Ежедневно для получения доступа к сервисам, доступным по сети Интернет, мы обращаемся к тысячам серверов, расположенных в различных географических точках. Каждому из этих серверов присваивается уникальный IP-адрес, по которому он идентифицируется в подключенной локальной сети.
Для успешного взаимодействия между узлами необходимо эффективное взаимодействие целого ряда протоколов. Эти протоколы реализованы на уровне оборудования и программного обеспечения каждого сетевого устройства. Взаимодействие между протоколами можно представить в виде стека протоколов. Протоколы в стеке представляют собой многоуровневую иерархию, в которой протокол верхнего уровня зависит от сервисов протоколов на более низких уровнях.
На графике ниже показан стек протоколов с набором первичных протоколов, необходимых для запуска веб-сервера по сети Ethernet. Нижние уровни стека отвечают за перемещение данных по сети и предоставление сервисов верхним уровням. Верхние уровни в большей степени отвечают за наполнение пересылаемых сообщений и пользовательский интерфейс.
Было бы невозможно запомнить все IP-адреса всех серверов, предоставляющих различные сервисы по сети Интернет. Вместо этого предлагается более простой способ поиска серверов – сопоставить имя с некоторым IP-адресом. Система имен доменов (DNS) позволяет использовать имя узла для запроса IP-адреса отдельного сервера. Регистрация и организация имен в этой системе выполняется по специальным высокоуровневым группам, именуемых доменами. К числу наиболее популярных высокоуровневых доменов сети Интернет относятся.com, .edu и.net. В DNS-сервере записана специальная таблица, ассоциирующая имена узлов в домене с соответствующим IP-адресом. Если клиент знает имя сервера, например, веб-сервера, но требуется найти IP-адрес, он направляет запрос на этот DNS-сервер через порт 53. Клиент использует этот IP-адрес DNS-сервера, прописанного в настройках DNS раздела конфигурации IP этого узла. По получении запроса DNS-сервер выясняет по своей таблице, имеется ли соответствие между запрашиваемым IP-адресом и веб-сервером. Если на DNS-сервере отсутствует запись о запрашиваемом имени, он опрашивает другой DNS-сервер в пределах своего домена. После распознавания IP-адреса DNS-сервер отправляет результат обратно к клиенту. Если DNS-серверу не удалось определить IP-адрес, клиент не сможет установить связь с этим веб-сервером и получит сообщение об истечении времени ожидания. Процесс определения IP-адреса по DNS-протоколу из клиентского программного обеспечения достаточно прост и прозрачен для пользователя.
В процессе обмена информацией веб-сервер и веб-клиент используют специальные протоколы и стандарты, гарантирующие прием и прочтение информации. К этим протоколам относятся следующие: протоколы уровня приложения, транспортные протоколы, протоколы межсетевого взаимодействия и сетевого доступа.
Протокол уровня приложения
Протокол передачи гипертекстовых файлов (HTTP) управляет взаимодействием между веб-сервером и веб-клиентом. Протокол HTTP задает формат запросов и ответов на запросы, пересылаемых между клиентом и сервером. Для управления процессом передачи сообщений между клиентом и сервером HTTP обращается к другим протоколам.
Транспортный протокол
Протокол управления передачей (TCP) – это транспортный протокол, управляющий отдельными сеансами связи между веб-серверами и веб-клиентами. Протокол TCP делит гипертекстовые сообщения (HTTP) на сегменты и отправляет их на конечный узел. Он также осуществляет управление потоками данных и подтверждает обмен пакетами между узлами.
Межсетевой протокол
Из протоколов межсетевого взаимодействия чаще всего применяется Интернет-протокол (IP). Протокол IP отвечает за прием форматированных сегментов от TCP, присвоение им локальных адресов, их инкапсуляцию в пакеты для маршрутизации на конечный узел.
Протоколы сетевого доступа
В локальных сетях чаще всего применяется протокол Ethernet. Протоколы сетевого доступа выполняют две основных функции - управление каналами передачи данных и физическая передача данных по сети.
Протоколы управления каналами передачи данных принимают пакеты от протокола IP, инкапсулируют их в соответствующий формат кадров локальной сети. Эти протоколы отвечают за назначение физических адресов кадрам данных и их подготовку к передаче по сети.
