima ćemo dalje govoriti.

Mrežni sloj (Mrežni sloj)

Ovaj nivo služi za formiranje jedinstvenog transportnog sistema koji objedinjuje nekoliko mreža. Drugim riječima, mrežni sloj omogućava umrežavanje. Protokoli sloja veze prenose okvire između čvorova samo unutar mreže s odgovarajućom topologijom. Jednostavno rečeno - unutar iste mreže. Ne možete poslati okvir sloja veze čvoru na drugoj mreži. Ovo ograničenje ne dopušta izgradnju mreža s razvijenom strukturom ili mreža s redundantnim vezama, naime, Internet je takva mreža. Napravi jedan velika mreža na sloju podatkovne veze to je također nemoguće zbog fizičkih ograničenja. Iako vam, na primjer, specifikacija lOBase-T omogućava korištenje 1.024 čvora u jednom segmentu, performanse ove mreže neće vam se svidjeti jer se na linku emitira mreža. To jest, paket podataka (okvir) se šalje svim računarima u mreži odjednom. Ako u mreži ima malo računara i brz komunikacijski kanal, onda to nije problem, opterećenje neće biti kritično. A ako u mreži ima puno računara (1024), onda će opterećenje na mreži biti vrlo veliko, a to će zauzvrat utjecati na brzinu mrežne interakcije. Sve to dovodi do potrebe za drugačijim rješenjem za velike mreže. Mrežni sloj je dizajniran za implementaciju upravo ovog rješenja. Na nivou mreže, pojam mreža treba shvatiti kao skup računara koji su povezani u skladu sa jednom od osnovnih topologija i koriste jedan od protokola sloja veze za prenos podataka. Mreže su povezane posebnim uređajima - ruterima. Ruter prikuplja informacije o topologiji interkonekcije i, na osnovu tih informacija, prosljeđuje pakete mrežnog sloja do odredišne ​​mreže. Da biste poslali poruku sa računara koji šalje poruku do odredišnog računara, koji se nalazi na drugoj mreži, morate izvršiti određeni broj tranzita između mreža. Ponekad se nazivaju i hoplmi (od engleskog, hop - skok). U tom slučaju se svaki put odabere odgovarajuća ruta. Postovi HI"Mrežni sloj se nazivaju paketi. Istovremeno, na mrežnom sloju djeluje nekoliko tipova protokola. Prije svega, to su mrežni protokoli koji osiguravaju kretanje paketa preko mreže, uključujući i na drugu mrežu. Stoga se često protokoli usmjeravanja nazivaju se mrežni sloj. (protokoli rutiranja) - RIP i OSPF... Druga vrsta protokola koji rade na mrežnom sloju su protokoli za razlučivanje adresa - Address Resolution Protocol (ARP)... Iako se ovi protokoli ponekad nazivaju slojem veze. Klasični primjeri protokola mrežnog sloja: IP (TCP / IP stack), IPX (Novell stack).

Transportni sloj (transportni sloj)

Na putu od pošiljatelja do primatelja, paketi se mogu iskriviti ili izgubiti. Neke aplikacije rade same s vlastitim rješavanjem grešaka tijekom prijenosa podataka, ali većina se ipak više voli baviti pouzdanom vezom, što je upravo ono što je transportni sloj dizajniran za pružanje. Ovaj sloj pruža potrebnu pouzdanost isporuke paketa za aplikaciju ili gornji sloj (sesiju ili aplikaciju). Na transportnom sloju je definirano pet klasa usluga:

1. Hitnost;
2. Vraćanje prekinute veze
3. Dostupnost objekata za multipleksiranje za više veza;
4. Otkrivanje grešaka;
5. Ispravka greške.

Tipično, slojeve OSI modela, počevši od transportnog sloja i više, implementiraju na softverskoj razini odgovarajuće komponente operativnih sistema. Primjeri protokola transportnog sloja: TCP i UDP (TCP/IP stack), SPX (Novell stack).

Sloj sesije

Sloj sesije uspostavlja i prekida veze između računara, upravlja dijalogom između njih, a takođe pruža i alate za sinhronizaciju. Omogućavanja sinkronizacije omogućuju umetanje posebnih kontrolnih informacija u dugačke prijenose (točke). Zahvaljujući tome, u slučaju prekida u komunikaciji, možete se vratiti (na posljednju tačku) i nastaviti prijenos s mjesta prekida. Sesija je logička veza između računara. Svaka sesija ima tri faze:

1. Uspostavljanje veze. Ovdje se čvorovi "slažu" među sobom o protokolima i komunikacijskim parametrima.
2. Prijenos informacija.
3. Prekinite vezu.

Nemojte brkati sesiju mrežnog sloja sa sesijom komunikacije. Korisnik može uspostaviti vezu na Internet, ali ne može uspostaviti logičku vezu ni sa kim, odnosno ne primati niti prenositi podatke.

Sloj prezentacije

Reprezentativni nivo mijenja oblik prenesenih informacija, ali ne mijenja njihov sadržaj. Na primjer, sredstva ovog nivoa mogu se koristiti za pretvaranje informacija iz jednog kodiranja u drugi. Također se na ovom nivou vrši šifriranje i dešifriranje podataka. razmena podataka.

Sloj aplikacije

Ovaj sloj je zbirka različitih protokola putem kojih korisnici mreže dobijaju pristup zajedničkim resursima. Jedinica podataka naziva se poruka. Primjeri protokola: HTTP, FTP, TFTP, SMTP, POP, SMB, NFS.

Lokalne mreže su izgrađene korištenjem nekoliko tipova protokola fizičkog sloja, koji se razlikuju po vrsti prijenosnog medija, frekvencijskom opsegu signala, nivoima signala i metodama kodiranja.

Prve LAN tehnologije koje su dobile komercijalno priznanje bila su vlasnička rješenja ARCNET (U prilogu Resurs Computer NETwork) i Token ring(marker ring), međutim, početkom 90-ih godina prošlog stoljeća, postepeno su gotovo svuda zamijenjeni mrežama zasnovanim na porodici protokola Ethernet.

Ovaj protokol razvio je Xeroxov istraživački centar Palo Alto (PARC) 1973. godine. Godine 1980., Digital Equipment Corporation, Intel Corporation i Xerox Corporation su zajedno razvili i usvojili Ethernet specifikaciju (verzija 2.0). Istovremeno, u Institutu inženjera elektrotehnike i elektronike (IEEE) organiziran je odbor za standardizaciju lokalne mreže od 802, uslijed čega je usvojena porodica standarda IEEE 802.x koja sadrži preporuke za projektovanje nižih slojeva. lokalnih mreža. Ova porodica uključuje nekoliko grupa standarda:

802.1 - umrežavanje.

802.2 - Upravljanje logičkim vezama.

802.3 - LAN sa višestrukim pristupom, senzorom nosioca i detekcijom kolizije (Ethernet).

802.4 - Topologija sabirnice LAN s prosljeđivanjem tokena.

802.5 - LAN topologija "zvoni" sa prolaskom tokena.

802.6 je gradska mreža (MAN).

802.7 - Tehnička savjetodavna grupa za emitiranje.

