Для передачи в сети web страниц используется протокол. Что такое сетевой протокол

Сетевым протоколом называется набор правил, позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть компьютерами.

Фактически разные протоколы зачастую описывают лишь разные стороны одного типа связи; взятые вместе, они образуют так называемый стек протоколов. Названия «протокол» и «стек протоколов» также указывают на программное обеспечение, которым реализуется протокол.

Кто разрабатывает и стандартизирует все эти протоколы и программное обеспечение?

Новые протоколы для Интернета утверждаются IETF (Internet Engineering Task Force - Специальная комиссия инженерии Интернета), а прочие протоколы — IEEE (nstitute of Electrical and Electronics Engineers - Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике) или ISO - (International Organization for Standardization - Международная организация по стандартизации). ITU-T (Международный союз электросвязи) занимается телекоммуникационными протоколами и форматами.

Наиболее распространённой системой классификации сетевых протоколов является так называемая модель OSI. В соответствии с ней протоколы делятся на 7 уровней по своему назначению — от физического (формирование и распознавание электрических или других сигналов) до прикладного (API для передачи информации приложениями):

  • Прикладной уровень (Application layer). Верхний (7-й) уровень модели, обеспечивает взаимодействие сети и пользователя. Уровень разрешает приложениям пользователя доступ к сетевым службам, таким как обработчик запросов к базам данных, доступ к файлам, пересылке электронной почты. Также отвечает за передачу служебной информации, предоставляет приложениям информацию об ошибках и формирует запросы к уровню представления. Пример: HTTP, POP3, SMTP.
  • Уровень представления (Presentation layer). 6-й уровень отвечает за преобразование протоколов и кодирование/декодирование данных. Запросы приложений, полученные с уровня приложений, он преобразует в формат для передачи по сети, а полученные из сети данные преобразует в формат, понятный приложениям. На уровне представления может осуществляться сжатие/распаковка или кодирование/декодирование данных, а также перенаправление запросов другому сетевому ресурсу, если они не могут быть обработаны локально.
  • Сеансовый уровень (Session layer). 5-й уровень модели отвечает за поддержание сеанса связи, что позволяет приложениям взаимодействовать между собой длительное время. Сеансовый уровень управляет созданием/завершением сеанса, обменом информацией, синхронизацией задач, определением права на передачу данных и поддержанием сеанса в периоды неактивности приложений. Синхронизация передачи обеспечивается помещением в поток данных контрольных точек, начиная с которых возобновляется процесс при нарушении взаимодействия.
  • Транспортный уровень (Transport layer). 4-й уровень модели, предназначен для доставки данных без ошибок, потерь и дублирования в той последовательности, как они были переданы. При этом неважно, какие данные передаются, откуда и куда, то есть он предоставляет сам механизм передачи. Блоки данных он разделяет на фрагменты, размер которых зависит от протокола, короткие объединяет в один, а длинные разбивает. Протоколы этого уровня предназначены для взаимодействия типа точка-точка. Пример: TCP, UDP
  • Сетевой уровень (Network layer).3-й уровень сетевой модели OSI, предназначен для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и заторов в сети. На этом уровне работает такое сетевое устройство, как маршрутизатор.
  • Уровень звена данных (Data Link layer). Часто это уровень называется канальным. Этот уровень предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Данные, полученные с физического уровня, он упаковывает во фреймы, проверяет на целостность, если нужно исправляет ошибки и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимодействием. Спецификация IEEE 802 разделяет этот уровень на 2 подуровня — MAC (Media Access Control) регулирует доступ к разделяемой физической среде, LLC (Logical Link Control) обеспечивает обслуживание сетевого уровня. На этом уровне работают коммутаторы, мосты. В программировании этот уровень представляет драйвер сетевой платы, в операционных системах имеется программный интерфейс взаимодействия канального и сетевого уровней между собой, это не новый уровень, а просто реализация модели для конкретной ОС. Примеры таких интерфейсов: ODI, NDIS
  • Физический уровень (Physical layer). Самый нижний уровень модели, предназначен непосредственно для передачи потока данных. Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в радиоэфир и соответственно их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов. Другими словами, осуществляет интерфейс между сетевым носителем и сетевым устройством. На этом уровне работают концентраторы (хабы), повторители (ретрансляторы) сигнала и медиаконверторы. Функции физического уровня реализуются на всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.

Уровни взаимодействуют сверху вниз и снизу вверх посредством интерфейсов и могут также взаимодействовать с таким же уровнем другой системы с помощью протоколов.

Информационные ресурсы в Интернете

  • протоколы передачи данных, Адресация в сети, URL
  • Web-страницы и Web-узлы, порталы. Web - пространство.
  • Создание Web-страниц. Языки Web-публикаций.

· Публикации сайтов в Интернете. Представительство

Простое подключение одного компьютера к другому - шаг, необходимый для создания сети, но не достаточный. Чтобы начать передавать информацию между компьютерами, нужно, что бы компьютеры «понимали» друг друга. Исходя из этой естественной необходимости, миру компьютеров потребовался единый язык (то есть протокол ), который был бы понятен каждому из них.

Протокол - это совокупность правил, в соответствии с которыми происходит передача информации через сеть .

Существуют два типа протоколов:

· Базовый (TCP/IP), отвечающий за физическую пересылку электронных сообщений;

· Прикладные , отвечающие за работу специализированных служб Интернет (http, ftp, telnet и т.д.)

