PROTOCOALELE MODEMULUI FIZIC

Telecomunicațiile sunt industria cu cea mai rapidă creștere din lume. Relevanța acestei industrii special pentru țara noastră, datorită dimensiunii sale și a problemelor tradiționale legate de durabilitate și manevrabilitate, cu greu poate fi supraestimată. Pe de altă parte, subdezvoltarea, din păcate, a canalelor moderne de comunicare nu permite să profite din plin de realizările mondiale în domeniul sistemelor digitale de transmisie a informațiilor de mare viteză. De aceea, rămân modemurile pentru canalele de comunicații telefonice dial-up și, cred, vor rămâne cel mai răspândit mijloc de comunicare informațională pentru mult timp. În plus, judecând după entuziasmul cu care cei mai importanți producători străini de echipamente de telecomunicații au preluat dezvoltarea și producția de modemuri în conformitate cu noul standard V.34, interesul pentru subiectele modemului nu va dispărea în curând în țările care sunt mai prospere în ceea ce privește a infrastructurii de comunicații.

Acest articol încearcă să ofere o imagine de ansamblu asupra protocoalelor de nivel fizic și a parametrilor acestora pentru modemurile care operează prin dial-up și canale dedicate de comunicații de voce-frecvență (canale telefonice). Înainte de a începe revizuirea în sine, merită să faceți câteva comentarii generale cu privire la terminologia acceptată și principiile de funcționare a modemului. Acest lucru va elimina posibilele neînțelegeri asociate cu vagitatea publicului larg cu privire la diferența dintre conceptele de baud și respectiv bit / s, între rata de modulație și rata de informații. În plus, vor fi utile informații despre tipurile posibile de modulație utilizate în modemuri, precum și despre comunicarea duplex și despre cum să o asigurați.

Viteză

Canalele de voce analogice se caracterizează prin faptul că spectrul semnalului transmis peste ele este limitat la intervalul de la 300 Hz la 3400 Hz. Motivele pentru care apare o astfel de limitare, să rămână în afara domeniului de aplicare al acestui articol. Să o luăm de la sine înțeles. Această limitare a spectrului este principalul obstacol în utilizarea canalelor telefonice pentru transmiterea rapidă a informațiilor digitale. O persoană familiarizată cu lucrările lui Nyquist ne va indica fără îndoială că rata de transmisie a informațiilor pe un canal cu un spectru limitat nu poate depăși lățimea acestui spectru, adică 3100 baud în cazul nostru. Dar cum rămâne cu modemurile care transmit informații la viteze de 4800, 9600, 14400 bps și chiar mai mult? Răspunsul se sugerează: în tehnologia analogică, baud și bit / s nu sunt același lucru. Pentru a clarifica această teză, merită să aruncăm o privire mai atentă la nivelul fizic al funcționării modemului.

Semnalul electric care se propagă de-a lungul canalului este caracterizat prin trei parametri - amplitudine, frecvență și fază. Schimbarea unuia dintre acești parametri, sau chiar împreună a unui anumit set de aceștia, în funcție de valorile biților de informație, constituie esența fizică a procesului de modulație. Fiecare element informațional corespunde unui interval de timp fix la care semnalul electric are anumite valori ale parametrilor săi care caracterizează valoarea acestui element informațional. Această perioadă de timp se numește interval de baud. Dacă elementul codat corespunde unui bit de informații, care poate lua valoarea 0 sau 1, atunci pe intervalul de transmisie, parametrii semnalului, respectiv, pot lua unul din cele două seturi predefinite de valori de amplitudine, frecvență și fază. În acest caz, rata de modulație (numită și rată liniară sau baud) este egală cu rata informației, adică 1 baud = 1 bit / s. Dar elementul codat poate să nu corespundă unuia, ci, de exemplu, doi biți de informații. În acest caz, rata informației va fi de două ori mai mare decât rata baud, iar parametrii semnalului la intervalul baud pot lua unul din cele patru seturi de valori corespunzătoare 00, 01, 10 sau 11.

În cazul general, dacă n biți sunt codați pe un interval de baud, atunci rata de informații va depăși rata de baud de n ori. Dar numărul stărilor de semnal posibile într-un spațiu tridimensional (în general) - amplitudine, frecvență, fază - va fi egal cu 2 ** n. Aceasta înseamnă că demodulatorul modemului, după ce a primit un anumit semnal pe intervalul de transmisie, va trebui să-l compare cu 2 ** n semnale de referință și să selecteze cu precizie unul dintre ele pentru a decoda n biții doriti. Astfel, odată cu o creștere a capacității de codificare și o creștere a ratei de informații în raport cu rata de transmisie, distanța în spațiul semnalului între două puncte adiacente scade într-o progresie a legii puterii. Și acest lucru, la rândul său, impune cerințe din ce în ce mai stricte „purității” canalului de transmisie. Viteza teoretic posibilă într-un canal real este determinată de binecunoscuta formulă Shannon:

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

unde F este lățimea de bandă a canalului, S / N este raportul semnal-zgomot.

Al doilea factor determină capacitățile canalului din punctul de vedere al zgomotului său pentru transmiterea fiabilă a unui semnal care codifică mai mult de un bit de informații în intervalul de transmisie. Deci, de exemplu, dacă raportul semnal-zgomot corespunde cu 20 dB, adică puterea semnalului care ajunge la modemul de la distanță este de 100 de ori mai mare decât puterea de zgomot și se utilizează lățimea de bandă completă a canalului de frecvență a tonului (3100 Hz), limita maximă Shannon este de 20 640 biți / s.

Modulare

Vorbind despre tipurile de modulație, ne vom limita doar la cele care sunt de fapt utilizate în modemuri. Și există de fapt doar trei dintre ele: frecvență, diferență de fază și modulație amplitudine-fază cu mai multe poziții. Toate celelalte nu sunt altceva decât variații ale acestor trei.

Cu modulația de frecvență (FSK, Frequency Shift Keying), valorile 0 și 1 ale bitului de informații corespund propriilor frecvențe semnal fizic cu amplitudinea sa neschimbată. Modulația de frecvență este extrem de rezistentă la interferențe, deoarece este în principal amplitudinea semnalului, nu frecvența, care este distorsionată de interferențe. În acest caz, fiabilitatea demodulării și, prin urmare, imunitatea la zgomot, este cu atât mai mare cu cât perioadele semnalului cad în intervalul de baud. Dar o creștere a intervalului de baud, din motive evidente, scade rata de transfer a informațiilor. Pe de altă parte, lățimea spectrului de semnal necesară pentru acest tip de modulație poate fi semnificativ mai îngustă decât întreaga lățime de bandă a canalului. Prin urmare, domeniul de aplicare FSK - standarde de viteză redusă, dar foarte fiabile, care permit comunicarea pe canale cu distorsiuni mari ale caracteristicii amplitudine-frecvență sau chiar cu o lățime de bandă trunchiată.

În modulația diferenței de fază (DPSK, Differential Phase Shift Keying), variabila parametrului în funcție de valoarea elementului informațional este faza semnalului la amplitudine și frecvență constante. În acest caz, fiecare element informațional este asociat nu cu valoarea absolută a fazei, ci cu modificarea sa față de valoarea anterioară. Dacă elementul informațional este un dibit, atunci în funcție de valoarea acestuia (00, 01, 10 sau 11), faza semnalului se poate modifica cu 90, 180, 270 grade sau nu se poate modifica deloc. Din teoria informației se știe că modularea de fază este cea mai informativă, dar o creștere a numărului de biți codificați peste trei (8 poziții de rotație a fazei) duce la o scădere bruscă a imunității la zgomot. Prin urmare pe viteze mari se utilizează metode combinate de modulare amplitudine-fază.

Modulația amplitudine-fază multi-poziție este numită și Modulația amplitudinii în quadratură (QAM). Aici, pe lângă schimbarea fazei semnalului, se folosește manipularea amplitudinii acestuia, ceea ce face posibilă creșterea numărului de biți codați. În prezent, sunt utilizate modulații în care numărul de biți de informații codați pe un interval de baud poate ajunge la 8 și, în consecință, numărul de poziții ale semnalului în spațiul semnalului - până la 256. Cu toate acestea, utilizarea QAM multipunct în formă pură se confruntă cu probleme grave asociate cu imunitatea insuficientă la zgomot de codare. Prin urmare, toate protocoalele moderne de mare viteză utilizează o variație a acestui tip de modulație, așa-numita. modularea cu codare a spalierului sau codarea spalierului (TCM, Trellis Coded Modulation), care permite creșterea imunității la zgomot a transmisiei informațiilor - pentru a reduce cerințele pentru raportul semnal-zgomot în canal cu 3 până la 6 dB. Esența acestei codificări este introducerea redundanței. Spațiul semnalului este dublat prin adăugarea încă unul la biții de informații, care se formează prin codificare convoluțională pe o parte a biților de informații și introducerea elementelor de întârziere. Grupul extins în acest mod este supus aceleiași modulații amplitudine-fază cu mai multe poziții. În procesul de demodulare a semnalului recepționat, acesta este decodat folosind un algoritm Vitterbee foarte sofisticat, care permite, datorită redundanței introduse și cunoașterii istoriei, să selecteze cel mai fiabil punct din spațiul semnalului prin criteriul maxim de probabilitate și , prin urmare, pentru a determina valorile biților de informații.

Operațiunea duplex înseamnă capacitatea de a transmite informații în ambele direcții simultan. O linie telefonică obișnuită este un exemplu tipic de linie duplex. Vă permite să spuneți ceva interlocutorului dvs. în același timp când el la rândul său încearcă să vă spună ceva. O altă întrebare este dacă vă veți înțelege, dar acestea sunt problemele voastre. Analogia poate fi atribuită pe deplin comunicării modem. Problema pentru modem nu va fi în capacitatea canalului de a transmite informații duplex, ci în capacitatea demodulatorului de modem de a recunoaște semnalul de intrare pe fundalul propriului său semnal de ieșire reflectat de echipamentul PBX, care de fapt devine zgomot pentru modem. Mai mult, puterea sa nu poate fi comparabilă doar, dar în majoritatea cazurilor depășește semnificativ puterea semnalului util primit. Prin urmare, dacă modemurile pot transmite informații simultan în ambele direcții este determinat de capacitățile protocolului de strat fizic.

Care sunt modalitățile de a oferi duplex? Cel mai evident mod, care nu necesită nicio imaginație specială de la dezvoltatorii de modem, dar necesită din rețeaua de telefonie capacitatea de a se conecta la o terminație cu patru fire, rezultă din posibilitatea menționată. Dacă există o astfel de posibilitate, atunci în acest caz fiecare pereche este utilizată pentru a transmite informații într-o singură direcție.

Dacă este necesar să furnizați duplex atunci când lucrați pe o linie cu două fire, atunci trebuie să utilizați alte metode. Una dintre ele este multiplexarea prin divizarea frecvenței. Întreaga lățime de bandă a canalului este împărțită în două subcanaluri de frecvență, fiecare dintre acestea fiind transmisă într-o singură direcție. Alegerea subcanalului de transmisie se efectuează în etapa de stabilire a conexiunii și, de regulă, este asociată fără echivoc cu rolul modemului în sesiunea de comunicare: apel sau răspuns. Evident, această metodă nu permite utilizarea completă a capabilităților canalului datorită îngustării semnificative a lățimii de bandă. Mai mult, pentru a exclude pătrunderea armonicilor laterale în subcanalul adiacent, acestea trebuie separate printr-un „decalaj” semnificativ, ca urmare a căruia subcanalele de frecvență nu ocupă nicidecum jumătate din spectrul complet. În consecință (a se vedea formula lui Shannon), aceasta metoda furnizarea de comunicații duplex limitează rata de transmisie a informațiilor. Protocoalele existente ale stratului fizic care utilizează multiplexarea prin diviziune de frecvență asigură o comunicare duplex simetrică la viteze care nu depășesc 2400 bps.