802.8 - Tehnička savjetodavna grupa za optička vlakna.

802.9 - Integrirane govorne / podatkovne mreže.

802.10 - Sigurnost mreže.

802.11 - Bežična mreža.

802.12 - Demand Priority Access LAN,

lOObaseVG-AnyLan).

802.13 - broj nije korišten !!!

802.14 - Prijenos podataka preko kablovske TV mreže (nije aktivan od 2000.)

802.15 - Bežične lične mreže (WPAN) npr. Bluetooth, ZigBee, 6loWPAN

802.16 - WiMAX bežične mreže ( Wširom svijeta Interoperabilnost za Mmikrotalasna Access, čita se na ruskom wimax)

802.17 se naziva RPR (Resilient Packet Ring). Razvija se od 2000. godine kao moderna urbana mreža.

Svaka grupa ima svoj pododbor koji razvija i usvaja ažuriranja. Standardi serije IEEE 802 pokrivaju dva sloja OSI modela, zasad nas zanimaju samo oni i dio koji opisuje fizički sloj.

Ethernet (802 .3) - LAN s višestrukim pristupom, otkrivanjem prijenosa i otkrivanjem sudara.

Ethernet je danas najčešće korišteni LAN protokol. Štaviše, IEEE 802.3 specifikacija danas opisuje nekoliko opcija za fizičku implementaciju LAN-a sa različitim medijima za prenos i brzinama podataka.

Osnovno svojstvo koje je svim ovim specifikacijama zajedničko je metoda kontrole pristupa na medij za prenos podataka. Za Ethernet jeste višestruki pristup sa senzorom nosioca i detekcijom kolizije(CSMA / CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). U Ethernet mreži svi čvorovi su jednaki, nema centralizovane kontrole njihove aktivnosti ili diferencijacije moći (kao, na primjer, u Token ringu). Svaki čvor kontinuirano osluškuje prijenosni medij i analizira sadržaj svih paketa podataka, ako paket nije namijenjen ovom čvoru, nije mu zanimljiv i ne prenosi se na gornje nivoe. Problemi obično nastaju tijekom prijenosa, jer nitko ne jamči da dva čvora neće pokušati prenositi u isto vrijeme (kao rezultat toga, u kablu će se pojaviti neopisiva superpozicija dva signala). Da biste spriječili takve situacije ( sudara) svaki čvor, prije početka prijenosa, provjerava da u kablu nema signala s drugih mrežnih uređaja ( kontrola nosioca). No, to nije dovoljno za sprječavanje sudara zbog ograničene brzine širenja signala u prijenosnom mediju. Moguće je da je neki drugi čvor već počeo emitirati, samo signal s njega još nije stigao do uređaja koji razmatramo. To jest, u Ethernet mreži moguće su i normalne situacije kada dva ili više čvorova istovremeno pokušavaju prenijeti podatke koji međusobno ometaju. Postupak za rješavanje takvog sudara leži u činjenici da nakon otkrivanja prisutnosti tuđeg signala u kablu tijekom prijenosa, svi čvorovi zatečeni u takvoj situaciji zaustavljaju prijenos i pokušavaju ga nastaviti putem razne vremenskim intervalima.

Nedostatak metode probabilističkog pristupa je neograničeno vrijeme prolaska okvira, koje se naglo povećava sa povećanjem opterećenja mreže, što ograničava njegovu upotrebu u sistemima u realnom vremenu.

Razmotrimo detaljnije postupak detekcije kolizije i međuzavisnost dozvoljenih veličina mreže o brzini prijenosa podataka i dužini informacijskih paketa koji se prenose preko mreže. Analiziraćemo sadržaj i unutrašnju strukturu Ethernet okvira na nivou veze. Za sada ćemo jednostavno uzeti u obzir da kada je brzina širenja signala u vodiču oko 200.000.000 m / s tokom rada mrežni adapter Ethernet IEEE 802.3 sa brzinom prijenosa podataka od 10 Mbps, potrebno je 0,8 μs za slanje jednog bajta i to je valni paket dužine oko 150 m.

Vratimo se sada na sliku. Da bi radna stanica "A" znala da je došlo do sudara tokom prijenosa, superpozicija "sudarajućih" signala mora doći do nje prije nego se prijenos završi. Ovo nameće ograničenja na moguću minimalnu dužinu poslanih paketa. Zaista, ako koristite pakete kraće od dužine kabela između radnih stanica "A" i "B", moguća je situacija kada paket u potpunosti šalje prva stanica (a već je odlučeno da je prijenos bio uspješan), ali nije ni stigla do druge i ima puno pravo da u bilo koje vrijeme počne s prijenosom svojih podataka. Lako se uvjeriti da se takvi nesporazumi mogu izbjeći samo korištenjem paketa takve dužine da tokom njihovog prijenosa signal uspije doći do najudaljenije stanice i vratiti se nazad.

Sa brzinom prijenosa podataka od 10 Mbps, ovaj problem nije odigrao značajnu ulogu, a minimalna duljina okvira bila je ograničena na 64 bajta. Tijekom njihovog prijenosa prvi bitovi uspijevaju pretrčati oko 10 km, a za mreže s maksimalnom duljinom segmenta od 500 m zadovoljeni su svi potrebni uvjeti.

Prilikom prelaska na 100 Mbps, dužina minimalnog okvira će se smanjiti za 10 puta. Ovo značajno pooštrava parametre mreže, a maksimalna udaljenost između stanica smanjena je na 100 m.

Brzinom od 1000 Mbps, 64 bajta se prenose za samo 0,512 μs, pa smo stoga u gigabitnim mrežama morali povećati minimalnu dužinu okvira za 8 puta na 512 bajtova. Ako nema dovoljno podataka za popunjavanje okvira, mrežni adapter ga jednostavno dopunjuje posebnim nizom znakova do ove dužine. Ova tehnika se naziva "širenje medija".

Rješavajući problem otkrivanja sudara, ekspanzija medija gubi propusnost pri prijenosu malih paketa. Kako bi se smanjio utjecaj ovog faktora u gigabitnom Ethernet adapteru, dopušteno je od njih na određeni način formirati jedan zajednički okvir "normalne" dužine do 1518 bajtova u prisutnosti nekoliko kratkih okvira spremnih za prijenos.

Štaviše, predloženo je dopuštanje dužih okvira od prethodnih Ethernet standarda. Ovaj prijedlog je implementiran u obliku takozvanih "jumbo" okvira do 9018 ili čak više bajtova.

IEEE 802.3 definira nekoliko različitih standarda fizičkog sloja. Svaki od standarda protokola fizičkog sloja IEEE 802.3 ima ime.

Specifikacije
Brzina, Mbps
Max. dužina segmenta, m
Medij za prijenos	50-ohm koaksijalni (debeo)		WOC 1270 nm			FOC, 830, 1270 nm
Topologija
Vrsta transfera	poludupleks

Iz tablice se može vidjeti da je originalna topologija zajedničke sabirnice (debeli Ethernet, tanki Ethernet) brzo zamijenjena zvijezdom.