Базовый протокол

Протокол - это особый язык общения между компьютерами, разработанный программистами. Базовый протокол в сети Интернет - это TCP/IP (Transmission Control Protocol & Internet Protocol ) (протокол контроля передачи + Интернет-протокол).

Все компьютеры, подключенные к сети Интернет, понимают и поддерживают этот протокол. Протокол TCP/IP служит для разбиения информации на части (пакеты) - и передачи их по линиям связи . Все эти операции протокол выполняет автоматически, без участия пользователя. На самом деле TCP/IP состоит их двух компонентов - TCP и IP , и включает в себя также массу других протоколов.

Протокол IP (Internet protocol) - это протокол маршрутизации (доставляет информацию по назначению).

Этот протокол включает правила налаживания и поддержания связи в сети, правила обращения с IP-пакетами и их обработки, описания сетевых пакетов семейства IP (их структура и т. п.).

Протокол TCP (Transmission Control Protocol) - это транспортный протокол (управляет передачей данных).

Кратко

Данные, предназначенные для пересылки. Разбиваются протоколом TCP на отдельные части –пакеты. Каждый пакет имеет свой порядковый номер и адрес , по которому необходимо доставить информацию. Пакеты могут идти разными маршрутами, но в конце пути обязательно соединяются в одно целое с помощью протокола TCP. Если какой-то пакет отсутствует (потерялся) или дошел с искажениями, то он пересылается заново.

Подробно

Протокол TCP занимается проблемой пересылки больших объемов информации, основываясь на возможностях протокола IP.

TCP делит информацию , которую надо переслать, на несколько частей . Нумерует каждую часть , чтобы позже восстановить порядок . Чтобы пересылать эту нумерацию вместе с данными, он кладет каждый кусочек информации в конверт, который содержит соответствующую информацию. Это и есть TCP-конверт. Получившийся TCP-пакет помещается в отдельный IP-конверт и получается IP-пакет, с которым сеть уже умеет обращаться.

Получатель распаковывает IP-конверты и видит TCP-конверты , распаковывает их и помещает данные в последовательность частей в соответствующее место. Если чего-то не достает, он требует переслать этот кусочек снова. В конце концов, информация собирается в нужном порядке и полностью восстанавливается. Вот теперь этот массив пересылается выше к пользователю (на диск, на экран, на печать).

В реальности пакеты не только теряются , но и могут искажаться при передаче из-за наличия помех на линиях связи. TCP решает и эту проблему. Для этого он пользуется системой кодов, исправляющих ошибки. Существует целая наука о таких кодировках. Простейшим примером такового служит код с добавлением к каждому пакету контрольной суммы (и к каждому байту бита проверки на четность). При помещении в TCP-конверт вычисляется контрольная сумма, которая записывается в TCP-заголовок. Если при приеме заново вычисленная сумма не совпадает с той, что указана на конверте, значит что-то тут не так, - где-то в пути имели место искажения, так что надо переслать этот пакет по новой, что и делается.

Таким образом, протокол TCP обеспечивает гарантированную доставку с установлением логического соединения в виде байтовых потоков.

Прикладные протоколы

Для работы прикладных программ, таких как программы электронной почты , требуется не только правильно упаковать информацию в пакеты и отправить их, но и необходимо четко договориться о содержимом этих пакетов, а также о процедуре обмена пакетами. Так, например, для получения письма необходимо предъявить пароль обладателя почтового ящика, а это уже целая последовательность действий. Таким образом, необходимы и другие протоколы.

Название протокола Расшифровка Назначение

· HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) – Протокол передачи гипертекста

· FTP (File Transfer Protocol) – протокол передачи файлов

· SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – Простой протокол отправки электронных писем

· POP3 (Post Office Protocol) – Протокол получения электронных писем

· NNTP (News Net Transfer Protocol) – Протокол телеконференций

· TELNET – Протокол для подключения к удаленному компьютеру

· WAIS (Wide-Area Information Servers) – протокол поиска информации в базах данных

· WAP (Wireless Application Protocol) – протокол предоставления доступа к службам Интернета пользователям беспроводных устройств

Предварительная настройка BIOS

Смысл настройки BIOS состоит в том, чтобы загрузка компьютера началась с того устройства, которое содержит дистрибутив операционной системы. В нашем случае нужно сделать так, чтобы компьютер загружался с DVD -привода или USB -накопителя. Для этого будем использовать BIOS

  • Использование DVD-привода

    Использование DVD -привода

    Применение DVD -привода для установки операционной системы - стандартный подход, который выбирает большинство пользователей. Никаких особых требований при этом нет, единственное, что нужно, - сам DVD -привод, поскольку в силу размера дистрибутива операционной системы для установки используется именно DVD , a не CD .

  • Использование FLASH-накопителя

    Использование FLASH -накопителя

    Чтобы flash -накопитель можно было использовать для установки операционной системы, недостаточно скопировать на него дистрибутив операционной системы, нужно еще сделать так, чтобы с него можно было загрузить компьютер, то есть flash -накопитель должен содержать загрузочную область.

    • Теоретические сведения о сетях

    Основные протоколы передачи данных

    Основные протоколы передачи данных

    Как вы уже могли заметить, количество протоколов, обслуживающих модель взаимодействия открытых систем, достаточно велико. Некоторые из этих протоколов, особенно низкоуровневые, не представляют особого интереса в плане знакомства с их принципом работы. Но принцип работы и возможности других протоколов все же стоит знать, особенно таких, как TCP/IP, UDP, POP3 и др.