Clauza duplex simetrică nu este întâmplătoare. Faptul este că o serie de protocoale asigură, de asemenea, o comunicare mai rapidă, dar într-o singură direcție, în timp ce canalul de întoarcere este mult mai lent. Împărțirea frecvenței în acest caz se efectuează în subcanaluri inegale în lățimea de bandă. Acest tip de comunicare duplex se numește asimetric.

O altă metodă de furnizare a duplexului simetric, care este utilizată în toate protocoalele de mare viteză, este tehnologia de anulare a ecoului (anularea ecoului). Esența sa constă în faptul că modemurile, care dețin informații despre propriul semnal de ieșire, pot folosi aceste cunoștințe pentru a-și filtra propriul zgomot „creat de om” din semnalul primit. La etapa de intrare în comunicație, fiecare modem, care trimite un anumit semnal de sondare, determină parametrii reflectării ecoului: timpul de întârziere și puterea semnalului reflectat. Și în timpul sesiunii de comunicare, eliminatorul de ecou al modemului „scade” din semnalul de intrare recepționat propriul său semnal de ieșire, corectat în conformitate cu parametrii primiți ai reflecției ecoului. Această tehnologie face posibilă utilizarea întregii lățimi de bandă a canalului pentru transmiterea duplex a informațiilor, cu toate acestea, necesită resurse de calcul foarte serioase pentru procesarea semnalului la implementarea acestuia.

În cele din urmă, este demn de remarcat faptul că multe protocoale nu încearcă să furnizeze o comunicare duplex completă. Acestea sunt așa-numitele protocoale semi-duplex. În special, toate protocoalele destinate comunicării prin fax sunt pe jumătate duplex. În acest caz, informațiile sunt transmise doar într-o singură direcție la un moment dat. La finalizarea recepționării / transmiterii unei anumite porțiuni de informații, ambele modemuri (fax) schimbă sincron direcția de transmitere a datelor (ping-pong). Datorită absenței problemelor cu penetrarea reciprocă a subcanalelor de transmisie, precum și cu reflectarea ecoului, protocoalele semi-duplex sunt în general caracterizate de o imunitate mai mare la zgomot și de capacitatea de a utiliza întreaga lățime de bandă a canalului. Cu toate acestea, eficiența utilizării canalului pentru transmiterea datelor este mai mică în comparație cu protocoalele duplex. Acest lucru se datorează în primul rând faptului că aproape toate protocoalele de transfer de date, atât stratul de legătură de date (MNP, V.42), cât și stratul de transfer de fișiere (X, Y, Zmodem, ca să nu mai vorbim de protocoalele de tip BiDirecțional), necesită două- schimb de moduri, cel puțin pentru a confirma informațiile primite. Și orice comutare a direcției de transmisie, pe lângă imposibilitatea momentană de a transmite următoarea porțiune de informații despre utilizator, necesită costuri generale suplimentare în timp pentru resincronizarea reciprocă a părților de recepție și de transmisie.

Protocoale modem ITU-T utilizate în mod obișnuit

Este un protocol full-duplex, divizat în frecvență, multiplexat, FSK. Pe canalul inferior (care este de obicei utilizat pentru transmisie de către modemul apelant) „1” este transmis la 980 Hz, iar „0” este transmis la 1180 Hz. Pe canalul superior (care transmite răspunsul), „1” este transmis la 1650 Hz, iar „0” este transmis la 1850 Hz. Modularea și ratele de date sunt egale - 300 baud, 300 biți / s. În ciuda vitezei reduse, acest protocol găsește aplicația în primul rând ca „urgență”, dacă este imposibilă din cauza nivel inalt interferență pentru a utiliza alte protocoale de strat fizic. În plus, datorită imunității sale și imunității la zgomot, este utilizat în aplicații speciale de nivel înalt care necesită o fiabilitate ridicată a transmisiei. De exemplu, atunci când stabiliți o conexiune între modemuri conform noii recomandări V.8 sau pentru transmiterea comenzilor de control în timpul comunicării facsimile (canalul superior).

Este un protocol duplex, multiplexare prin diviziune de frecvență cu modulație DPSK. Frecvența purtătoare a canalului inferior (transmite apelantul Hz, cea superioară (transmite Hz care răspunde. Rata de modulație este de 600 baud. Viteza poate fi de 600 sau 1200 bps. Acest protocol este de fapt absorbit de protocolul V.22bis.

Este un full duplex, divizare de frecvență, protocol de modulare QAM. Frecvența purtătoare a canalului inferior (transmite apelantul Hz, cel superior - 2400 Hz. Rata de modulație - 600 baud. Are moduri de modulare a amplitudinii în cvadratură în patru poziții (codat dibit) și șaisprezece (codat cu patru biți). În consecință, rata de informații poate fi de 1200 sau 2400 biți / s. Modul 1200 biți / s este pe deplin compatibil cu V.22, în ciuda tipului diferit de modulație. Faptul este că primii doi biți în modul 16-QAM (quadbit) determină modificarea cadranului de fază față de elementul de semnal anterior și, prin urmare, nu sunt responsabile pentru amplitudine, iar ultimii doi biți definesc poziția elementului de semnal în cadran cu variație de amplitudine. Astfel, DPSK poate fi considerat ca fiind un în cazul QAM, unde ultimii doi biți nu își schimbă valorile. Ca rezultat, patru poziții sunt selectate din șaisprezece poziții în cadrane diferite, dar cu aceeași poziție în cadran, chiar și cu aceeași amplitudine. Protocolul V.22bis este standardul de facto pentru toate modemurile de viteză medie.

Este un protocol duplex cu anulare a ecoului și modulație a amplitudinii în cvadratură sau modulație codificată în spalier. Frecvența purtătorului - 1800 Hz, rata de modulație - 2400 baud. Astfel, se utilizează un spectru cu o lățime de 600 până la 3000 Hz. Are moduri QAM în două poziții (bit), patru poziții (dibit) și șaisprezece poziții (quadbit). În consecință, rata de date poate fi de 2400, 4800 și 9600 bps. În plus, pentru 9600 bps există o modulație alternativă - TCM pe 32 de poziții.

Este un protocol duplex cu anulare ecou și modulație TCM. Folosește la fel ca V.32, cu o frecvență purtătoare de 1800 Hz și o rată de modulație de 2400 baud. Are moduri 16-TCM, 32-TCM, 64-TCM și 128-TCM. În consecință, rata de informații poate fi de 7200, 9600, 12000 și 14400 bps. Modul 32-TCM este pe deplin compatibil cu modul V.32 corespunzător. V.32bis este standardul de facto pentru toate modemurile de mare viteză.

Protocoale exotice ale modemului ITU-T

Este un protocol FSK semi-duplex. Are două moduri de viteză: 600 bps și 1200 bps. Modulația și ratele de date sunt egale: 600 și, respectiv, 1200 baud. În ambele moduri, „1” este transmis la 1300 Hz. În modul 600 bps, „0” este transmis la 1700 Hz, iar în modul 1200 bps, la 2100 Hz. Implementarea protocolului poate include opțional o legătură inversă care funcționează la 75 bps, ceea ce transformă protocolul într-un duplex asimetric. Frecvența de transmisie "1" în canalul de retur este de 390 Hz, "0" - 450 Hz. Acest protocol a căzut practic din uz ca protocol standard de comunicare inter-modem și nu fiecare modem standard este echipat cu acesta. Cu toate acestea, a servit și rămâne baza pentru implementarea modemurilor non-standard care sunt răspândite în țara noastră (cum ar fi LEXAND). Aparent, datorită simplității, imunității ridicate la zgomot și vitezei decente (comparativ cu V.21). În plus, în mai multe țări europene, acest protocol este utilizat în sistemul de informații Videotex.

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

Aceste trei protocoale combină tipul de modulație - DPSK, frecvența purtătoare - 1800 Hz și rata de modulație - 1200 baud. Diferența dintre ele constă în posibilitatea și metodele de furnizare a comunicării full-duplex și în viteza informației. V.26 oferă duplex complet numai pe o linie dedicată cu patru fire, V.26bis este un protocol semi-duplex conceput pentru liniile dial-up cu două fire, iar V.26ter oferă duplex complet utilizând tehnologia de anulare a ecoului. În plus, primele două protocoale pot fi duplex asimetric, incluzând opțional o legătură inversă care funcționează la 75 bps în conformitate cu V.23. Toate cele trei protocoale oferă o rată de transfer de date de 2400 bps prin DPSK în patru poziții (dibit). V.26bis și V.26ter au, de asemenea, DPSK în două poziții (bit), oferind 1200 bps.

Acest protocol folosește modularea codificată TCM. Este proiectat pentru a oferi comunicații duplex complete pe canale dedicate cu patru fire. Are o frecvență purtătoare de 1800 Hz și o rată de modulație de 2400 baud. Funcționează în moduri 64-TCM și 128-TCM. În consecință, rata de informații poate fi de 12000 și 14400 bps. Acest protocol este foarte similar cu V.32bis fără anularea ecoului. Mai mult, dacă un modem cu protocol V.33 este instalat pe o terminație cu patru fire înainte de un sistem PBX diferențial, atunci acesta va putea comunica cu un modem V.32bis la distanță instalat pe o linie cu două fire.

Protocoale de fax ITU-T utilizate în mod obișnuit

Acest protocol utilizează modulația diferenței de fază cu o frecvență purtătoare de 1800 Hz. Pot fi utilizate două moduri cu rate de transmisie diferite: 2400 și 4800 bps. Rata de informații de 2400 bps se realizează cu o rată de modulație de 1200 baud și codarea dibitului (DPSK în 4 poziții) și 4800 bps - cu o rată de 1600 baud și codificarea unui afluent (DPSK în 8 poziții). Este demn de remarcat faptul că există încă protocoale modem puțin utilizate din această familie - V.27 și V.27bis, care diferă de V.27ter, în principal în ceea ce privește tipul de canal (dedicat cu patru fire) pentru care sunt destinate.

Acest protocol folosește modularea amplitudinii quadraturii. Frecvența purtătorului - 1700 Hz, rata de modulație - 2400 baud. Are moduri QAM în 8 poziții (afluent) și 16 poziții (quadbit). În consecință, rata de informații poate fi de 7200 și 9600 bps.

Acest protocol este foarte similar în parametrii săi cu V.32bis. Folosește modulație codificată în spalier. Frecvența purtătoare este de 1800 Hz, iar rata de modulație este de 2400 baud. Are moduri 16-TCM, 32-TCM, 64-TCM și 128-TCM. În consecință, rata de informații poate fi 7200, 9600, 12000 și 14400 bps.