Стандарты и протоколы физической передачи данных отвечают за представление битов в тракте передачи, выбор способа передачи сигналов и их преобразование на принимающем узле. Сетевые интерфейсные платы поддерживают соответствующие протоколы тракта передачи данных.
Каждая служба, доступная по сети, имеет собственные протоколы уровня приложения, поддерживаемые программным обеспечением сервера и клиента. Помимо протоколов уровня приложения во всех общих Интернет-службах используется протокол Интернет (Internet Protocol, IP), отвечающий за адресацию и маршрутизацию сообщений между исходными и конечными узлами.
Протокол IP отвечает только за структуру, адресацию и маршрутизацию пакетов. IP не определяет способ доставки или транспортировки пакетов. Транспортные протоколы предписывают способ передачи сообщений между узлами. Наиболее популярными из транспортных протоколов являются протокол управления передачей (TCP) и протокол пользовательских датаграмм (UDP). Протокол IP использует эти транспортные протоколы для обеспечения связи и передачи данных между узлами.
Если приложению требуется подтверждение доставки сообщения, оно использует протокол TCP. Это аналогично процессу отправки заказного письма в обычной почтовой системе, когда для подтверждения получения письма получатель ставит свою подпись на квитанции.
TCP разбивает сообщение на фрагменты меньшего размера, именуемые сегментами. Эти сегменты последовательно нумеруются и передаются протоколу IP, который затем осуществляет сборку пакетов. TCP отслеживает количество сегментов, отправленных на тот или иной узел тем или иным приложением. Если отправитель не получает подтверждения в течение определенного периода времени, то TCP рассматривает эти сегменты как потерянные и повторяет их отправку. Повторно отправляется только потерянная часть сообщения, а не все сообщение целиком.
Протокол TCP на принимающем узле отвечает за повторную сборку сегментов сообщений и их передачу к соответствующему приложению.
FTP и HTTP – это примеры приложений, в которых для обеспечения доставки данных применяется протокол TCP.
В некоторых случаях протокол подтверждения доставки (TCP) не требуется, так как это замедляет скорость передачи данных. В таких случаях более приемлемым из транспортных протоколов является UDP.
Протокол UDP выполняет негарантированную доставку данных и не запрашивает подтверждения от получателя. Это аналогично отправке письма обычной почтой без уведомления о доставке. Доставка письма не гарантируется, но шансы его доставки достаточно высоки.
Протокол UDP более предпочтителен для передачи потокового аудио, видео и голосовой связи по IP-протоколу (VoIP). Подтверждение доставки лишь замедлит процесс передачи данных, и при этом повторная доставка нежелательна.
Примером использования протокола UDP является Интернет-радио. Если какое-либо сообщение затерялось в пути доставки по сети, оно не будет отправляться повторно. Пропадание нескольких пакетов будет восприниматься слушателем как кратковременное пропадание звука. Если для этого использовать протокол TCP, предусматривающий повторную доставку потерянных пакетов, то процесс передачи данных приостановится для приема потерянных пакетов, что заметно ухудшит качество воспроизведения.
Простой протокол электронной почты (SMTP)
Протокол SMTP используется программой почтового клиента для отправки сообщений на локальный почтовый сервер. Далее локальный сервер определяет, кому адресовано сообщение - локальному почтовому ящику или почтовому ящику на другом сервере.
Протокол SMTP применяется при взаимодействии с разными серверами, например, если требуется отправка сообщения на другие серверы. SMTP-запросы направляются на порт 25.
Почтовый протокол (POP3)
POP-сервер принимает и хранит сообщения для своих пользователей. После того, как установлено соединение между клиентом и почтовым сервером, сообщения будут загружены на компьютер клиента. По умолчанию сообщения не сохраняются на сервере после их прочтения клиентом. Клиенты обращаются к серверам POP3 через порт 110.
Протокол IMAP4
IMAP-сервер также принимает и сохраняет сообщения, адресованные его пользователям. Тем не менее, сообщения могут храниться в почтовых ящиках пользователей, если они не будут явно удалены самими пользователями. В самой последней версии протокола IMAP - IMAP4 запросы от клиентов прослушиваются через порт 143.
