Мрежовият протокол е набор от правила, който позволява връзка и обмен на данни между два или повече компютъра, свързани в мрежа.
Всъщност различните протоколи често описват само различни аспекти на един и същи тип комуникация; взети заедно, те образуват така наречения протоколен стек. Имената "протокол" и "протоколен стек" също показват софтуера, който прилага протокола.
Кой разработва и стандартизира всички тези протоколи и софтуер?
Новите протоколи за Интернет се одобряват от IETF (Internet Engineering Task Force), а други протоколи се одобряват от IEEE (Институт на инженерите по електротехника и електроника) или ISO (Международна организация за стандартизация). ITU-T (Международен съюз по телекомуникации) се занимава с телекомуникационни протоколи и формати.
Най-разпространената система за класификация на мрежовите протоколи е така нареченият OSI модел. В съответствие с него протоколите са разделени на 7 нива според тяхното предназначение – от физически (генериране и разпознаване на електрически или други сигнали) до приложни (API за пренос на информация от приложения):
- Приложен слой. Горното (7-мо) ниво на модела осигурява взаимодействие между мрежата и потребителя. Слоят позволява на потребителските приложения да имат достъп до мрежови услуги като обработка на заявки към база данни, достъп до файлове и препращане на имейл. Той също така отговаря за предаването на информация за услугата, предоставянето на информация за грешки на приложенията и генерирането на заявки към презентационния слой. Пример: HTTP, POP3, SMTP.
- Презентационен слой. Слой 6 е отговорен за преобразуването на протокола и кодирането/декодирането на данни. Той преобразува заявките за приложения, получени от приложния слой, във формат за предаване по мрежата и преобразува данните, получени от мрежата, във формат, който приложенията могат да разберат. Презентационният слой може да извършва компресия/декомпресия или кодиране/декодиране на данни, както и пренасочване на заявки към друг мрежов ресурс, ако не могат да бъдат обработени локално.
- Сесиен слой. Ниво 5 на модела отговаря за поддържането на комуникационна сесия, което позволява на приложенията да взаимодействат помежду си за дълго време. Слоят на сесията управлява създаването/прекратяването на сесията, обмена на информация, синхронизирането на задачите, определянето на правата за трансфер на данни и поддръжката на сесията по време на периоди на неактивност на приложението. Синхронизирането на предаването се осигурява чрез поставяне на контролни точки в потока от данни, от които процесът се възобновява, ако взаимодействието е прекъснато.
- Транспортен слой. 4-то ниво на модела е проектирано да доставя данни без грешки, загуби и дублиране в последователността, в която са били предадени. Няма значение какви данни се предават, откъде и къде, тоест осигурява самия механизъм за предаване. Той разделя блоковете данни на фрагменти, чийто размер зависи от протокола, комбинира късите в един и разделя дългите. Протоколите на това ниво са предназначени за комуникация от точка до точка. Пример: TCP, UDP
- Мрежов слой Третият слой на OSI мрежовия модел е проектиран да определя пътя за предаване на данни. Отговаря за преобразуването на логически адреси и имена във физически, определяне на най-кратките маршрути, превключване и маршрутизиране, наблюдение на проблеми и задръствания в мрежата. Мрежово устройство като рутер работи на това ниво.
- Слой за връзка с данни. Това ниво често се нарича ниво на канала. Този слой е предназначен да гарантира взаимодействието на мрежите на физическия слой и да контролира грешките, които могат да възникнат. Той пакетира данните, получени от физическия слой, в рамки, проверява за цялост, коригира грешки, ако е необходимо, и ги изпраща на мрежовия слой. Слоят на връзката за данни може да комуникира с един или повече физически слоеве, като наблюдава и управлява това взаимодействие. Спецификацията IEEE 802 разделя този слой на 2 подслоя - MAC (Media Access Control) регулира достъпа до споделената физическа среда, LLC (Logical Link Control) предоставя услуга на мрежовия слой. Превключвателите и мостовете работят на това ниво. В програмирането това ниво представлява драйвера на мрежовата карта; в операционните системи има софтуерен интерфейс за взаимодействие на канала и мрежовите слоеве един с друг; това не е ново ниво, а просто реализация на модела за конкретна ОС . Примери за такива интерфейси: ODI, NDIS
- Физически слой. Най-ниското ниво на модела е предназначено директно за предаване на потока от данни. Предава електрически или оптични сигнали в кабелно или радио предаване и съответно ги получава и преобразува в битове данни в съответствие с методите за кодиране на цифров сигнал. С други думи, той осигурява интерфейс между мрежовата медия и мрежовото устройство. На това ниво работят концентратори на сигнали (хъбове), повторители на сигнали (ретранслатори) и медийни конвертори. Функциите на физическия слой се изпълняват на всички устройства, свързани към мрежата. От страна на компютъра функциите на физическия слой се изпълняват от мрежовия адаптер или серийния порт.
Слоевете комуникират отгоре надолу и отдолу нагоре чрез интерфейси и могат също така да комуникират със същия слой на друга система чрез протоколи.
Информационни ресурси в Интернет
- протоколи за пренос на данни, мрежово адресиране, URL
- Уеб страници и уеб сайтове, портали. Уеб пространство.
- Създаване на уеб страници. Езици за уеб публикуване.
· Публикуване на уебсайтове в Интернет. Представителство
Простото свързване на един компютър с друг е необходима стъпка за създаване на мрежа, но не е достатъчна. За да започнете давам информациямежду компютрите е необходимо компютрите да се „разбират“ един друг. Въз основа на тази естествена необходимост, светът на компютрите изискваше един-единствен език (т.е. протокол), което би било разбираемо за всеки от тях.