Protocoale modem non-standard

Acest protocol, dezvoltat de AT&T, este deschis implementării de către dezvoltatorii de modem. În special, în plus față de LSIs de la AT&T, acest protocol este implementat în unele modemuri din U. S. Robotics. Protocolul este de fapt o dezvoltare mecanică a tehnologiei V.32bis: duplex cu anulare ecou, ​​modulație de codare a spalierului, rată de modulație - 2400 baud, purtător - 1800 Hz, extinderea ratelor de informații cu valori de 16800 și 19200 bit / s datorate la 256-TCM și 512- TCM. Consecința acestei abordări este cerințele foarte stricte ale acestui protocol față de linie. De exemplu, pentru o funcționare stabilă la o viteză de 19200 biți / s, raportul semnal-zgomot trebuie să fie de cel puțin 30 dB.

Protocolul a fost dezvoltat de ZyXEL Communications Corporation și implementat în propriile modemuri. Acest protocol, la fel ca V.32terbo, extinde V.32bis cu viteze de date de 16800 și 19200 bps, păstrând în același timp tehnologia de anulare a ecoului, modulația codificată în rețea și purtătorul de 1800 Hz. Rata de modulație de 2400 baud este păstrată numai pentru 16800 bps. 19200 bps se realizează prin creșterea ratei de modulație la 2743 baud, menținând în același timp modul de modulare 256-TCM pentru ambele rate. Această soluție face posibilă reducerea cerinței raportului semnal-zgomot pe linie cu 2,4 dB, cu toate acestea, extinderea lățimii de bandă poate afecta negativ cu distorsiuni mari ale răspunsului de frecvență al canalului.

Protocolul HST (High Speed ​​Technology) a fost dezvoltat de U. S. Robotics și implementat în modemurile din seria Courier. Este un protocol duplex asimetric de diviziune a frecvenței. Canalul de retur are moduri de 300 și 450 bps. Canalul principal este 4800, 7200, 9600, 12000, 14400 și 16800 bps. Se aplică modulația în spate cu o rată de modulație de 2400 baud. Se caracterizează printr-o simplitate comparativă și o imunitate ridicată la zgomot datorită absenței nevoii de compensare a ecoului și absenței influenței reciproce a canalelor.

Protocoalele semi-duplex ale familiei PEP (Packetized Ensemble Protocol) au fost dezvoltate de Telebit și implementate în modemurile TrailBlazer (PEP) și WorldBlazer (TurboPEP). Aceste protocoale utilizează întreaga lățime de bandă a canalului vocal într-un mod fundamental diferit pentru transmisia de date de mare viteză. Întregul canal este împărțit în multe subcanaluri de frecvență cu bandă îngustă, fiecare dintre ele transmitându-și independent propria porțiune de biți din fluxul de informații generale. Aceste tipuri de protocoale se numesc protocoale multicanal sau paralel sau multicarrier. În protocolul PEP, un canal este împărțit în 511 subcanaluri. Fiecare subcanal are o lățime de aproximativ 6 Hz, cu o rată de modulație de 2 până la 6 baud utilizând QAM care codifică 2 până la 6 biți pe baud. Există mai multe grade de libertate pentru a asigura debitul maxim al fiecărui canal specific, care are propriile sale caracteristici în ceea ce privește distorsiunea și interferența. În procesul de stabilire a unei conexiuni, fiecare subcanal de frecvență este testat independent și se determină posibilitatea utilizării acestuia, precum și parametrii: rata de modulație a subcanalului și numărul de poziții de modulație. Rata maximă de transmisie pentru protocolul PEP poate fi de până la 19200 bps. În cursul unei sesiuni, când situația de interferență se deteriorează, parametrii subcanalelor se pot modifica și unele subcanaluri pot fi dezactivate. În acest caz, scăderea reducerii vitezei nu depășește 100 biți / s. Protocolul TurboPEP prin creșterea numărului de subcanaluri, precum și a numărului de biți codați într-un interval de baud, poate atinge o viteză de 23000 bps. În plus, protocolul TurboPEP folosește modulație codificată în spalier, care crește imunitatea la zgomot a protocolului.

Principalele avantaje ale acestor protocoale sunt sensibilitatea scăzută la distorsiunea răspunsului de frecvență al canalului și sensibilitatea semnificativ mai mică la zgomotul de impuls comparativ cu protocoalele tradiționale. Dacă primul nu ridică nicio întrebare, atunci sunt necesare câteva comentarii cu privire la zgomotul de impuls. Faptul este că, deși zgomotul de impuls „lovește” aproape întreaga lățime a spectrului, adică în toate subcanalele, datorită duratei semnalului semnificativ mai mare comparativ cu protocoalele tradiționale (6 baud versus 2400), semnalul distorsionat de zgomot este un mult mai puțin, ceea ce face posibilă demodularea normală în unele cazuri. Și ultimul lucru demn de remarcat este că, într-o serie de țări, protocoalele de acest tip sunt interzise pentru utilizarea pe circuite de telefonie dial-up. Poate pentru că protocoalele multicanal fac posibilă funcționarea cu succes chiar și pe liniile pe care sunt instalate filtre de notch prin canalizatoare zeloase (pentru a se priva clienții de ceva vinovați de posibilitatea de a utiliza canale telefonice pentru transmiterea datelor folosind modemuri standard). .

Și, în sfârșit

Lipsa aproape completă de menționare a ultimelor realizări în domeniul transmiterii de date cu viteză ultra-mare prin canale telefonice - proiecte ale lui V. fast de către diferite companii, V. FC din Rockwell International și, în cele din urmă, Recomandarea V.34 UIT- T - în revizuirea protocoalelor modemului strat fizic poate părea o provocare ... Cu toate acestea, dacă atingeți ușor subiectul din V.34, se dovedește că acesta nu este doar un alt pas către creșterea vitezei de comunicare modem, ci o descoperire revoluționară imensă în dorința de a selecta toate rezervele canalului de frecvență a tonului. . O descoperire, într-un fel, în viziunea asupra lumii, demonstrând o abordare a problemei la nivel de sistem și bazată pe un salt tehnologic ascuțit în instrumente, care vă permite să vă apropiați cât mai mult posibil de limita teoretică Shannon. Și, prin urmare, acest subiect este demn de un articol separat ...

Alexander Paskovaty, Analist-TelecomSystems

Protocol RS-232.

Există mai multe protocoale de strat fizic care sunt axate pe lucrul cu porturi precum UART. Unul dintre aceste protocoale este RS-232.

Abrevierea RS înseamnă standardul recomandat (adică nu este un standard de jure). Protocolul RS-232 definește stratul fizic al protocolului, care este adesea utilizat împreună cu UART (adică folosește modul start-stop asincron pentru transmisie, metoda de codare fizică NRZ). Principalele caracteristici ale RS-232:

· Mediu de transmisie date - fir de cupru. Semnalul este dezechilibrat (potențial). În acest caz, semnalul este transmis pe un fir individual al cablului, emițătorul și receptorul au un singur terminal, spre deosebire de semnalul diferențial (fiecare semnal este transmis pe o pereche individuală). Cel de-al doilea fir este comun (împământare), utilizat de toate semnalele simultan și conectat la puterea comună a receptorului și a emițătorului. Această metodă reduce costul cablului de conectare, dar degradează și imunitatea la zgomot a sistemului.

· Numărul de noduri - întotdeauna 2. Transmițătorul primului nod este conectat la receptorul celui de-al doilea și invers. În consecință, funcționarea full-duplex este întotdeauna utilizată - datele sunt transmise în ambele direcții simultan și independent.

· Lungime maxima fire - 15,25 m. pentru o viteză de transmisie de 19,2 Kbps.

· Nivelurile de tensiune ale semnalului la ieșirea emițătorului: semnalul este bipolar, „1” logic corespunde tensiunii -5 ¸ -15 V., „0” logic - +5 ¸ +15 V.

Nivelurile minime de tensiune la intrarea receptorului ± 3 V.

· Curent de linie - 500 mA (de fapt, driverele RS-232 produse permit un curent în 10 mA).

În prezent, există un număr mare de drivere care convertesc semnale de la niveluri digitale (semnal unipolar limitat de nivelul de putere digital) la nivelul RS-232.

Protocol RS-485.

Oferă o conexiune simplificată (fizică) peer-to-peer a unui număr arbitrar de dispozitive la o linie de date.

Caracteristici principale:

· Mediu de transmisie date - pereche întotdeauna răsucită. De obicei se utilizează 1 pereche (jumătate duplex), sunt posibile 2 perechi (full duplex, nu standard). Liniile de pereche sunt, de asemenea, etichetate A și B. Este recomandată utilizarea perechii răsucite ecranate;

· Metoda de transmisie - semi-duplex (folosind o pereche) sau full-duplex (folosind două perechi). În acest din urmă caz, modul de comunicare este similar cu modul RS-422.

· Distanța maximă de transmisie - 1220 m la o viteză de 100 kbps;

· Viteza maximă de transmisie - 10 Mbit / s pentru o distanță de până la 15 m;

· Semnalul emițătorului este bipolar. Raporturile potențiale ale liniilor A și B: starea 0 - A> B, starea 1 - B> A. Diferența de potențial între A și B ar trebui să fie de 1,5 - 5 V, nivelul curent în linie este de până la 250 ma.

Inițial, protocolul prevedea conectarea a până la 32 de dispozitive la o singură linie, dar producătorii de drivere de linie au mărit acest număr la 128-256.

1.3.3. Straturi de rețea Strat fizic

Stratul fizic transmite biți pe canalele de comunicare fizică, de exemplu,

Cablu coaxial sau pereche răsucită. Adică, acest nivel transferă direct datele. La acest nivel, caracteristicile semnalelor electrice care transmit informații discrete sunt determinate, de exemplu: tipul de codare, viteza visului, ce este. Acest nivel include, de asemenea, caracteristicile mediilor de transmisie fizică a datelor: lățimea de bandă, impedanță de undă, imunitate la zgomot. Funcțiile stratului fizic sunt implementate de un adaptor de rețea sau un port serial. Un exemplu de protocol de strat fizic este specificația 100Base-TX(tehnologie Ethernet).

Strat de legătură ( Stratul de legătură de date)

Stratul de legătură este responsabil pentru transferul de date între noduri în aceeași rețea locală. În acest caz, un nod este înțeles ca orice dispozitiv conectat la rețea. Acest strat se adresează adreselor fizice ( MAC-adrese), „cusute” în adaptoarele de rețea de către producător. Fiecare adaptor de rețea are propriul său unic MAC-adresa, adică nu veți găsi două plăci de rețea cu aceleași MAC-adresa. Stratul de legătură transformă informațiile primite din stratul superior în biți, care vor fi apoi transmise de stratul fizic prin rețea. Se împarte informațiile transmise în bucăți de date - cadre (cadre)... La acest nivel, sistemele deschise fac schimb de personal. Procesul de redirecționare arată astfel: stratul de legătură trimite un cadru la stratul fizic, care trimite cadrul către rețea. Acest cadru este primit de fiecare gazdă din rețea și verifică dacă adresa de destinație se potrivește cu adresa gazdei respective. Dacă adresele se potrivesc, stratul de legătură primește cadrul și îl transmite straturilor superioare. Dacă adresele nu se potrivesc, atunci pur și simplu ignoră cadrul. Astfel, rețeaua de la stratul de legătură este difuzată. În folosit în rețele locale protocoalele de straturi de legătură au o anumită topologie. Topologia se referă la modul în care sunt organizate legăturile fizice și modul în care acestea sunt abordate. Stratul de legătură asigură livrarea de date între nodurile dintr-o rețea cu o anumită topologie, adică pentru care este proiectat. Principalele topologii (a se vedea Figura 1.4) includ:

Fig 1.4.

