Протоколы компьютерной сети
Как было показано ранее, при обмене информацией в сети каждый уровень модели ВОС реагирует на свой заголовок. Иными словами, происходит взаимодействие между одноименными уровнями модели в различных абонентских ЭВМ. Такое взаимодействие должно выполняться по определенным правилам.
Протокол — набор правил, определяющий взаимодействие двух одноименных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских ЭВМ.
Протокол — это не программа. Правила и последовательность выполнения действий при обмене информацией, определенные протоколом, должны быть реализованы в программе. Обычно функции протоколов различных уровней реализуются в драйверах для различных вычислительных сетей.
В соответствии с семиуровневой структурой модели можно говорить о необходимости существования протоколов для каждого уровня.
Концепция открытых систем предусматривает разработку стандартов для протоколов различных уровней. Легче всего поддаются стандартизации протоколы трех нижних уровней модели архитектуры открытых систем, так как они определяют действия и процедуры, свойственные для вычислительных сетей любого класса.
Труднее всего стандартизовать протоколы верхних уровней, особенно прикладного, из-за множественности прикладных задач и в ряде случаев их уникальности. Если по типам структур, методам доступа к физической передающей среде, используемым сетевым технологиям и некоторым другим особенностям можно насчитать примерно десяток различных моделей вычислительных сетей, то по их функциональному назначению пределов не существует.
Основные типы протоколов
Проще всего представить особенности сетевых протоколов на примере протоколов канального уровня, которые делятся на две основные группы: байт-ориентированные и бит-ориентированные.
Байт-ориентированныйпротокол обеспечивает передачу сообщения по информационному каналу в виде последовательности байтов. Кроме информационных байтов в канал передаются также управляющие и служебные байты. Такой тип протокола удобен для ЭВМ, так как она ориентирована на обработку данных, представленных в виде двоичных байтов. Для коммуникационной среды байт-ориентированный протокол менее удобен, так как разделение информационного потока в канале на байты требует использования дополнительных сигналов, что в конечном счете снижает пропускную способность канала связи.
Наиболее известным и распространенным байт-ориентированным протоколом является протокол двоичной синхронной связи BSC (Binary Synchronous Communication), разработанный фирмой IBM. Протокол обеспечивает передачу двух типов кадров: управляющих и информационных. В управляющих кадрахпередаются управляющие и служебные символы, винформационных —сообщения (отдельные пакеты, последовательность пакетов). Работа протокола BSC осуществляется в три фазы: установление соединения, поддержание сеанса передачи сообщений, разрыв соединения. Протокол требует на каждый переданный кадр посылки квитанции о результате его приема. Кадры, переданные с ошибкой, передаются повторно. Протокол определяет максимальное число повторных передач.
Примечание.Квитанция представляет собой управляющий кадр, в котором содержится подтверждение приема сообщения (положительная квитанция) или отказ от приема из-за ошибки (отрицательная квитанция).
Передача последующего кадра возможна только тогда, когда получена положительная квитанция на прием предыдущего. Это существенно ограничивает быстродействие протокола и предъявляет высокие требования к качеству канала связи.
Бит-ориентированныйпротокол предусматривает передачу информации в виде потока битов, не разделяемых на байты. Поэтому для разделения кадров используются специальные последовательности — флаги. В начале кадра ставится флаг открывающий, а в конце — флаг закрывающий.
Бит-ориентированный протокол удобен относительно коммуникационной среды, так как канал связи как раз и ориентирован на передачу последовательности битов. Для ЭВМ он не очень удобен, потому что из поступающей последовательности битов приходится выделять байты для последующей обработки сообщения. Впрочем, учитывая быстродействие ЭВМ, можно считать, что эта операция не окажет существенного влияния на ее производительность. Потенциально бит-ориентированные протоколы являются более скоростными по сравнению с байт-ориентированными, что обусловливает их широкое распространение в современных вычислительных сетях.
Типичным представителем группы бит-ориентированных протоколов являются протокол HDLC (High-level Data Link Control — высший уровень управления каналом связи) и его подмножества. Протокол HDLC управляет информационным каналом с помощью специальных управляющих кадров, в которых передаются команды. Информационные кадры нумеруются. Кроме того, протокол HDLC позволяет без получения положительной квитанции передавать в канал до трех — пяти кадров. Положительная квитанция, полученная, например, на третий кадр, показывает, что два предыдущих приняты без ошибок и необходимо повторить передачу только четвертого и пятого кадров. Такой алгоритм работы и обеспечивает высокое быстродействие протокола.
Из протоколов верхнего уровня модели ВОС следует отметить протокол Х.400 (электронная почта) и FTAM (File Transfer, Access and Management — передача файлов, доступ к файлам и управление файлами).
Стандарты протоколов вычислительных сетей
Для протоколов физического уровня стандарты определены рекомендациями МККТТ. Цифровая передача предусматривает использование протоколов Х.21 и Х.21- бис.