Протоколът е набор от правила, в съответствие с които информацията се предава през мрежа .
Има два вида протоколи:
· База(TCP/IP), отговарящ за физическото предаване на електронни съобщения;
· Приложеноотговаря за работата на специализирани интернет услуги (http, ftp, telnet и др.)
Основен протокол
Протоколът е специален език за комуникация между компютри, разработен от програмисти. Основният протокол в интернет е TCP/IP (Протокол за управление на предаването & интернет протокол) (Протокол за контрол на предаването + Интернет протокол).
Всички компютри, свързани към интернет, разбират и поддържат този протокол. протокол TCP/IPслужи за разделяне на информация на части (пакети) - и предаването им по комуникационни линии. Протоколът извършва всички тези операции автоматично, без намеса на потребителя. Всъщност TCP/IPсе състои от два компонента - TCPИ IP, а също така включва много други протоколи.
Интернет протокол - това е протокол за маршрутизиране (доставя информация до местоназначението).
Този протокол включва правила за установяване и поддържане на комуникация в мрежата, правила за обработка и обработка на IP пакети, описания на мрежови пакети от семейството на IP (тяхната структура и т.н.).
TCP (Протокол за контрол на предаването) - Това е транспортен протокол (контролира преноса на данни).
Накратко
Данни за изпращане. Счупен по протоколTCP на отделни части - пакети.Всяка опаковка има своя собствена сериен номерИ адрес, чрез които трябва да се доставя информация. Пакетите могат да поемат по различни маршрути, но в края на пътя те задължително се свързват в един чрез TCP протокола. Ако даден пакет липсва (изгубен) или е пристигнал с изкривявания, той се изпраща отново.
Подробности
протокол TCPсе занимава с проблема с изпращането на големи количества информация на базата на възможностите на IP протокола.
TCP споделя информация, които трябва да бъдат изпратени, на няколко части. Номерира всяка част, за да възстановите реда по-късно. За да изпрати това номериране заедно с данните, той поставя всяка част от информацията в плик, който съдържа съответната информация. Това е TCP пликът. Полученият TCP пакет се поставя в отделен IP плик и резултатът е IP пакет, който мрежата вече може да обработва.
Получателразопакова IP пликовеи вижда TCP пликове, разопакова ги и поставя данните в последователност от части на подходящото място. Ако нещо липсва, той изисква това парче да бъде изпратено отново. В крайна сметка информацията се събира в правилния ред и се възстановява напълно. Сега този масив се изпраща по-високо до потребителя (на диск, на екран, за печат).
В действителност пакетите не са само са загубени, но могат изкривявампо време на предаване поради смущения в комуникационните линии. TCP решава и този проблем.За да направи това, той използва система от кодове за коригиране на грешки. Има цяла наука за такива кодировки. Най-простият пример за това е код, който добавя контролна сума към всеки пакет (и паритетен бит към всеки байт). Когато се постави в TCP обвивка, се изчислява контролна сума и се записва в TCP заглавката. Ако при получаване новоизчислената сума не съвпада с тази, посочена на плика, значи нещо не е наред - някъде по пътя е имало изкривявания, така че този пакет трябва да бъде изпратен отново, което е направено.
По този начин TCP осигурява гарантирана доставка, базирана на връзка, под формата на потоци от байтове.
Протоколи за приложение
За стартиране на приложни програми като електронна поща, е необходимо не само правилно да пакетирате информация в пакети и да ги изпратите, но и ясно да се договорите за съдържанието на тези пакети, както и за процедурата за обмен на пакети. Така например, за да получите писмо, трябва да предоставите паролата на собственика на пощенската кутия и това е цяла последователност от действия. Следователно са необходими други протоколи.
Име на протокола Обяснение Цел
· HTTP(Протокол за прехвърляне на хипертекст) – Протокол за прехвърляне на хипертекст
· FTP(File Transfer Protocol) – протокол за прехвърляне на файлове
· SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) – Опростен протокол за изпращане на имейли
· POP3(Post Office Protocol) – Протокол за получаване на имейли
· NNTP(News Net Transfer Protocol) – Протокол за телеконференция
· TELNET– Протокол за връзка с отдалечен компютър
· WAIS(Wide-Area Information Servers) – протокол за търсене на информация в бази данни
· WAP(Wireless Application Protocol) – протокол за предоставяне на достъп до интернет услуги на потребителите на безжични устройства
Предварителна настройкаBIOS
Значението на настройкатаBIOSе да стартирате компютъра от устройството, което съдържа дистрибуцията на операционната система. В нашия случай трябва да се уверим, че компютърът се зарежда отDVD-задвижване илиUSB-съхранение. За това ще използвамеBIOS ИзползванеИзползване на DVD устройство
ПриложениеDVD-устройство за инсталиране на операционната система - стандартният подход, който повечето потребители избират. Няма специални изисквания, единственото, от което се нуждаете, сте вие самитеDVD-drive, тъй като поради размера на комплекта за разпространение на операционната система той се използва за инсталацияDVD, аНеCD.
Използване на FLASH устройство
ИзползванеФЛАШ-съхранение
Да сесветкавица-устройството може да се използва за инсталиране на операционна система; не е достатъчно да копирате дистрибуцията на операционната система върху него; трябва също така да се уверите, че компютърът може да се стартира от него, т.е.светкавица-Устройството трябва да съдържа област за зареждане.
Теоретична информация за мрежите
Основни протоколи за пренос на данни
Основенпротоколи за пренос на данни
Както може би вече сте забелязали, броят на протоколите, обслужващи модела на взаимодействие с отворени системи, е доста голям. Някои от тези протоколи, особено тези от ниско ниво, не са особено интересни от гледна точка на запознаване с начина им на работа. Но все пак си струва да знаете принципа на работа и възможностите на други протоколи, особено като TCP/IP, UDP, POP3 и др.