    Стеки протоколов

    Как уже упоминалось выше, часто за организацию работы всех уровней модели ISO/OSI отвечают стеки протоколов. Плюсом использования стеков протоколов является то, что все протоколы, входящие в стек, разработаны одним производителем, то есть они способны работать максимально быстро и эффективно.

    За время существования сетей было разработано несколько различных стеков протоколов, среди которых наиболее популярными являются TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, Novell NetWare , DECnet и др.

    В составе стеков находятся протоколы, работающие на разных уровнях модели ISO/OSI, однако обычно выделяют только три типа протоколов: транспортный , сетевой и прикладной .

    Плюсом использования стеков протоколов является то, что протоколы, работающие на нижних уровнях, применяют давно отлаженные и популярные сетевые протоколы, такие как Ethernet, FDDI и т д. Благодаря аппаратной реализации этих протоколов становится возможным использовать одно и то же оборудование для разных типов сетей и тем самым достигать их совместимости на аппаратном уровне. Что касается высокоуровневых протоколов, то каждый из стеков имеет свои преимущества и недостатки, и очень часто случается так, что нет жесткой привязки «один протокол - один уровень», то есть один протокол может работать сразу на двух-трех уровнях.

    Привязка

    Важным моментом в функционировании сетевого оборудования, в частности сетевого адаптера, является привязка протоколов. На практике она позволяет использовать разные стеки протоколов при обслуживании одного сетевого адаптера. Например, можно одновременно использовать стеки TCP/IP и IPX/SPX, и если при попытке установления связи с адресатом с помощью первого стека произошла ошибка, автоматически происходит переключение на использование протокола из следующего стека. В этом случае важным моментом является очередность привязки, поскольку она однозначно влияет на использование того или иного протокола из разных стеков.

    Вне зависимости от того, какое количество сетевых адаптеров установлено в компьютере, привязка может осуществляться как «один к нескольким», так и «несколько к одному», то есть один стек протоколов можно привязать сразу к нескольким адаптерам или несколько стеков к одному адаптеру.

    TCP/IP

    Стек протоколов TCP / IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol ) на сегодня является наиболее распространенным и функциональным. Он работает в локальных сетях любых масштабов. Кроме того, это единственный из протоколов, который позволяет работать глобальной сети Интернет.

    Протокол был создан в 70-х годах прошлого века управлением Министерства обороны США. Именно с его подачи началась разработка протокола, целью которого было соединение любых двух компьютеров, как бы далеко они ни находились. Конечно, они преследовали свою цель - обеспечить постоянную связь с центром управления, даже если все вокруг будет разрушено в результате военных действий. В итоге была образована глобальная сеть ARPAnet, которую министерство активно использовало в своих целях.

    Толчком к дальнейшему усовершенствованию и широкому распространению стека TCP/IP стал тот факт, что его поддержка была реализована в компьютерах c операционной системой UNIX. В результате популярность протокола TCP/IP возросла.

    В стек протоколов TCP/IP входит достаточно много протоколов, работающих на различных уровнях, но свое название он получил благодаря двум протоколам - TCP и IP.

    TCP (Transmission Control Protocol) - транспортный протокол, предназначенный для управлением передачей данных в сетях, использующих стек протоколов TCP/ IP. IP (Internet Protocol) - протокол сетевого уровня, предназначенный для доставки данных в составной сети с использованием одного из транспортных протоколов, например TCP или UDP. Нижний уровень стека TCP/IP использует стандартные протоколы передачи данных, что делает возможным его применение в сетях с использованием любых сетевых технологий и на компьютерах с любой операционной системой.

    Изначально протокол TCP/IP разрабатывался для применения в глобальных сетях, именно поэтому он является максимально гибким. В частности, благодаря способности фрагментации пакетов данные, несмотря на качество канала связи, в любом случае доходят до адресата. Кроме того, благодаря наличию IP-протокола становится возможной передача данных между разнородными сегментами сети.

    Недостатком TCP/IP-протокола является сложность администрирования сети. Так, для нормального функционирования сети требуется наличие дополнительных серверов, например DNS, DHCP и т. д., поддержание работы которых и занимает большую часть времени системного администратора.

    IPX/SPX

    Стек протоколов IPX/SPX (Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange) является разработкой и собственностью компании Novell. Он был разработан для нужд операционной системы Novell NetWare, которая еще до недавнего времени занимала одну из лидирующих позиций среди серверных операционных систем.

    Протоколы IPX и SPX работают на сетевом и транспортном уровнях модели ISO/ OSI соответственно, поэтому отлично дополняют друг друга. Протокол IPX может передавать данные с помощью датаграмм, используя для этого информацию о маршрутизации в сети.

    Однако для того, чтобы передать данные по найденному маршруту, необходимо сначала установить соединение между отправителем и получателем. Этим и занимается протокол SPX или любой другой транспортный протокол, работающий в паре с IPX.

    К сожалению, стек протоколов IPX/SPX изначально ориентирован на обслуживание сетей небольшого размера, поэтому в больших сетях его использование малоэффективно: излишнее использование широковещательного вещания на низкоскоростных линиях связи недопустимо.

    NetBIOS/SMB

    Достаточно популярный стек протоколов, разработкой которого занимались компании IBM и Microsoft, соответственно, ориентированный на использование в продуктах этих компаний. Как и у TCP/IP, на физическом и канальном уровне стека NetBIOS/SMB работают стандартные протоколы, такие как Ethernet, Token Ring и другие, что делает возможным его использование в паре с любым активным сетевым оборудованием. На верхних же уровнях работают протоколы NetBIOS (Network Basic Input/Output System) и SMB (Server Message Block).

