Метод комутації з нагромадженням інформації

-забезпечує дружній інтерфейс, зменшуючи кількість відмов в обслуговуванні, підвищує ефективність використання каналів.

Характеристика: Метод передбачає запам’ятовуванняв проміжному вузлі.

Часова діаграма (див.схема):

Заголовок- службові дані;

Тобр-час обробки повідомлень;

Тчек-час можливого чекання.

Розрізняють 2 методи комутації з нагромадженням інформації:

· Метод комутації повідомлень (message switching) Передбачає запам’ятовування інформації на зовнішніх носіях: використовується в електронній пошті. Повідомлення при цьому може досить довго чекати на передачу.

Переваги:

▪ Дружній інтерфейс

▪ Ефективне завантаження каналів

Недоліки:

▪ Великий час доставки повідомлень

· Метод комутації пакетів базується на методі комутації повідомлень і відрізняється тим, що повідомлення ділиться на короткіпакети, які запам’ятовуються в ОП (час запису і читання значно менший)

Переваги:

▪ Зменшення часу доставки

▪ Забезпечення роботи в інтерактивному режимі

Часова діаграма:

 

Існують наступні режими здійснення методу комутації пакетів:

▪ Режим віртуальних з’єднань (передача всіх пакетів одного повідомлення по єдиному шляху). Для цього режиму визначається шлях і резервується пам’ять в проміжних вузлах для даного з’єднання.

Перевага:

Збереження послідовності пакетів, що передаються

Режим датаграмний (кожен пакет є незалежною одиницею обміну, що містить адресу джерела, адресу призначення і номер пакету). Пакети одного повідомлення можуть іти різними шляхами і паралельно. ПЗ на прийомній стороні повинне впорядковувати пакети, організовуючи повторний запит пакетів, які не прийшли, тому цей метод є складним і вимагає великого буферного простору, але автоматично забезпечує захист даних в мережі.

Перстпективи розвитку:

Метод комутації комірок (cell), використовується в технології АТМ і передбачає, що дані діляться на комірки розміром 53 байти. (ATM (Asynchronous Transfer Mode) - це стандартизована технологія комутації елементів фіксованої довжини (53 байта), п'ять з яких складають службовий заголовок, а останні 48 - власне інформацію. При проходженні через ATM будь-які дані розбиваються на елементи, а потім знову збираються на кінцевому пристрої).

 

8. Cтек протоколів TCP/IP.

Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) - це промисловий стандарт стеку протоколів, розроблений для глобальних мереж. Використовується в Internet.

Стандарти TCP/IP опубл. в серії докум. Request for Comment (RFC, що описують внутрішню роботу мережі Internet (мережні сервіси, протоколи і їх реалізацію, умови застосування).

Стек був розроблений з ініціативи Міністерства оборони США (Department of Defence, Do) більше 20 років тому для зв'язку експериментальної мережі ARPAnet з іншими сателітними мережами - як набір загальних протоколів для різнорідного обчислювального середовища. Мережа ARPA підтримувала розробників і дослідників у військових областях, у ній зв'язок між двома комп'ютерами здійснювався з використанням протоколу Internet Protocol (IP), що і донині є одним з основних у стеці TCP/IP і фігурує в назві стека.

Вагомий внесок у розвиток стеку TCP/IP вніс університет Берклі, реалізувавши протоколи стеку у своїй версії ОС UNIX. Широке поширення ОС UNIX привело і до широкого поширення протоколу IP і інших протоколів стеку. На цьому ж стеку працює Internet, а підрозділ Internet Engineering Task Force (IETF) вносить основний вклад в удосконалення стандартів стека, що вноситься у специфікацію RFC.

Передова роль стеку TCP/IP зумовлюється наступними його властивостями:

• Це найбільш завершений стандартний і в той же час популярний стек мережевих протоколів з багаторічною історією.

• Майже всі великі мережі передають основну частину свого трафіку за допомогою протоколу TCP/IP.

• Це метод одержання доступу до мережі Internet.

• Цей стек є основою для створення intranet- корпоративної мережі, що використовує транспортні послуги Internet і гіпертекстову технологію WWW, розроблену в Internet.

• Усі сучасні операційні системи підтримують стек TCP/IP.

• Це гнучка технологія для з'єднання різнорідних систем як на рівні транспортних підсистем, так і на рівні прикладних сервісів.

• Це стійка масштабоване міжплатформне середовище для додатків клієнт-сервер.

Структура стеку TCP/IP. Коротка характеристика протоколів

Так як стек TCP/IP був розроблений до появи моделі взаємодії відкритих систем ISO/OSI, то, хоч він також має багаторівневу структуру, відповідність рівнів стека TCP/IP рівням моделі OSI досить є умовною.

Протоколи TCP/IP поділяються на 4 рівні. Структура протоколів TCP/IP:

Самий нижній (рівень IV) відповідає фізичному і канальному рівням моделі OSI. Цей рівень у протоколах TCP/IP не регламентується, але підтримує всі популярні стандарти фізичного і канального рівня: для локальних мереж це Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, для глобальних мереж - протоколи з'єднань "точка-точка" SLIP і PPP, протоколи територіальних мереж з комутацією пакетів X.25, frame relay. Розроблена також спеціальна специфікація, що визначає використання технології ATM (Asynchronous Transfer Mode-асинхронна передача) в якості транспорту канального рівня. Звичайно з появою нової технології локальних або глобальних мереж вона швидко включається в стек TCP/IP за рахунок розробки відповідного RFC, що визначає метод інкапсуляції пакетів IP у її кадри.