1. Autobuz comun
2. Inel
3. Stea.

Protocoalele de strat de legătură sunt utilizate de computere, poduri, routere. Rețelele globale (inclusiv Internetul) rareori au o topologie obișnuită, astfel încât stratul de legătură asigură comunicarea numai între computerele conectate printr-o linie de comunicație individuală. Pentru a livra date pe întreaga rețea globală, se utilizează mijloace de nivel de rețea (protocoale punct-la-punct). Exemple de protocoale punct-la-punct sunt PPP, LAP-B... Vom vorbi despre ele mai departe.

Stratul de rețea (Layer de rețea)

Acest nivel servește pentru a forma un singur sistem de transport care unește mai multe rețele. Cu alte cuvinte, stratul de rețea asigură funcționarea prin internet. Protocoalele de straturi de legătură transferă cadre între noduri numai în rețea cu topologia adecvată. Pur și simplu - în aceeași rețea. Nu puteți trimite un cadru de strat de link către un nod dintr-o altă rețea. Această restricție nu permite construirea de rețele cu o structură dezvoltată sau rețele cu legături redundante, și anume, Internetul este o astfel de rețea. Construiește unul rețea mare la stratul de legătură de date este, de asemenea, imposibil din cauza limitărilor fizice. Și, deși, de exemplu, specificația lOBase-T vă permite să utilizați 1.024 de noduri pe un segment, performanța acestei rețele nu vă va mulțumi, deoarece la nivelul link-ului rețeaua este difuzată. Adică, un pachet de date (cadru) este trimis simultan către toate computerele din rețea. Dacă există puține computere în rețea și un canal de comunicare rapid, atunci aceasta nu este o problemă, încărcarea nu va fi critică. Și dacă există o mulțime de computere în rețea (1024), atunci sarcina în rețea va fi foarte mare și acest lucru, la rândul său, va afecta viteza de interacțiune a rețelei. Toate acestea duc la necesitatea unei soluții diferite pentru rețelele mari. Această soluție este concepută pentru implementarea stratului de rețea. La nivel de rețea, termenul de rețea ar trebui înțeles ca o colecție de computere care sunt conectate în conformitate cu una dintre topologiile de bază și care utilizează unul dintre protocoalele stratului de legătură pentru a transfera date. Rețelele sunt conectate prin dispozitive speciale - routere. Ruterul colectează informații despre topologia interconectării și, pe baza acestor informații, transmite pachetele de nivel de rețea către rețeaua de destinație. Pentru a trimite un mesaj de la computerul de trimitere la computerul de destinație, care se află pe altă rețea, trebuie să efectuați un anumit număr de transferuri de tranzit între rețele. Uneori sunt numiți și hoplmi (din engleză, hop - jump). În acest caz, de fiecare dată este selectată o rută adecvată. Postări SALUT„Stratul de rețea se numește pachete. În același timp, la nivelul rețelei funcționează mai multe tipuri de protocoale. În primul rând, acestea sunt protocoale de rețea care asigură deplasarea pachetelor prin rețea, inclusiv către o altă rețea. Prin urmare, destul de des protocoalele de rutare sunt denumite stratul de rețea. (protocoale de rutare) - RIP și OSPF... Un alt tip de protocoale care operează la nivelul rețelei sunt protocoalele de rezoluție a adreselor - Protocol de rezolvare a adreselor (ARP)... Deși aceste protocoale sunt uneori denumite stratul de legătură. Exemple clasice de protocoale de nivel de rețea: IP (stiva TCP / IP), IPX (stiva Novell).

Stratul de transport (Strat de transport)

Pe drumul de la expeditor la receptor, pachetele pot fi distruse sau pierdute. Unele aplicații își gestionează propriile erori în timpul transferului de date, dar majoritatea preferă în continuare să se ocupe de o conexiune fiabilă, care este exact ceea ce este conceput pentru a furniza stratul de transport. Acest strat oferă fiabilitatea necesară pentru livrarea pachetelor pentru aplicație sau pentru stratul superior (sesiune sau aplicație). Există cinci clase de servicii definite la nivelul de transport:

1. Urgenţă;
2. Restabilirea conexiunii întrerupte
3. Disponibilitatea facilităților de multiplexare pentru conexiuni multiple;
4. Eroare detectata;
5. Corectarea erorii.

De obicei, straturile modelului OSI, din stratul de transport și superior, sunt implementate la nivel de software de către componentele corespunzătoare ale sistemelor de operare. Exemple de protocoale de strat de transport: TCP și UDP (TCP / IP stack), SPX (Novell stack).

Stratul de sesiune

Stratul de sesiune stabilește și întrerupe conexiunile dintre computere, gestionează dialogul dintre ele și oferă, de asemenea, instrumente de sincronizare. Facilitățile de sincronizare permit introducerea informațiilor specifice de control în transmisiile lungi (puncte). Datorită acestui fapt, în cazul unei pauze în comunicare, puteți reveni (până la ultimul punct) și puteți continua transmisia de la locul pauzei. O sesiune este o conexiune logică între computere. Fiecare sesiune are trei faze:

1. Stabilirea unei conexiuni. Aici nodurile „negociază” între ele despre protocoale și parametrii de comunicație.
2. Transferul de informații.
3. Întrerupeți conexiunea.

Nu confundați o sesiune de nivel de rețea cu o sesiune de comunicare. Utilizatorul poate stabili o conexiune la Internet, dar nu poate stabili o conexiune logică cu nimeni, adică să nu primească sau să transmită date.

Strat de prezentare

Nivelul reprezentativ modifică forma informațiilor transmise, dar nu modifică conținutul acesteia. De exemplu, mijloacele acestui nivel pot fi folosite pentru a converti informații de la o codificare la alta. Criptarea și decriptarea datelor se efectuează și la acest nivel. schimb de date.

Strat de aplicație

Acest strat este o colecție de diverse protocoale prin care utilizatorii de rețea au acces la resursele partajate. O unitate de date se numește mesaj. Exemple de protocoale: HTTP, FTP, TFTP, SMTP, POP, SMB, NFS.

Rețelele locale au fost construite folosind mai multe tipuri de protocoale de strat fizic, diferind în ceea ce privește tipul de mediu de transmisie, gama de frecvență a semnalelor, nivelurile de semnal și metodele de codare.

Primele tehnologii LAN care au obținut recunoaștere comercială au fost soluții proprietare ARCNET (Atașat Resursă Calculator Reţea) și Token ring(inel de marker), însă, la începutul anilor 90 ai secolului trecut, au fost înlocuite treptat aproape peste tot de rețele bazate pe familia de protocol Ethernet.

Acest protocol a fost dezvoltat de Centrul de Cercetare Palo Alto (PARC) al Xerox în 1973. În 1980, Digital Equipment Corporation, Intel Corporation și Xerox Corporation au dezvoltat și au adoptat specificația Ethernet (versiunea 2.0). În același timp, la IEEE (Institutul de ingineri electrici și electronici), a fost organizat un comitet de standardizare a rețelei locale 802, în urma căruia a fost adoptată familia de standarde IEEE 802.x, care conține recomandări pentru proiectarea straturi inferioare ale rețelelor locale. Această familie include mai multe grupuri de standarde:

802.1 - rețea.

802.2 - Managementul legăturilor logice.

802.3 - LAN cu acces multiplu, detectarea operatorului și detectarea coliziunilor (Ethernet).

802.4 - Topologie LAN autobuz cu trecere token.

802.5 - "inel" de topologie LAN cu trecere token.

802.6 este o rețea de zonă metropolitană (MAN).

802.7 - Grupul consultativ tehnic de difuzare.

802.8 - Grupul consultativ tehnic cu fibră optică.

802.9 - Rețele integrate de voce / date.

802.10 - Securitatea rețelei.

802.11 - Rețea fără fir.

802.12 - Cerere LAN acces prioritar,

lOObaseVG-AnyLan).

802.13 - numărul nu a fost folosit !!!

802.14 - Transmisie de date prin rețele TV prin cablu (nu este activă din 2000)

802.15 - Rețele fără fir personale (WPAN), de ex. Bluetooth, ZigBee, 6loWPAN

802.16 - rețele fără fir WiMAX ( Worldwide Eunteroperabilitate pentru Mcuptor cu microunde Access, citește în rusă wimax)

802.17 se numește RPR (Resilient Packet Ring). A fost dezvoltat din 2000 ca o rețea modernă de coloană vertebrală urbană.

Fiecare grup are propriul său subcomitet, care dezvoltă și adoptă actualizări. Standardele din seria IEEE 802 acoperă două straturi ale modelului OSI, până acum suntem interesați doar de acestea și de partea care descrie stratul fizic.

Ethernet (802 .3) - LAN cu acces multiplu, detectarea operatorului și detectarea coliziunilor.

Ethernet este cel mai utilizat protocol LAN în prezent. Mai mult, specificația IEEE 802.3 descrie astăzi mai multe opțiuni pentru implementarea fizică a unei rețele LAN cu medii de transmisie și rate de date diferite.

Proprietatea de bază pe care toate aceste specificații o au în comun este metoda controlului accesului către mediul de transmisie a datelor. Pentru Ethernet este acces multiplu cu detectarea senzorului și a coliziunii(CSMA / CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Într-o rețea Ethernet, toate nodurile sunt egale, nu există un control centralizat al activității lor sau diferențierea puterilor (ca, de exemplu, în Token Ring). Fiecare nod ascultă continuu mediul de transmisie și analizează conținutul tuturor pachetelor de date, dacă pachetul nu este destinat acestui nod, nu este interesat de acesta și nu este transmis la nivelurile superioare. Problemele apar de obicei în timpul transmisiei, deoarece nimeni nu garantează că două noduri nu vor încerca să transmită în același timp (ca urmare, o superpunere imperceptibilă a celor două semnale va apărea în cablu). Pentru a preveni astfel de situații ( ciocniri) fiecare nod, înainte de a începe transmisia, se asigură că nu există semnale în cablu de la alte dispozitive de rețea ( controlul transportatorului). Dar acest lucru nu este suficient pentru a preveni coliziunile din cauza vitezei limitate de propagare a semnalului în mediul de transmisie. Este posibil ca un alt nod să fi început deja transmisia, doar semnalul de la acesta nu a ajuns încă la dispozitivul pe care îl luăm în considerare. Adică, într-o rețea Ethernet, situațiile sunt posibile și normale atunci când două sau mai multe noduri încearcă simultan să transmită date care interferează unul cu celălalt. Procedura de rezolvare a unei astfel de coliziuni constă în faptul că la detectarea prezenței semnalului altcuiva în cablu în timpul transmisiei, toate nodurile care au ajuns într-o astfel de situație opresc transmisia și încearcă să o reia prin variat intervale de timp.

Dezavantajul metodei de acces probabilistic este timpul de tranzit al cadrului nedefinit, care crește brusc odată cu creșterea încărcării rețelei, ceea ce limitează utilizarea acestuia în sistemele în timp real.

Să luăm în considerare mai detaliat procedura de detectare a coliziunilor și interdependența dimensiunilor admisibile ale rețelei de rata de transfer a datelor și lungimea pachetelor de informații transmise prin rețea. Vom analiza conținutul și structura internă a cadrelor Ethernet la nivel de legătură. Deocamdată, vom lua în considerare pur și simplu faptul că atunci când viteza de propagare a semnalului în conductor este de aproximativ 200.000.000 m / s în timpul funcționării adaptor de retea Ethernet IEEE 802.3 cu o rată de transfer de date de 10 Mbps, este nevoie de 0,8 μs pentru a trimite un octet și este un pachet de undă lung de aproximativ 150 m.