    Протокол NetBIOS был разработан в середине 80-х годов прошлого века, но вскоре был заменен на более функциональный протокол NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface), позволяющий организовать очень эффективный обмен информацией в сетях, состоящих не более чем из 200 компьютеров.

    Чтобы обмен между компьютерами был возможен, каждый из них должен обладать логическим именем. Для обмена данными между компьютерами используются логические имена, присваиваемые компьютерам динамически при их подключении к сети. При этом таблица имен распространяется на каждый компьютер сети. Поддерживается также работа с групповыми именами, что позволяет передавать данные сразу нескольким адресатам.

    Главные плюсы протокола NetBEUI - скорость работы и очень малые требования к ресурсам. Если требуется организовать быстрый обмен данными в небольшой сети, состоящей из одного сегмента, лучшего протокола для этого не найти. Кроме того, для доставки сообщений установленное соединение не является обязательным требованием: в случае отсутствия соединения протокол использует датаграммный метод, когда сообщение снабжается адресом получателя и отправителя и «пускается в путь», переходя от одного компьютера к другому.

    Однако NetBEUI обладает и существенным недостатком: он полностью лишен понятия о маршрутизации пакетов, поэтому его использование в сложных составных сетях не имеет смысла.

    Что касается протокола SMB (Server Message Block), то с его помощью организуется работа сети на трех самых высоких уровнях - сеансовом, уровне представления и прикладном уровне. Именно при его использовании становится возможным доступ к файлам, принтерам и другим ресурсам сети. Данный протокол несколько раз был усовершенствован (вышло три его версии), что позволило применять его даже в таких современных операционных системах, как Microsoft Vista и Windows 7. Протокол SMB универсален и может работать в паре практически с любым транспортным протоколом, например TCP/IP и SPX.

    HTTP

    Пожалуй, самый востребованный из протоколов, с которым ежедневно работают десятки миллионов пользователей Интернета по всему миру.

    Протокол HTTP (HyperText Transfer Protocol) разрабатывался специально для Интернета: для получения и передачи данных по Интернету. Он работает по технологии «клиент - сервер», которая подразумевает, что есть клиенты, запрашивающие информацию (например, просмотр содержимого веб-страницы), и серверная часть, которая обрабатывает эти запросы и отсылает ответ.

    HTTP работает на уровне приложений. Это означает, что данный протокол должен пользоваться услугами транспортного протокола, в качестве которого по умолчанию выступает протокол TCP.

    Первая версия протокола HTTP была разработана еще в начале 90-х годов прошлого века и на то время полностью удовлетворяла пользователей своими возможностями. Но со временем, когда в Интернет пришла графика и динамичные изображения, возможностей протокола стало не хватать и он постепенно начал изменяться.

    В своей работе протокол использует понятие URI (Uniform Resource Identifier) - уникального идентификатора ресурса, в качестве которого обычно выступает адрес веб-страницы, файла или любого другого логического объекта. При этом URI поддерживает работу с параметрами, что позволяет расширять функциональность протокола. Так, используя параметры, можно указать, в каком формате и кодировке вы хотите получить ответ от сервера.

    Это в свою очередь позволяет передавать с помощью HTTP не только текстовые документы, но и любые двоичные данные.

    Основным недостатком протокола HTTP является избыточный объем текстовой информации, необходимой для того, чтобы клиент мог правильно отобразить полученный от сервера ответ. При большом объеме содержимого веб-страницы это может создавать излишне большой трафик, что ухудшает восприятие информации. Кроме того, протокол полностью лишен каких-либо механизмов сохранения состояния, что делает невозможной навигацию по веб-страницам посредством одного лишь HTTP-протокола. По этой причине вместе с HTTP-протоколом используются сторонние протоколы либо пользователю необходимо работать с браузером, обрабатывающим HTTP-запросы.

    FTP

    Протокол FTP (File Transfer Protocol) является «родным братом» протокола HTTP, только, в отличие от последнего, он работает не с текстовыми или двоичными данными, а с файлами.

    Этот протокол - один из старейших: он появился еще в начале 70-х годов прошлого века. Как и HTTP, он работает на прикладном уровне и в качестве транспортного протокола использует TCP-протокол. Его основная задача - передача файлов с/на FTP-сервер.

    FTP-протокол представляет собой набор команд, которые описывают правила подключения и обмена данными. При этом команды и непосредственно данные передаются с использованием различных портов. В качестве стандартных портов используются порты 21 и 20: первый - для передачи данных, второй - передачи команд. Кроме того, порты могут быть динамическими.

    Размер файлов, передаваемых с помощью FTP-протокола, не лимитируется. Предусмотрен также механизм докачки файла, если в процессе передачи произошел обрыв связи.

    Главным недостатком FTP-протокола является отсутствие механизмов шифрования данных, что позволяет перехватить начальный трафик и определить с его помощью имя пользователя, а также его пароль подключения к FTP-серверу. Чтобы избежать подобной ситуации, параллельно используется протокол SSL, с помощью которого данные шифруются.

    РОРЗ и SMTP

    Использование электронной почты для обмена сообщениями уже давно является альтернативой обычной почте. Электронная почта гораздо эффективнее и быстрее. Ее использование стало возможным благодаря протоколам POP3 (Post Office Protocol Version 3) и SMTP (Simple Mail Transfer Protocol).

