Суть пакетной обработки данных. Протокол TCP/IP

Internet - сети с коммутацией пакетов (packet-switching network), т.е. здесь сообщение (message), которое необходимо передать из одного компьютера в другой (конечно, чаще всего сообщением является файл), разбивается на несколько пакетов (packets), или фреймов (frames), сравнительно небольшого объема (сейчас - не более 1536 байтов) и каждый пакет преобразуется в автономную единицу. Для этого к собственно данным пакета необходимо добавить обеспечивающую автономность пакета служебную информацию, объем которой должен быть небольшим. Пакет содержит следующие служебные поля:

· Source address - цифровой адрес (четыре байта) компьютера, передающего данные.

· Destination address - цифровой адрес (четыре байта) компьютера, принимающего данные.

· Packet Number - номер пакета в сообщении.

· Cyclic Redundancy Check (CRC) - два или четыре байта циклического избыточного контроля, предназначенных для обнаружения ошибок при передаче. Если компьютер-получатель обнаруживает ошибку в принятом пакете, то он автоматически формирует (так как вся необходимая для этого информация у него имеется) компьютеру-источнику запрос на повторную передачу (retry) пакета.

В результате "автономизации" пакетов решаются две важнейшие для живучей сети проблемы. Во-первых, пакеты могут передаваться по различным маршрутам, т.е. сеть становится малочувствительной к выходу коммуникационных каналов из строя. Кроме того, коммуникационный канал становится доступным одновременно нескольким пользователям. Во-вторых, порядок приема пакетов компьютером-получателем не имеет значения, так как он может собрать исходное сообщение, привлекая порядковые номера пакетов. Компьютер-получатель специальным пакетом подтверждает (acknowledge) правильный прием каждого пакета.

Для сети с коммутацией пакетов потребовалась разработать специальный протокол. Таким протоколом стал протокол управления передачей/межсетевой протокол (Transmission Control Protocol/Internet Protocol - TCP/IP). Отметим, что в названии этого протокола слово internet понималось как объединение сетей из компонентов различных производителей. Сейчас этот протокол стал основополагающим протоколом Internet. Не вдаваясь в детали этого сложного протокола, отметим, что Transmission Control Protocol отвечает за разборку (disassembly) сообщения на пакеты в компьютере-источнике и сборку (assembly) сообщения из пакетов в компьютере-получателе. В литературе передаваемые по Сети пакеты часто называются TCP-пакетами. С другой стороны, протокол Internet Protocol управляет адресацией пакетов и их доставкой в компьютер-получатель.

Важно подчеркнуть, что протокол TCP/IP не зависит от типов компьютеров и применяемых в них операционных систем или, как еще говорят, он не зависит от платформы. Благодаря этому к сети можно подключать любые компьютеры. Сейчас подавляющая часть компьютеров относится к одной из трех основных платформ: Wintel (компьютеры с процессорами фирмы Intel и операционной системой Windows), Macintosh (компьютеры с операционными системами компании Apple Computer) и UNIX-системы. В нашей стране примерно 98% компьютеров относится к платформе Wintel.

Различные секции Internet связываются друг с другом с помощью системы мощных компьютеров, называемых маршрутизаторами. Маршрутизаторы занимаются сортировкой и рассылкой поступающих пакетов по нужным маршрутам (так же, как почтовое отделение принимает решение о том, куда отправить то или иное письмо обычной почты). Чаше всего маршрутизатор отправляет пакет не непосредственно компьютеру-получателю, а другому маршрутизатору, расположенному ближе к получателю. Таким образом, пакет передается от одного маршрутизатора другому до тех пор, пока не достигнет компьютера-получателя.

Основным компонентом любого маршрутизатора оказывается так называемая таблица маршрутизации, которая привлекается для определения того, в какое место должен направляться каждый принятый пакет в зависимости от содержащегося в нем адреса получателя. Было разработано много алгоритмов маршрутизации, из которых сейчас наиболее часто применяется алгоритм наименьшей стоимости доставки. Современные маршрутизаторы представляют собой мощные компьютеры, которые динамически адаптируют таблицы маршрутизации в зависимости от состояния коммуникационных каналов - скорости, интенсивности трафика и др.