Acum să ne întoarcem din nou la imagine. Pentru ca stația de lucru „A” să știe că a existat o coliziune în timpul transmisiei, suprapunerea semnalelor „în coliziune” trebuie să ajungă la ea înainte ca transmisia să fie finalizată. Acest lucru impune restricții asupra lungimii minime posibile a pachetelor trimise. Într-adevăr, dacă utilizați pachete mai mici decât lungimea cablului între stațiile de lucru „A” și „B”, este posibilă situația când pachetul este complet trimis de prima stație (și a decis deja că transmisia a avut succes), dar nici măcar nu a ajuns la al doilea. și are tot dreptul să înceapă să-și transfere datele în orice moment. Este ușor să vă asigurați că astfel de neînțelegeri pot fi evitate numai prin utilizarea pachetelor de o astfel de lungime încât în ​​timpul transmiterii lor semnalul reușește să ajungă la cea mai îndepărtată stație și să revină înapoi.

Cu o rată de transfer de date de 10 Mbps, această problemă nu a jucat un rol semnificativ, iar lungimea minimă a cadrului a fost limitată la 64 de octeți. În timpul transmiterii lor, primii biți reușesc să ruleze aproximativ 10 km, iar pentru rețelele cu o lungime maximă a segmentului de 500 m, sunt îndeplinite toate condițiile necesare.

Când vă deplasați la 100 Mbps, lungimea cadrului minim va fi redusă de 10 ori. Acest lucru întărește semnificativ parametrii rețelei, iar distanța maximă dintre stații a fost redusă la 100 m.

La o viteză de 1000 Mbps, 64 de octeți sunt transmiși în doar 0,512 μs și, prin urmare, în rețelele gigabit, a trebuit să mărim lungimea minimă a cadrului de 8 ori până la 512 octeți. Dacă nu există suficiente date pentru a umple cadrul, adaptorul de rețea îl completează pur și simplu cu o secvență specială de caractere la această lungime. Această tehnică se numește „extinderea mass-media”.

Prin rezolvarea problemei detectării coliziunilor, extinderea mediului risipește lățimea de bandă atunci când transmite pachete mici. Pentru a reduce influența acestui factor într-un adaptor Ethernet gigabit, este permis să se formeze dintr-un anumit mod un cadru comun de lungime "normală" până la 1518 octeți în prezența mai multor cadre scurte pregătite pentru transmisie.

Mai mult, s-a propus să permită cadre mai lungi decât standardele Ethernet anterioare. Această propunere a fost implementată sub forma așa-numitelor cadre „jumbo” de până la 9018 sau chiar mai mulți octeți.

IEEE 802.3 definește mai multe standarde de strat fizic diferite. Fiecare dintre standardele protocolului IEEE 802.3 de strat fizic are un nume.

Caracteristici
Viteza, Mbps
Max. lungimea segmentului, m
Mediul de transmisie	50-ohm coaxial (gros)		WOC 1270 nm			FOC, 830, 1270 nm
Topologie
Tipul de transfer	jumătate duplex

Din tabel se poate observa că topologia comună originală a magistralei (Ethernet gros, Ethernet subțire) a fost înlocuită rapid cu o stea.

TokenRing (IEEE 802.5)

Token Ring a fost introdus de IBM în 1984 ca parte a modului său propus de a rețea întreaga gamă de computere și sisteme de calculatoare IBM. În 1985, comitetul IEEE 802 bazat pe această tehnologie a adoptat standardul IEEE 802.5. Diferența fundamentală față de Ethernet - determinat metamfetamină Codul de acces la mediu într-o ordine predefinită. Implementarea accesului cu transfer de token (utilizat și în rețelele ARCnet și FDDI).

Topologia inelului înseamnă transferul ordonat al informațiilor de la o stație la alta într-o direcție, strict în ordinea includerii. Topologia logică inelară este implementată pe baza unei stele fizice, în centrul căreia se află o unitate de acces cu mai multe stații (MSAU).

În orice moment, datele pot fi transmise numai de o singură stație care a captat marcajmortar(jeton). Când datele sunt transmise, un marcaj de ocupat se face în antetul marcatorului, iar marcatorul se transformă într-un cadru la începutul cadrului. Restul stațiilor transmit difuzarea cadru bit cu bit de la stația anterioară (amonte) la următoarea (aval). Stația către care se adresează cadrul curent salvează o copie a acestuia în buffer-ul său pentru procesare ulterioară și îl transmite mai departe de-a lungul inelului, făcând o marcă de primire. Astfel, cadrul de-a lungul inelului ajunge la stația de transmisie, care îl scoate din inel (nu transmite mai departe). Când stația termină de transmisie, marchează marcatorul ca liber și îl transmite mai departe de-a lungul inelului. Timpul în care stația are dreptul de a utiliza markerul este reglementat. Captarea markerului se realizează pe baza priorităților atribuite stațiilor.

Pe măsură ce activitatea nodurilor crește, lățimea de bandă alocată fiecăruia dintre noduri scade, dar nu există o degradare a performanței alunecării de teren (ca în Ethernet). În plus, mecanismul de stabilire a priorităților și limitele de timp de păstrare a simbolurilor permit gazdelor privilegiate să aloce lățimea de bandă garantată, indiferent de încărcarea totală a rețelei. Numărul de noduri dintr-un singur inel nu trebuie să depășească 260 (un segment Ethernet permite teoretic 1024 de noduri). Rata de transmisie este de 16 Mbps, dimensiunea cadrului poate fi de până la 18,2 Kbyte.

Limita de timp pentru transmiterea pachetelor în Token-Ring 10 ms. Cu un număr maxim de 260 de abonați, ciclul complet al inelului va fi de 260 x 10 ms = 2,6 s. În acest timp, toți cei 260 de abonați își vor putea transfera pachetele (dacă, desigur, au ceva de transferat). În acest timp, un marker gratuit va ajunge cu siguranță la fiecare abonat. Același interval este limita superioară a timpului de acces Token-Ring

Alexander Goryachev, Alexey Niskovsky

Pentru ca serverele și clienții rețelei să poată comunica, trebuie să lucreze folosind același protocol de comunicare, adică trebuie să „vorbească” aceeași limbă. Protocolul definește un set de reguli pentru organizarea schimbului de informații la toate nivelurile de interacțiune a obiectelor de rețea.

Există un model de referință pentru interacțiune sisteme deschise(Open System Interconnection Reference Model), denumit adesea Model OSI. Acest model a fost dezvoltat de Organizația Internațională pentru Standardizare (ISO). Modelul OSI descrie schema de interacțiune a obiectelor de rețea, definește o listă de sarcini și reguli pentru transferul de date. Include șapte niveluri: fizic (Fizic - 1), canal (Data-Link - 2), rețea (Rețea - 3), transport (Transport - 4), sesiune (Sesiune - 5), prezentare date (Prezentare - 6) și aplicat (Cerere - 7). Se crede că două computere pot comunica între ele la un anumit strat al modelului OSI dacă software-ul lor, care implementează funcțiile de rețea ale acestui strat, interpretează aceleași date în același mod. În acest caz, comunicarea directă este stabilită între cele două computere, numită „punct-la-punct”.

Implementările modelului OSI prin protocoale se numesc stive de protocol. Este imposibil să implementați toate funcțiile modelului OSI în cadrul unui protocol specific. De obicei, sarcinile unui anumit strat sunt implementate de unul sau mai multe protocoale. Un computer trebuie să ruleze protocoale din aceeași stivă. În acest caz, un computer poate utiliza simultan mai multe stive de protocol.

Să luăm în considerare sarcinile rezolvate la fiecare nivel al modelului OSI.

Strat fizic

La acest nivel al modelului OSI, sunt definite următoarele caracteristici ale componentelor de rețea: tipuri de conexiuni media de comunicații, topologii fizice de rețea, metode de transmitere a datelor (cu codare digitală sau analogică a semnalului), tipuri de sincronizare a datelor transmise, separarea canalelor de comunicație folosind multiplexarea frecvenței și a timpului.

Implementările protocolului de strat fizic OSI coordonează regulile de transfer de biți.

Stratul fizic nu include o descriere a mediului de transmisie. Cu toate acestea, implementările protocoalelor de strat fizic sunt specifice unui anumit mediu de transmisie. Stratul fizic este de obicei asociat cu conectarea următoarelor echipamente de rețea:

• concentratoare, butucuri și repetatoare care regenerează semnalele electrice;
• conectori de conectare ai mediului de transmisie care oferă o interfață mecanică pentru conectarea dispozitivului cu mediul de transmisie;
• modemuri și diverse dispozitive de conversie care efectuează conversii digitale și analogice.

Acest strat al modelului definește topologiile fizice din rețeaua corporativă care sunt construite folosind un set de bază de topologii standard.

Primul din setul de bază este topologia autobuzului. În acest caz, toate dispozitivele de rețea și computerele sunt conectate la o magistrală de date comună, care se formează cel mai adesea folosind un cablu coaxial. Cablul care formează magistrala comună se numește coloana vertebrală. De la fiecare dintre dispozitivele conectate la magistrală, semnalul este transmis în ambele direcții. Pentru a elimina semnalul din cablu, trebuie folosite terminatoare speciale la capetele autobuzului. Deteriorarea mecanică a liniei afectează funcționarea tuturor dispozitivelor conectate la aceasta.

Topologia inelului asigură conectarea tuturor dispozitivelor de rețea și a computerelor într-un inel fizic (inel). În această topologie, informațiile sunt transmise întotdeauna în jurul inelului într-o direcție - de la stație la stație. Fiecare dispozitiv de rețea trebuie să aibă un receptor de informații pe cablul de intrare și un emițător pe ieșire. Daune mecanice mediul de transmitere a informațiilor într-un singur inel va afecta funcționarea tuturor dispozitivelor, cu toate acestea, rețelele construite folosind un inel dublu, de regulă, au o marjă de toleranță la erori și funcții de auto-vindecare. În rețelele construite pe un inel dublu, aceleași informații sunt transmise de-a lungul inelului în ambele direcții. Dacă cablul este deteriorat, inelul va continua să funcționeze în modul cu un singur inel la lungime dublă (funcțiile de auto-vindecare sunt determinate de hardware-ul utilizat).

Următoarea topologie este topologia stelei sau stea. Acesta asigură prezența unui dispozitiv central la care alte dispozitive de rețea și computere sunt conectate prin fascicule (cabluri separate). Rețelele stelare au un singur punct de eșec. Acest punct este dispozitivul central. În cazul unei defecțiuni a dispozitivului central, toți ceilalți participanți la rețea nu vor putea face schimb de informații între ei, întrucât întregul schimb a fost efectuat numai prin intermediul dispozitivului central. În funcție de tipul dispozitivului central, semnalul primit de la o intrare poate fi transmis (cu sau fără amplificare) către toate ieșirile sau către o ieșire specifică la care este conectat dispozitivul - destinatarul informațiilor.

Topologia rețelei este foarte rezistentă. Când construiți rețele cu o topologie similară, fiecare dintre dispozitivele de rețea sau computerele este conectat la orice altă componentă a rețelei. Această topologie este redundantă și, prin urmare, impracticabilă. Într-adevăr, în rețelele mici, această topologie este rar utilizată, dar în rețelele mari ale corporației, o topologie complet conectată poate fi utilizată pentru a conecta cele mai importante noduri.