В разных платформах сетевых операционных систем используются различные почтовые серверы.
Обмен мгновенными сообщениями (Instant Messaging, IM) - это на сегодня один из наиболее популярных инструментов обмена информацией. Программное обеспечение мгновенного обмена сообщениями (IM), выполняемое на локальных компьютерах, обеспечивает взаимодействие пользователей в окнах передачи сообщений или в чат-сеансах по сети Интернет в реальном времени. На рынке сегодня предлагается множество программ обмена мгновенными сообщениями от различных компаний-разработчиков. В каждой службе мгновенного обмена сообщениями могут использоваться специальные протоколы и конечные порты, поэтому на двух разных узлах должно быть установлено совместимое программное обеспечение.
Для работы приложений мгновенного обмена сообщениями достаточна минимальная конфигурация. После загрузки клиентского приложения достаточно ввести имя пользователя и пароль. Эта операция необходима для проверки подлинности клиента IM на входе в сеть мгновенного обмена сообщениями. После выполнения входа на сервер клиенты могут отправлять сообщения другим клиентам в реальном времени. Помимо текстовых сообщений IM-клиент поддерживает передачу видео, музыкальных файлов и файлов голосовой связи. В IM-клиентах поддерживается функция телефона, что позволяет пользователям устанавливать телефонные вызовы по сети Интернет. Имеются дополнительные возможности настройки "Списка контактов", а также персональных стилей оформления.
Программное обеспечение IM-клиентов можно загружать и использовать на всех типах устройств, в том числе: компьютеры, КПК и сотовые телефоны.
Сегодня все более популярными становятся телефонные вызовы по сети Интернет. В клиентских приложениях Интернет-телефонии реализована технология обмена данными между равноправными уровнями (peer-to-peer technology), что аналогично технологии обмена мгновенными сообщениями. В IP-телефонии применяется технология Voice over IP (VoIP), которая использует пакеты IP для передачи оцифрованных голосовых данных.
Чтобы начать работу с Интернет-телефоном, загрузите клиентское программное обеспечение с узла одной из компаний, предлагающих этот сервис. Ставки за пользование сервисами Интернет-телефонии меняются в зависимости от региона и поставщика.
После установки программного обеспечения пользователь должен выбрать уникальное имя. Это необходимо для приема вызовов от других пользователей. Необходимы также динамики и микрофон, встроенные или внешние. В качестве телефона часто используется гарнитура, подключаемая к компьютеру.
Вызовы устанавливаются с другими пользователями, использующими тот же сервис, путем выбора имен из списка. Для установления вызова на обычный телефон (наземной линии или сотовый телефон) требуется шлюз для доступа к коммутируемой телефонной сети общего пользования (ТфОП).
Выбор протоколов и конечных портов, применяемых в приложениях Интернет-телефонии, может меняться в зависимости от типа программного обеспечения.
Сетевые технологии
Сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения вычислительных сетей.
Протокол - ϶ᴛᴏ набор правил и соглашений, определяющий каким образом в сети устройства обмениваются данными.
Сегодня доминируют следующие сетевые технологии: Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM.
Технология Ethernet
Технология Ethernet создана фирмой XEROX в 1973 году. Основной принцип, положенный в основу Ethernet - случайный метод доступа к разделяемой среде передачи данных (метод множественного доступа).
Логическая топология сети Ethernet всегда шинная, в связи с этим данные передаются на все узлы сети. Каждый узел видит каждую передачу и отличает предназначенные ему данные по адресу своего сетевого адаптера. В каждый момент времени только один узел может осуществить успешную передачу, в связи с этим между узлами должно существовать некое соглашение, как им вместе пользоваться одним кабелем, чтобы не мешать друг к другу. Такое соглашение и определяет стандарт Ethernet.
По мере роста загрузки сети все больше возникает крайне важно сть передавать данные в одно и то же время. Когда такое случается, то две передачи входят в конфликт, заполняя шину информационным мусором. Такое поведение известно под термином ʼʼколлизияʼʼ, то есть возникновение конфликта.
Каждая передающая система, обнаружив коллизию, немедленно прекращает посылать данные, и предпринимаются действия, чтобы исправить эту ситуацию.