TokenRing (IEEE 802.5)

Token Ring je predstavio IBM 1984. godine kao dio predloženog načina umrežavanja čitavog asortimana IBM računara i računarskih sistema. 1985. godine, IEEE 802 komitet zasnovan na ovoj tehnologiji usvojio je IEEE 802.5 standard. Osnovna razlika od Etherneta - deterministički meth Pristupni kod okruženja po unaprijed definiranom redoslijedu. Implementiran pristup sa prosljeđivanjem tokena (također se koristi u ARCnet i FDDI mrežama).

Topologija prstena znači uredan prijenos informacija s jedne postaje na drugu u jednom smjeru, strogo po redoslijedu uključivanja. Logička topologija prstena implementirana je na osnovu fizičke zvijezde u čijem je središtu Multi-Station Access Unit (MSAU).

U svakom trenutku, podatke može prenijeti samo jedna stanica koja je uhvatila marker goremalter(token). Kada se podaci prenose, u zaglavlju markera se označava zauzetost, a marker se pretvara u okvir na početku okvira. Ostatak stanica emituje kadar po bit sa prethodne (uzvodno) stanice na sledeću (nizvodno). Stanica na koju je trenutni kadar adresiran sprema njenu kopiju u svoj bafer za naknadnu obradu i emituje je dalje duž prstena, praveći oznaku prijema. Tako okvir duž prstena stiže do odašiljačke stanice, koja ga uklanja iz prstena (ne emituje dalje). Kada stanica završi sa emitovanjem, označava marker kao slobodan i prenosi ga dalje duž prstena. Regulirano je vrijeme u kojem stanica ima pravo koristiti marker. Hvatanje markera se vrši na osnovu prioriteta dodijeljenih stanicama.

Kako se aktivnost čvorova povećava, širina pojasa dodijeljena svakom od čvorova se smanjuje, ali ne dolazi do klizišta degradacije performansi (kao u Ethernetu). Pored toga, mehanizam za određivanje prioriteta i vremenska ograničenja zadržavanja tokena omogućavaju privilegovanim hostovima da dodijele zagarantovanu propusnost bez obzira na ukupno opterećenje mreže. Broj čvorova u jednom prstenu ne bi trebao prelaziti 260 (Ethernet segment teoretski dopušta 1024 čvora). Brzina prijenosa je 16 Mbps, veličina okvira može biti do 18,2 KB.

Vremensko ograničenje za paketni prijenos u Token-Ring 10 ms. S maksimalnim brojem od 260 pretplatnika, cijeli ciklus zvonjenja bit će 260 x 10 ms = 2,6 s. Za to vrijeme svih 260 pretplatnika moći će prenijeti svoje pakete (ako, naravno, imaju što prenijeti). Za to vrijeme, besplatni marker će zasigurno doći do svakog pretplatnika. Isti interval je gornja granica vremena pristupa Token-Ring

Aleksandar Gorjačev, Aleksej Niskovski

Da bi serveri i klijenti mreže mogli komunicirati, moraju raditi koristeći isti komunikacijski protokol, odnosno moraju "govoriti" istim jezikom. Protokol definira skup pravila za organiziranje razmjene informacija na svim nivoima interakcije između mrežnih objekata.

Postoji referentni model za interakciju otvoreni sistemi(Referentni model interkonekcije otvorenog sistema), koji se često naziva OSI model. Ovaj model je razvila Međunarodna organizacija za standardizaciju (ISO). OSI model opisuje shemu interakcije mrežnih objekata, definira popis zadataka i pravila za prijenos podataka. Uključuje sedam nivoa: fizički (fizički - 1), kanal (podatkovna veza - 2), mrežni (mreža - 3), transportni (transport - 4), sesija (sesija - 5), prezentacija podataka (prezentacija - 6) i primenjeno (aplikacija - 7). Vjeruje se da dva računala mogu međusobno komunicirati na određenom sloju OSI modela ako njihov softver, koji implementira mrežne funkcije ovog sloja, interpretira iste podatke na isti način. U ovom slučaju, uspostavljena je direktna komunikacija između dva računara, nazvana "point-to-point".

Implementacija OSI modela pomoću protokola naziva se protokolni stekovi. Nemoguće je implementirati sve funkcije OSI modela u okviru jednog posebnog protokola. Tipično, zadaci određenog sloja implementirani su jednim ili više protokola. Jedan računar mora pokretati protokole iz istog steka. U ovom slučaju računar može istovremeno koristiti nekoliko protokolarnih stekova.

Razmotrimo zadatke riješene na svakoj od razina OSI modela.

Fizički sloj

Na ovom nivou OSI modela definisane su sledeće karakteristike mrežnih komponenti: tipovi komunikacionih medijskih veza, fizičke mrežne topologije, metode prenosa podataka (sa digitalnim ili analognim kodiranjem signala), vrste sinhronizacije prenetih podataka, razdvajanje komunikacionih kanala. koristeći frekvencijski i vremenski multipleks.

Implementacije OSI protokola fizičkog sloja koordiniraju pravila prijenosa bitova.

Fizički sloj ne uključuje opis prijenosnog medija. Međutim, implementacije protokola fizičkog sloja su specifične za određeni medij za prijenos. Fizički sloj se obično povezuje sa vezom sljedeće mrežne opreme:

• koncentratori, čvorišta i repetitori koji regeneriraju električne signale;
• priključni konektori prijenosnog medija koji pružaju mehanički interfejs za povezivanje uređaja s prijenosnim medijem;
• modemi i razni uređaji za pretvaranje koji vrše digitalne i analogne konverzije.

Ovaj sloj modela definira fizičke topologije u korporativnoj mreži koje su izgrađene korištenjem osnovnog skupa standardnih topologija.

Prva u osnovnom skupu je topologija magistrale. U ovom slučaju svi mrežni uređaji i računari su povezani na zajedničku sabirnicu podataka, koja se najčešće formira pomoću koaksijalnog kabla. Kabl koji formira zajedničku magistralu naziva se kičma. Sa svakog uređaja spojenog na sabirnicu signal se prenosi u oba smjera. Za uklanjanje signala iz kabela, na krajevima magistrale moraju se koristiti posebni terminatori. Mehaničko oštećenje linije utječe na rad svih uređaja povezanih na nju.

Topologija prstena omogućava povezivanje svih mrežnih uređaja i računara u fizički prsten (prsten). U ovoj topologiji, informacije se uvijek prenose duž prstena u jednom smjeru - od stanice do postaje. Svaki mrežni uređaj mora imati prijemnik informacija na ulaznom kabelu i odašiljač na izlazu. Mehanička oštećenja Medij prijenosa informacija u jednom prstenu utjecat će na rad svih uređaja, međutim mreže izgrađene pomoću dvostrukog prstena u pravilu imaju granicu tolerancije grešaka i funkcija samoiscjeljivanja. U mrežama izgrađenim na dvostrukom prstenu, iste se informacije prenose duž prstena u oba smjera. U slučaju prekida kabla, prsten će nastaviti da radi u režimu jednostrukog prstena dvostruke dužine (funkcije samoizlečenja određene su hardverom koji se koristi).