Topologiile luate în considerare sunt cel mai adesea construite folosind conexiuni prin cablu.

O altă topologie care utilizează conexiuni wireless este celulară. În acesta, dispozitivele de rețea și computerele sunt combinate în zone - celule (celule), interacționând doar cu transceptorul celulei. Transferul de informații între celule se realizează prin dispozitive de recepție.

Strat de legătură

Acest nivel determină topologia logică a rețelei, regulile pentru obținerea accesului la mediul de transmisie a datelor, rezolvă problemele legate de adresarea dispozitivelor fizice din cadrul rețelei logice și controlul transferului de informații (sincronizarea conexiunilor de transmisie și servicii) între dispozitivele de rețea.

Protocoalele stratului de legătură definesc:

• reguli de organizare a bitului stratului fizic ( unități binareși zerouri) în grupuri logice de informații numite cadre sau cadre. Un cadru este o unitate de date a stratului de legătură constând dintr-o secvență contiguă de biți grupați cu un antet și un capăt;
• reguli pentru detectarea (și uneori corectarea) erorilor de transmisie;
• reguli de control al fluxului (pentru dispozitivele care funcționează la acest nivel al modelului OSI, de exemplu, poduri);
• reguli pentru identificarea computerelor din rețea după adresele lor fizice.

La fel ca majoritatea celorlalte straturi, stratul de legătură de date adaugă propriile informații de control la începutul pachetului de date. Aceste informații pot include adrese sursă și destinație (fizice sau hardware), informații despre lungimea cadrelor și o indicație a protocoalelor active ale stratului superior.

Următorii conectori de rețea sunt de obicei asociați cu stratul de legătură de date:

• poduri;
• hub-uri inteligente;
• comutatoare;
• plăci de interfață de rețea (plăci de interfață de rețea, adaptoare etc.).

Funcțiile stratului de legătură sunt împărțite în două niveluri secundare (Tabelul 1):

• control acces media (MAC);
• Controlul legăturilor logice (LLC)

Substratul MAC definește astfel de elemente ale stratului de legătură de date ca topologia logică a rețelei, metoda de acces la mediul de transmisie și regulile pentru adresarea fizică între entitățile din rețea.

Abrevierea MAC este, de asemenea, utilizată pentru a determina adresa fizică a unui dispozitiv de rețea: adresă fizică Un dispozitiv (care este definit în interiorul unui dispozitiv de rețea sau al unei plăci de rețea în timpul producției) este adesea denumit adresa MAC a dispozitivului respectiv. Pentru un număr mare de dispozitive de rețea, în special plăcile de rețea, este posibilă schimbarea programată a adresei MAC. Trebuie amintit că stratul de legătură de date al modelului OSI impune restricții privind utilizarea adreselor MAC: într-o singură rețea fizică (un segment al unei rețele mai mari) nu pot exista două sau mai multe dispozitive care utilizează aceleași adrese MAC. Pentru a determina adresa fizică a unui obiect de rețea, poate fi utilizat conceptul de „adresă nod”. Adresa nodului este cel mai adesea aceeași cu adresa MAC sau este determinată logic de reatribuirea adresei software.

Substratul LLC definește regulile de transmisie și sincronizare a serviciilor pentru conexiuni. Acest substrat al stratului de legătură de date interacționează îndeaproape cu stratul de rețea al modelului OSI și este responsabil pentru fiabilitatea conexiunilor fizice (folosind adrese MAC). Topologia logică a unei rețele definește modul și regulile (secvența) transferului de date între computerele din rețea. Obiectele de rețea transmit date în funcție de topologia logică a rețelei. Topologia fizică definește calea fizică a datelor; cu toate acestea, în unele cazuri, topologia fizică nu reflectă modul în care funcționează rețeaua. Calea reală a datelor este determinată de topologia logică. Pentru a transfera date de-a lungul unei căi logice, care poate diferi de calea din mediul fizic, sunt utilizate dispozitive de conectare la rețea și scheme de acces la mediul de transmisie. Un bun exemplu al diferenței dintre topologiile fizice și logice este rețeaua IBM Token Ring. LAN-urile Token Ring folosesc adesea cablu de cupru, care este direcționat într-o configurație stea cu un hub central. Spre deosebire de o topologie stelară normală, hub-ul nu transmite semnalele primite către toate celelalte dispozitive conectate. Circuitul intern al hubului trimite secvențial fiecare semnal de intrare către dispozitivul următor într-un inel logic predefinit, adică într-un model circular. Topologia fizică a acestei rețele este steaua, iar topologia logică este inelul.

Un alt exemplu al diferenței dintre topologiile fizice și logice este Ethernet. Rețeaua fizică poate fi construită folosind cabluri de cupru și un hub central. O rețea fizică este formată într-o topologie stelară. dar Tehnologie Ethernet prevede transferul de informații de pe un computer către toate celelalte din rețea. Hubul trebuie să retransmită semnalul primit de la unul dintre porturile sale la toate celelalte porturi. Se formează o rețea logică cu topologie de magistrală.

Pentru a determina topologia logică a unei rețele, trebuie să înțelegeți cum sunt recepționate semnale în ea:

• în topologiile magistralei logice, fiecare semnal este primit de toate dispozitivele;
• în topologiile inelului logic, fiecare dispozitiv primește doar acele semnale care i-au fost trimise special.

De asemenea, este important să știți cum accesează dispozitivele de rețea la mediul de transmisie a informațiilor.

Acces la mediul de transmisie

Topologiile logice utilizează reguli speciale pentru a controla permisiunea de a transfera informații către alte obiecte de rețea. Procesul de control controlează accesul la mediul de transmisie a datelor. Luați în considerare o rețea în care toate dispozitivele au voie să funcționeze fără nicio regulă pentru accesul la mediul de transmisie. Toate dispozitivele dintr-o astfel de rețea transmit informații de îndată ce datele sunt gata; aceste transmisii se pot suprapune uneori în timp. Ca urmare a suprapunerii, semnalele sunt distorsionate, iar datele transmise se pierd. Această situație se numește coliziune. Coliziunile nu vă permit să organizați un transfer fiabil și eficient de informații între obiectele din rețea.

Coliziunile dintr-o rețea afectează segmentele fizice ale rețelei la care sunt conectate obiecte de rețea. Astfel de conexiuni formează un spațiu unic de coliziune, în care influența coliziunilor se extinde la toată lumea. Pentru a reduce dimensiunea spațiilor de coliziune prin segmentarea rețelei fizice, puteți utiliza poduri și alte dispozitive de rețea care au funcții de filtrare a traficului strat de legături.

Rețeaua nu poate funcționa normal până când toate obiectele din rețea nu pot controla, gestiona sau elimina coliziunile. În rețele, este necesară o metodă pentru a reduce numărul de coliziuni, interferențele (suprapunerea) semnalelor simultane.

Exista metode standard acces la mediul de transmisie, care descrie regulile prin care este controlată permisiunea de a transfera informații pentru dispozitivele de rețea: cursă, transfer de jetoane și sondaj.

Înainte de a alege un protocol care implementează una dintre aceste metode de accesare a mediului de transmisie a datelor, ar trebui să acordați o atenție specială următorilor factori:

• natura transmisiilor - continue sau impulsive;
• numărul de transferuri de date;
• necesitatea de a transfera date la intervale strict definite;
• numărul de dispozitive active din rețea.

Fiecare dintre acești factori, combinat cu avantaje și dezavantaje, va ajuta la determinarea metodei de acces media cea mai potrivită.

Concurență. Sistemele bazate pe litigii presupun că mass-media este accesată pe baza principiului primul venit, primul servit. Cu alte cuvinte, fiecare dispozitiv de rețea luptă pentru controlul asupra mediului de transmisie. Sistemele de curse sunt proiectate astfel încât toate dispozitivele din rețea să poată transmite date numai după cum este necesar. Această practică duce în cele din urmă la pierderea parțială sau completă a datelor, deoarece efectiv apar coliziuni. Pe măsură ce fiecare dispozitiv nou este adăugat la rețea, numărul de coliziuni poate crește exponențial. Creșterea numărului de coliziuni reduce performanța rețelei și, în cazul saturației complete a mediului de transmisie a informațiilor, reduce performanța rețelei la zero.

Pentru a reduce numărul de coliziuni, au fost dezvoltate protocoale speciale, în care funcția de ascultare a mediului de transmisie a informațiilor este implementată înainte ca stația să înceapă să transmită date. Dacă stația de ascultare detectează o transmisie de semnal (de la o altă stație), atunci se abține de la transmiterea informațiilor și va încerca să o repete mai târziu. Aceste protocoale se numesc protocoale Carrier Sense Multiple Access (CSMA). Protocoalele CSMA reduc semnificativ numărul de coliziuni, dar nu le elimină complet. Cu toate acestea, coliziuni apar atunci când două stații interogă cablul: nu detectează niciun semnal, decid că mediul de transmisie a datelor este liber și apoi încep simultan să transmită date.

Exemple de astfel de protocoale contradictorii sunt:

• Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection (CSMA / CD);
• Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance (CSMA / CA).

Protocoale CSMA / CD. Protocoalele CSMA / CD nu numai că ascultă pe cablu înainte de a transmite, dar detectează și coliziuni și inițiază retransmisii. Când este detectată o coliziune, stațiile care transmit date inițializează temporizatoare interne speciale cu valori aleatorii. Temporizatoarele încep să numere înapoi și, atunci când ajung la zero, stațiile ar trebui să încerce să retransmită datele. Deoarece temporizatoarele au fost inițializate cu valori aleatorii, una dintre stații va încerca să retransmită datele înainte de cealaltă. În consecință, a doua stație va stabili că mediul de transmisie a datelor este deja ocupat și va aștepta până când va deveni liber.

Exemple de protocoale CSMA / CD sunt versiunea Ethernet 2 (Ethernet II de la DEC Corporation) și IEEE802.3.

Protocoale CSMA / CA. CSMA / CA utilizează scheme cum ar fi accesul la tranșarea timpului sau trimiterea unei cereri de acces media. Atunci când se utilizează tranșarea timpului, fiecare stație poate transmite informații numai în momente strict definite pentru această stație. În acest caz, rețeaua trebuie să implementeze un mecanism de gestionare a segmentelor de timp. Fiecare nouă stație conectată la rețea își anunță apariția, inițind astfel procesul de realocare a unor feluri de timp pentru transmiterea informațiilor. În cazul utilizării controlului centralizat al accesului la mediul de transmisie, fiecare stație generează o cerere specială de transmisie, care este adresată stației de control. Stația centrală reglează accesul la mediul de transmisie pentru toate obiectele din rețea.

Un exemplu de CSMA / CA este protocolul LocalTalk de la Apple Computer.

Sistemele bazate pe cursă sunt cele mai potrivite pentru traficul de tip bursty (transferuri mari de fișiere) pe rețele cu relativ o suma mica utilizatori.

Sisteme de transfer marker.În sistemele de transfer de jetoane, un cadru mic (jeton) este trecut într-o ordine specifică de la un dispozitiv la altul. Un token este un mesaj special care transferă controlul temporar al mediului către dispozitivul care deține tokenul. Transferul de jeton distribuie controlul accesului între dispozitivele de rețea.

Fiecare dispozitiv știe de la ce dispozitiv primește jetonul și la ce dispozitiv trebuie să-l trimită. De obicei, aceste dispozitive sunt vecinii cei mai apropiați ai proprietarului simbolului. Fiecare dispozitiv preia periodic controlul jetonului, își efectuează acțiunile (transferă informații) și apoi trece jetonul pentru utilizare la dispozitivul următor. Protocoalele limitează timpul în care simbolul este monitorizat de fiecare dispozitiv.

