Организация дуплексной связи

Для организации дуплексной связи, т. е. одновременной передачи информации по линии в обоих направлениях, используют следующие способы:

· четырехпроводная линия связи — одна пара проводов для прямой и дру­гая — для обратной передачи, что, естественно, дорого;

· частотное разделение — прямая и обратная передачи ведутся на разных час­тотах, но при этом полоса для каждого направления сужается более чем вдвое по сравнению с полосой симплексной (однонаправленной) связи;

· эхо-компенсация—при установлении соединения с помощью посылки зондиру­ющего сигнала определяются параметры (запаздывание и мощность) эха — от­раженного собственного сигнала; в дальнейшем из принимаемого сигнала вы­читается эхо собственного сигнала.

Стеки протоколов и типы сетей в автоматизированных системах

Протокол TCP

Протоколы, используемые совместно в сетях определенного типа, объединяют в совокупности, называемые стеками протоколов. Широко известны стеки протоколов TCP/IP, SPX/IPX, Х.25, Frame Relay (FR), ATM, семиуровневые протоколы ЭМВОС.

Наибольшее распространение получили протоколы TCP/IP в связи с их ис­пользованием в качестве основных в сети Internet. TCP/IP — пятиуровневые протоколы, но базовыми среди них, давшими название всей совокупности, яв­ляются протокол транспортного уровня TCP (Transmission Control Protocol) и протокол сетевого уровня IP (Internet Protocol). Эти протоколы поддержива­ются такими ОС, как Unix и Windows-95/NT.

TCP —дуплексный транспортный протокол с установлением соединения. Под установлением соединения подразумевают установление виртуального кана­ла в сети путем обмена запросом и согласием на соединение между отправи­телем и получателем сообщения. К другим функциям TCP относятся упаков­ка и распаковка пакетов на концах транспортного соединения; управление потоком - получатель одновременно с подтверждением правильности переда­чи сообщает размер окна, т. е. число пакетов, которые получатель готов при­нять, или, что практически то же самое, число пакетов, которые отправитель может послать в сеть, не дожидаясь получения подтверждения об их правиль­ном приеме; помещение срочных данных между специальными указателями, т. е. возможность управлять скоростью передачи.

В программном обеспечении протокола TCP имеется программа-агент, ко­торая постоянно готова к работе и при приходе запроса и установлении со­единения генерирует свою копию для обслуживания создаваемого соединения, а сама программа-родитель ждет новых вызовов.

В схеме установления соединения в сетях клиент — сервер предусмотрена посылка клиентом запроса на соединение (команда ACTIVE_OPEN) с указанием адреса сервера, тайм-аута (времени жизни), уровня секретности. Можно сразу же поместить в запрос данные (тогда используется команда ACTIVE_OPEN_WITH_DATA). Если сервер готов к связи, он отвечает коман­дой согласия (OPEN_RECEIVED), в которой назначает номер соединения. Далее командой SEND посылаются данные, а командой DELIVER подтверждается их получение. Разъединение выполняется обменом команда­ми CLOSE и CLOSING.

В одноранговых сетях используется трехшаговая процедура установления соединения. Сначала инициатор Апосылает запрос на установление прямого соединения, затем приемник Вотвечает согласием и посылает запрос на уста­новление обратного соединения, узел Аотвечает на это согласием.

Протокол IP

Сетевой протокол IP — дейтаграммный сетевой протокол, т. е. протокол без установления соединения. В дейтаграммных протоколах сообщение разби­вается на дейтаграммы. Дейтаграмма — это пакет, передаваемый независимо от других частей одного и того же сообщения в вычислительных сетях с ком­мутацией пакетов. Дейтаграммы одного и того же сообщения могут переда­ваться в сети по разным маршрутам и поступать к адресату в произвольной последовательности, что требует дополнительных операций по сборке сообще­ния из дейтаграмм в узле-получателе. На внутренних участках маршрута конт­роль правильности передачи не предусмотрен и надежность связи обеспечи­вается лишь контролем в оконечном узле.

Четвертая версия протокола IPv4. Один из недостатков этой версии — 32-бит­ный размер адреса. Действительно, 32 бита соответствуют 2³² « 4,3 млрд ад­ресов, а это в связи с бурным ростом числа компьютеров в Internet уже вызывает затруднения с распределением адресного пространства. Поэтому разработана ипостепенно вводится в действие версия IPv6, в которой применена другая структура заголовка и адресации. Как частный случай, в структуре IPv6-адреса можно разместить IPv4-адрес, т. е. сети с протоколами этих версий могут работать совместно. Пока (к 2002 г.) большинство доменов Internet работает по протоколу IPv4.