Наступний рівень (рівень III) - це рівень міжмережевої взаємодії, що займається передачею пакетів з використанням різних транспортних технологій локальних мереж, територіальних мереж, ліній спеціального зв'язку і т.д.

Як основний протокол мережевого рівня (у термінах моделі OSI) у стеці використовується протокол IP, що зразу проектувався як протокол передачі пакетів у складених мережах, що складаються з великої кількості локальних мереж, об'єднаних як локальними, так і глобальними зв'язками. Тому протокол IP добре працює в мережах зі складною топологією, раціонально використовуючи наявність у них підсистем і економлячи пропускну спроможність низькошвидкісних ліній зв'язку. Протокол IP є дейтаграмним протоколом, тобто він не гарантує доставку пакетів до вузла призначення, але намагається це зробити.

Internet Protocol (IP) - основний протокол мережевого рівня, що дозволяє реалізовувати міжмережні з'єднання. Він використовується обома протоколами транспортного рівня (TCP, UDP). IP визначає базову одиницю передачі даних в internet, IP-дейтаграмму, вказуючи точний формат всієї інформації, що проходить по мережі TCP/IP. Програмне забезпечення IP виконує функції маршрутизації, вибираючи шлях даних по павутині фізичних мереж. Для визначення маршруту підтримуються спеціальні таблиці; вибір здійснюється на основі адреси мережі, до якої підключений комп'ютер-адресат. Протокол IP визначає маршрут окремо для кожного пакета даних, не гарантуючи надійної доставки в потрібному порядку. Він задає безпосереднє відображення даних на нижчий (фізичний) рівень передачі і реалізує тим самим високоефективну доставку пакетів.

До рівня міжмережевої взаємодії відносяться і всі протоколи, зв'язані зі складанням і модифікацією таблиць маршрутизації, такі як протоколи збору маршрутної інформації RIP (Routing Internet Protocol) і OSPF (Open Shortest Path First), а також протокол міжмережевих керуючих повідомлень ICMP (Internet Control Message Protocol). Останній протокол призначений для обміну інформацією про помилки між маршрутизаторами мережі і вузлом - джерелом пакета. За допомогою спеціальних пакетів-ICMP повідомляється про неможливість доставки пакета, про перевищення часу існування або тривалості складання пакета з фрагментів, про аномальні величини параметрів, про зміну маршруту пересилання і типу обслуговування, про стан системи і т.д. RARP (Reverse Address Resolution Protocol)- визначає по MAC-адречі IP-адресу, як і ARP (Address Resolution Protocol).

Наступний рівень (рівень II) називається основним. На цьому рівні функціонують протокол керування передачею TCP (Transmission Control Protocol) і протокол дейтаграмм користувача UDP (User Datagram Protocol).

TCP (Transmission Control Protocol) забезпечує надійну передачу даних між двома хостами. Він дозволяє клієнту і серверу додатку встановлювати між собою выртуальне з'єднання і потім використовувати його для передачі великих масивів даних, ніби між ними існує пряме фізичне з'єднання. Протокол дозволяє здійснювати дроблення потоку даних, підтверджувати одержання пакетів даних, задавати таймаути (які дозволяють підтвердити одержання інформації), організовувати повторну передачу у випадку втрати даних і т.д. Оскільки цей транспортний протокол реалізує гарантовану доставку інформації, додатки, що використовують його, мають можливість ігнорувати всі деталі такої передачі.

Протокол UDP (User Datagram Protocol) реалізує набагато простіший сервіс передачі, забезпечуючи, як і протокол IP, ненадійну доставку даних без встановлення логічного з'єднання, але, на відміну від IP, - для прикладних систем на хост-комп’ютерах. Він просто посилає пакети даних, дейтаграммы (datagrams), з однієї машини на іншу, але не дає ніяких гарантій їх доставки. Всі функції надійної передачі повинні бути вбудовані в прикладну систему, що використовує UDP. Проте є і переваги UDP перед TCP, де для встановлення логічних з'єднань потрібний час, і вони вимагають додаткових системних ресурсів для підтримки на комп'ютері інформації про стан з'єднання, а UDP займає системні ресурси тільки в момент відправлення або одержання даних. Тому якщо іде неперервний обмін даними між клієнтом і сервером, зв'язок за допомогою транспортного рівня TCP є ефективним, якщо ж комунікації між хост-компьютерами здійснюються рідко, краще використовувати протокол UDP. Додатки, що використовують TCP: Telnet, FTP і SMTP. Протокол UDP викор., зокрема, протокол мережевого керування SNMP.

RTP використовується для мобільних телефонів(зв’язок в онлайн).

Верхній рівень (рівень I) називається прикладним. За довгі роки використання в мережах різних країн і організацій стек TCP/IP нагромадив велику кількість протоколів і сервисов прикладного рівня. До них відносяться такі широко використовувані протоколи, як протокол копіювання файлів FTP, протокол эмуляции терміналу telnet, поштовий протокол SMTP, що викор. в електронній пошті мережі Internet, гіпертекстові сервіси доступу до віддаленої інформації, такі як WWW і багато ін. Зупинимося трохи докладніше на деяких з них.

Протокол пересилки файлів FTP (File Transfer Protocol) реалізує віддалений доступ до файлу. Для того, щоб забезпечити надійну передачу, FTP використовує в якості транспорту протокол зі встановленням з'єднань - TCP. Крім пересилки файлів протокол FTP пропонує й інші послуги. Так, користувачеві надається можливість інтерактивної роботи з віддаленою машиною (наприклад, можна роздрукувати вміст її каталогів). Нарешті, FTP виконує аутентифікацію користувачів. Перш, ніж одержати доступ до файлу, відповідно до протоколу користувачі повинні повідомити своє ім'я і пароль. Для доступу до публічних каталогів FTP-архівів Internet парольної аутентифікації не потрібно, а викор. як ім’я користувача - Anonymous.