    Протокол POP3 работает на прикладном уровне и применяется для получения электронных сообщений из почтового ящика на почтовом сервере. При этом он использует один из портов и транспортный протокол TCP.

    Сеанс связи с почтовым сервером разбит на три этапа: авторизация , транзакция и обновление . Авторизации пользователя происходит при соединении с почтовым сервером, для чего может использоваться любой почтовый клиент, поддерживающий работу с протоколом POP3. На этапе транзакции клиент запрашивает у сервера выполнение необходимого действия, например получения информации о количестве сообщений, получения самих сообщения либо их удаления. Процесс обновления предназначен для выполнения запроса клиента. После окончания обновления сеанс связи завершается до поступления следующего запроса на соединение.

    Протокол POP3 позволяет только получать электронные сообщения, а для их отправки приходится использовать другой протокол, в качестве которого чаще всего применяется SMTP, точнее, его усовершенствованная версия - ESMTP (Extended SMTP).

    Как и POP3, протокол SMTP работает на прикладном уровне, поэтому ему необходимы услуги транспортного протокола, в роли которого выступает протокол TCP. При этом отправка электронных сообщений также происходит с использованием одного из портов, например 25 порта.

    IMAP

    IMAP (Interactive Mail Access Protocol) - еще один почтовый протокол, созданный на основе протокола POP3. Он был разработан позже протокола POP3. В результате в нем были учтены все недостатки и добавлено большое количество новых востребованных функций.

    Наиболее полезными среди них является возможность частичного скачивания сообщений, анализируя содержимое которых можно эффективно настраивать фильтры, сортирующие письма или отсеивающие спам.

    Еще одна немаловажная функция - механизм оптимизации использования каналов, по которым передаются сообщения. Эти каналы не всегда быстрые и незагруженные, поэтому наличие такой функции существенно облегчает жизнь пользователя. Имеется также возможность передачи сообщений по небольшим частям, что очень полезно, когда размер письма большой, например 5-10 Мбайт.

    SLIP

    Протокол передачи данных SLIP (Serial Line Internet Protocol) создан специально для организации постоянного подключения к Интернету с использованием имеющейся телефонной линии и обычного модема. Из-за высокой стоимости этот тип подключения могут позволить себе немногие пользователи. Как правило, такое подключение создается в организациях, имеющих сервер, на котором находится веб-страница организации и другие ресурсы (база данных, файлы).

    Данный протокол работает вместе с протоколом TCP/IP и находится на более низком уровне. Перед тем как информация с модема поступит на обработку TCP/ IP-протоколу, ее предварительно обрабатывает SLIP-протокол. Выполнив все необходимые действия, он создает другой пакет и передает его TCP/IP.

    РРР

    Протокол РРР (Point-to-Point Protocol) выполняет ту же работу, что и описанный выше SLIP. Однако он лучше выполняет эти функции, так как обладает дополнительными возможностями. Кроме того, в отличие от SLIP, PPP может взаимодействовать не только с TCP/IP, но и с IPX/SPX, NetBIOS, DHCP, которые широко используются в локальных сетях. Протокол PPP более распространен также благодаря использованию на интернет-серверах с установленной операционной системой семейства Windows NT (SLIP применяют для соединения с серверами, работающими в операционной системе UNIX).

    Х.25

    Протокол Х.25, который был создан в 1976 году и усовершенствован в 1984 году, работает на физическом, канальном и сетевом уровнях модели взаимодействия ISO/OSI. Его разработкой занимался консорциум, состоящий из представителей многих телефонных компаний, и создавали его специально для использования на существующих телефонных линиях.

    Когда разрабатывался X.25, цифровая телефонная линия была редкостью - использовалась в основном аналоговая. По этой причине в нем присутствует система обнаружения и коррекции ошибок, что существенно повышает надежность связи. В то же время эта система замедляет скорость передачи данных (максимальная - 64 Кбит/с). Однако этот факт не мешает использовать его там, где прежде всего требуется высокая надежность, например в банковской системе.

    Frame Relay

    Frame Relay - еще один протокол, предназначенный для передачи данных по телефонной линии. Помимо высокой надежности (как у X.25), он обладает дополнительными полезными нововведениями. Поскольку передаваемые данные могут иметь формат видео, аудио или содержать электронную информацию, есть возможность выбирать приоритет передаваемого содержимого.

    Еще одна особенность протокола Frame Relay - его скорость, которая достигает 45 Мбит/с.

    AppleTalk

    Протокол AppleTalk является собственностью компании Apple Computer. Он был разработан для установки связи между компьютерами Macintosh.

    Как и TCP/IP, AppleTalk представляет собой набор протоколов, каждый из которых отвечает за работу определенного уровня модели ISO/OSI.

    В отличие от протоколов TCP/IP и IPX/SPX, стек протокола AppleTalk использует собственную реализацию физического и канального уровней, а не протоколы модели ISO/OSI.

    Рассмотрим некоторые протоколы стека AppleTalk.

    · DDP (Datagram Delivery Protocol) - отвечает за работу сетевого уровня. Его основное предназначение - организация и обслуживание процесса передачи данных без предварительной установки связи между компьютерами.

    · RTMP (Routing Table Maintenance Protocol) - работает с маршрутными таблицами AppleTalk. Любая такая таблица содержит информацию о каждом сегменте, куда возможна доставка сообщений. Таблица состоит из номеров маршрутизаторов (порта), которые могут доставить сообщение к выбранному компьютеру, количества маошрутизаторов, параметров выбранных сегментов сети (скорости, загруженности и т. п).