Адресация в TCP/IP

В протоколах TCP/IP различают два типа адресов. На канальном уровне используют адреса, называемые физическими. Это шестибайтовые адреса сетевых плат, присваиваемые изготовителем контроллеров (как уже отмечалось, каждый изготовитель вместе с лицензией на изготовление получает уникаль­ный диапазон адресов). На сетевом уровне используют сетевые адреса, иначе называемые виртуальными или логическими.

Различают понятия сетевых адреса и имени, имеющих цифровое и буквен­ное выражения соответственно.

Сетевой адрес называют IP-адресом. В IPv4 это четырехбайтовый код, со­стоящий из двух частей: адреса сети и адреса узла (заметим, что узел, имею­щий IP-адрес, называют хостом). Имя характеризует пользователя. Его со­ставляют в соответствии с доменной системой имен. Соответствие между IP-адресом и IP-именем хоста устанавливается специальной службой имен. В Internet это DNS (Domain Name Service), в семиуровневой модели ISO — стан­дарт Х.500.

При обращении к сети пользователь, отправляющий сообщение, задает IP-имя получателя. Поскольку маршрутизация в сети осуществляется по IP-ад­ресам, то с помощью серверов DNS осуществляется перевод указанного IP-имени в IP-адрес.

В локальной сети, где используются шестибайтовые адреса, называемые МАС-адресами, требуется преобразование IP-имен в МАС-адреса. Это преоб­разование выполняется с помощью специального протокола ARP, имеющегося в стеке TCP/IP. Для этого создаются ARP-таблицы соответствия IP и MAC адресов данной сети.

Маршрутизация в Internet организована по иерархическому принципу. Име­ются уровни ЛВС и корпоративных сетей; маршрутных доменов, в каждом из которых используются единые протоколы и алгоритмы маршрутизации; адми­нистративных доменов, каждый из которых соответствует некоторой ассоциа­ции и имеет единое управляющее начало. В маршрутных доменах есть внешние маршрутизаторы для связи с другими маршрутными или административными доменами.

Обращение из некоторого узла к другому узлу в Internet (например, из wwwcdl.bmstu.ru по адресу http:// www.eevl.ac.uk) происходит следующим об­разом.

Сначала IP-имя переводится в IP-адрес. Для этого происходит обращение кместному серверу (bmstu), и если там сведений о сети назначения нет, то происходит переход к серверу следующего, более высокого уровня (ru и далее по иерархии вниз до получения IP-адреса хоста назначения. В местном DNS-cepвере могут быть сведения об IP-адресах хостов из удаленных доменов, если к ним происходят достаточно частые обращения из данного домена.

После получения IP-адреса узел-отправитель сравнивает номер своей сети (подсети) с номером сети, указанным в IP-адресе получателя в заголовке па­кета. Если номера совпадают, то узел-отправитель с помощью имеющейся в его памяти ARP-таблицы переводит IP-адрес в МАС-адрес, по которому и доставляется пакет средствами канального уровня. Если в ARP-таблице стро­ки с нужным МАС-адресом не оказалось, то по сети широковещательно, т. е. по всем узлам данной сети, распространяется ARP-запрос. Все узлы вскрыва­ют этот запрос, но только узел, имеющий указанный в запросе IP-адрес, откли­кается своим МАС-адресом. Далее пакет отправляется адресату, одновре­менно строка с найденным МАС-адресом заносится в ARP-таблицу узла-отправителя. Если номера сетей не совпадают, то пакет пересылается маршрутизатору, который с помощью своей таблицы определяет, через какой из своих портов направлять пакет дальше.

Как отмечено выше, продолжающийся рост числа узлов в Internet привел к появлению версии IPv6 протокола IP.

В целом IP-заголовок в протоколе IPv6 состоит из 40 байт и включает сле­дующие поля:

версия протокола (4) — приоритет (4) — параметры обслуживания (24) — длина пакета (16) — тип протокола (8) — тип следующего заголовка (8) — ли­мит числа переходов (8) — адреса отправителя и получателя (по 128).

За основным заголовком в IPv6-пакете могут следовать дополнительные, используемые для указания пользователю той или иной служебной информации, например способа шифрования или способа фрагментации. Лимит числа пере­ходов — это максимально допустимое число маршрутизаторов на пути дейта­граммы. Превышение этого числа приводит к ликвидации пакета.