Sljedeća topologija je topologija zvijezde ili zvijezda. Omogućuje postojanje centralnog uređaja na koji su drugi mrežni uređaji i računari povezani snopovima (odvojeni kabeli). Mrežne zvijezde imaju jednu točku kvara. Ova tačka je centralni uređaj. U slučaju kvara centralnog uređaja, svi drugi sudionici mreže neće moći međusobno razmjenjivati ​​informacije, budući da je cijela razmjena izvršena samo putem centralnog uređaja. U zavisnosti od tipa centralnog uređaja, signal primljen sa jednog ulaza može se preneti (sa ili bez pojačanja) na sve izlaze ili na određeni izlaz na koji je uređaj - primalac informacija povezan.

Topologija mreže je vrlo otporna. Prilikom izgradnje mreža sa sličnom topologijom, svaki od mrežnih uređaja ili računara povezan je sa svakom drugom komponentom mreže. Ova topologija je suvišna i stoga nepraktična. Zaista, u malim mrežama ova topologija se rijetko koristi, ali u velikim korporativnim mrežama, potpuno povezana topologija može se koristiti za povezivanje najvažnijih čvorova.

Razmatrane topologije najčešće se grade pomoću kabelskih veza.

Druga topologija koja koristi bežične veze je mobilna. U njemu su mrežni uređaji i računari kombinovani u zone - ćelije (ćelije), u interakciji samo sa primopredajnikom ćelije. Prijenos informacija između ćelija vrši se primopredajničkim uređajima.

Link sloj

Ovaj nivo određuje logičku topologiju mreže, pravila za pristup mediju za prenos podataka, rešava pitanja vezana za adresiranje fizičkih uređaja unutar logičke mreže i kontrolu prenosa informacija (sinhronizacija prenosa i servisnih veza) između mrežnih uređaja.

Protokoli sloja veze definiraju:

• pravila organizacije bita fizičkog sloja ( binarne jedinice i nule) u logičke grupe informacija koje se nazivaju okviri ili okviri. Okvir je jedinica podataka sloja veze koja se sastoji od neprekidnog niza grupiranih bitova sa zaglavljem i krajem;
• pravila za otkrivanje (a ponekad i ispravljanje) grešaka u prijenosu;
• pravila kontrole protoka (za uređaje koji rade na ovom nivou OSI modela, na primjer, mostovi);
• pravila za identifikaciju računara u mreži prema njihovim fizičkim adresama.

Kao i većina drugih slojeva, sloj podatkovne veze dodaje vlastite kontrolne informacije na početak paketa podataka. Ove informacije mogu uključivati ​​adrese izvora i odredišta (fizičke ili hardverske), podatke o dužini okvira i naznaku aktivnih protokola gornjeg sloja.

Sljedeći mrežni konektori obično su povezani sa slojem podatkovne veze:

• mostovi;
• pametna čvorišta;
• prekidači;
• mrežne kartice (mrežne kartice, adapteri itd.).

Funkcije sloja veze podijeljene su u dva podnivoa (Tablica 1):

• kontrola pristupa medijima (MAC);
• Kontrola logičke veze (LLC)

Podsloj MAC definira takve elemente sloja podatkovne veze kao logičku topologiju mreže, način pristupa mediju za prijenos i pravila za fizičko adresiranje između mrežnih entiteta.

Skraćenica MAC se također koristi za određivanje fizičke adrese mrežnog uređaja: fizička adresa Uređaj (koji je definisan unutar mrežnog uređaja ili mrežne kartice tokom proizvodnje) se često naziva MAC adresa tog uređaja. Za veliki broj mrežnih uređaja, posebno mrežnih kartica, moguće je programski promijeniti MAC adresu. Treba zapamtiti da sloj podatkovne veze OSI modela nameće ograničenja na upotrebu MAC adresa: u jednoj fizičkoj mreži (segment veće mreže) ne mogu postojati dva ili više uređaja koji koriste iste MAC adrese. Da bi se odredila fizička adresa mrežnog objekta, može se koristiti koncept "adrese čvora". Adresa čvora najčešće je ista kao MAC adresa ili se logički određuje dodjelom adrese softvera.

LLC podsloj definira pravila prijenosa i sinhronizacije usluga za veze. Ovaj podsloj sloja veze podataka usko je u interakciji sa mrežnim slojem OSI modela i odgovoran je za pouzdanost fizičkih (koristeći MAC adrese) veza. Logička topologija (logička topologija) mreže određuje način i pravila (sekvence) prenosa podataka između računara u mreži. Mrežni objekti prenose podatke ovisno o logičkoj topologiji mreže. Fizička topologija definira fizički put podataka; međutim, u nekim slučajevima fizička topologija ne odražava način rada mreže. Stvarna putanja podataka određena je logičkom topologijom. Za prijenos podataka duž logičke staze, koja se može razlikovati od putanje u fizičkom mediju, koriste se uređaji za mrežno povezivanje i šeme pristupa prijenosnom mediju. Dobar primjer razlike između fizičke i logičke topologije je IBM -ov Token Ring. Token Ring LAN-ovi često koriste bakarni kabl, koji je vođen u konfiguraciji zvezda sa centralnim čvorištem. Za razliku od uobičajene topologije zvijezda, čvorište ne prosljeđuje dolazne signale na sve ostale povezane uređaje. Unutrašnje kolo čvorišta sekvencijalno šalje svaki dolazni signal sljedećem uređaju u unaprijed definiranom logičkom prstenu, odnosno u kružnom obrascu. Fizička topologija ove mreže je zvijezda, a logička topologija prsten.

Drugi primjer razlike između fizičke i logičke topologije je Ethernet. Fizička mreža može se izgraditi pomoću bakrenih kabela i središnjeg čvorišta. Formira se fizička mreža, napravljena prema topologiji zvijezde. ali Ethernet tehnologija omogućava prijenos informacija s jednog računala na sve ostale u mreži. Čvorište mora prenijeti signal primljen sa jednog od svojih portova na sve ostale portove. Formira se logička mreža sa topologijom sabirnice.

Da biste odredili logičku topologiju mreže, morate razumjeti kako se u njoj primaju signali:

• u topologijama logičke sabirnice svaki signal primaju svi uređaji;
• u logičkim topologijama prstena svaki uređaj prima samo one signale koji su mu posebno poslani.

Takođe je važno znati kako mrežni uređaji dobijaju pristup mediju za prenos.

Pristup prenosnom mediju

Logičke topologije koriste posebna pravila za kontrolu dozvole za prijenos informacija drugim mrežnim objektima. Kontrolni proces kontroliše pristup mediju za prenos podataka. Razmislite o mreži u kojoj je dozvoljeno svim uređajima da rade bez ikakvih pravila za pristup mediju za prijenos. Svi uređaji na takvoj mreži prenose informacije čim su podaci spremni; ti se prijenosi ponekad mogu preklapati u vremenu. Kao rezultat preklapanja, signali se iskrivljuju, a preneseni podaci se gube. Ova situacija se naziva kolizija. Sukobi vam ne dopuštaju da organizirate pouzdan i učinkovit prijenos informacija između mrežnih objekata.

