- Тема 3.2. Сетевые модели передачи данных 3.2.3. Принципы организации обмена данными в вычислительных сетях
- 3.2.3. Принципы организации обмена данными в вычислительных сетях
- 3.2.4. Транспортный протокол tcp и модель тср/iр
- 1.3. Принципы передачи данных в компьютерных сетях
- 3.2.3. Принципы организации обмена данными в вычислительных сетях
- 3.2.4. Транспортный протокол tcp и модель тср/iр
Тема 3.2. Сетевые модели передачи данных 3.2.3. Принципы организации обмена данными в вычислительных сетях
3.2.3. Принципы организации обмена данными в вычислительных сетях
Существуют два принципа организации обмена данными:
Установление виртуального соединения с подтверждением приема каждого пакета.
Установление виртуального соединения или создание виртуального канала является более надежным способом обмена информацией. Поэтому он более предпочтителен при передаче данных на большие расстояния и (или) по физическим каналам, в которых возможны помехи. При виртуальном соединении пункт приема информации уведомляет отправителя о правильном или неправильном приеме каждого пакета. Если какой-то пакет принят неправильно, отправитель повторяет его передачу. Так длится до тех пор, пока все сообщение не будет успешно передано. На время передачи информации между двумя пунктами коммутируется канал, подобный каналу при телефонном разговоре. Виртуальным его называют потому, что в отличие от телефонного коммутированного канала обмен информацией может идти по различным физическим путям даже в процессе передачи одного сообщения.
Термин датаграмма образован по аналогии с термином телеграмма. Аналогия заключается том, что короткие пакеты – собственно датаграммы – пересылаются адресату без подтверждения получения каждой из них. О получении всего сообщения целиком должна уведомить целевая программа.
3.2.4. Транспортный протокол tcp и модель тср/iр
За время развития вычислительных сетей было предложено и реализовано много протоколов обмена данными, самыми удачными из которых явились семейство протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol – протокол управления передачей/межсетевой протокол).
ТСР/IР – это набор протоколов, состоящий из следующих компонентов:
межсетевой протокол (Internet Protocol), обеспечивающий адресацию в сетях (IP-адресацию);
межсетевой протокол управления сообщениями (Internet Control Message Protocol – ICMP), который обеспечивает низкоуровневую поддержку протокола IP, включая такие функции, как сообщения об ошибках, квитанции, содействие в маршрутизации и т. п.;
протокол разрешения адресов (Address Resolution Protocol – ARP), выполняющий преобразование логических сетевых адресов в аппаратные, а также обратный ему RARP (Reverse ARP);
протокол пользовательских датаграмм (User Datagramm Protocol – UDP);
протокол управления передачей (Transmission Control Protocol – TCP).
Протокол UDP обеспечивает передачу пакетов без проверки доставки, в то время как протокол TCP требует установления виртуального канала и соответственно подтверждения доставки пакета с повтором в случае ошибки.
Этот набор протоколов образует самую распространенную модель сетевого обмена данными, получившую название – TCP/IP. Модель TCP/IP иерархическая и включает четыре уровня.
4 Прикладной Приложения пользователей, создание сообщений
3 Транспортный Доставка данных между программами в сети
2 Сетевой Адресация и маршрутизация
1 Канальный Сетевые аппаратные средства и их драйверы
Прикладной уровень определяет способ общения пользовательских приложений. В системах «клиент-сервер» приложение-клиент должно знать, как посылать запрос, а приложение-сервер должно знать, как ответить на запрос. Этот уровень обеспечивает такие протоколы, как HTTP, FTP, Telnet.
Транспортный уровень позволяет сетевым приложениям получать сообщения по строго определенным каналам с конкретными параметрами.
На сетевом уровне определяются адреса включенных в сеть компьютеров, выделяются логические сети и подсети, реализуется маршрутизация между ними.
На канальном уровне определяется адресация физических интерфейсов сетевых устройств, например, сетевых плат. К этому уровню относятся программы управления физическими сетевыми устройствами, так называемые, драйверы.
Как уже отмечалось ранее, в сетях с коммутацией пакетов, а модель TCP/IP относится к таким, для передачи по сети сообщение (сформированное на прикладном уровне) разбивается на пакеты или датаграммы. Пакет или датаграмма – это часть сообщения с добавленным заголовком пакета или датаграммы.
На транспортном уровне к полезной информации добавляется заголовок – служебная информация. Для сетевого уровня полезной информацией является уже пакет или датаграмма транспортного уровня. К ним добавляется заголовок сетевого уровня.
Полученный блок данных называется IP-пакетом. Полезной нагрузкой для канального уровня является уже IP-пакет. Здесь перед передачей по каналу к нему добавляются собственный заголовок и еще завершитель. Получившийся блок называется кадром. Он и передается по сети.
Переданный по сети кадр в пункте назначения преобразуется в обратном порядке, проходя по уровням модели снизу вверх
1.3. Принципы передачи данных в компьютерных сетях
Асинхронная передача. В 1969 г. появился стандарт асинхронной передачи RS-232-C 3 [2]. В соответствии с этим стандартом данные должны быть представлены в виде отдельных знаков (длиной 7 или 8 бит). Каждый знак обрамляется стартовыми и стоповым битами. Знаки передаются и принимаются в произвольные моменты времени. Два знака должны быть разделены минимальным временным интервалом. Принимающая сторона начинает вырабатывать тактовые сигналы, как только обнаруживает начало знака. Асинхронная передача не требует дорогостоящего оборудования и поэтому широко применяется для соединения компьютеров с периферийным оборудованием (НМЛ, НМД, принтеры, клавиатура, терминалы).
Модемы. В 1960-е годы разработаны модемы для передачи цифровых данных по аналоговым телефонным линиям. Модемы осуществляют преобразование потока битов в сигналы звукового диапазона и обратное преобразование.