У стеку TCP/IP протокол FTP пропонує найбільш широкий набір послуг для роботи з файлами, проте він є і найскладнішим для програмування. Додатки, яким не потрібні всі можливості FTP, можуть використовувати інший, більш економний протокол - найпростіший протокол пересилки файлів TFTP (Trivial File Transfer Protocol). Цей протокол реалізує тільки передачу файлів, причому в якості транспорту використовується простіший, ніж TCP, протокол без встановлення з'єднання - UDP.

Протокол telnet забезпечує передачу потоку байтів між процесами, а також між процесом і терміналом. Найчастіше цей протокол використовується для емуляції терміналу віддаленого комп'ютера. При використанні сервісу telnet користувач фактично керує віддаленим комп'ютером, тому такий вид доступу вимагає сильного захисту. Тому сервери telnet завжди використовують як мінімум аутентифікацію за паролем, а іноді і більш сильні засоби захисту, наприклад, систему Kerberos.

Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) використовується для організації мережевого керування. Протокол SNMP був розроблений для віддаленого контролю і керування маршрутизаторами Internet, які традиційно називаються також шлюзами. З ростом популярності протокол SNMP стали застосовувати і для керування будь-яким комунікаційними пристроями- концентраторами, мостами, мережними адаптерами і т.д. Проблема керування в протоколі SNMP поділяється на дві задачі.

Перша задача пов'язана з передачею інформації. Протоколи передачі керуючої інформації визначають процедуру взаємодії SNMP-агента (в керованому пристрої), і SNMP-монітора (комп'ютер адміністратора - консоль керування). Протоколи передачі визначають формати повідомлень, якими обмінюються агенти і монітор.

Друга задача пов'язана з контрольованими змінними, що характеризують стан керованого пристрою. Стандарти регламентують, які дані повинні зберігатися і накопичуватися в пристроях, імена цих даних і їх синтаксис. У стандарті SNMP визначена специфікація інформаційної бази даних керування мережею. Ця специфікація, відома як база даних MIB (Management Information Base), визначає ті елементи даних, що керований пристрій повинний зберігати, і допустимі операції над ними.

 

9. Протоколи MNP.

Фірмою Microcom Networking Protocol було розроблено наступний протокол для модемів, які в загальному визначають і коректують помилки, стискають дані для збільшення швидкості передачі по каналу, тощо – протокол MNP.

Існує 9 класів протоколів MNP (кожен рівень є набором спеціальних методів):

MNP.1 – Забезпечує автоматичну корекцію помилок при асинхронному байт-орієнтованому напівдуплексному (дані можуть передаватись в різні сторони, але в різні моменти часу) режимі обміну.

MNP.2 - Забезпечує автоматичну корекцію помилок при асинхронному байт-орієнтованому дуплексному режимі обміну.

MNP.3 - при використанні звичайного асинхронного методу передачі між комп'ютером і модемом, перетворює передані віддаленому модему дані відповідно до синхронного протоколу SDLC, а також виконує зворотнє перетворення для прийнятих даних. Отже використовується синхронний дуплексний біт-орієнтований режим обміну. Синхронна передача підвищує пропускну спроможність модему, так як при ній нема необхідності обробки стартових і стопових біт - тобто кожен переданий символ має довжину 8 біт замість десяти. Використовується корекція помилок через CRC в сукупності з автоматичним перепитування – ARQ (з N-поверненням), що передбачає повторну передачу всіх блоків даних, починаючи з спотвореного.

Часова діаграма:

MNP.4 – коректує помилки аналогічно до MNP.3, в зв’язку з чим вважається протоклом корекції помилок; крім того аналізує службову інформацію і мінімізує її за рахунок оптимізації повторних ділянок. Застосовується адаптичне збирання (формування пакетів), коли довжина пакету даних пристосовується до якості каналу зв’язку.

MNP.5 – протокол стиснення даних реального часу. MNP.5 забезпечує відношення стиснення близько 2:1. (V.42bis, рекомендований CCITT у січні 1990 року, більш ефективний і забезпечує відношення 3:1 а іноді - 4:1 (при передачі текстів)). Недоліком протоколу MNP.5 є ЗБІЛЬШЕННЯ об'єму даних, якщо їх стиснення є неможливе (наприклад, передається вже стиснений яким-небудь методом файл). При цьому можлива втрата продуктивності, в порівнянні з передачею даних без такого "стиснення" (протокол V.42bis не має цього недоліку).

MNP.6 – забезпечує домовленість про канал, яка передбачає роботу на максимальній швидкості, починаючи з мінімальної швидкості за домовленістю.

MNP.7 – протокол стиснення даних, ефективніший за MNP.5, використовує код Хаффмана з алгоритмом передачі і підтримкою стандарту V.42 bis.

MNP.8 – не існує.

MNP.9 – відноситься до протоколів, що підвищують ефективність передачі даних за рахунок зменшення часу на організацію повторної передачі.

MNP.10 – забезпечує адаптивне пристосування швидкості до якості каналу (перевіряє кількість перепитувань); автоматичний повторний виклик (спроби встановлення зв’язку). Рекомендується для неякісних каналів.

10. Протоколи TCP та UDP.