Хотя большинство коллизий, которые возникают в типичной сети Ethernet, разрешаются в течение микросекунд и их возникновение естественно и ожидаемо, но основной недостаток состоит по сути в том, что чем больше трафик в сети, тем больше коллизий, тем резко падает производительность сети и может наступить коллапс, то есть сеть забита трафиком.
Трафик – поток сообщений в сети передачи данных.
Технология Token Ring
Технология Token Ring была разработана компанией IBM в 1984 году. Технология Token Ring использует совершенно другой метод доступа. Логическая сеть Token Ring имеет кольцевую топологию. Специальное сообщение, известное как маркер (Token) - ϶ᴛᴏ специальный трех байтовый пакет, который постоянно циркулирует по логическому кольцу в одном направлении. Когда маркер проходит через узел, готовый передать данные в сеть, он захватывает маркер, присоединяет к нему данные, предназначенные для передачи, и затем передает сообщение снова в кольцо. Сообщение продолжает свое ʼʼпутешествиеʼʼ по кольцу до тех пор, пока не достигнет места назначения. Пока сообщение не будет принято, ни один узел не сможет пересылать данные. Этот метод доступа известен как передача маркера. Он исключает коллизии и произвольные периоды ожидания как Ethernet.
Технология FDDI
Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface) – оптоволоконный интерфейс распределённых данных - это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является оптоволоконный кабель. Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Сеть FDDI строится на базе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец - ϶ᴛᴏ основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI и узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности должны быть подключены к обоим кольцам.
В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного кольца, вторичное кольцо в данном режиме не используется. В случае какого- либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (к примеру, обрыв кабеля или отказ узла) первичное кольцо объединяется со вторичным, вновь образуя единое кольцо.
Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая среда передачи данных, в связи с этим для нее определен специальный метод доступа очень близкий к методу доступа сетей Token Ring. Отличие состоит по сути в том, что время удержания маркера в сети FDDI не является постоянной величиной, как в Token Ring. Оно зависит от загрузки кольца - при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля для асинхронного трафика. Важно заметить, что для синхронного трафика время удержания маркера остаётся фиксированной величиной.
Технология АТМ
АТМ (Asynchronous Transfer Mode– асинхронный режим передачи) – самая современная сетевая технология. Она разработана для передачи речи, данных и видео с использованием высокоскоростного, ориентированного на установление соединения протокола с коммутацией ячеек.
В отличие от других технологий трафик АТМ разбивается на 53 - байтовые ячейки (cells). Применение структуры данных предопределенного размера делает сетевой трафик более легко измеряемым количественно, предсказуемым и управляемым. АТМ построена на передаче информации по оптоволоконному кабелю с использованием звездообразной топологии.
Сетевые технологии - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Сетевые технологии" 2017, 2018.
Современные системы передачи информации – это вычислительные сети. Совокупность всех абонентов вычислительной сети называют абонентской сетью. Средства связи и передачи данных образуют сеть передачи данных (рис. 2.1). - оконечное оборудование данных абонентов... .
В настоящее время имеет место широкое появление на отечественном рынке компьютеров и программного обеспечения нейропакетов и нейрокомпьютеров, предназначенных для решения финансовых задач. Те банки и крупные финансовые организации, которые уже используют нейронные... .
В области компьютерных технологий в последние два десяти-летия не было, наверное, более активно развивающеюся направ-ления, чем становление и развитие вычислительных сетей, соста-вивших основу так называемых сетевых технологий. Наблюдав-шийся все эти годы бурный... .
База знаний накапливается в процессе создания и эксплуатации экспертной системы. Особенностью информационной технологии экспертных систем является неотделимость этих двух составляющих. Схема накопления и использования знаний при создании и эксплуатации системы... .
В настоящее время наиболее важным применением компьютеров становится создание сетей, обеспечивающих единое информационное пространство для многих пользователей. Объединение компьютеров в сеть позволяет совместно использовать диски большой емкости, принтеры, основную... .
В составе технологий интеллектуального уровня определенное место занимают аналитические информационные технологии, которые относятся к классу нейронных сетей. В основе нейронных сетей положены алгоритмы, обладающие способностью самообучения на примерах, которые они... .