Kolizije u mreži utječu na segmente fizičke mreže na koje su povezani mrežni objekti. Takve veze tvore jedan prostor sudara, u kojem se utjecaj sudara proteže na sve. Da biste smanjili veličinu kolizijskih prostora segmentiranjem fizičke mreže, možete koristiti mostove i druge mrežne uređaje koji imaju funkcije filtriranja prometa sloja veze.

Mreža ne može normalno funkcionirati dok svi mrežni objekti ne mogu kontrolirati, upravljati ili eliminirati kolizije. U mrežama je potrebna neka metoda za smanjenje broja sudara, smetnji (preklapanja) istovremenih signala.

Postoji standardne metode pristup mediju za prenos, opisujući pravila po kojima se kontroliše dozvola za prenos informacija za mrežne uređaje: trka, prenos tokena i anketiranje.

Prije nego što odaberete protokol koji implementira jedan od ovih metoda pristupa mediju za prijenos podataka, posebnu pažnju treba obratiti na sljedeće faktore:

• priroda prenosa - kontinuirani ili impulsni;
• broj prijenosa podataka;
• potreba za prijenosom podataka u strogo definiranim intervalima;
• broj aktivnih uređaja na mreži.

Svaki od ovih faktora, u kombinaciji s prednostima i nedostacima, pomoći će u utvrđivanju koja je metoda pristupa medijima najprikladnija.

Konkurencija. Sistemi zasnovani na tvrdnjama pretpostavljaju da se medijima pristupa po principu prvi stigao, prvi stigao. Drugim riječima, svaki mrežni uređaj bori se za kontrolu nad prijenosnim medijem. Race sistemi su dizajnirani tako da svi uređaji na mreži mogu prenositi podatke samo prema potrebi. Ova praksa u konačnici dovodi do djelomičnog ili potpunog gubitka podataka jer se zaista događaju sudari. Kako se svaki novi uređaj dodaje u mrežu, broj sudara može se eksponencijalno povećavati. Povećanje broja sudara smanjuje performanse mreže, a u slučaju potpunog zasićenja medija za prijenos informacija smanjuje performanse mreže na nulu.

Da bi se smanjio broj kolizija, razvijeni su posebni protokoli u kojima se implementira funkcija slušanja medija za prijenos informacija prije nego što stanica počne sa prijenosom podataka. Ako stanica za slušanje detektira prijenos signala (s druge postaje), suzdržava se od prijenosa informacija i pokušat će je ponoviti kasnije. Ti se protokoli nazivaju protokoli s više pristupa (Carrier Sense Multiple Access - CSMA). CSMA protokoli značajno smanjuju broj kolizija, ali ih ne eliminišu u potpunosti. Do sudara ipak dolazi kada dvije stanice anketiraju kabel: ne detektiraju nikakve signale, odluče da je medij za prijenos podataka slobodan, a zatim istovremeno započinju prijenos podataka.

Primjeri takvih kontradiktornih protokola su:

• Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection (CSMA / CD);
• Carrier Sense višestruki pristup / izbjegavanje sudara (CSMA / CA).

CSMA/CD protokoli. CSMA / CD protokoli ne samo da slušaju kabl prije odašiljanja, već i otkrivaju kolizije i pokreću ponovni prijenos. Kada se detektuje kolizija, stanice koje emituju podatke pokreću posebne interne tajmere sa slučajnim vrednostima. Tajmeri počinju odbrojavati, a kad dosegnu nulu, stanice bi trebale pokušati ponovno poslati podatke. Budući da su mjerači vremena bili inicijalizirani sa slučajnim vrijednostima, jedna od stanica će pokušati ponovo prenijeti podatke prije druge. Prema tome, druga stanica će utvrditi da je medij za prijenos podataka već zauzet i čekat će dok ne postane slobodan.

Primjeri CSMA / CD protokola su Ethernet verzija 2 (Ethernet II iz DEC Corporation) i IEEE802.3.

CSMA / CA protokoli. CSMA / CA koristi šeme kao što je pristup vremenskim presecima ili slanje zahteva za pristup medijima. Kada se koristi skraćivanje vremena, svaka stanica može prenositi informacije samo u vrijeme strogo definirano za ovu stanicu. U tom slučaju mreža mora implementirati mehanizam za upravljanje vremenskim odsječcima. Svaka nova stanica priključena na mrežu najavljuje svoj nastup, čime se pokreće proces preraspodjele vremenskih isječaka za prijenos informacija. U slučaju korištenja centralizirane kontrole pristupa prijenosnom mediju, svaka stanica generira poseban zahtjev za prijenos, koji se upućuje na kontrolnu stanicu. Centralna stanica regulira pristup prijenosnom mediju za sve objekte mreže.

Primjer CSMA / CA je LocalTalk protokol Apple Computer -a.

Sistemi zasnovani na trkama su najpogodniji za brzi saobraćaj (prenos velikih datoteka) na mrežama sa relativno mala količina korisnika.

Sistemi za prenos markera. U sistemima za prosljeđivanje tokena mali okvir (token) prenosi se određenim redoslijedom s jednog uređaja na drugi. Token je posebna poruka koja prenosi privremenu kontrolu nad medijem na uređaj koji je vlasnik tokena. Token transfer distribuira kontrolu pristupa među mrežnim uređajima.

Svaki uređaj zna s kojeg uređaja prima token i na koji uređaj ga treba poslati. Obično su ti uređaji najbliži susjedi vlasnika tokena. Svaki uređaj povremeno preuzima kontrolu nad tokenom, izvodi njegove radnje (prenosi informacije), a zatim prosljeđuje token za upotrebu sljedećem uređaju. Protokoli ograničavaju vrijeme kontrole tokena za svaki uređaj.

Postoji nekoliko protokola prijenosa žetona. Dva mrežna standarda koja koriste prenošenje tokena su IEEE 802.4 Token Bus i IEEE 802.5 Token Ring. Token Bus koristi kontrolu pristupa pri prolasku tokena i topologiju fizičke ili logičke sabirnice, dok Token Ring koristi kontrolu pristupa pri prolasku tokena i fizičku ili logičku topologiju zvona.

Mreže koje propuštaju tokene trebale bi se koristiti kada postoji vremenski ovisan prioritetni promet, kao što su digitalni audio ili video podaci, ili kada postoji vrlo veliki broj korisnika.

Anketa. Anketiranje je pristupna metoda koja dodjeljuje jedan uređaj (koji se naziva kontroler, primarni ili "glavni" uređaj) kao arbitar pristupa medijima. Ovaj uređaj anketira sve ostale uređaje (sekundarne) nekim unaprijed definiranim redoslijedom kako bi provjerio imaju li informacije za prijenos. Za primanje podataka sa sekundarnog uređaja, primarni uređaj šalje zahtjev na njega, a zatim prima podatke sa sekundarnog uređaja i prosljeđuje ih prijemnom uređaju. Zatim primarni uređaj anketira drugi sekundarni uređaj, prima podatke s njega itd. Protokol ograničava količinu podataka koju svaki sekundarni uređaj može prenijeti nakon anketiranja. Sistemi za glasanje idealni su za vremenski osjetljive mrežne uređaje, poput automatizacije opreme.