Варианты доступа в Интернет.

С распространением Internet появились организации, в которых за относительно небольшую плату пользователи могли подписаться на предоставление информационных услуг. Пользователи получали учетную запись, называемую также входным именем (login name) или именем пользователя (user name), пароль (password). Эти организации получили название провайдеры.

Обычно провайдер подключен к Интернет с помощью дорогостоящего оптоволоконного высокоскоростного канала. Один провайдер обслуживает множество клиентов, которые рассредоточены на большой территории. Технология, по которой осуществляется связь между абонентами и местной телекоммуникационной службой, т.е. провайдером, получила название технологии последней мили. Название это условное (обычно расстояние от абонента до провайдера не превышает 4 км).

Ранее самым распространенным среди домашних пользователей в России был доступ по коммутируемой телефонной линии с помощью модема. Скорость доступа при таком способе подключения не более 56 Кбит/с, но такая скорость сегодня мало кого устраивает.

Позже телефонную сеть, которая изначально предназначалась для передачи голосового сигнала, приспособили для высокоскоростной передачи цифровых данных. DSL-технология (Digital Subscriber Line - цифровая абонентская линия) позволяет использовать более широкую полосу пропускания для передачи данных без ущерба для использования телефонной линии по прямому назначению. Существует целое семейство технологий под общим названием xDSL, где приставка х указывает на конкретную спецификацию семейства DSL. Эта технология весьма перспективна, она позволяет одновременно работать в Интернете и разговаривать по телефону. Скорость подключения по ней намного выше, чем при помощи обычного модема. DSL не требует прокладки новых проводов, так как использует уже имеющуюся телефонную линию. Одним из основных преимуществ технологии xDSL является высокоскоростной доступ в Интернет. При работе в Интернет основной поток информации идет из сети к пользователю, а в сеть передается гораздо меньший объем данных. Действительно, при просмотре Web-страниц в ответ на небольшой запрос пользователь получает из Сети не только текст, но и изображения. Таким образом, информационный обмен является асимметричным,

ADSL (Asymmetrical DSL), или асимметричный DSL, позволяет передавать данные пользователю со скоростью, на порядок превышающую скорость передачи данных от пользователя. При этом сигнал от пользователя в Сеть передается на более низких частотах, чем сигнал из Сети к пользователю.

Достоинства ADSL: легкость установки (используется уже имеющаяся телефонная линия), постоянный доступ в Интернет (пользователи ADSL не разделяют полосу пропускания с другими абонентами). Недостаток ADSL: ограничения по дальности. Скорость передачи потока данных в обратном направлении существенно зависит от расстояния.

При ADSL-соединении на стороне пользователя компьютер подключается к ADSL-модему, который подключается к частотному разделителю. Частотный разделитель представляет собой фильтр низких частот, разделяющий низкочастотный сигнал обычной телефонной связи и высокочастотный ADSL-сигнал. Частотный разделитель позволяет подключить к одной линии и компьютер, и телефон. Таким образом, по одной линии могут передаваться и цифровые компьютерные сигналы, и аналоговые сигналы телефонной связи.

На телефонной станции такой же частотный разделитель позволяет разделять низкочастотные и высокочастотные сигналы на другом конце абонентной линии. Голосовой аналоговый сигнал направляется в телефонную сеть общего пользования, а цифровой сигнал - на мультиплексор доступа DSLAM. На стороне провайдера сигнал от мультиплексора доступа DSLAM через модемный пул и сервер попадает в Интернет.

Мультиплексор доступа DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) — это устройство, установленное на телефонной станции, которое осуществляет подключение всех DSL-абонентов к одной высокоскоростной линии.

ADSL - весьма экономичная технология. Обычно такая линия обходится потребителю намного дешевле, чем выделенный канал аналогичной пропускной способности. По данной технологии может быть подключен не только отдельный компьютер, но и локальная сеть.