Протоколни стекове
Както бе споменато по-горе, протоколните стекове често са отговорни за организирането на работата на всички слоеве на модела ISO/OSI. Предимството на използването на протоколни стекове е, че всички протоколи, включени в стека, са разработени от един производител, тоест те могат да работят възможно най-бързо и ефективно.
По време на съществуването на мрежите са разработени няколко различни протоколни стека, сред които най-популярните са TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, Novell NetWare, DECnet и др.
Стековете съдържат протоколи, които работят на различни нива на модела ISO/OSI, но обикновено се разграничават само три типа протоколи: транспорт, мрежаИ приложено.
Предимството на използването на протоколни стекове е, че протоколите, работещи на по-ниските нива, използват отдавна установени и популярни мрежови протоколи, като Ethernet, FDDI и т.н. Благодарение на хардуерното внедряване на тези протоколи, става възможно да се използва същото оборудване за различни видове мрежи и по този начин да се постигне тяхната съвместимост на хардуерно ниво. Що се отнася до протоколите от високо ниво, всеки от стековете има своите предимства и недостатъци и много често се случва да няма строго обвързване „един протокол - едно ниво“, тоест един протокол може да работи на две или три нива при веднъж.
Подвързване
Важен момент в работата на мрежовото оборудване, по-специално на мрежовия адаптер, е обвързването на протоколи. На практика ви позволява да използвате различни стекове от протоколи, когато обслужвате един мрежов адаптер. Например, можете да използвате TCP/IP и IPX/SPX стекове едновременно и ако възникне грешка при опит за установяване на комуникация с получателя чрез първия стек, той автоматично превключва към използване на протокола от следващия стек. В този случай редът на обвързване е важен момент, тъй като той ясно засяга използването на един или друг протокол от различни стекове.
Независимо от това колко мрежови адаптера са инсталирани в компютъра, свързването може да се извърши или „един към няколко“, или „няколко към едно“, тоест един протоколен стек може да бъде свързан към няколко адаптера наведнъж или няколко стека към един адаптер .
TCP/IP
TCP/IP стек от протоколи (Протокол за контрол на предаването/Интернет протокол ) е най-разпространеният и функционален днес. Работи в локални мрежи от всякакъв размер. Освен това това е единственият протокол, който позволява работата на глобалния интернет.
Протоколът е създаден през 70-те години на миналия век от Министерството на отбраната на САЩ. Именно с негово участие започва разработването на протокол, чиято цел е да свърже всеки два компютъра, независимо колко далеч са те. Разбира се, те преследваха целта си - да осигурят постоянна комуникация с контролния център, дори ако всичко наоколо беше унищожено в резултат на военни действия. В резултат на това се формира глобалната мрежа ARPAnet, която министерството активно използва за свои цели.
Импулсът за по-нататъшно усъвършенстване и широко разпространение на TCP/IP стека беше фактът, че неговата поддръжка беше внедрена в компютри, работещи с операционна система UNIX. В резултат на това популярността на TCP/IP протокола се увеличи.
Протоколният стек TCP/IP включва доста протоколи, работещи на различни нива, но името си получи благодарение на два протокола - TCP и IP.
TCP (Transmission Control Protocol) е транспортен протокол, предназначен да контролира предаването на данни в мрежи, използващи TCP/IP стека от протоколи. IP (Интернет протокол) е протокол на мрежов слой, предназначен да доставя данни през съставна мрежа, използвайки един от транспортните протоколи, като TCP или UDP. По-ниското ниво на TCP/IP стека използва стандартни протоколи за пренос на данни, което прави възможно използването му в мрежи, използващи всякаква мрежова технология и на компютри с всяка операционна система.
TCP/IP протоколът първоначално е разработен за използване в глобални мрежи, поради което е изключително гъвкав. По-специално, благодарение на възможността за фрагментиране на пакети, данните, независимо от качеството на комуникационния канал, във всеки случай достигат до адресата. Освен това, благодарение на наличието на IP протокол, става възможен трансфер на данни между различни мрежови сегменти.
Недостатъкът на TCP/IP протокола е сложността на администрирането на мрежата. По този начин за нормалното функциониране на мрежата са необходими допълнителни сървъри, като DNS, DHCP и др., поддържането на работата на които отнема по-голямата част от времето на системния администратор.
IPX/SPX
Протоколният стек IPX/SPX (Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange) е разработен и притежаван от Novell. Разработена е за нуждите на операционната система Novell NetWare, която доскоро заемаше едно от челните места сред сървърните операционни системи.
Протоколите IPX и SPX работят съответно на мрежовия и транспортния слой на модела ISO/OSI и следователно се допълват идеално. Протоколът IPX може да предава данни с помощта на дейтаграми, като използва информация за мрежово маршрутизиране.
Въпреки това, за да се предадат данни по намерения маршрут, първо трябва да се установи връзка между подателя и получателя. Това прави протоколът SPX или всеки друг транспортен протокол, който работи в тандем с IPX.
За съжаление протоколният стек IPX/SPX първоначално е проектиран да обслужва малки мрежи, така че използването му в големи мрежи е неефективно: прекомерното използване на излъчване по нискоскоростни комуникационни линии е неприемливо.
NetBIOS/SMB
Доста популярен протоколен стек, разработен съответно от IBM и Microsoft, насочен към използване в продуктите на тези компании. Подобно на TCP/IP, стандартните протоколи като Ethernet, Token Ring и други работят на физическото ниво и нивото на връзката за данни на NetBIOS/SMB стека, което прави възможно използването му във връзка с всяко активно мрежово оборудване. Напротоколите работят на горните нива NetBIOS (основна мрежова система за вход/изход)и SMB (блокиране на съобщения на сървъра).