Канальный уровень определяют протокол HDLC и его подмножества, а также протокол Х.25/3.
Широкое распространение локальных вычислительных сетей потребовало разработки стандартов для этой области. В настоящее время для ЛВС используются стандарты, разработанные Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике-ИИЭР(IЕЕЕ- Institute of Electrical and Electronics Engineers).
Комитеты IEEE 802 разработали ряд стандартов, часть из которых принята МОС (ISO) и другими организациями. Для ЛВС разработаны следующие стандарты:
- 802.1 — верхние уровни и административное управление;
- 802.2 — управление логическим звеном данных (LLC);
- 802.3 — случайный метод доступа к среде (CSMA/CD — Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection — множественный доступ с контролем передачи и обнаружением столкновений);
- 802.4 — маркерная шина;
- 802.5 — маркерное кольцо;
- 802.6 — городские сети.
Взаимодействие двух узлов из различных сетей схематически показано на рис. 6.18. Обмен информацией между одноименными уровнями определяется протоколами, речь о которых шла выше. Примечание.Узлы соединены с помощью канала связи.Этота среда, по которой распространяются сообщения от одного узла сети до другого. Пакеты и кадры, о которых шел разговор, в виде последовательности электрических сигналов приходят из одного узла в другой. Взаимодействие одноименных уровней модели показано пунктирными стрелками. Рис. 6.18.Взаимодействие узлов сети на базе эталонной модели
Сетевой протокол и видеонаблюдение
Сетевой протокол – это набор правил, который позволяет обмениваться данными нескольким устройствам связанным сетью. Ни одно удалённое подключение не может обойтись без работы протоколов, без них система просто не знала бы как взаимодействовать и общаться. Если обобщать, то можно сказать что это семейство стандартов, предписывающее методы общения, а также спецификации оборудования.
Для описания и деления протоколов используется семиуровневая модель OSI (Open System Interconnection — взаимодействие открытых систем, ВОС). В этой классификации описываются все формы взаимодействия необходимые для полноценной работы оборудования:
• Приложение;
• Представление;
• Сеанс;
• Транспорт;
• Сеть;
• Передача данных;
• Физическое воплощение.
Стандраты и группы
Некоторые протоколы образуют отдельные группы, с подгруппами в которые входит ряд непосредственно протоколов. Всем известный TCP/IP включает в себя десятки протоколов разного уровня в том числе для работы оборудования, некоторые из них вы наверняка слышали: DNS, HTTPS, IPv6, POP3 и много других. Сюда же входит RTSP (Потоковый протокол реального времени (англ. real time streaming protocol, сокр. RTSP) который используется для управления потоками медиаданных, в нем включены методы play, pause, record и прочие что очень важно в видеонаблюдении, и в том числе используется в программах клиентах: Skype, Медиапроигрыватель VLC и т.д.
Технологии и альянсы
ONVIF
Из-за сложности структуры, переплетения стека технологий некоторые вещи мы называем протоколами, хотя она таковыми не являются. ONVIF – эту аббревиатуру часто можно встретить в видеорегистраторах и камерах видеонаблюдения, на самом деле не протокол. Open Network Video Interface Forum – это организация, которая занимается разработкой стандартов и протоколов для систем безопасности. Их спецификации построены на веб-сервисах, описываемых языком WSDL, протоколах RTP/RTSP, SOAP (XML), стандартах видеосжатия H.264, MPEG-4, MJPEG. Прелесть ONVIF заключается в совместимости оборудования поддерживающего этот стандарт.
ZigBee
Покупая умный дом можете встретить протокол ZigBee который описывает спецификации сетевых протоколов верхнего уровня. Эта технология отличается поддержкой высокого уровня безопасности передачи данных в сочетании с невысокими скоростями и возможностью длительной автономной работы устройств. В ZigBee реализована поддержка ячеистой (mesh) топологии, кроме стандартных: «точка-точка», «дерево» и «звезда». Протоколы разработаны на алгоритмах AODV и NeuRFon. ZigBee – это целый альянс, который сотрудничает с рядом разработчиков и приводит работу оборудования к единому стандарту.
PPPoE
Говоря о видеонаблюдении, да и не только, нужно упомянуть PPP (Point-to-Point Protocol), который объединяет целый ряд протоколов, в том числе PPPoE – где последние буквы — over Ethernet, он служит для передачи данных внутри сети от одно части к другой, может настраивать или инкапсулировать другие протоколы.
Да, все немного запутанно, мы окунулись в объемную тему, которая описывает работу всех устройств, передающих данные, свои протоколы есть для мобильных сетей, для IP телефонии, это большая тема, неразрывно связанная, с современными технологиями и их развитием.
Новый протокол XVI (AXVI) от известного разработчика XM Xiongmai Technology.