    · NBP (Name Binding Protocol) - отвечает за адресацию, которая сводится к привязке логического имени компьютера к физическому адресу в сети. Кроме процесса привязки имени, он отвечает за регистрацию, подтверждение, стирание и поиск этого имени.

    · ZIP (Zone Information Protocol) - работает в паре с протоколом NBP, помогая ему производить поиск имени в рабочих группах, или зонах. Для этого он использует информацию ближайшего маршрутизатора, который создает запрос по всей сети, где могут находиться входящие в заданную рабочую группу компьютеры.

    · ATP (AppleTalk Transaction Protocol) - один из протоколов транспортного уровня, который отвечает за транзакции. Транзакция - это набор из запроса, ответа на этот запрос и идентификационного номера, который присваивается данному набору. Примером транзакции может быть сообщение о доставке данных от одного компьютера другому. Кроме того, ATP умеет делать разбивку больших пакетов на более мелкие с последующей их сборкой после подтверждения о приеме или доставке.

    · ADSP (AppleTalk Data Stream Protocol) - протокол , аналогичный ATP. Он отвечает за доставку пакетов. Однако в данном случае осуществляется не одна транзакция, а гарантированная доставка, которая может повлечь за собой несколько транзакций. Кроме того, протокол гарантирует, что данные при доставке не будут утеряны или продублированы.

    Протоколы связи в АСУ ТП

    В современных системах автоматизации, в результате постоянной модернизации производства, все чаще встречаются задачи построения распределенных промышленных сетей с использованием гибких протоколов передачи данных.


    Прошли те времена, когда где-нибудь в аппаратной ставился огромный шкаф с оборудованием, к нему тянулись километры толстых пучков кабелей, ведущих к датчикам и исполнительным механизмам. Сегодня, в подавляющем большинстве случаев, на много выгоднее установить несколько локальных контроллеров, объединенных в единую сеть, тем самым сэкономив на установке, тестировании, вводе в эксплуатацию и техническом обслуживании по сравнению с централизованной системой.


    Для организации промышленных сетей используется множество интерфейсов и протоколов передачи данных, например Modbus, Ethernet, CAN, HART, PROFIBUS и пр. Они необходимы для передачи данных между датчиками, контроллерами и исполнительными механизмами (ИМ); калибровки датчиков; питания датчиков и ИМ; связи нижнего и верхнего уровней АСУ ТП. Протоколы разрабатываются с учетом особенностей производства и технических систем, обеспечивая надежное соединение и высокую точность передачи данных между различными устройствами. Наряду с надежностью работы в жестких условиях все более важными требованиями в системах АСУ ТП становятся функциональные возможности, гибкость в построении, простота интеграции и обслуживания, соответствие промышленным стандартам.


    Наиболее распространённой системой классификации сетевых протоколов является теоретическая модель OSI (базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем, англ. Open Systems Interconnection Basic Reference Model ). Спецификация этой модели была окончательно принята в 1984 году Международной Организацией по Стандартизации (ISO). В соответствии с моделью OSI протоколы делятся на 7 уровней, расположенных друг над другом, по своему назначению — от физического (формирование и распознавание электрических или других сигналов) до прикладного (API для передачи информации приложениями). Взаимодействие между уровнями может осуществляться, как вертикально, так и горизонтально (Рис. 1). В горизонтальном взаимодействии программам требуется общий протокол для обмена данными. В вертикальном - посредством интерфейсов.


    Рис. 1. Теоретическая модель OSI.


    Прикладной уровень

    Прикладной уровень - уровень приложений (англ. Application layer ). Обеспечивает взаимодействие сети и приложений пользователя, выходящих за рамки модели OSI. На этом уровне используются следующие протоколы: 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.


    Представительский уровень

    Представительский уровень (англ. Presentation layer ) - уровень представления данных. На этом уровне может осуществляться преобразование протоколов и сжатие/распаковка или кодирование/декодирование данных, а также перенаправление запросов другому сетевому ресурсу, если они не могут быть обработаны локально. Запросы приложений, полученные с уровня приложений, он преобразует в формат для передачи по сети, а полученные из сети данные преобразует в формат, понятный приложениям. К этому уровню традиционно относят следующие протоколы: HTTP, ASN.1, XML-RPC, TDI, XDR, SNMP, FTP, Telnet, SMTP, NCP, AFP.


    Сеансовый уровень

    Сеансовый уровень (англ. Session layer ) управляет созданием/завершением сеанса связи, обменом информацией, синхронизацией задач, определением права на передачу данных и поддержанием сеанса в периоды неактивности приложений. Синхронизация передачи обеспечивается помещением в поток данных контрольных точек, начиная с которых возобновляется процесс при нарушении взаимодействия. Используемые протоколы: ASP, ADSP, DLC, Named Pipes, NBT, NetBIOS, NWLink, Printer Access Protocol, Zone Information Protocol, SSL, TLS, SOCKS.


    Транспортный уровень

    Транспортный уровень (англ. Transport layer ) организует доставку данных без ошибок, потерь и дублирования в той последовательности, как они были переданы. Разделяет данные на фрагменты равной величины, объединяя короткие и разбивая длинные (размер фрагмента зависит от используемого протокола). Используемые протоколы: TCP, UDP, NetBEUI, AEP, ATP, IL, NBP, RTMP, SMB, SPX, SCTP, DCCP, RTP, TFTP.