Există mai multe protocoale de transfer de jetoane. Cele două standarde de rețea care utilizează transferul de jetoane sunt IEEE 802.4 Token Bus și IEEE 802.5 Token Ring. Token Bus folosește controlul accesului prin transfer de simboluri și o topologie fizică sau logică a autobuzului, în timp ce Token Ring folosește controlul accesului prin transfer de simboluri și topologia fizică sau logică a inelului.

Rețelele de transfer de jeton ar trebui utilizate atunci când există trafic prioritar dependent de timp, cum ar fi date digitale audio sau video, sau când există un număr foarte mare de utilizatori.

Interviu. Interogarea este o metodă de acces care alocă un singur dispozitiv (numit controler, dispozitiv primar sau „master”) ca arbitru al accesului media. Acest dispozitiv sondează toate celelalte dispozitive (secundare) într-o anumită ordine predefinită pentru a vedea dacă au informații de transmis. Pentru a primi date de la un dispozitiv secundar, dispozitivul primar îi trimite o cerere, apoi primește date de la dispozitivul secundar și le transmite către dispozitivul receptor. Apoi dispozitivul principal sondează celălalt dispozitiv secundar, primește date de la acesta și așa mai departe. Protocolul limitează cantitatea de date pe care fiecare dispozitiv secundar o poate transmite după sondare. Sistemele de sondare sunt ideale pentru dispozitive de rețea sensibile la timp, cum ar fi automatizarea echipamentelor.

Acest strat oferă, de asemenea, servicii de conectare. Există trei tipuri de servicii de conexiune:

• serviciu fără conexiune nerecunoscut - trimite și primește cadre fără control al fluxului și fără erori sau control al secvenței de pachete;
• serviciu orientat spre conexiune - asigură controlul fluxului, controlul erorilor și controlul secvenței de pachete prin emiterea de chitanțe (confirmări);
• serviciu cu conexiune recunoscută (fără conexiune recunoscută) - utilizează chitanțe pentru controlul fluxului și controlul erorilor în timpul transmisiilor între două noduri de rețea.

Substratul LLC de straturi de legătură oferă posibilitatea de a utiliza simultan mai multe protocoale de rețea (din diferite stive de protocol) atunci când lucrați printr-unul interfata retea... Cu alte cuvinte, dacă computerul are o singură placă de rețea, dar este nevoie să lucrați cu servicii de rețea diferite de la diferiți producători, atunci software-ul de rețea client de la subnivelul LLC oferă posibilitatea unei astfel de lucrări.

Stratul de rețea

Stratul de rețea determină regulile pentru livrarea datelor între rețelele logice, formarea adreselor logice ale dispozitivelor de rețea, definirea, selectarea și întreținerea informațiilor de rutare, funcționarea gateway-urilor.

Scopul principal al stratului de rețea este de a rezolva problema mutării (livrării) datelor în punctele specificate din rețea. Livrarea de date în stratul de rețea este în general similară cu livrarea de date în stratul de legătură de date al modelului OSI, unde adresarea fizică a dispozitivelor este utilizată pentru a transfera date. Cu toate acestea, adresarea la stratul de legătură se referă doar la o singură rețea logică, este valabilă numai în cadrul acestei rețele. Stratul de rețea descrie metodele și mijloacele de transfer de informații între multe rețele logice independente (și adesea eterogene) care, atunci când sunt conectate împreună, formează o rețea mare. O astfel de rețea se numește o rețea pe internet, iar transferul de informații între rețele se numește funcționare pe internet.

Cu ajutorul adresării fizice la stratul de legătură de date, datele sunt livrate către toate dispozitivele din aceeași rețea logică. Fiecare dispozitiv de rețea, fiecare computer determină scopul datelor primite. Dacă datele sunt destinate computerului, atunci le prelucrează; dacă nu, le ignoră.

Spre deosebire de legătura de date, stratul de rețea poate alege un traseu specific în rețeaua de internet și poate evita trimiterea de date către acele rețele logice cărora nu li se adresează datele. Stratul de rețea face acest lucru prin comutare, adresare la nivelul rețelei și folosirea algoritmilor de rutare. Stratul de rețea este, de asemenea, responsabil pentru furnizarea rutelor corecte pentru date într-o rețea interconectată de rețele eterogene.

Elementele și metodele de implementare a stratului de rețea sunt definite după cum urmează:

• toate rețelele separate în mod logic trebuie să aibă adrese de rețea unice;
• comutarea determină modul în care sunt stabilite conexiunile pe internet;
• capacitatea de a implementa rutare astfel încât computerele și ruterele să determine cea mai bună cale pentru trecerea datelor prin rețeaua interconectată;
• rețeaua va efectua diferite niveluri de servicii de conexiune în funcție de numărul de erori preconizat în cadrul rețelei interconectate.

La acest nivel al modelului OSI funcționează routerele și unele dintre comutatoare.

Stratul de rețea definește regulile pentru formarea adreselor de rețea logice pentru obiectele de rețea. În cadrul unei rețele mari interconectate, fiecare entitate de rețea trebuie să aibă o adresă logică unică. Două componente sunt implicate în formarea unei adrese logice: adresa de rețea logică, care este comună tuturor obiectelor de rețea, și adresa logică a obiectului de rețea, care este unică pentru acest obiect. La formarea adresei logice a unui obiect de rețea, poate fi utilizată fie adresa fizică a obiectului, fie o adresă logică arbitrară. Utilizarea adresării logice vă permite să organizați transferul de date între diferite rețele logice.

Fiecare obiect de rețea, fiecare computer poate îndeplini multe funcții de rețea în același timp, asigurând munca diverse servicii... Pentru a accesa serviciile, se utilizează un identificator de serviciu special, care se numește port sau socket. Când accesați un serviciu, identificatorul de serviciu urmează imediat adresa logică a computerului care furnizează serviciul.

În multe rețele, grupurile de adrese logice și identificatori de servicii sunt rezervate în scopul efectuării unor acțiuni specifice predefinite și bine cunoscute. De exemplu, dacă este necesar să trimiteți date către toate obiectele din rețea, acestea vor fi trimise la o adresă specială de difuzare.

Stratul de rețea definește regulile pentru transferul de date între două obiecte de rețea. Această transmisie se poate face folosind comutarea sau rutare.

Există trei metode de comutare a transmisiei de date: comutarea circuitului, comutarea mesajelor și comutarea pachetelor.

Când se utilizează comutarea circuitului, se stabilește un canal de transmisie a datelor între expeditor și receptor. Acest canal va fi utilizat pe parcursul întregii sesiuni de comunicare. Atunci când se utilizează această metodă, întârzierile mari în alocarea canalului sunt posibile din cauza lipsei de lățime de bandă suficientă, a congestiei echipamentelor de comutare sau a ocupării destinatarului.

Comutarea mesajelor vă permite să transferați un mesaj întreg (neîntrerupt) pe bază de stocare și redirecționare. Fiecare dispozitiv intermediar primește un mesaj, îl stochează local și, atunci când canalul de comunicare prin care urmează să fie trimis acest mesaj este eliberat, îl trimite. Această metodă este potrivită pentru trimiterea de mesaje e-mail și organizarea gestionării electronice a documentelor.

Comutarea pachetelor combină avantajele celor două metode anterioare. Fiecare mesaj mare este împărțit în pachete mici, fiecare dintre acestea fiind trimis secvențial destinatarului. Când treceți prin rețeaua interconectată, pentru fiecare dintre pachete, se determină cea mai bună cale în acest moment. Se pare că părți ale unui mesaj pot ajunge la destinatar în momente diferite și numai după ce toate părțile sunt puse împreună, destinatarul va putea lucra cu datele primite.

De fiecare dată când stabiliți o altă cale pentru date, trebuie să alegeți cea mai bună rută. Sarcina de a determina cea mai bună cale se numește rutare. Această sarcină este realizată de routere. Sarcina routerelor este de a determina căile posibile pentru transmiterea datelor, de a menține informațiile de rutare și de a alege cele mai bune rute. Rutarea se poate face într-un mod static sau dinamic. Atunci când se specifică rutare statică, toate relațiile dintre rețelele logice trebuie specificate și rămân neschimbate. Rutarea dinamică presupune că routerul însuși poate defini căi noi sau modifica informații despre cele vechi. Rutarea dinamică utilizează algoritmi speciali de rutare, dintre care cele mai frecvente sunt vectorul de distanță și starea de legătură. În primul caz, routerul folosește informații second-hand despre structura rețelei de la routerele învecinate. În al doilea caz, routerul funcționează cu informații despre propriile canale de comunicare și interacționează cu un router reprezentativ special pentru a construi o hartă de rețea completă.

Alegerea celei mai bune rute este cel mai adesea influențată de factori precum numărul de hamei prin routere (număr de hopuri) și numărul de căpușe (unități de timp) necesare pentru a ajunge la rețeaua de destinație (număr de căpușe).

Serviciul de conectare a stratului de rețea funcționează atunci când nu este utilizat serviciul de conectare substrat OSI link layer LLC.

Atunci când construiți o rețea interconectată, este necesar să conectați rețele logice construite folosind diferite tehnologii și oferind o varietate de servicii. Pentru ca o rețea să funcționeze, rețelele logice trebuie să fie capabile să interpreteze corect datele și să controleze informațiile. Această sarcină este realizată cu un gateway, care este un dispozitiv sau program de aplicare care traduce și interpretează regulile unei rețele logice în regulile alteia. În general, gateway-urile pot fi implementate la orice nivel al modelului OSI, cu toate acestea, cel mai adesea sunt implementate la nivelurile superioare ale modelului.

Stratul de transport

Stratul de transport vă permite să ascundeți fizicul și structură logică rețele din aplicații ale straturilor superioare ale modelului OSI. Aplicațiile funcționează numai cu funcții de serviciu, care sunt destul de universale și nu depind de topologiile fizice și logice ale rețelei. Caracteristicile rețelelor logice și fizice sunt implementate în straturile anterioare, unde stratul de transport transferă date.

Stratul de transport compensează adesea lipsa unui serviciu de conexiune fiabil sau orientat spre conexiune la straturile inferioare. Termenul „de încredere” nu înseamnă că toate datele vor fi furnizate în toate cazurile. Cu toate acestea, implementările fiabile ale protocoalelor stratului de transport pot confirma sau refuza livrarea de date. Dacă datele nu sunt livrate corect la dispozitivul de recepție, stratul de transport poate retransmite sau informa straturile superioare că nu pot fi livrate. Nivelurile superioare pot apoi să ia măsurile corective necesare sau să ofere utilizatorului o alegere.

Multe protocoale din rețelele de calculatoare oferă utilizatorilor posibilitatea de a lucra cu nume simple în limbaj natural în loc de adrese alfanumerice complexe și dificil de reținut. Adresarea / rezoluția de nume este o funcție de identificare sau mapare a denumirilor și adreselor alfanumerice. Această funcție poate fi îndeplinită de fiecare entitate din rețea sau de furnizorii de servicii speciale numiți servere de directoare, servere de nume și așa mai departe. Următoarele definiții clasifică metodele de traducere a adresei / numelui:

• inițierea consumatorului de servicii;
• inițierea de către furnizorul de servicii.