Протоколът NetBIOS е разработен в средата на 80-те години на миналия век, но скоро е заменен от по-функционалния протокол NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface), който позволява много ефективен обмен на информация в мрежи, състоящи се от не повече от 200 компютъра.
За да е възможна комуникацията между компютрите, всеки от тях трябва да има логично име. За обмен на данни между компютрите се използват логически имена, които се присвояват на компютрите динамично, когато са свързани към мрежата. В този случай таблицата с имена се разпространява до всеки компютър в мрежата. Той също така поддържа работа с имена на групи, което ви позволява да прехвърляте данни към няколко получатели наведнъж.
Основните предимства на протокола NetBEUI са скоростта и много ниските изисквания за ресурси. Ако трябва да организирате бърз обмен на данни в малка мрежа, състояща се от един сегмент, няма по-добър протокол за това. Освен това установената връзка не е задължително изискване за доставка на съобщение: ако няма връзка, протоколът използва метода на дейтаграмата, където съобщението е оборудвано с адреса на получателя и подателя и „излита“, движейки се от един компютър на друг.
Въпреки това, NetBEUI има и значителен недостатък: той е напълно лишен от концепцията за маршрутизиране на пакети, така че използването му в сложни съставни мрежи няма смисъл.
Що се отнася до протокола SMB (Server Message Block), той се използва за организиране на работата на мрежата на трите най-високи нива - нива на сесия, представяне и приложение. Когато го използвате, достъпът до файлове, принтери и други мрежови ресурси става възможен. Този протокол е подобрен няколко пъти (пускат се три версии), което го прави възможно да се използва дори в съвременни операционни системи като Microsoft Vista и Windows 7. SMB протоколът е универсален и може да работи в тандем с почти всеки транспортен протокол , като TCP/IP и SPX.
HTTP
Може би най-популярният от протоколите, с които десетки милиони интернет потребители по света работят всеки ден.
Протоколът HTTP (HyperText Transfer Protocol) е разработен специално за Интернет: за получаване и предаване на данни по Интернет. Работи с помощта на технологията клиент-сървър, което означава, че има клиенти, които искат информация (например, разглеждане на съдържанието на уеб страница), и сървърна част, която обработва тези заявки и изпраща отговор.
HTTP работи на ниво приложение. Това означава, че този протокол трябва да използва услугите на транспортен протокол, който по подразбиране е протоколът TCP.
Първата версия на HTTP протокола е разработена още в началото на 90-те години на миналия век и по това време напълно удовлетвори потребителите със своите възможности. Но с течение на времето, когато графиките и динамичните изображения дойдоха в Интернет, възможностите на протокола станаха недостатъчни и той постепенно започна да се променя.
В своята работа протоколът използва концепцията за URI (Uniform Resource Identifier) - уникален идентификатор на ресурс, който обикновено е адресът на уеб страница, файл или друг логически обект. В същото време URI поддържа работа с параметри, което ви позволява да разширите функционалността на протокола. Така че, като използвате параметри, можете да посочите в какъв формат и кодиране искате да получите отговор от сървъра.
Това от своя страна ви позволява да прехвърляте не само текстови документи, но и всякакви двоични данни чрез HTTP.
Основният недостатък на HTTP протокола е прекомерното количество текстова информация, необходима на клиента, за да покаже правилно отговора, получен от сървъра. Ако има голямо количество съдържание на уеб страница, това може да създаде ненужно големи количества трафик, което прави информацията трудна за възприемане. В допълнение, протоколът е напълно лишен от каквито и да било механизми за поддържане на състоянието, което прави невъзможно навигирането в уеб страници, използвайки само HTTP протокола. Поради тази причина заедно с HTTP протокола се използват протоколи на трети страни или потребителят трябва да работи с браузър, който обработва HTTP заявки.
FTP
Протоколът FTP (протокол за прехвърляне на файлове) е „брат“ на HTTP протокола, само че, за разлика от последния, той работи не с текстови или двоични данни, а с файлове.
Този протокол е един от най-старите: появява се в началото на 70-те години на миналия век. Подобно на HTTP, той работи на приложния слой и използва TCP протокола като свой транспортен протокол. Основната му задача е да прехвърля файлове от/към FTP сървър.
FTP протоколът е набор от команди, които описват правилата за свързване и обмен на данни. В този случай командите и директните данни се предават чрез различни портове. Портове 21 и 20 се използват като стандартни портове: първият е за предаване на данни, вторият е за предаване на команди. Освен това портовете могат да бъдат динамични.
Размерът на файловете, прехвърляни чрез FTP протокола, не е ограничен. Има и механизъм за възобновяване на файла, ако връзката бъде прекъсната по време на процеса на прехвърляне.
Основният недостатък на FTP протокола е липсата на механизми за криптиране на данни, което прави възможно прихващането на първоначалния трафик и използването му за определяне на потребителското име и паролата за свързване към FTP сървъра. За да се избегне тази ситуация, паралелно се използва SSL протоколът, с който данните се криптират.
POP3 и SMTP
Използването на имейл за съобщения отдавна е алтернатива на обикновената поща. Имейлът е много по-ефективен и по-бърз. Използването му става възможно благодарение на протоколите POP3 (Post Office Protocol Version 3) и SMTP (Simple Mail Transfer Protocol).
Протоколът POP3 работи на приложния слой и се използва за получаване на имейл съобщения от пощенска кутия на пощенски сървър. В същото време той използва един от портовете и транспортния протокол TCP.