Пакети, що поступають на транспортний рівень, організуються ОС як черги до точок входу ужиткових процесів. В термінах ТСР/ІР такі черги носять назву портів. Однозначана адреса ужиткового процесу в мережі= № порта+№ мережі+№станції.

Transmission Control Protocol - TCP – протокол, транспортного рівня, забезп. гарантовану доставку даних між ужитковими процесами шляхом встановлення логічного з’єднання у вигляді байтових потоків. ТСР звільняє прикладні процеси від необхідності використовувати таймаути і повторні передачі для забезп. надійності. Найбільш типовими прикладними процесами, що використовують TCP, є FTP (протокол передачі файлів) і TELNET. Крім того, TCP використовують система X-Window, rcp (remote copy – вдалене копіювання) і ін. Можливості TCP вимагають високої продуктивності процесора і великої пропускної спроможності мережі.

№ портів ТСР присвоює так само, як UDP, але для передачі встановлює логічний зв’язок між процесами (для підтвердження, можливої повторної передачі). ТСР може вести одночасну передчасу в два напрямки- ПОВНИЙ ДУПЛЕКС. ТСР використовує адреси обох кінців з’єднання, що включає ІР-адресу і № порта.

КВІТУВАННЯ. Щоб можна було повторно передати кадри, вони нумеруються, і для кожного з них очікується позитивна реакція. Час очікування обмежений, після його проходження, якщо нема підтвердження – це означає, що кадр втрачено або є помилка (негативна реакція). Є два підходи для обміну квитанціями- метод з простоями (не передається настуний кадр до отр.підтвердження про попередній) і метод організації „вікна” (можна передавати певну к-ть кадрів неперервно, ця к-ть=розміру вікна). Час очікування- ТАЙМ-АУТ вибирається не надто коротким (бо тоді вел.ймовірність повторних передач) і не довгий – щоб не було простою. Щоб вибрати час тайм-аута, викор складний алгоритм: засікається ачс відправки сегменту до отр. Квитанції – час обороту. Значення часів обороту з врахуванням вагових коефіцієнтів усереднюються і множаться на деякий коефіцієнт >2 = time-out.

TCP займає в багаторівневій архітектурі протоколів нішу безпосередньо над IP, що дозволяє протоколу TCP відправляти й одержувати сегменти інформації змінної довжини, вкладені в оболонку IР-дейтаграм. IР-дейтаграма (ІР-пакет) надає засоби для адресації відправника і отримувача сегментів TCP в різних мережах. IP також здійснює будь-яку фрагментацію і збірку сегментів TCP, необхідну для передачі і доставки через багато мереж і проміжні шлюзи. IP-протокол також обробляє інформацію про пріоритет, класифікацію безпеки, а також здійснює розмежування TCP сегментів. Так що дана інформація може бути передана прямо через багато мереж.

Одиниця ТСР – „сегмент”.

Процес пересилає дані програмі протоколу ТСР в якості аргументів - буфер з даними. ТСР дані нарізає в сегменти, викликає модуль Internet, який передає дані приймаючому протоколу ТСР(адресат), який дані з сегментів поміщає в буфер процесу-отримувача, перевіряючи правильну послідовність даних за допом.служб. інф. Якщо є запит на негайну передачу даних, то вони не буферизуються, і передаються поза потоком- випадок out of band. Сегменти всі неоднакові, але про макс. Довжину учасники з’єднання домовляються – ця довж. Встановлюється такою, щоб при упаковці в ІР-пакет сегмент помістився повністю.

Передача ТСР сегментів здійснюється у вигляді ІР-дейтаграм, заголовок яких крім інформаційних полів містить заголовок ІР, і ТСР, що іде за ним і доповнює його специфічною для ТСР інформацією.

Формат TCP заголовка:

Тут кожна мітка позначає один біт, числа- кількість біт.

Sequence Number-Номер черги для першого октету даних у даному сегменті.

Acknowledgment Number- Якщо вст.контр. біт ACK, то це поле містить наступний № черги, що відправник даної датаграммы бажає отр. у зворотному напрямку. №-ри підтвердження посилаються постійно, коли з'єднання встановлене.

Control Bits (контрольні біти) 6 біт

URG: поле термінового покажчика задіяне ACK:поле підтвердження задіяне

PSH: функція проштовхування RST:перезавант. даного з'єднання

SYN: синхронізація номерів черги FIN:немає більше даних д/передачі

Urgent Pointer - терміновий покажчика (зсув щодо номера черги даного сегмента), береться до уваги. коли виставлений контрольний біт URG.

Padding вирівнювання TCP заголовка, щоб дані поч.на 32-бітній межі(доповн. «0»).

Основні можливості ТСР:

Базова передача даних. TCP може передавати неперервні потоки даних між своїми клієнтами в обох напрямках, пакуючи якусь їх кількість у сегменти для передачі через системи Internet. Загалом TCP сам вирішує, коли слід робити блокування чи передачу даних.

Достовірність. TCP має захист від руйнування даних, втрати, дублювання і порушення черговості одержання. Для цього кожній переданій порції присвоюється порядковий номер, а також вимогається підтвердження (ACK) від програми TCP, що приймає дані. Якщо підтвердження не отримане протягом контрольного інтервалу часу, то дані посилаються повторно. Одержувач використовує порядкові номери для відновлення черговості сегментів, що можуть отриматись в неправильному порядку, а також для обмеження можливості появи дублікатів. Пошкодження даних фіксуються за допомогою додавання до кожного переданого сегмента контрольної суми, і її перевірки при одержанні і ліквідації дефектних сегментів.