În primul caz, un utilizator de rețea se referă la un serviciu după numele său logic, fără a ști locația exactă a serviciului. Utilizatorul nu știe dacă acest serviciu este disponibil în prezent. Când accesați, numele logic este mapat la numele fizic, iar stația de lucru a utilizatorului inițiază un apel direct la serviciu. În al doilea caz, fiecare serviciu notifică periodic toți clienții rețelei. Fiecare dintre clienți la un moment dat știe dacă serviciul este disponibil și știe cum să contacteze serviciul direct.

Metode de adresare

Adresele de servicii identifică anumite procese software care rulează pe dispozitive de rețea. În plus față de aceste adrese, furnizorii de servicii țin evidența diferitelor conversații pe care le au cu dispozitivele care solicită servicii. Două metode de dialog diferite utilizează următoarele adrese:

• identificator de conexiune;
• ID-ul de tranzacție.

Un identificator de conexiune, numit și ID de conexiune, port sau soclu, identifică fiecare conversație. Un furnizor de conexiuni poate comunica cu mai mulți clienți utilizând un identificator de conexiune. Furnizorul de servicii se referă la fiecare entitate de comutare prin numărul său și se bazează pe stratul de transport pentru a coordona alte adrese din stratul inferior. Identificatorul conexiunii este asociat cu o conversație specifică.

ID-urile de tranzacție sunt similare cu ID-urile de conexiune, dar funcționează în unități mai mici decât dialogul. O tranzacție este compusă dintr-o cerere și un răspuns. Furnizorii de servicii și consumatorii urmăresc plecarea și sosirea fiecărei tranzacții, nu întreaga conversație.

Nivelul sesiunii

Stratul de sesiune facilitează comunicarea între dispozitivele care solicită și furnizează servicii. Sesiunile de comunicare sunt controlate de mecanisme care stabilesc, mențin, sincronizează și gestionează dialogul între entitățile comunicante. Acest nivel ajută, de asemenea nivelurile superioare identificați un serviciu de rețea disponibil și conectați-vă la acesta.

Stratul de sesiune folosește informațiile de adresă logică furnizate de straturile inferioare pentru a identifica numele și adresele de server cerute de straturile superioare.

Stratul sesiunii inițiază, de asemenea, conversații între furnizorul de servicii și dispozitivele de consum. În îndeplinirea acestei funcții, stratul de sesiune impune adesea sau identifică fiecare obiect și coordonează drepturile de acces la acesta.

Stratul de sesiune implementează controlul dialogului utilizând una dintre cele trei metode de comunicare - simplex, half duplex și full duplex.

Comunicarea simplă implică doar transmiterea într-un singur sens de la sursă la receptorul de informații. Această metodă de comunicare nu oferă niciun feedback (de la receptor la sursă). Half-duplex permite utilizarea unui mediu de transmisie a datelor pentru transmiterea bidirecțională a informațiilor, cu toate acestea, informațiile pot fi transmise numai într-o singură direcție la un moment dat. Full duplex asigură transmiterea simultană a informațiilor în ambele direcții pe suportul de transmisie a datelor.

Administrarea unei sesiuni de comunicare între două obiecte de rețea, constând în stabilirea unei conexiuni, transferul de date, terminarea unei conexiuni, se realizează și la acest nivel al modelului OSI. După stabilirea sesiunii, software-ul care implementează funcțiile acest nivel, poate verifica starea de sănătate (menține) conexiunea până la terminarea acesteia.

Stratul de prezentare

Sarcina principală a stratului de prezentare a datelor este de a transforma datele în formate de comun acord (sintaxă de schimb) care să fie ușor de înțeles de toate aplicațiile de rețea și computerele pe care rulează aplicațiile. La acest nivel, problemele de compresie și decompresie a datelor și criptarea acestora sunt, de asemenea, rezolvate.

Conversia se referă la schimbarea ordinii biților în octeți, ordinea octeților într-un cuvânt, coduri de caractere și sintaxa numelor de fișiere.

Necesitatea de a schimba ordinea de biți și octeți se datorează prezenței unui număr mare de procesoare, computere, complexe și sisteme variate. Procesoarele de la diferiți producători pot interpreta diferit biții zero și al șaptelea într-un octet (fie bitul zero este cel mai semnificativ, fie al șaptelea). Octetii care alcătuiesc unități mari de informații - cuvinte - sunt tratate în mod similar.

Pentru ca utilizatorii diferitelor sisteme de operare să primească informații sub formă de fișiere cu nume și conținut corect, acest nivel asigură conversia corectă a sintaxei fișierelor. Diferite sisteme de operare funcționează diferit cu sistemele lor de fișiere și implementează diferite moduri de generare a numelor de fișiere. Informațiile din fișiere sunt, de asemenea, stocate într-o anumită codificare a caracterelor. Când două obiecte de rețea interacționează, este important ca fiecare dintre ele să poată interpreta informațiile despre fișiere în felul său, dar semnificația informațiilor nu trebuie să se schimbe.

Stratul de prezentare convertește datele într-un format reciproc consecvent (sintaxă de schimb) care este ușor de înțeles de toate aplicațiile din rețea și de computerele care rulează aplicațiile. De asemenea, poate comprima și extinde, precum și cripta și decripta date.

Calculatoarele folosesc reguli diferite pentru reprezentarea datelor folosind zerouri binare și unele. În timp ce toate aceste reguli încearcă să atingă un obiectiv comun de prezentare a datelor care pot fi citite de om, producătorii de computere și organizațiile de standardizare au creat reguli contradictorii. Când două computere care folosesc seturi de reguli diferite încearcă să comunice între ele, adesea trebuie să efectueze unele transformări.

Sistemele de operare locale și de rețea criptează adesea datele pentru a le proteja de utilizarea neautorizată. Criptarea este un termen general care descrie unele metode de protejare a datelor. Protecția se efectuează adesea folosind codarea datelor, care utilizează una sau mai multe dintre cele trei metode: permutare, substituție, metodă algebrică.

Fiecare dintre aceste metode este pur și simplu un mod special de a proteja datele în așa fel încât să poată fi înțelese doar de cei care cunosc algoritmul de criptare. Criptarea datelor poate fi realizată atât în ​​hardware, cât și în software. Cu toate acestea, criptarea de la capăt la capăt a datelor se face de obicei în software și este considerată parte a funcționalității stratului de prezentare. Pentru a notifica obiectelor despre metoda de criptare utilizată, sunt utilizate de obicei 2 metode - chei private și chei publice.

Metodele de criptare a cheilor secrete folosesc o singură cheie. Entitățile de rețea care dețin cheia pot cripta și decripta fiecare mesaj. Prin urmare, cheia trebuie păstrată secretă. Cheia poate fi încorporată în cipurile hardware sau instalată de administratorul de rețea. De fiecare dată când cheia este schimbată, toate dispozitivele trebuie modificate (este recomandabil să nu utilizați rețeaua pentru a transfera valoarea noii chei).

Entitățile de rețea care utilizează tehnici de criptare a cheilor publice sunt susținute de o cheie secretă și de o anumită valoare cunoscută. Un obiect creează o cheie publică prin manipularea unei valori cunoscute cu o cheie secretă. Entitatea care inițiază comunicarea trimite cheia publică către receptor. Cealaltă entitate combină apoi matematic propria cheie privată cu cheia publică care i-a fost transmisă pentru a seta o valoare de criptare reciproc acceptabilă.

A avea doar cheia publică este de puțin folos pentru utilizatorii neautorizați. Complexitatea cheii de criptare rezultate este suficient de mare pentru a putea fi calculată într-un timp rezonabil. Chiar și cunoașterea propriei chei private și a cheii publice a altcuiva nu va ajuta prea mult la determinarea unui alt secret - din cauza complexității calculelor logaritmice pentru un număr mare.

Nivelul aplicației

Stratul de aplicație conține toate elementele și funcțiile specifice fiecărui tip de serviciu de rețea. Cele șase straturi inferioare combină sarcinile și tehnologiile care oferă asistență generală pentru serviciul de rețea, în timp ce stratul de aplicație oferă protocoalele necesare pentru îndeplinirea funcțiilor specifice serviciului de rețea.

Serverele prezintă clienților din rețea informații despre tipurile de servicii pe care le furnizează. Mecanismele de bază pentru identificarea serviciilor oferite oferă elemente precum adresele serviciilor. În plus, serverele folosesc metode pentru a-și reprezenta serviciul, cum ar fi reprezentări de servicii active și pasive.

Atunci când implementați o reclamă de serviciu activ, fiecare server trimite periodic mesaje (inclusiv adrese de serviciu) anunțând disponibilitatea sa. De asemenea, clienții pot interoga dispozitive de rețea care caută un anumit tip de serviciu. Clienții din rețea colectează vizualizările făcute de servere și generează tabele ale serviciilor disponibile în prezent. Majoritatea rețelelor care utilizează metoda de prezentare activă definesc, de asemenea, o perioadă specifică de valabilitate pentru reprezentările serviciului. De exemplu, dacă protocolul de rețea specifică faptul că reprezentările serviciilor ar trebui trimise la fiecare cinci minute, atunci clienții vor expira serviciile care nu au fost prezentate în ultimele cinci minute. Când expiră expirarea, clientul elimină serviciul din tabelele sale.

Serverele implementează o reclamă de servicii pasive înregistrându-și serviciul și adresa în director. Atunci când clienții doresc să stabilească tipurile de servicii disponibile, solicită pur și simplu directorului locația serviciului dorit și adresa acestuia.

Înainte de a putea fi utilizat un serviciu de rețea, acesta trebuie să fie pus la dispoziția sistemului de operare local al computerului. Există mai multe metode pentru rezolvarea acestei probleme, dar fiecare astfel de metodă poate fi determinată de poziția sau nivelul la care se află localul sistem de operare recunoaște sistemul de operare al rețelei. Serviciul oferit poate fi împărțit în trei categorii:

• interceptarea apelurilor către sistemul de operare;
• modul de la distanță;
• prelucrarea comună a datelor.

Atunci când utilizați interceptarea apelurilor OC, sistemul de operare local nu cunoaște complet existența serviciului de rețea. De exemplu, atunci când o aplicație DOS încearcă să citească un fișier de pe un server de fișiere de rețea, presupune că fișierul se află pe spațiul de stocare local. De fapt, un software special interceptează cererea de a citi fișierul înainte ca acesta să ajungă la sistemul de operare local (DOS) și să transmită solicitarea către serviciul de fișiere de rețea.

La cealaltă extremă, cu funcționarea la distanță, sistemul de operare local este conștient de rețea și este responsabil pentru trimiterea cererilor către serviciul de rețea. Cu toate acestea, serverul nu știe nimic despre client. Pentru sistemul de operare server, toate cererile de servicii arată la fel, indiferent dacă sunt interne sau trimise prin rețea.

În cele din urmă, există sisteme de operare care sunt conștiente de existența rețelei. Atât consumatorul de servicii, cât și furnizorul de servicii își recunosc existența reciprocă și lucrează împreună pentru a coordona utilizarea serviciului. Acest tip de utilizare a serviciului este de obicei necesar pentru procesarea colaborativă de la egal la egal. Prelucrarea colaborativă a datelor implică separarea capacităților de prelucrare a datelor pentru a efectua o singură sarcină. Aceasta înseamnă că sistemul de operare trebuie să fie conștient de existența și capacitățile altora și să poată coopera cu aceștia pentru a îndeplini sarcina dorită.

ComputerPress 6 "1999