Комуникационна сесия с пощенски сървър е разделена на три етапа: упълномощаване, сделкаИ актуализация. Упълномощаването на потребителя става при свързване към пощенски сървър, за който може да се използва всеки пощенски клиент, който поддържа протокола POP3. По време на фазата на транзакцията клиентът изисква от сървъра да извърши желано действие, като например получаване на информация за броя на съобщенията, получаване на самите съобщения или изтриването им. Процесът на актуализиране е предназначен да изпълни заявката на клиента. След като актуализацията приключи, комуникационната сесия приключва до пристигането на следващата заявка за връзка.
Протоколът POP3 ви позволява само да получавате електронни съобщения, а за изпращането им трябва да използвате друг протокол, който най-често се използва SMTP, по-точно неговата подобрена версия - ESMTP (Extended SMTP).
Подобно на POP3, SMTP работи на приложния слой, така че изисква услугите на транспортен протокол, който е TCP протоколът. В този случай изпращането на електронни съобщения също се извършва чрез един от портовете, например порт 25.
IMAP
IMAP (Interactive Mail Access Protocol) е друг протокол за електронна поща, базиран на протокола POP3. Разработен е по-късно от протокола POP3. В резултат на това бяха взети предвид всички недостатъци и бяха добавени голям брой нови популярни функции.
Най-полезната сред тях е възможността за частично изтегляне на съобщения, като анализирате съдържанието на което можете ефективно да настроите филтри, които сортират съобщенията или филтрират спама.
Друга важна функция е механизъм за оптимизиране на използването на каналите, по които се предават съобщенията. Тези канали не винаги са бързи и ненатоварени, така че наличието на такава функция значително улеснява живота на потребителя. Също така е възможно да се предават съобщения на малки части, което е много полезно, когато размерът на съобщението е голям, например 5-10 MB.
ПОДХЛЪЗВАНЕ
Протоколът за пренос на данни SLIP (Serial Line Internet Protocol) е създаден специално за организиране на постоянна връзка с Интернет чрез съществуваща телефонна линия и обикновен модем. Поради високата цена малко потребители могат да си позволят този тип връзка. По правило такава връзка се създава в организации, които имат сървър, на който се намира уеб страницата на организацията и други ресурси (база данни, файлове).
Този протокол работи заедно с TCP/IP протокола и е на по-ниско ниво. Преди информацията от модема да бъде обработена от TCP/IP протокола, тя се обработва предварително от SLIP протокола. След като изпълни всички необходими стъпки, той създава друг пакет и го предава към TCP/IP.
RRR
Протоколът от точка до точка (PPP) върши същата работа като SLIP, описан по-горе. Въпреки това, той изпълнява тези функции по-добре, тъй като има допълнителни възможности. Освен това, за разлика от SLIP, PPP може да взаимодейства не само с TCP/IP, но и с IPX/SPX, NetBIOS, DHCP, които се използват широко в локалните мрежи. PPP протоколът също е по-широко разпространен поради използването му на интернет сървъри, работещи с операционна система Windows NT (SLIP се използва за свързване към сървъри, работещи с операционна система UNIX).
X.25
Протоколът X.25, който е създаден през 1976 г. и е усъвършенстван през 1984 г., работи на физическия слой, нивото на връзката за данни и мрежовия слой на модела за оперативна съвместимост ISO/OSI. Той е разработен от консорциум от представители на много телефонни компании и е създаден специално за използване на съществуващи телефонни линии.
Когато беше разработен X.25, цифровата телефонна линия беше рядкост - използваха се предимно аналогови. Поради тази причина разполага със система за откриване и коригиране на грешки, което значително повишава надеждността на комуникацията. В същото време тази система забавя скоростта на трансфер на данни (максимум - 64 Kbps). Този факт обаче не пречи да се използва там, където преди всичко се изисква висока надеждност, например в банковата система.
Frame Relay
Frame Relay е друг протокол, предназначен за предаване на данни по телефонна линия. В допълнение към високата надеждност (като X.25), той има допълнителни полезни иновации. Тъй като предаваните данни могат да бъдат във видео, аудио или електронен формат, е възможно да изберете приоритета на предаваното съдържание.
Друга особеност на протокола Frame Relay е неговата скорост, която достига 45 Mbit/s.
AppleTalk
Протоколът AppleTalk е собственост на Apple Computer. Той е предназначен за установяване на комуникация между компютри Macintosh.
Подобно на TCP/IP, AppleTalk е набор от протоколи, всеки от които отговаря за работата на конкретен слой на модела ISO/OSI.
За разлика от протоколите TCP/IP и IPX/SPX, протоколният стек на AppleTalk използва собствена реализация на физическия слой и слоя на връзката за данни, а не протоколите на модела ISO/OSI.
Нека да разгледаме някои протоколи в стека на AppleTalk.
· DDP (Datagram Delivery Protocol) – отговаря за работата на мрежовия слой. Основната му цел е да организира и поддържа процеса на пренос на данни, без първо да установява връзка между компютрите.
· RTMP (протокол за поддръжка на таблица за маршрутизиране) -работи с таблици за маршрутизиране AppleTalk.Всяка такава таблица съдържа информация за всеки сегмент, до който могат да се доставят съобщения. Таблицата се състои от номера на рутери (портове), които могат да доставят съобщение до избрания компютър, броя на рутерите, параметри на избраните мрежови сегменти (скорост, претоварване и т.н.).
· NBP (Name Binding Protocol) – отговаря за адресирането, което се свежда до обвързване на логическото име на компютър с физически адрес в мрежата. В допълнение към процеса на обвързване на името, той отговаря за регистриране, потвърждаване, изтриване и търсене на това име.