Ovaj sloj takođe pruža uslugu povezivanja. Postoje tri vrste usluga povezivanja:

• usluga bez veze bez veze - šalje i prima okvire bez kontrole protoka i bez greške ili kontrole sekvence paketa;
• usluga orijentirana na povezivanje - pruža kontrolu protoka, kontrolu grešaka i kontrolu sekvence paketa izdavanjem potvrda (potvrda);
• potvrđena usluga bez povezivanja - koristi račune za kontrolu protoka i kontrolu grešaka između dva mrežna čvora.

Podsloj LLC sloja veze pruža mogućnost istovremenog korištenja nekoliko mrežnih protokola (iz različitih stekova protokola) kada se radi kroz jedan mrežni interfejs... Drugim riječima, ako računalo ima samo jednu mrežnu karticu, ali postoji potreba za radom s različitim mrežnim uslugama različitih proizvođača, tada klijentski mrežni softver upravo na podrazini LLC pruža mogućnost takvog rada.

Mrežni sloj

Mrežni sloj određuje pravila za dostavu podataka između logičkih mreža, formiranje logičkih adresa mrežnih uređaja, definiciju, odabir i održavanje informacija o usmjeravanju, funkcioniranje pristupnika (gatewaya).

Glavni cilj mrežnog sloja je rješavanje problema premještanja (isporuke) podataka do određenih tačaka u mreži. Isporuka podataka na mrežnom sloju općenito je slična isporuci podataka na sloju veze podataka OSI modela, gdje se fizičko adresiranje uređaja koristi za prijenos podataka. Međutim, adresiranje na sloju veze odnosi se samo na jednu logičku mrežu, valjano je samo unutar ove mreže. Mrežni sloj opisuje metode i sredstva za prijenos informacija između mnogih nezavisnih (i često heterogenih) logičkih mreža koje, kada su povezane zajedno, čine jednu veliku mrežu. Takva mreža se naziva mrežna mreža, a prijenos informacija između mreža naziva se umrežavanje.

Uz pomoć fizičkog adresiranja na sloju veze podataka, podaci se isporučuju na sve uređaje uključene u istu logičku mrežu. Svaki mrežni uređaj, svaki računar određuje svrhu primljenih podataka. Ako su podaci namijenjeni računalu, onda ih obrađuje; ako nisu, zanemaruje ih.

Za razliku od podatkovne veze, mrežni sloj može odabrati određenu rutu u mreži i izbjeći slanje podataka onim logičkim mrežama kojima podaci nisu adresirani. Mrežni sloj to čini preko prebacivanja, adresiranja mrežnog sloja i algoritama rutiranja. Mrežni sloj je također odgovoran za osiguravanje ispravnih ruta za podatke preko međusobno povezane mreže heterogenih mreža.

Elementi i metode implementacije mrežnog sloja definirani su na sljedeći način:

• sve logički odvojene mreže moraju imati jedinstvene mrežne adrese;
• prebacivanje određuje kako se veze uspostavljaju preko mreže;
• mogućnost implementacije rutiranja tako da računari i ruteri određuju najbolji put za prolaz podataka kroz međusobno povezanu mrežu;
• mreža će obavljati različite nivoe usluge povezivanja u zavisnosti od očekivanog broja grešaka unutar međusobno povezane mreže.

Na ovom nivou OSI modela rade ruteri i neki od prekidača.

Mrežni sloj definira pravila za formiranje logičkih mrežnih adresa za mrežne objekte. Unutar velike međusobno povezane mreže, svaki mrežni entitet mora imati jedinstvenu logičku adresu. Dvije su komponente uključene u formiranje logičke adrese: logička mrežna adresa, koja je zajednička za sve mrežne objekte, i logička adresa mrežnog objekta, koja je jedinstvena za ovaj objekt. Prilikom formiranja logičke adrese mrežnog objekta može se koristiti ili fizička adresa objekta ili se može odrediti proizvoljna logička adresa. Upotreba logičkog adresiranja omogućava vam da organizirate prijenos podataka između različitih logičkih mreža.

Svaki mrežni objekt, svaki računar može obavljati više mrežnih funkcija istovremeno, osiguravajući rad razne usluge... Za pristup uslugama koristi se poseban identifikator usluge, koji se naziva port ili utičnica. Prilikom pristupa usluzi, identifikator usluge odmah slijedi logičku adresu računara koji pruža uslugu.

U mnogim mrežama grupe logičkih adresa i identifikatora usluga rezervirane su u svrhu izvođenja određenih unaprijed definiranih i dobro poznatih radnji. Na primjer, ako je potrebno poslati podatke svim mrežnim objektima, oni će se poslati na posebnu adresu za emitiranje.

Mrežni sloj definira pravila za prijenos podataka između dva mrežna objekta. Ovaj prijenos se može obaviti pomoću prekidača ili usmjeravanja.

Postoje tri metode prebacivanja prijenosa podataka: prebacivanje kola, prebacivanje poruka i paketno prebacivanje.

Kada se koristi komutacija kola, uspostavlja se kanal za prenos podataka između pošiljaoca i primaoca. Ovaj kanal će se koristiti tokom cijele komunikacijske sesije. Pri korištenju ove metode moguća su duga kašnjenja u dodjeli kanala zbog nedostatka dovoljne širine pojasa, zagušenja komutacijske opreme ili zauzetosti primatelja.

Prebacivanje poruka vam omogućava da prenesete cijelu (neprekinutu) poruku na bazi pohranjivanja i prosljeđivanja. Svaki posrednički uređaj prima poruku, pohranjuje je lokalno i, kad se otpusti komunikacijski kanal putem kojeg se ova poruka šalje, šalje je. Ova metoda je vrlo pogodna za slanje e-mail poruka i organiziranje elektronskog upravljanja dokumentima.

Paketna komutacija kombinira prednosti dviju prethodnih metoda. Svaka velika poruka je razbijena u male pakete, od kojih se svaki uzastopno šalje primaocu. Prilikom prolaska kroz međupovezanu mrežu, za svaki od paketa, određuje se najbolja putanja u ovom trenutku. Ispostavlja se da dijelovi jedne poruke primaocu mogu doći u različito vrijeme, a tek nakon što se svi dijelovi sastave, primalac će moći raditi sa primljenim podacima.

Svaki put kada odredite daljnju putanju za podatke, morate odabrati najbolju rutu. Zadatak određivanja najbolje putanje naziva se usmjeravanje. Ovaj zadatak obavljaju ruteri. Zadatak usmjerivača je utvrđivanje mogućih putova za prijenos podataka, održavanje informacija o usmjeravanju i odabir najboljih ruta. Usmjeravanje se može izvesti na statički ili dinamički način. Prilikom specificiranja statičkog usmjeravanja, svi odnosi između logičkih mreža moraju biti specificirani i ostati nepromijenjeni. Dinamičko usmjeravanje pretpostavlja da ruter može definirati nove staze ili modificirati informacije o starima. Dinamičko usmjeravanje koristi posebne algoritme usmjeravanja, od kojih su najčešći vektor udaljenosti i stanje veze. U prvom slučaju, usmjerivač koristi rabljene informacije o mrežnoj strukturi iz susjednih usmjerivača. U drugom slučaju, ruter radi s informacijama o vlastitim komunikacijskim kanalima i stupa u interakciju sa posebnim reprezentativnim ruterom kako bi izgradio kompletnu mrežnu mapu.