Керування потоком. TCP дозволяє одержуючій стороні керувати кількістю даних, що їй пересилається. Дял цього повертається так зване "вікно" (window) разом з кожним підтвердженням, яке вказує діапазон потрібних номерів, що ідуть за номером останнього успішно прийнятого сегменту. Вікно визначає кількість порцій, що відправник може послати до одержання подальших вказівок.

Розподілення каналів. Щоб дозволити на одному комп'ютері багатьом процесам одночасно використовувати комунікаційні можливості TCP, ним кожному хост-комп’ютеру надаэться набір адрес або портів. Разом з адресами мереж і хост-комп’ютерыв на комунікаційному рівні Internet вони утв. сокет (socket – роз’єм). Кожне з'єднання унікальним чином ідентифікується парою сокетів. Отже, будь-який сокет може одночасно використовуватися у багатьох з'єднаннях.

Робота зі з’єднаннями. Механізми керування потоком і забезпечення достовірності, вимагають від програм TCP ініціалізації та підтримки визначеної інформ. про стан кожного потоку даних (інф. про сокети, номер черги, розміри вікон – наз. з'єднанням). Для обміну двома процесами спершу встановлюється з’єднання (інф. про статус передається на обидві сторони).

Пріоритет і безпека. Для певного з’єднання можна встановити пріоритет і безпеку.

User Datagram Protocol - UDP передає дані між ужитковими процесами без гарантії доставки, тому пакети можуть губитись, дублюватись чи приходити не в тому порядку. Протокол UDP передбачає, що нижчестоячим протоколом є Internet (IP). UDP надає прикладній програмі процедуру для пересилки повідомлень іншим програмам, причому механізм протоколу мінімальний. UDP орієнтований на транзакції, а одержання дейтаграм і захист від дублювання цим протоколом не гарантуються, на відміну від ТСР. UDP веде 2 черги: з мережі і в мережу, процедура обслуговування UDP запитів від кількох ужиткових процесів – МУЛЬТИПЛЕКСУВАННЯ, розподіл UDP-пакетів між набором сервісів – ДЕМУЛЬТИПЛЕКСУВАННЯ. Одиниця UDP-протоколу- „UDP-пакет” або „user-datagram”, що скл. з заголовку і даних.

Формат заголовка для датаграмм клієнта:

Порт відправника вказує порт процесу, що посилає дейтаграмму. Можна вважати при відсутності відповідної інформації, що на цей порт варто адресувати відповідь. Якщо це поле не задіяне, то в ньому-„0”.

Порт одержувача має сенс тільки в контексті ІР-адреси одержувача.

Довжина - довжина в октетах даної дейтаграммы, включаючи заголовок і дані (мін. значення поля=8).

Контрольна сума (аналог. до ТСР)- 16 бітне доповнення до одиниці суми доповнень UDP заголовку, даних і псевдозаголовку. Останній містить інф. з заголовку протоколу IP. Щоб к-ть октетів дейтаграми була парна, її доповнюють „0”.

Псевдозаголовок, що, відповідно до концепції, іде перед UDP-заголовком, містить адресу відправника, адресу одержувача, поле протоколу і довжини UDP датаграммы. Процедура обчислення контрольної суми така ж, як і в протоколі TCP.

Якщо розрахункова контрольна сума дорівнює нулю, вона передається як поле, що скл. з „1”. Передача поля, що скл. з „0”, означає, що відправник дейтаграми не обчислював контрольної суми (при відлагодженні, чи для протоколів, що не вимагають точності передачі).

Інтерфейс користувача повинний дозволяти:

- створення нових портів для одержання дейтаграм

- операції одержання на портах, здатні приймати октети даних і здійснювати індикацію порту й адреси відправника

- операції для посилки дейтаграм, з вказанням даних, портів відправника й одержувача, а також адреси призначення.

Модуль протоколу UDP повинний мати можливість витягати з ІР-заголовкау дейтаграми IР-адреси відправника й одержувача, а також тип протоколу. Застосування протоколу:

Головним застосуванням протоколу UDP є системи Internet Name Server, і Trivial File Transfer.

При використанні Internet протоколу протокол UDP ідентифікується номером 17 (21 у вісімковій системі числення).

11. Характеристика фізичних середовищ комп'ютерних мереж.

Середовище передачі можна умовно розділити на обмежене (провідні мережі) і необмежене (безпровідні мережі). Обмежене середовище — це кабель. Як приклад необмеженого середовища можна взяти відкритий ефір, через який передає сигнали RadioEthernet-це супутникові, лазерні, радіо канали, передача в в інфрачервоному діапазоні. Радіодоступ-один з безпровідних способів з'єднання (В абонента і провайдеру встановлюється приймально-передавальне радіоустаткування зі спеціальним радіомодемом). Для супутникового зв’язку використовуються стандарти цифрової передачі сигналів DVB (Digital Video Broadcasting). Саме завдяки переходу на DVB стала можливою поява DTH (Direct To Home), - можливості передавати великі обсяги інформації безпосередньо користувачеві на його термінал. Тобто, якщо раніше можна було використовувати супутники для передачі інформації на якийсь централізований термінал, звідки дані розходилися користувачам по наземних каналах, то тепер супутник передає дані кожному абоненту. Швидкість при такої передачі може досягати 45 Мбит/с.