    Сетевой уровень

    Сетевой уровень (англ. Network layer ) определяет пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, за определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, за отслеживание неполадок и заторов в сети. Используемые протоколы: IP, IPv6, ICMP, IGMP, IPX, NWLink, NetBEUI, DDP, IPSec, ARP, RARP, DHCP, BootP, SKIP, RIP.


    Канальный уровень

    Канальный уровень (англ. Data link layer ) предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне. Полученные с физического уровня данные проверяет на ошибки, если нужно исправляет, упаковывает во фреймы, проверяет на целостность, и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями. Спецификация IEEE 802 разделяет этот уровень на 2 подуровня — MAC (Media Access Control) регулирует доступ к разделяемой физической среде, LLC (Logical Link Control) обеспечивает обслуживание сетевого уровня. Используемые протоколы: STP, ARCnet, ATM, DTM, SLIP, SMDS, Ethernet, FDDI, Frame Relay, LocalTalk, Token ring, StarLan, L2F, L2TP, PPTP, PPP, PPPoE, PROFIBUS.


    Физический уровень

    Физический уровень (англ. Physical layer ) предназначен непосредственно для передачи потока данных. Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в радиоэфир и, соответственно, их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов. Используемые протоколы: 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.


    Как вы могли заметить, многие протоколы упоминаются сразу на нескольких уровнях. Это говорит о недоработанности и отдаленности теоретической модели от реальных сетевых протоколов, поэтому привязка некоторых из них к уровням OSI является условной.


    В мировой практике, среди сетей общего применения, наиболее широко распространен протокол HTTP (англ. HyperText Transfer Protocol — «протокол передачи гипертекста» ). Относится к прикладному и представительскому уровням теоретической модели OSI. HTTP базируется на технологии «клиент-сервер», то есть существует потребитель (клиент), который инициирует соединение и посылает запрос, и поставщик (сервер), который ожидает соединения для получения запроса, производит необходимые действия и возвращает обратно сообщение с результатом. Основным типом НТТР-клиента является браузер, например Mozilla Firefox, Opera или Microsoft Internet Explorer. HTTP в настоящее время повсеместно используется во Всемирной паутине для получения информации с веб-сайтов.


    Рис. 2. Технология клиент сервер.


    На базе HTTP разработаны расширенные протоколы: HTTPS (англ. Hypertext Transfer Protocol Secure ), поддерживающий шифрование, и HTTP-NG (англ. HTTP Next Generation ), увеличивающий быстродействие Web и расширяющий возможности промышленного применения.


    Положительные стороны: простота разработки клиентских приложений, возможность расширения протокола путем добавления собственных заголовков, распространенность протокола.


    Отрицательные стороны: большой размер сообщений, по сравнению с двоичными данными, отсутствие навигации в ресурсах сервера, невозможность использования распределенных вычислений.


    создание удаленных диспетчерских пунктов, Web-приложения для SCADA систем, программное обеспечение промышленных контроллеров, организация видеонаблюдения.


    На сегодняшний день протокол HTTP и его модификации поддерживаются оборудованием и программным обеспечением большинства производителей. Рассмотрим некоторые из них.


    В оборудовании компании Korenix серий JetNet, JetRock, JetPort, JetI/O, JetBox (построение сетей на базе промышленного Ethernet), JetWave (беспроводные решения) протоколы семейства HTTP используются для организации доступа, конфигурирования и управления устройствами.


    Компания ICPDAS для работы с протоколом HTTP предлагает следующее оборудование и программное обеспечение. Контроллеры серии ХРАК, WinPAC, WinCon, LinPAC, ViewPAC работают под управлением операционных систем Windows и Linux, с встроенным HTTP-сервером. Программные пакеты InduSoft (SCADA), ISaGRAF, Web HMI, VXCOMM, MiniOS7 Studio, также используют HTTP-сервер для связи и взаимодействия с устройствами.


    Управляемые коммутаторы, встраиваемые компьютеры, оборудование промышленных беспроводных сетей, производства компании Моха, не обходятся без использования протоколов семейства HTTP.


    Рис. 3. Совместимость протоколов семейства Modbus.


    Для организации взаимодействия между элементами автоматизации в промышленных сетях передачи данных широко применяется коммуникационный протокол Modbus. Существуют три основные реализации протокола Modbus, две для передачи данных по последовательным линиям связи, как медным EIA/TIA-232-E (RS-232), EIA-422, EIA/TIA-485-A (RS-485), так и оптическим и радио: Modbus RTU и Modbus ASCII, и для передачи данных по сетям Ethernet поверх TCP/IP: Modbus TCP.


    Различие между протоколами Modbus ASCII и Modbus RTU заключается в способе кодирования символов. В режиме ASCII данные кодируются при помощи таблицы ASCII, где каждому символу соответствует два байта данных. В режиме RTU данные передаются в виде 8-ми разрядных двоичных символов, что обеспечивает более высокую скорость передачи данных. ASCII допускает задержку до 1 секунды в отличии от RTU, где сообщения должны быть непрерывны. Также режим ASCII имеет упрощенную систему декодирования и управления данными.


    Протоколы семейства Modbus (Modbus ASCII, Modbus RTU и Modbus TCP/IP) используют один прикладной протокол, что позволяет обеспечить их совместимость. Максимальное количество сетевых узлов в сети Modbus - 31. Протяженность линий связи и скорость передачи данных зависит от физической реализации интерфейса. Элементы сети Modbus взаимодействуют, используя клиент-серверную модель, основанную на транзакциях, состоящих из запроса и ответа.