· ZIP (зонален информационен протокол) - работи в тандем с NBP протокола, като му помага да търси име в работни групи или зони. За да направи това, той използва информация от най-близкия рутер, който създава заявка в цялата мрежа, където компютрите, принадлежащи към дадена работна група, могат да бъдат разположени.
· ATP (AppleTalk Transaction Protocol) е един от протоколите на транспортния слой, който отговаря за транзакциите. Транзакция - това е набор от заявка, отговор на тази заявка и идентификационен номер, който е присвоен на този набор.Пример за транзакция би било съобщение за доставка на данни от един компютър на друг. Освен това ATP може да разделя големи пакети на по-малки и след това да ги сглобява след потвърждение за приемане или доставка.
· ADSP (AppleTalk Data Stream Protocol) -протокол, подобен на ATP. Той отговаря за доставката на пакети. В този случай обаче не се извършва една транзакция, а гарантирана доставка, която може да включва няколко транзакции. В допълнение, протоколът гарантира, че данните няма да бъдат загубени или дублирани по време на доставката.
Комуникационни протоколи в автоматизирани системи за управление на процесиВ съвременните системи за автоматизация, в резултат на постоянната модернизация на производството, все по-често се среща задачата за изграждане на разпределени индустриални мрежи, използващи гъвкави протоколи за пренос на данни.
Отминаха дните, когато огромен шкаф с оборудване беше поставен някъде в контролната зала, с километри дебели снопове кабели, водещи до сензори и изпълнителни механизми, простиращи се до него. Днес в по-голямата част от случаите е много по-изгодно да се инсталират няколко локални контролера, комбинирани в една мрежа, като по този начин се спестява инсталиране, тестване, пускане в експлоатация и поддръжка в сравнение с централизирана система.
За организиране на индустриални мрежи се използват много интерфейси и протоколи за пренос на данни, например Modbus, Ethernet, CAN, HART, PROFIBUS и др. Те са необходими за предаване на данни между сензори, контролери и изпълнителни механизми (AM); калибриране на сензора; захранване на сензори и MI; връзки между долните и горните нива на автоматизираната система за управление на процесите. Протоколите са разработени, като се вземат предвид спецификите на производствените и технически системи, осигуряващи надеждна връзка и висока точност на пренос на данни между различни устройства. Наред с надеждната работа в тежки условия, функционалността, гъвкавостта на дизайна, лекотата на интегриране и поддръжка и съответствието с индустриалните стандарти стават все по-важни изисквания в автоматизираните системи за управление на процеси.
Най-често срещаната класификационна система за мрежови протоколи е теоретичният модел OSI ( основен референтен модел за взаимодействие на отворени системи, английски. Базов референтен модел за взаимно свързване на отворени системи). Спецификацията за този модел е окончателно приета през 1984 г. от Международната организация по стандартизация (ISO). В съответствие с OSI модела протоколите са разделени на 7 слоя, разположени един над друг, според предназначението им – от физически (генериране и разпознаване на електрически или други сигнали) до приложни (API за пренос на информация от приложения). Взаимодействието между нивата може да се осъществява както вертикално, така и хоризонтално (фиг. 1). При хоризонталната комуникация програмите изискват общ протокол за обмен на данни. По вертикала - чрез интерфейси.
Ориз. 1. Теоретичен OSI модел.
Приложен слой
Приложен слой - приложен слой ( Английски Приложен слой). Осигурява взаимодействие между мрежата и потребителските приложения, които надхвърлят OSI модела. На това ниво се използват следните протоколи: HTTP, gopher, Telnet, DNS, SMTP, SNMP, CMIP, FTP, TFTP, SSH, IRC, AIM, NFS, NNTP, NTP, SNTP, XMPP, FTAM, APPC, X.400 , X .500, AFP, LDAP, SIP, ITMS, Modbus TCP, BACnet IP, IMAP, POP3, SMB, MFTP, BitTorrent, eD2k, PROFIBUS.
Изпълнително ниво
Изпълнително ниво ( Английски Презентационен слой) - ниво на представяне на данните. Този слой може да извършва преобразуване на протоколи и компресиране/декомпресиране или кодиране/декодиране на данни, както и пренасочване на заявки към друг мрежов ресурс, ако те не могат да бъдат обработени локално. Той преобразува заявките за приложения, получени от приложния слой, във формат за предаване по мрежата и преобразува данните, получени от мрежата, във формат, който приложенията могат да разберат. Към това ниво традиционно принадлежат следните протоколи: HTTP, ASN.1, XML-RPC, TDI, XDR, SNMP, FTP, Telnet, SMTP, NCP, AFP.
Сесиен слой
Ниво на сесия ( Английски Сесиен слой) управлява създаването/прекратяването на комуникационна сесия, обмен на информация, синхронизиране на задачи, определяне на правото за прехвърляне на данни и поддържане на сесия по време на периоди на неактивност на приложенията. Синхронизирането на предаването се осигурява чрез поставяне на контролни точки в потока от данни, от които процесът се възобновява, ако взаимодействието е прекъснато. Използвани протоколи: ASP, ADSP, DLC, Named Pipes, NBT, NetBIOS, NWLink, Printer Access Protocol, Zone Information Protocol, SSL, TLS, SOCKS.
Транспортен слой
Транспортен слой ( Английски Транспортен слой) организира доставката на данни без грешки, загуби и дублиране в последователността, в която са предадени. Разделя данните на фрагменти с еднакъв размер, като комбинира къси и разделя дълги (размерът на фрагмента зависи от използвания протокол). Използвани протоколи: TCP, UDP, NetBEUI, AEP, ATP, IL, NBP, RTMP, SMB, SPX, SCTP, DCCP, RTP, TFTP.