Провідним фізичним середовищем з’єднання є кабелі. Кабель забезпечує канал зв'язку комп'ютера з іншими машинами мережі. При встановленні кабелів потрібно точно дотримуватись специфікацій. Відзначимо різницю між кабелем і кабельним сегментом: говорячи про кабель, на увазі мається відрізок проводу, що з'єднує два вузли мережі; сегмент - весь комплект кабелів від одного кінця мережі до іншого (між термінаторами). Термінатори - це резисторы на обох кінцях сегменту для узгодження хвильового опору кабелю. Сигнал, що дійшов до кінця сегмента, поглинається термінатором, що дозволяє позбутися паразитних відображених сигналів у мережі, якщо термінатори не встановлювати, то відбитий від кінця кабелю сигнал знову попадає в кабель - цей відбитий сигнал буде в даному випадку перешкодою і може породити безліч проблем аж до повної непрацездатності мережі.

Як середовище передачі сигналів у локальних мережах, як правило, використовуються:

• кабель на основі крученої пари (Twisted Pair);

• коаксіальний кабель (Coacsial Cable);

• оптоволоконний кабель (Filter Optic Cable).

Кабель на основі крученої пари-Twisted Pair. Кручена пара- 2 мідні проводи, ізольовані один від одного, скручені і поміщені в оболонку (1 і більше кручених пар). Кручена пара (UTP/STP, unshielded/shielded twisted pair) у даний час є найбільш розповсюдженим середовищем передачі сигналів у локальних мережах. Кабелі UTP/STP використовуються в мережах Ethernet, Token Ring і ARCnet. Вони розрізняються по категоріях в залежності від пропускної спроможності і типу провідників (гнучкі або одножильні). Кручена пара може використовуватись для аналогової та цифрової передачі. Одна з хар-тик – пропускна спроможність – залежиться від діаметру кабеля (при діаметрі 1 мм і довжині 2 км вона = кількм Мбіт/с). Ще одна хар-ка – час розповсюдження сигналу – змінюється в межах 8-12 нс/м, забезпечується тим, що кабелі продаються і встановлюються кусками визначеної довжини. Кручена пара досить суттєво спотворює сигнал.

Кабелі Twisted Pair є двох типів:

UTP (unshielded twisted pair) – неекранована кручена пара

STP (shielded twisted pair) – екранована кручена пара

Екранування алюмінієвою фольгою чи мідною сіткою дозволяє передавати на більші відстані сигнал з великою швидкістю.

UTP.

Category 1 Category 2 (застаріла v=4Мбіт/с)

Category 3 (v=10Мбіт/c) Category 4 (v=16Мбіт/c)

Category 5 (v=100Мбіт/c) Category 5е

Category 6,7 – нові стандарти

STP.

Type 1, Type 2 – для фірми ІВМ.

FTP – Кручена пара з подвійною фольгою.

S/FTP – Кручена пара з фольгою і сіткою.

S/STP shielded/shared twisted pair – коли кожна пара обмотана фольгою + сітка

Коаксіальний кабель-Coacsial Cable. На початку розвитку локальних мереж коаксіальний кабель як середовище передачі був найбільш розповсюджений. Він використовувався і використовується переважно в мережах Ethernet і частково - ARCnet. Розрізняють “товстий” і “тонкий” кабелі.

Коаксіальний кабель скл. з центрального провідника - core (суцільного або багатожильного), покритого шаром полімерного ізолятора, поверх якого розташований інший провідник (екран). Екран являє собою оплетення з мідного проводу навколо ізолятора або обгорнену навколо ізолятора фольгу. У високоякісних кабелях присутні й оплетення і фольга. Коаксіальний кабель забезпечує більш високу завадостійкість в порівнянні з крученою парою, але він є дорожчим. Існують різні види коаксіальних кабелів. При ств. мережі варто вибирати кабель у точній відповідності зі специфікацією.

Коакісальні кабелі поділяються:

Baseband – вузькополосні для цифрової передачі.

Broadband – широкополосні для аналогової передачі.

(відрізняються за хвильовим опором – Baseband – 50 Oм, Broadband – 75 Oм).

Швидкість в Коаксіальних кабелях змінюється 4-5 нс/м.

Baseband.

Thick – товстий (діаметр коло 1 см)

Thin – тонкий (діаметр менше 0.5 см)

Стандарти:

10Base5 – 10 –швидкість 10 Мбіт/с, „Base”-тип кабеля, 5 – довжина сегмента між 2-ма LAN. (10Base5 – стандарт товстого кабеля, 10Base2 – стандарт тонкого кабеля).

Оптоволоконний кабель-Filter Optic Cable. — найбільш перспективне середовище, що забезпечує найбільшу швидкість поширення сигналів для локальних мереж і телефонії. У локальних мережах оптоволоконні кабелі використовуються для роботи з протоколами ATM і FDDI.

Оптоволокно, як зрозуміло з його назви, передає сигнали за допомогою імпульсів світлового випромінювання. Як джерела світла використовуються напівпровідникові лазери, а також свІтлодіоди. Оптоволокно поділяється на одно- і багатомодове.

Single Mode Fieber-Одномодове волокно дуже тонке, його діаметр складає 5-10 мікронів. Завдяки цьому світловий імпульс, проходячи по волокну, рідше відбивається від його внутрішньої поверхні, чим забезпечує менше загасання сигналу. Відповідно одномодове волокно забезпечує велику дальність без застосування повторювачів. Теоретична пропускна спроможність одномодового волокна складає 10 Гбит/с. Його основні недоліки — висока вартість і висока складність монтажу. Одномодове волокно застосовується в основному в телефонії. Недолік- складне виготовлення і складність направлення пучка світла.