    Обычно в сети есть только один клиент, так называемое, «главное» (англ. master) устройство, и несколько серверов — «подчиненных» (slaves) устройств. Главное устройство инициирует транзакции (передаёт запросы). Подчиненные устройства передают запрашиваемые главным устройством данные, или производят запрашиваемые действия. Главный может адресоваться индивидуально к подчиненному или инициировать передачу широковещательного сообщения для всех подчиненных устройств. Подчиненное устройство формирует сообщение и возвращает его в ответ на запрос, адресованный именно ему.


    Области промышленного применения:


    Простота применения протоколов семейства Modbus в промышленности обусловило его широкое распространение. На сегодняшний день, оборудование практически всех производителей поддерживает протоколы Modbus.


    Компания ICPDAS предлагает широкий спектр коммуникационного оборудования для организации сетей на базе протоколов семейства Modbus: серия I-7000 (шлюзы DeviceNet, серверы Modbus, адресуемые коммуникационные контроллеры); программируемые контроллеры серий ХРАК, WinPAC, WinCon, LinPAC, ViewPAC.


    Операторские панели производства компании Weintek, частотные преобразователи Control Techniques для связи с контроллерами также используют протокол Modbus.


    Традиционно протоколы семейства Modbus поддерживаются OPC серверами SCADA систем (Clear SCADA, компании Control Microsystems, InTouch Wonderware, TRACE MODE)для связи с элементами управления (контроллерами, ЧРП, регуляторами и др.).


    Рис. 4. Сеть Profibus.


    В Европе широкое распространение получила открытая промышленная сеть PROFIBUS (PROcess FIeld BUS). Изначально, прототип этой сети был разработан компанией Siemens для своих промышленных контроллеров.


    PROFIBUS объединяет технологические и функциональные особенности последовательной связи полевого уровня. Она позволяет объединять разрозненные устройства автоматизации в единую систему на уровне датчиков и приводов. Сеть PROFIBUS основывается на нескольких стандартах и протоколах, использует обмен данными между ведущим и ведомыми устройствами (протоколы DP и PA) или между несколькими ведущими устройствами (протоколы FDL и FMS).


    Сеть PROFIBUS можно ассоциировать с тремя уровнями модели OSI: физический, канальный и уровень приложений.


    Единым протоколом для доступа к шине для всех версий PROFIBUS является реализованный на втором уровне модели OSI протокол PROFIBUS-FDL. Данный протокол использует процедуру доступа с помощью маркера (token). Так же, как и сети на базе протоколов Modbus, сеть PROFIBUS состоит из ведущих (master) и ведомых (slave) устройств. Ведущее устройство может управлять шиной. Когда у ведущего (master) устройства есть право доступа к шине, оно может передавать сообщения без удаленного запроса. Ведомые устройства - это обычные периферийные устройства, не имеют прав доступа к шине, то есть они могут только подтверждать принимаемые сообщения или передавать сообщения ведущему устройству по его запросу. В минимальной конфигурации сеть может состоять либо из двух ведущих, либо из одного ведущего и одного ведомого устройства.


    Одни и те же каналы связи сети PROFIBUS допускают одновременное использование нескольких протоколов передачи данных. Рассмотрим каждый из них.


    PROFIBUS DP (Decentralized Peripheral - Распределенная периферия) — протокол, ориентированный на обеспечение скоростного обмена данными между ведущими DP-устройствами и устройствами распределённого ввода-вывода. Протокол характеризуется минимальным временем реакции и высокой стойкостью к воздействию внешних электромагнитных полей. Оптимизирован для высокоскоростных и недорогих систем.


    PROFIBUS PA (Process Automation - Автоматизация процесса) — протокол обмена данными с оборудованием полевого уровня, расположенным в обычных или взрывоопасных зонах. Протокол позволяет подключать датчики и приводы на одну линейную шину или кольцевую шину.


    PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification - Спецификация сообщений полевого уровня) - универсальный протокол для решения задач по обмену данными между интеллектуальными сетевыми устройствами (контроллерами, компьютерами/программаторами, системами человеко-машинного интерфейса) на полевом уровне. Некоторый аналог промышленного Ethernet, обычно используется для высокоскоростной связи между контроллерами и компьютерами верхнего уровня.


    Все протоколы используют одинаковые технологии передачи данных и общий метод доступа к шине, поэтому они могут функционировать на одной шине.


    Положительные стороны: открытость, независимость от поставщика, распространенность.


    Области промышленного применения: организация связи датчиков и исполнительных механизмов с контроллером, связь контроллеров и управляющих компьютеров, связь с датчиками, контроллерами и корпоративными сетями, в SCADA системах.


    Основную массу оборудования использующего протокол PROFIBUS составляет оборудование компании SIEMENS. Но в последнее время этот протокол получил применение у большинства производителей. Во многом это обусловлено распространенностью систем управления на базе контроллеров Siemens.


    Рис. 5. Сеть Profibus на базе оборудования ICP DAS.


    Компания ICPDAS для реализации проектов на базе PROFIBUS предлагает ряд ведомых устройств: шлюзы PROFIBUS/Modbus серии GW, преобразователи PROFIBUS в RS-232/485/422 серии I-7000, модули и каркасы удаленного ввода/вывода PROFIBUS серии PROFI-8000. В настоящие время инженерами компании ICPDAS ведутся интенсивные разработки в области создания PROFIBUS ведущего устройства.