Мрежов слой
Мрежов слой ( Английски Мрежов слой) дефинира пътища за пренос на данни. Отговаря за преобразуването на логически адреси и имена във физически, определяне на най-кратките маршрути, превключване и маршрутизиране и наблюдение на проблеми и задръствания в мрежата. Използвани протоколи: IP, IPv6, ICMP, IGMP, IPX, NWLink, NetBEUI, DDP, IPSec, ARP, RARP, DHCP, BootP, SKIP, RIP.
Слой за връзка с данни
Връзков слой ( Английски Слой за връзка с данни) е предназначен да осигури взаимодействието на мрежите на физическо ниво. Данните, получени от физическия слой, се проверяват за грешки, коригират се, ако е необходимо, пакетират се в рамки, проверяват се за цялост и се изпращат към мрежовия слой. Слоят на връзката за данни може да комуникира с един или повече физически слоеве. Спецификацията IEEE 802 разделя този слой на 2 подслоя - MAC (Media Access Control) регулира достъпа до споделената физическа среда, LLC (Logical Link Control) предоставя услуга на мрежовия слой. Използвани протоколи: STP, ARCnet, ATM, DTM, SLIP, SMDS, Ethernet, FDDI, Frame Relay, LocalTalk, Token ring, StarLan, L2F, L2TP, PPTP, PPP, PPPoE, PROFIBUS.
Физически слой
Физически слой ( Английски Физически слой) е предназначен директно за предаване на поток от данни. Предава електрически или оптични сигнали в кабелно или радио предаване и съответно ги получава и преобразува в битове данни в съответствие с методите за цифрово кодиране на сигнала. Използвани протоколи: RS-232, RS-422, RS-423, RS-449, RS-485, ITU-T, xDSL, ISDN, T1, E1, 10BASE-T, 10BASE2, 10BASE5, 100BASE-T, 1000BASE-T , 1000BASE-TX, 1000BASE-SX.
Както може би сте забелязали, много протоколи се споменават на няколко нива едновременно. Това показва, че теоретичният модел е непълен и отдалечен от реалните мрежови протоколи, така че обвързването на някои от тях с нивата на OSI е условно.
В световната практика сред мрежите за общо ползване най-широко използваният протокол е HTTP (Английски HyperText Transfer Protocol - „протокол за трансфер на хипертекст“). Отнася се за приложните и презентационните слоеве на теоретичния OSI модел. HTTP се основава на технология клиент-сървър, тоест има потребител (клиент), който инициира връзката и изпраща заявка, и доставчик (сървър), който чака връзката, за да получи заявката, извършва необходимите действия и връща съобщение с резултата. Основният тип HTTP клиент е браузър, като Mozilla Firefox, Opera или Microsoft Internet Explorer. HTTP вече се използва широко в световната мрежа за извличане на информация от уебсайтове.
Ориз. 2. Клиент сървър технология.
На базата на HTTP са разработени разширени протоколи: HTTPS ( Английски Сигурен протокол за трансфер на хипертекст), който поддържа криптиране и HTTP-NG ( Английски HTTP следващо поколение), повишавайки производителността на мрежата и разширявайки възможностите на индустриалните приложения.
Положителни страни:лекота на разработване на клиентски приложения, възможност за разширяване на протокола чрез добавяне на ваши собствени заглавки, широко разпространено използване на протокола.
Отрицателни страни:голям размер на съобщението в сравнение с двоичните данни, липса на навигация в сървърните ресурси, невъзможност за използване на разпределени изчисления.
създаване на центрове за дистанционно управление, уеб приложения за SCADA системи, софтуер за индустриални контролери, организиране на видеонаблюдение.
Днес HTTP протоколът и неговите модификации се поддържат от хардуера и софтуера на повечето производители. Нека разгледаме някои от тях.
В оборудването на Korenix от серията JetNet, JetRock, JetPort, JetI/O, JetBox (мрежова мрежа, базирана на индустриален Ethernet), JetWave (безжични решения) протоколите от семейството на HTTP се използват за организиране на достъп, конфигуриране и управление на устройства.
ICPDAS предлага следното оборудване и софтуер за работа с HTTP протокола. Контролерите от серията HRAK, WinPAC, WinCon, LinPAC, ViewPAC работят под операционни системи Windows и Linux, с вграден HTTP сървър. Софтуерните пакети InduSoft (SCADA), ISaGRAF, Web HMI, VXCOMM, MiniOS7 Studio също използват HTTP сървър за комуникация и взаимодействие с устройства.
Управляваните комутатори, вградените компютри и промишленото безжично мрежово оборудване, произведени от Moha, не могат без използването на протоколи от семейството HTTP.
Ориз. 3. Съвместимост на протоколите от фамилията Modbus.
Комуникационният протокол Modbus се използва широко за организиране на взаимодействие между елементите за автоматизация в индустриални мрежи за данни. Има три основни реализации на протокола Modbus, две за предаване на данни по серийни комуникационни линии, и двете медни EIA/TIA-232-E (RS-232), EIA-422, EIA/TIA-485-A (RS-485) , и оптичен и радио: Modbus RTU и Modbus ASCII, и за предаване на данни през Ethernet мрежи през TCP/IP: Modbus TCP.
Разликата между протоколите Modbus ASCII и Modbus RTU е начинът, по който са кодирани знаците. В ASCII режим данните се кодират с помощта на ASCII таблица, където всеки знак съответства на два байта данни. В режим RTU данните се предават под формата на 8-битови двоични знаци, което осигурява по-високи скорости на трансфер на данни. ASCII позволява забавяне до 1 секунда, за разлика от RTU, където съобщенията трябва да бъдат непрекъснати. Освен това режимът ASCII има опростена система за декодиране и управление на данни.