Multi Mode Fieber-Багатомодове волокно має більший діаметр — 50/125 або 62,5/125 мікрона. Цей тип оптоволокна найчастіше застосовується в комп'ютерних мережах. Більше загасання в багатомодовому волокні зумовлюється більш високою дисперсією світла в ньому, через що його пропускна спроможність істотно нижча — теоретично вона складає 2,5 Гбит/с. Є 2 типи:

Step-index (зі ступінчастою зміною коефіцієнту заломлення – багато променів передаються і приходять з певною різницею в часі);

Grade-index (з градієнтною, тобто плавною, зміною коефіцієнту заломлення – багато променів передаються і приходять з певною різницею в часі);

Для з'єднання оптичного кабелю з активним устаткуванням застосовуються спеціальні роз’єми. Найбільш поширені роз’єми типу SC і ST.

Монтаж з'єднувачів на оптоволоконный кабель — дуже відповідальна операція, що вимагає досвіду і спеціального навчання, тому не варто займатися цим в домашніх умовах, не будучи фахівцем. Легше придбати кабелі з з'єднувачами. З огляду на вартість кабелю, з'єднувачів, а також активного устаткування для оптики, можна припустити, що в домашніх та невеликих ЛВС це устаткування буде використовуватися ще нескоро.

Складається оптоволоконний кабель з:

Центрального стержня – core (скло/пластмаса), діаметр dc 50 мкм; Оболонка відбиття (скло/пластмаса), діаметр dо 125 мкм; Буферна оболонка для захисту; Фіксуюча оболонка; Кевлареві волокна; Зовнішня оболонка.

Параметри:

Широкополосність:

Multi Mode Step-index – 20-30 мГц/км

Multi Mode Grade-index – пару гіга Гц/км

Single Mode сотні Ггц/км.

Затухання:

Залежить від поглинання оболонкою променя, відбивання, розсіяння, коефіцієнта заломлення і від довжини хвилі випромінювання. В пластмасових кабелях затухання більше в сотні разів.

Методи передачі даних:

Є вузькополосна передача і широкополосна передача. Серед типів передачі коду- тип „Non Return to Zero” і Манчестер-2 з можливістю самосинхронізації. (Манчестер кодує символ всередині такту зі зміною полярності).

Класифікація кабелів ІВМ: (офіційна назва і опис)

AWG-„калібр” провода, 22 AWG –телефонна лінія.

1. Екранована кручена пара (STP) – 2 пари проводів 22 AWG, покритих плетеним екраном. Для РС і модулів множинного доступу

2. Кабель для передачі мови і даних – Екранований кабель для передачі мови і даних, скл. З покритих плетеним екраном 2-х скручених пар проводів 22 AWG для передачі даних, і з 4-х скручених пар 26 AWG – для передачі мови.

3. Кабель для передачі мови – Неекранований кабель, складається з 4-х скручених пар проводів 22 або 24 AWG з суцільною жилою.

4. Оптоволоконний кабель – 2 оптичні волокна з dc/do 62.5/125

5. Комутаційний кабель – 2 скручені пари 26 AWG з подвійним шаром фольги та плетеним екраном.

6. Килимовий кабель – 2 скручені пари 26 AWG має плоский з’єднувач для прокладки під килимами.

7. Пленумний – 2 екрановані скручені пари проводів; вогнестійкий.

12. Модуляція. Стандарти та протоколи модемного зв'язку.

 

Методи модуляції сигналу.

Амплітудна модуляція (AM). При амплітудній модуляції (ASK - Amplitude Shift Keying) під керуванням вхідного сигналу відбувається зміна амплітуди несучого сигналу при незмінних його частоті і фазі. При цьому на виході модулятора присутні несуща частота і дві бічні смуги, рівні сумі і різниці несучого і вхідного сигналів. AM одержала широке поширення в радіомовленні і радіозв'язку. Варіантом AM є метод амплітудної модуляції з однією бічною смугою (ОБС).

Частотна модуляція (ЧМ). При частотній модуляції (FSK - Frequency Shift Keying) під керуванням вхідного сигналу відбувається зміна частоти несучого сигналу при незмінній його амплітуді. Метод ЧМ використовується в телеграфнії каналоутворюючий апаратурі, низькошвидкісних модемах, радіомовленні Укв-діапазону.

Фазова модуляція (ФМ). При фазовій модуляції (PSK -Phase Shift Keying) під керуванням вхідного сигналу відбувається зрушення фази несучого сигналу при незмінних його амплітуді і частоті. Метод ФМ використовується в основному в середньо швидкісних модемах. Варіантами ФМ є методи відносної фазової модуляції (ВФМ) і квадратурної фазової модуляції (КФМ).

Комбіновані методи модуляції.

До комбінованих методів модуляції відносяться:

o багатопозіційна амплітудно-фазова, чи квадратурна амплітудна модуляція (КАМ);

o модуляція з ґратчастим кодуванням (ГКМ);

o амплітудно-фазова модуляція без передачі несущої (CAP);

o модуляція з безліччю несущих (модуляція ДМТ), кожна з який модулюється по методу КАМ.

Імпульсно-кодова модуляція (ІКМ). Метод ІКМ (РСМ - Pulse Code Modulation) використовується для передачі голосу по телефонних каналах і визначений у Рекомендації ITU G.711. Суть методу полягає в дискретизації аналогового сигналу за часом з частотою 8 кгц і за рівнем із кроком квантування до 256 (28), що відповідає 8-розрядної двоїчной кодової комбінації. Для передачі одного голосового каналу в цифровому виді потрібно пропускна здатність 64 Кбит/с (8 кгц х 8 розрядів). Варіантом ІКМ є метод диференціальної імпульсно-кодової модуляції (ДІКМ).