Na izbor najbolje rute najčešće utiču faktori kao što su broj skokova kroz rutere (broj skokova) i broj tikova (vremenskih jedinica) potrebnih da se stigne do odredišne ​​mreže (tick count).

Usluga povezivanja na mrežni sloj funkcionira kada se ne koristi usluga povezivanja podsloja LLC OSI sloja veze.

Prilikom izgradnje međusobno povezane mreže potrebno je povezati logičke mreže izgrađene korištenjem različitih tehnologija i pružanjem različitih usluga. Da bi mreža radila, logičke mreže moraju biti u stanju ispravno tumačiti podatke i kontrolisati informacije. Ovaj zadatak se postiže pristupnikom, koji je uređaj, ili aplikativni program koji prevodi i tumači pravila jedne logičke mreže u pravila druge. Općenito, pristupnici se mogu implementirati na bilo kojoj razini OSI modela, ali najčešće se implementiraju na višim razinama modela.

Transportni sloj

Transportni sloj vam omogućava da sakrijete fizički i logička struktura mreže iz aplikacija gornjih slojeva OSI modela. Aplikacije rade samo sa servisnim funkcijama, koje su prilično univerzalne i ne ovise o fizičkim i logičkim topologijama mreže. Karakteristike logičke i fizičke mreže implementirane su na prethodnim slojevima, gdje transportni sloj prenosi podatke.

Transportni sloj često kompenzira nedostatak pouzdane usluge povezivanja orijentirane na niže slojeve. Izraz "pouzdan" ne znači da će se svi podaci isporučiti u svim slučajevima. Međutim, pouzdane implementacije protokola transportnog sloja obično mogu potvrditi ili odbiti isporuku podataka. Ako podaci nisu pravilno isporučeni prijemnom uređaju, transportni sloj može ponovo poslati ili obavijestiti više slojeve da se ne može isporučiti. Viši nivoi tada mogu poduzeti potrebne korektivne radnje ili omogućiti korisniku izbor.

Mnogi protokoli u računarskim mrežama pružaju korisnicima mogućnost rada sa jednostavnim imenima na prirodnom jeziku umjesto sa složenim i teško pamtljivim alfanumeričkim adresama. Razrješenje adresa / imena funkcija je identificiranja ili mapiranja imena i alfanumeričkih adresa jedni s drugima. Ovu funkciju može izvesti svaki entitet na mreži ili davatelji posebnih usluga koji se nazivaju poslužitelji direktorija, poslužitelji imena itd. Sljedeće definicije klasificiraju metode prevođenja adresa / imena:

• pokretanje usluga korisnika;
• iniciranje od strane provajdera servisa.

U prvom slučaju, korisnik mreže naziva uslugu logičkim imenom, a da ne zna tačnu lokaciju usluge. Korisnik ne zna da li je ova usluga trenutno dostupna. Prilikom pristupa, logičko ime se preslikava u fizičko ime, a korisnička radna stanica inicira poziv direktno usluzi. U drugom slučaju, svaka usluga povremeno obavještava sve klijente mreže. Svaki od klijenata u svakom trenutku zna da li je usluga dostupna i zna kako da direktno kontaktira servis.

Metode adresiranja

Adrese usluga identificiraju određene softverske procese koji se izvode na mrežnim uređajima. Osim ovih adresa, pružatelji usluga prate različite razgovore koje vode s uređajima koji traže usluge. Dvije različite metode dijaloga koriste sljedeće adrese:

• identifikator veze;
• identifikator transakcije.

Identifikator veze, koji se naziva i ID veze, port ili utičnica, identifikuje svaki razgovor. Davatelj veze može komunicirati s više klijenata koristeći identifikator veze. Davatelj usluga se poziva na svaki entitet za promjenu prema njegovom broju i oslanja se na transportni sloj za koordinaciju drugih adresa nižeg sloja. Identifikator veze je povezan s određenim razgovorom.

ID -ovi transakcija slični su ID -ovima veze, ali rade u jedinicama manjim od dijaloga. Transakcija se sastoji od zahtjeva i odgovora. Pružatelji usluga i potrošači prate odlazak i dolazak svake transakcije, a ne cijeli razgovor.

Nivo sesije

Sloj sesije olakšava komunikaciju između uređaja koji traže i pružaju usluge. Komunikacijske sesije kontroliraju mehanizmi koji uspostavljaju, održavaju, sinhroniziraju i upravljaju dijalogom između subjekata koji komuniciraju. Ovaj nivo takođe pomaže gornjim nivoima identificirati dostupnu mrežnu uslugu i povezati se s njom.

Sloj sesije koristi informacije o logičkoj adresi koje dostavljaju niži slojevi za identifikaciju imena servera i adresa koje zahtijevaju gornji slojevi.

Sloj sesije također pokreće dijaloge između pružatelja usluga i potrošačkih uređaja. Prilikom izvođenja ove funkcije, sesijski sloj često nameće ili identificira svaki objekt i koordinira prava pristupa na njega.

Sloj sesije implementira kontrolu dijaloga koristeći jednu od tri komunikacijske metode - simpleks, poludupleks i puni dupleks.

Simplex komunikacija uključuje samo jednosmjerni prijenos od izvora do primatelja informacija. Ova metoda komunikacije ne daje nikakvu povratnu informaciju (od primaoca do izvora). Poludupleks dozvoljava korištenje jednog medija za prijenos podataka za dvosmjerni prijenos informacija, međutim, informacije se mogu prenositi samo u jednom smjeru odjednom. Puni dupleks omogućava istovremeni prijenos informacija u oba smjera preko medija za prijenos podataka.

Administracija komunikacijske sesije između dva mrežna objekta, koja se sastoji od uspostavljanja veze, prijenosa podataka, prekida veze, također se vrši na ovom nivou OSI modela. Nakon uspostavljanja sesije, softver koji implementira funkcije ovom nivou, može provjeriti ispravnost (održavati) vezu dok se ne prekine.

Prezentacijski sloj

Glavni zadatak sloja prezentacije podataka je da konvertuje podatke u međusobno dogovorene formate (sintaksa razmene) koji su razumljivi svim mrežnim aplikacijama i računarima na kojima aplikacije rade. Na ovoj razini rješavaju se i problemi kompresije i dekompresije podataka te njihova enkripcija.

Konverzija se odnosi na promjenu redoslijeda bitova u bajtovima, redoslijeda bajtova u riječi, kodova znakova i sintakse naziva datoteka.

Potreba za promjenom redoslijeda bitova i bajtova nastaje zbog prisutnosti velikog broja različitih procesora, računara, kompleksa i sistema. Procesori različitih proizvođača mogu različito tumačiti nulti i sedmi bit u bajtu (ili je nulti bit najznačajniji ili sedmi). Bajtovi koji čine velike jedinice informacija - riječi - tretiraju se na sličan način.