Нейросетевыми технологиями называют комплекс информационных технологий, основанных на применении искусственных нейронных сетей. Искусственные нейронные сети – это программно или аппаратно реализованные системы, построенные по принципу организации и... .
Сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения вычислительных сетей.
Протокол – это набор правил и соглашений, определяющий каким образом в сети устройства обмениваются данными.
В настоящее время доминируют следующие сетевые технологии: Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM.
Технология Ethernet
Технология Ethernet создана фирмой XEROX в 1973 году. Основной принцип, положенный в основу Ethernet - случайный метод доступа к разделяемой среде передачи данных (метод множественного доступа).
Логическая топология сети Ethernet всегда шинная, поэтому данные передаются на все узлы сети. Каждый узел видит каждую передачу и отличает предназначенные ему данные по адресу своего сетевого адаптера. В каждый момент времени только один узел может осуществить успешную передачу, поэтому между узлами должно существовать некое соглашение, как им вместе пользоваться одним кабелем, чтобы не мешать друг к другу. Такое соглашение и определяет стандарт Ethernet.
По мере роста загрузки сети все больше возникает необходимость передавать данные в одно и то же время. Когда такое случается, то две передачи входят в конфликт, заполняя шину информационным мусором. Такое поведение известно под термином «коллизия», то есть возникновение конфликта.
Каждая передающая система, обнаружив коллизию, немедленно прекращает посылать данные, и предпринимаются действия, чтобы исправить эту ситуацию.
Хотя большинство коллизий, которые возникают в типичной сети Ethernet, разрешаются в течение микросекунд и их возникновение естественно и ожидаемо, но основной недостаток заключается в том, что чем больше трафик в сети, тем больше коллизий, тем резко падает производительность сети и может наступить коллапс, то есть сеть забита трафиком.
Трафик – поток сообщений в сети передачи данных.
Технология Token Ring
Технология Token Ring была разработана компанией IBM в 1984 году. Технология Token Ring использует совершенно другой метод доступа. Логическая сеть Token Ring имеет кольцевую топологию. Специальное сообщение, известное как маркер (Token) – это специальный трех байтовый пакет, который постоянно циркулирует по логическому кольцу в одном направлении. Когда маркер проходит через узел, готовый передать данные в сеть, он захватывает маркер, присоединяет к нему данные, предназначенные для передачи, и затем передает сообщение снова в кольцо. Сообщение продолжает свое «путешествие» по кольцу до тех пор, пока не достигнет места назначения. Пока сообщение не будет принято, ни один узел не сможет пересылать данные. Этот метод доступа известен как передача маркера. Он исключает коллизии и произвольные периоды ожидания как Ethernet.
Технология FDDI
Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface) – оптоволоконный интерфейс распределённых данных - это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является оптоволоконный кабель. Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец – это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI и узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности должны быть подключены к обоим кольцам.
В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного кольца, вторичное кольцо в этом режиме не используется. В случае какого- либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла) первичное кольцо объединяется со вторичным, вновь образуя единое кольцо.
Кольца в сетях FDDI рассматриваются как общая среда передачи данных, поэтому для нее определен специальный метод доступа очень близкий к методу доступа сетей Token Ring. Отличие заключается в том, что время удержания маркера в сети FDDI не является постоянной величиной, как в Token Ring. Оно зависит от загрузки кольца - при небольшой загрузке оно увеличивается, а при больших перегрузках может уменьшаться до нуля для асинхронного трафика. Для синхронного трафика время удержания маркера остаётся фиксированной величиной.
Технология АТМ
АТМ (Asynchronous Transfer Mode– асинхронный режим передачи) – самая современная сетевая технология. Она разработана для передачи речи, данных и видео с использованием высокоскоростного, ориентированного на установление соединения протокола с коммутацией ячеек.
В отличие от других технологий трафик АТМ разбивается на 53 - байтовые ячейки (cells). Применение структуры данных предопределенного размера делает сетевой трафик более легко измеряемым количественно, предсказуемым и управляемым. АТМ построена на передаче информации по оптоволоконному кабелю с использованием звездообразной топологии.