Выделенная телефонная линия — это арендованная телефонная линия связи, соединяющая без коммутации двух абонентов. Наиболее распространенной технологией выделенной линии является технология ISDN (Integrated Services Digital Network) - это стандарт цифровой передачи. Основным компонентом любой ISDN-линии является однонаправленный канал. По этому каналу могут передаваться цифровые данные и, соответственно, оцифрованные видео- и аудиоданные. Передача информации может осуществляться по обычному медному проводу. ISDN требует установки адаптеров на обоих концах линии передачи. ISDN-канал обычно предоставляется телефонными станциями. По линии ISDN можно вести телефонные разговоры и одновременно передавать данные в Интернет.

Сеть кабельного телевидения первоначально была разработана как система для передачи аналогового видеосигнала в одном направлении — в сторону пользователя. Позднее были созданы так называемые кабельные модемы, которые кодируют и передают данные по кабелю таким образом, что это не мешает передаче телевизионного сигнала; Основным достоинством этой технологии является то, что используются уже имеющиеся сети кабельного телевидения. При доступе в Интернет по сетям кабельного телевидения обеспечивается высокая скорость передачи информации.

Для организации связи между пользователем и опорной точкой радиосети провайдера используют радиоканал для высокоскоростного доступа в Интернет. С помощью этой технологии к Интернету можно подключить как индивидуальных пользователей, так и ЛВС. Для этого у абонента устанавливается радиомодем, который подключается к сетевой карте ПК или к хабу/маршрутизатору (в случае подключения ЛВС). Радиомодем соединен с направленной антенной, установленной на крыше здания. Антенна абонента направляется на базовую станцию провайдера. Связь между точкой входа в Интернет провайдера и абонентом осуществляется по радиоканалу.

С помощью данной технологии можно также объединить в сеть несколько филиалов компании без кабельного соединения. Для этого в каждом подразделении устанавливается абонентский комплект: направленная антенна и радиомодем. Провайдер обеспечивает связь между всеми точками доступа фирмы и правильную маршрутизацию данных.

Преимущества радиоканала: быстрая инсталляция, мобильность (нет кабеля), высокая скорость, первоначальные затраты на оборудование выше, чем в случае выделенной линии, но абонентская плата ниже.

В случае отсутствия телефонных станций и кабельного телевидения может помочь спутниковый доступ в Интернет. При этом скорость доступу на порядок выше, чем по обычному модему Через коммутируемую телефонную линию, но несоизмеримо ниже ASDL-доступа. Существует две разновидности организации высокоскоростного доступа в Интернет по спутниковому каналу: симметричная и асимметричная.

В случае симметричного доступа клиент осуществляет передачу запроса на спутник и прием данных со спутника. Подобное решение является достаточно дорогим, как по части клиентского оборудования, так и по стоимости абонентской платы.

В случае асимметричного доступа клиент осуществляет передачу запроса на получение требуемой информации по наземному каналу, а принимает информацию со спутника. Пользователь связывается с любым провайдером Интернета через обычный телефонный модем. Используя этот канал связи, он регистрируется на сервере провайдера, который обеспечивает асимметричный доступ в Интернет. После авторизации весь поток информации, поступающей в адрес пользователя через Интернет, направляется к нему не по обычной телефонной линии, а через спутниковый канал.

В последние годы активно разрабатываются технологии, направленные на использование бытовой электрической сети для доступа в Интернет. Одно из важнейших преимуществ бытовой электрической сети состоит в ее распространенности. Поэтому идея передачи информации по такой сети очень перспективна. Поскольку бытовая электрическая сеть первоначально не была предназначена для передачи информации, то это создает ряд технических трудностей. Электропроводка характеризуется высоким уровнем шумов, быстрым затуханием высокочастотного сигнала, а также изменением коммуникационных параметров в зависимости от текущей нагрузки. Несмотря на технические трудности, сегодня уже имеются технологии, позволяющие использовать силовую кабельную инфраструктуру.