Da bi korisnici različitih operativnih sistema dobili informacije u obliku fajlova sa ispravnim nazivima i sadržajem, ovaj nivo obezbeđuje ispravnu konverziju sintakse fajla. Različiti operativni sistemi različito rade sa svojim datotečnim sistemima i implementiraju različite načine generisanja imena datoteka. Podaci u datotekama se također pohranjuju u određenom kodiranju znakova. Kada su dva mrežna objekta u interakciji, važno je da svaki od njih može interpretirati informacije o datoteci na svoj način, ali značenje informacija se ne smije mijenjati.

Sloj prezentacije konvertuje podatke u međusobno konzistentan format (sintaksu razmene) koji je razumljiv svim umreženim aplikacijama i računarima na kojima se aplikacije pokreću. Također može komprimirati i proširiti, kao i šifrirati i dešifrirati podatke.

Računari koriste različita pravila za predstavljanje podataka pomoću binarnih nula i jedinica. Iako sva ova pravila pokušavaju da postignu zajednički cilj predstavljanja podataka čitljivih ljudi, proizvođači računara i organizacije za standarde su stvorile konfliktna pravila. Kada dva računara koja koriste različite skupove pravila pokušavaju međusobno komunicirati, često moraju izvršiti neke transformacije.

Lokalni i mrežni operativni sistemi često šifriraju podatke kako bi ih zaštitili od neovlaštene upotrebe. Šifriranje je opći pojam koji opisuje neke metode zaštite podataka. Zaštita se često izvodi kodiranjem podataka, koji koristi jednu ili više od tri metode: permutaciju, zamjenu, algebarsku metodu.

Svaka od ovih metoda je jednostavno poseban način zaštite podataka na način da ih mogu razumjeti samo oni koji poznaju algoritam šifriranja. Šifriranje podataka može se izvesti i hardverski i softverski. Međutim, end-to-end enkripcija podataka se obično vrši u softveru i smatra se dijelom funkcionalnosti sloja prezentacije. Za obavještavanje objekata o korištenoj metodi šifriranja obično se koriste 2 metode - privatni ključevi i javni ključevi.

Metode šifriranja sa tajnim ključem koriste jedan ključ. Mrežni entiteti koji posjeduju ključ mogu šifrirati i dešifrirati svaku poruku. Stoga se ključ mora čuvati u tajnosti. Ključ može biti ugrađen u hardverske čipove ili ga instalirati administrator mreže. Svaki put kada se ključ promijeni, svi uređaji moraju biti promijenjeni (preporučljivo je ne koristiti mrežu za prijenos vrijednosti novog ključa).

Mrežni entiteti koji koriste tehnike šifriranja javnog ključa podržani su tajnim ključem i nekom poznatom vrijednošću. Objekt kreira javni ključ manipulirajući poznatom vrijednošću s tajnim ključem. Entitet koji inicira komunikaciju šalje svoj javni ključ primaocu. Drugi entitet zatim matematički kombinuje sopstveni privatni ključ sa javnim ključem koji mu je prosleđen da bi postavio obostrano prihvatljivu vrednost šifrovanja.

Samo neovlašteni korisnici imaju samo javni ključ. Složenost rezultirajućeg ključa za šifriranje dovoljno je velika da se može izračunati u razumnom vremenu. Čak ni poznavanje vlastitog privatnog ključa i nečijeg javnog ključa neće mnogo pomoći u određivanju još jedne tajne - zbog složenosti logaritamskih proračuna za velike brojeve.

Nivo aplikacije

Aplikacijski sloj sadrži sve elemente i funkcije specifične za svaku vrstu mrežne usluge. Šest nižih slojeva kombinira zadatke i tehnologije koji pružaju opću podršku mrežnim uslugama, dok aplikacijski sloj pruža protokole potrebne za obavljanje određenih funkcija mrežnih usluga.

Poslužitelji predstavljaju informacije klijentima na mreži o vrstama usluga koje pružaju. Osnovni mehanizmi za identifikaciju ponuđenih usluga pružaju elemente kao što su adrese usluga. Osim toga, serveri koriste metode za predstavljanje svojih usluga kao što su aktivne i pasivne reprezentacije usluga.

Prilikom implementacije oglasa o aktivnoj usluzi, svaki poslužitelj povremeno šalje poruke (uključujući adrese usluga) koje najavljuju njegovu dostupnost. Klijenti također mogu anketirati mrežne uređaje tražeći određenu vrstu usluge. Klijenti na mreži prikupljaju prikaze servera i generiraju tablice trenutno dostupnih usluga. Većina mreža koje koriste aktivnu metodu prezentacije također definiraju određeni period valjanosti za reprezentacije usluga. Na primjer, ako mrežni protokol navodi da se reprezentacije usluga trebaju slati svakih pet minuta, klijenti će isteći vrijeme za one usluge koje nisu bile predstavljene u posljednjih pet minuta. Kada istekne vremensko ograničenje, klijent uklanja uslugu iz svojih tablica.

Serveri implementiraju pasivno oglašavanje usluge tako što registruju svoju uslugu i adresu u imeniku. Kada korisnici žele da odrede dostupne vrste usluga, jednostavno traže od imenika lokaciju željene usluge i njenu adresu.

Prije nego što se mrežna usluga može koristiti, ona mora biti dostupna lokalnom operativnom sistemu računara. Postoji nekoliko metoda za rješavanje ovog problema, ali svaka takva metoda može biti određena pozicijom ili nivoom na kojem je lokal operativni sistem prepoznaje mrežni operativni sistem. Pružene usluge mogu se podijeliti u tri kategorije:

• presretanje poziva na operativni sistem;
• daljinski način rada;
• zajednička obrada podataka.

Kada koristite OC presretanje poziva, lokalni operativni sistem potpuno nije svjestan postojanja mrežne usluge. Na primjer, kada DOS aplikacija pokuša pročitati datoteku s mrežnog poslužitelja datoteka, pretpostavlja da se datoteka nalazi na lokalnoj pohrani. U stvarnosti, poseban komad softvera presreće zahtjev za čitanjem datoteke prije nego što stigne do lokalnog operativnog sistema (DOS) i prosljeđuje zahtjev mrežnom servisu datoteka.

U drugoj krajnosti, sa daljinskim upravljanjem, lokalni operativni sistem je svjestan mreže i odgovoran je za slanje zahtjeva mrežnom servisu. Međutim, poslužitelj ne zna ništa o klijentu. Operativnom sistemu servera svi servisni zahtjevi izgledaju isto, bilo da su interni ili poslani preko mreže.

Konačno, postoje operativni sistemi koji su svjesni postojanja mreže. Potrošač usluga i pružatelj usluga međusobno se prepoznaju i zajedno rade na koordinaciji korištenja usluge. Ova vrsta korištenja usluge obično je potrebna za peer-to-peer kolaborativnu obradu. Zajednička obrada podataka podrazumijeva odvajanje mogućnosti obrade podataka za obavljanje jednog zadatka. To znači da operativni sistem mora biti svjestan postojanja i mogućnosti drugih i biti u stanju da sarađuje s njima kako bi ostvario željeni zadatak.

ComputerPres 6 "1999