Дельта-модуляція (ДМ). Метод дельта-модуляції (ДМ) заснований на аналізі по визначеному параметрі мовного сигналу на передачі і синтезі сигналу на прийомі. Швидкість передачі при дельта-модуляції відповідає частоті дискретизації (однорозрядне квантування) при швидкостях 30-40 Кбит/с. Дельта-модуляція має найкращі параметри перешкодстійкості серед усіх методів кодування. Відповідні системи не втрачають працездатності при виникненні одиничних помилок і їхніх пакетів (серій) малої тривалості.

Модем - це пристрій для передачі та прийому даних з телефонного каналу зв"язку. Набір протоколів модема визначає швидкість передачі даних модема, алгоритми виправлення помилок, сумісність та можливість роботи з модемами інших виробників. Це - основний параметр вибору модему.

Модемні стандарти.

Всі модемні стандарти можна поділити на три групи: протоколи передачі даних, корекції помилок, стиснення. По рівню розповсюдженості та сумісності з іншими стандартами розрізняють: міжнародні стандарти, фірменні протоколи, що стали стандартом де факто, а також малопоширені фірменні розробки. Окремі групи стандартів:

Тип	Протокол	Швид-кість, б/сек	Примітка
Низькошвидкісні < 2.4	V.21		Висока завадостійкість
	V.22		Стандарт модуляції
Середньошвид-кісні 2.4...9.6	V.22bis
	V.27
	V.32		Вперше реалізовано подавлення еха
Швидкісні	V.32.bis		Може динамічно перемикати швидкість в залежності від якості лінії. Якість лінії відслідковується по співвідношенню сигнал/шум, або по відсотку помилкових блоків.
	V.32.turbo
	V.33
	V.34		Забезпечує динамічну адаптацію до змін хар-тик в процесі передачі даних
	V.34+		В 1 bod має 9,8 біт
	V.35		Для виділених ліній (широкополосних)
	V.42	Не визнач.	На корекцію помилок (може використовуватись паралельно з попередніми V.*)
	V.42bis	-//-	На стиснення даних
	V.90	-//-	Це стандарт, що забезп.передачу даних від користувача до сервера з 33600, а від оператора до користувача – 56 000

XDSL-модемна технологія, що змінює швидкість за рахунок збільшення F.

56K - -/- за рахунок зміни величини

ФОРМУЛА ШЕННОНА:

 

С-пропускна спроможність, F-полоса пропускання каналу = 3400Гц,

Рс-сер.потужність передавача сигналу, Рn-сер.потужність перешкоди.

Для телефонних мереж приблизно=10,

а С максимальне = 33600 біт/с.

 

З 1994 року діє новий стандарт V.34 - 28800 біт/с. Порівняно з V.32bis в ньому введено низку нових рішень:

• попереднє кодування (preceding). У швидкісних модемах широко використовується метод адаптивної корекції, який компенсує тремтіння фази та коливання рівня сигналу. Адаптивна корекція інколи призводить до підвищення шуму у каналі. Процедра попереднього кодування дозволяє змінити сигнал таким чином, щоб запобігти підвищенню шума.

• багатомірне кодування (multidimensional coding) Кожний символ, який передається модемом складається з певного числа біт. Чим більше обчислювальних ресурсів має модем, тим більше бітів на один символ він зможе передати. Так, модем стандарту V.32bis передає 6 бітів на символ зі швидкістю 2400 симв/с. Модеми стандарту V«34 передають 9 бітів на символ зі швидкістю 3200 симв./с.

• нелінійне кодування (nonlinear coding) використовується для збільшення відстані між піками сигналів, що робить їх менш податними на спотворення, (пор. з поняттям "кодова відстань")

• тестування лінії (line probing). Перед початком роботи і підчас її перевіряється якість лінії і адаптивно вибирається швидкість передачі

• кращі апаратні рішення. Модем має кращі АЦП/ЦАП з підвищеною роздільчою здатністю (сигма - дельта перетворення), більші об"єми пам"яті, використовується нова генерація сигнальних процесорів, які виконують до 1000 - 2000 обчислень на один біт, тоді як у модемі V.32 виконувалося 200 -300 обчислень)

Стандарти виправлення помилок.

Сюди відносяться:

▫ MNP 2-4

▫ V.42

Стандарти MNP 2..4 були розроблені фірмою Microcom і призначені для виправлення помилок. MNP 2- байтова процедура, для обчислення CRC послідовно беруться байти даних. MNP 3 - бітова процедура, послідовність біт не ділиться на байти. MNP 4 - це надстройка над MNP 2,3 що їх використовує.

Стандарт V.42 (1988) забезпечує корекцію помилок з використанням методу повторення записів Дані групуються в блоки правильність передачі контролюється підрахунком контрольної суми (CRC). В основі стандарту V.42 лежить протокол LAPM (Link Access Procedure for Modem). Це бітовий протокол, що використовує підмножину протоколу канального рівня HDLC. Підчас встановлення з'єднання модем пробує працювати на LAPM, якщо ж це не вдається, переходять на MNP.

Стандарти стиснення інформації

Сюди входять:

▫ MNP 5

▫ V.42 bis

Протоколи динамічної упаковки/розпаковки даних обов'язково працюють разом з відповідними протоколами корекції помилок. Вони використовують різні модифікації алгоритмів Лемпеля - Зіва.

 

Протокол MNP 5 працює разом з протоколами MNP 2..4. Але більш сучасним є протокол стандарту V.42bis. Стандарт V.42bis реалізується тільки з стандартом V.42. Середній коефіцієнт стиснення -4. Автоматично відслідковується ступень стиснення даних, і якщо дані вже стиснені, другий раз вони вже не стискуються.