Семейството протоколи Modbus (Modbus ASCII, Modbus RTU и Modbus TCP/IP) използват един и същ протокол за приложение, което гарантира тяхната съвместимост. Максималният брой мрежови възли в Modbus мрежа е 31. Дължината на комуникационните линии и скоростта на трансфер на данни зависят от физическото изпълнение на интерфейса. Елементите на мрежата Modbus комуникират, използвайки модел клиент-сървър, базиран на транзакции на заявка и отговор.
Обикновено мрежата има само един клиент, така нареченото „главно“ устройство, и няколко сървъра – „подчинени“ устройства. Главното устройство инициира транзакции (предава заявки). Подчинените устройства предават данни, поискани от главното устройство, или изпълняват поискани действия. Главният може да се обърне към подчинения индивидуално или да инициира излъчено съобщение до всички подчинени. Подчиненото устройство генерира съобщение и го връща в отговор на заявка, адресирана конкретно до него.
Индустриални приложения:
Лесното използване на фамилията протоколи Modbus в индустрията доведе до широкото му използване. Днес оборудване от почти всички производители поддържа Modbus протоколи.
Компанията ICPDAS предлага широка гама комуникационно оборудване за организиране на мрежи, базирани на протоколи от фамилията Modbus: серия I-7000 (шлюзове DeviceNet, сървъри Modbus, адресируеми комуникационни контролери); програмируеми контролери от серията HRAK, WinPAC, WinCon, LinPAC, ViewPAC.
Операторските панели, произведени от Weintek и честотните преобразуватели на Control Techniques, също използват протокола Modbus за комуникация с контролерите.
Традиционно протоколите от семейството Modbus се поддържат от OPC сървъри на SCADA системи (Clear SCADA, Control Microsystems, InTouch Wonderware, TRACE MODE) за комуникация с контролни елементи (контролери, VFD, регулатори и др.).
Ориз. 4. Profibus мрежа.
В Европа широко разпространена е отворената индустриална мрежа PROFIBUS (PROcess FIeld BUS). Първоначално прототип на тази мрежа е разработен от Siemens за неговите индустриални контролери.
PROFIBUS съчетава технологичните и функционални характеристики на серийната комуникация на полево ниво. Тя ви позволява да комбинирате различни устройства за автоматизация в една система на ниво сензори и задвижвания. Мрежата PROFIBUS е базирана на няколко стандарта и протокола, като се използва обмен на данни между главни и подчинени (протоколи DP и PA) или между няколко главни (протоколи FDL и FMS).
Мрежата PROFIBUS може да бъде свързана с три слоя на модела OSI: физически, слой за връзка с данни и слой на приложението.
Единственият протокол за достъп до шина за всички версии на PROFIBUS е протоколът PROFIBUS-FDL, реализиран на второто ниво на OSI модела. Този протокол използва процедура за достъп до токен. Точно както мрежите, базирани на Modbus протоколи, PROFIBUS мрежата се състои от главни и подчинени устройства. Главното устройство може да управлява шината. Когато главното устройство има права за достъп до шина, то може да предава съобщения без отдалечена заявка. Подчинените устройства са обикновени периферни устройства и нямат права за достъп до шина, тоест те могат само да потвърждават получените съобщения или да предават съобщения на главното устройство при поискване. В минимална конфигурация мрежата може да се състои от два главни или един главен и един подчинен.
Същите комуникационни канали на мрежата PROFIBUS позволяват едновременното използване на няколко протокола за пренос на данни. Нека разгледаме всеки от тях.
PROFIBUS DP (Decentralized Peripheral) е протокол, насочен към осигуряване на високоскоростен обмен на данни между DP главни устройства и разпределени I/O устройства. Протоколът се характеризира с минимално време за реакция и висока устойчивост на външни електромагнитни полета. Оптимизиран за системи с висока скорост и ниска цена.
PROFIBUS PA (Process Automation) е протокол за обмен на данни с оборудване на ниво поле, разположено в нормални или опасни зони. Протоколът позволява сензори и изпълнителни механизми да бъдат свързани към една линейна шина или пръстеновидна шина.
PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification - Field level message specification) е универсален протокол за решаване на проблеми при обмен на данни между интелигентни мрежови устройства (контролери, компютри/програмисти, интерфейсни системи човек-машина) на полево ниво. Някакъв аналог на индустриален Ethernet, обикновено използван за високоскоростна комуникация между контролери и компютри от по-високо ниво.
Всички протоколи използват едни и същи технологии за пренос на данни и общ метод за достъп до шина, така че могат да работят на една и съща шина.
Положителни страни:откритост, независимост от доставчика, разпространение.
Индустриални приложения:организиране на комуникация на сензори и изпълнителни механизми с контролера, комуникация на контролери и управляващи компютри, комуникация със сензори, контролери и корпоративни мрежи, в SCADA системи.
По-голямата част от оборудването, използващо протокола PROFIBUS, е оборудване на SIEMENS. Но наскоро този протокол се използва от повечето производители. Това до голяма степен се дължи на преобладаването на системи за управление, базирани на контролери на Siemens.
Ориз. 5. Profibus мрежа, базирана на ICP DAS оборудване.
За изпълнение на проекти, базирани на PROFIBUS, ICPDAS предлага редица подчинени устройства: PROFIBUS/Modbus шлюзове от серията GW, PROFIBUS към RS-232/485/422 преобразуватели от серия I-7000, модули и отдалечени I/O рамки на PROFIBUS от серията PROFI-8000. В момента инженерите на ICPDAS провеждат интензивни разработки в областта на създаването на главно устройство PROFIBUS.