Синхронная передача. В середине 1960-х годов для быстрой передачи цифровых данных между двумя компьютерами по линиям «точка-точка» появились протоколы канального уровня с контролем ошибок (протоколы звена данных) SDLC, LAP, LAPB, HDLC 4 . Передаваемые данные разбиваются на отдельные блоки – пакеты. Формат пакета представлен на рис. 1.5.
Заголовок содержит адрес отправителя и получателя пакета, а также может содержать порядковый номер пакета в передаваемом сообщении. Хвостовик содержит биты контроля. При поступлении в среду передачи пакеты оформляются в виде кадров, а именно, обрамляются специальными управляющими символами (флагами), содержащими информацию для синхронизации. Синхронизация передачи осуществляется в пределах каждого кадра 5 . Так же как и знаки при асинхронной передаче, кадры должны быть разделены минимальным интервалом времени. Однако скорость синхронной передачи значительно выше асинхронной, поскольку суммарное время передачи заголовка и хвостовика пакета, а также флагов кадра, как правило, значительно меньше времени передачи блока данных, помещенных в пакет.
Передача с промежуточным накоплением (store and forward). Развитие протоколов канального уровня привело к идее непрямого соединения компьютеров [6]. На рис. 1.6 компьютеры A и B, а также B и C соединены линиями «точка-точка». При передаче сообщения от A к C через B сообщение сначала поступает в B, а затем, после освобождения линии BC, от B к C.
Если передача сообщения от A к B занимает времяTС, то передача от A к C займет TС +TП, где TП – время передачи одного пакета. При N промежуточных узлах сквозная передача займет TС +NTП.
Поскольку источник посылает пакеты время от времени, на одной линии можно чередовать передачу пакетов для нескольких независимых соединений, что экономичнее по сравнению с резервированием линии между источником и получателем на все время передачи сообщения.
При передаче данных на канальном уровне используются как процедуры без установления соединения (connectionless), так и процедуры с установлением соединения (connection-oriented).
Установление соединения заключается в том, что узел-отправитель посылает узлу-получателю служебный кадр – предложение установить соединение. Если получатель согласен на установление соединения, он высылает соответствующий служебный кадр, в котором предлагает некоторые параметры для данного логического соединения, например, идентификатор соединения и максимальное значение поля данных кадров (MTU – Maximum Transfer Unit). Узел-отправитель подтверждает предлагаемые параметры, начинает передачу сообщения и, после завершения передачи, посылает служебное сообщение о разрыве соединения.
При дейтаграммной передаче кадр посылается в сеть «без предупреждения», и протокол не несет ответственности за утерю кадра.
Дейтаграммный метод работает быстрее, так как никаких предварительных действий по установлению соединения не требуется.
Технология глобальных сетей с коммутацией пакетов X.25, которая появилась в 80-е годы, обеспечивает хорошую работу на аналоговых телефонных каналах со скоростью доступа 1,2 64 Кбит/с. Позднее появились технологии Frame Relay, ATM и TCP/IP. «Сетью сетей» в наше время называют глобальную сеть Интернет. Термин “Интернет” происходит от английского «Internetworking» – «межсетевое взаимодействие». В основе технологии Интернет лежит стек (набор) протоколов TCP/IP.
3.2.3. Принципы организации обмена данными в вычислительных сетях
Установление виртуального соединения с подтверждением приема каждого пакета.
Установление виртуального соединенияили создание виртуального канала является более надежным способом обмена информацией. Поэтому он более предпочтителен при передаче данных на большие расстояния и (или) по физическим каналам, в которых возможны помехи. При виртуальном соединении пункт приема информации уведомляет отправителя о правильном или неправильном приеме каждого пакета. Если какой-то пакет принят неправильно, отправитель повторяет его передачу. Так длится до тех пор, пока все сообщение не будет успешно передано. На время передачи информации между двумя пунктами коммутируется канал, подобный каналу при телефонном разговоре. Виртуальным его называют потому, что в отличие от телефонного коммутированного канала обмен информацией может идти по различным физическим путям даже в процессе передачи одного сообщения.
Термин датаграммаобразован по аналогии с термином телеграмма. Аналогия заключается том, что короткие пакеты – собственно датаграммы – пересылаются адресату без подтверждения получения каждой из них. О получении всего сообщения целиком должна уведомить целевая программа.
3.2.4. Транспортный протокол tcp и модель тср/iр
За время развития вычислительных сетей было предложено и реализовано много протоколов обмена данными, самыми удачными из которых явились семейство протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol – протокол управления передачей/межсетевой протокол).
ТСР/IР – это набор протоколов, состоящий из следующих компонентов:
межсетевой протокол (Internet Protocol), обеспечивающий адресацию в сетях (IP-адресацию);
межсетевой протокол управления сообщениями (Internet Control Message Protocol – ICMP), который обеспечивает низкоуровневую поддержку протокола IP, включая такие функции, как сообщения об ошибках, квитанции, содействие в маршрутизации и т. п.;
протокол разрешения адресов (Address Resolution Protocol – ARP), выполняющий преобразование логических сетевых адресов в аппаратные, а также обратный ему RARP (Reverse ARP);
протокол пользовательских датаграмм (User Datagramm Protocol – UDP);
протокол управления передачей (Transmission Control Protocol – TCP).
Протокол UDP обеспечивает передачу пакетов без проверки доставки, в то время как протокол TCP требует установления виртуального канала и соответственно подтверждения доставки пакета с повтором в случае ошибки.
Этот набор протоколов образует самую распространенную модель сетевого обмена данными, получившую название – TCP/IP. Модель TCP/IP иерархическая и включает четыре уровня.