Функционирование как локальных, так и глобальных компьютерных сетей, мобильных и иных коммуникационных сервисов предполагает задействование различных протоколов связи. Какие из них можно считать самыми распространенными? В чем может заключаться значимость соответствующих стандартов?
Что представляют собой протоколы связи?
Протокол связи — это перечень унифицированных инструкций, которые устанавливают то, каким образом те или иные программные либо аппаратные интерфейсы должны обеспечивать передачу данных — например, текстовых, графических, аудио- и видеопотоков. Соответствующие протоколы создаются главным образом для облегчения масштабирования различных компьютерных сетей. Например, внедрение протокола TCP/IP позволило унифицировать передачу данных фактически по всему миру, благодаря чему стало возможно объединение компьютеров в глобальную сеть Интернет.
На современном рынке информационных технологий протоколы каналов связи используются на самых разных уровнях внедрения коммуникационных интерфейсов. Они постоянно дорабатываются, обновляются. Периодически разрабатываются новые протоколы, отражающие специфику развития коммуникационного рынка. Могут использоваться различные протоколы связи в сетях как бытового, так и промышленного назначения, реализованных на базе инфраструктуры научно-исследовательских центров и т. д. В числе самых распространенных стандартов соответствующего типа — Ethernet, CAN, HART.
Использование протоколов связи осуществляется также в сфере услуг мобильных коммуникаций. В числе таковых — 3G, 4G, GPRS.
Данные протоколы в сетях мобильных операторов различаются, в частности:
- по скорости передачи данных между абонентом и поставщиком коммуникационных услуг;
- по диапазонам частот;
- по показателям максимального расстояния коммуникационного устройства до базовой станции.
Что касается классификации протоколов компьютерной связи — она характеризуется достаточно высоким уровнем сложности. Рассмотрим ее специфику подробнее.
Классификация протоколов компьютерной связи
Классификация соответствующих протоколов может быть осуществлена с использованием достаточно большого количества подходов. Распространен тот, по которому стандарты связи могут быть подразделены на нижестоящие и вышестоящие уровни. В числе таковых:
- прикладной;
- представительский;
- сеансовый;
- транспортный;
- сетевой;
- канальный;
- физический.
Изучим их подробнее.
Прикладной уровень сетевых протоколов
Рассматриваемый уровень, в рамках которого может быть классифицирован тот или иной протокол связи, относится, прежде всего, к приложениям. То есть, он обеспечивает коммуникации между инфраструктурой сети и конкретными программами пользователя. Здесь используются такие протоколы, как HTTP, Telnet, DNS, IRC, BitTorrent и многие другие, посредством которых осуществляется поставка современных онлайновых сервисов.
Представительский уровень сетевых протоколов
На соответствующем уровне протокол связи предполагает представление тех или иных данных. Здесь могут осуществляться процедуры преобразования одних протоколов в другие, кодирование, сжатие файлов, управление различными запросами.
Конкретные приложения задают определенные запросы в сеть, после чего — преобразуются в язык, понятный серверу. Далее происходит обработка запроса. Затем ответ от сервера преобразуется, в свою очередь, в язык, понятный приложению. В числе популярных протоколов соответствующего типа — ASN, FTP, SMTP. Можно также в определенной степени отнести к таковым и HTTP, FTP.
Сеансовый уровень протоколов связи
На данном уровне протокол связи используется в целях осуществления конкретной операции — например, синхронизации тех или иных задач, создания сеанса связи, отправки или получения файла. В числе распространенных протоколов, что используются в подобных целях — ASP, DLC, SOCKS.
Транспортный уровень протоколов связи
Соответствующего типа стандарты используются в целях непосредственно доставки тех или иных типов данных от одного сетевого объекта к другому. Во многих случаях здесь осуществляется разделение файлов на отдельные элементы — для облегчения их передачи. К протоколам соответствующего типа можно отнести TCP, UDP, RMTP.
Сетевой уровень протоколов
Следующий тип стандартов, на основе которого может функционировать система связи — протоколы сетевого уровня. Они отвечают, прежде всего, за способы передачи данных, трансляцию адресов, коммутацию, мониторинг качества работы инфраструктуры. К таким протоколам можно отнести, в частности, тот же TCP/IP, ICMP. DHCP.
Канальный уровень протоколов
Данные стандарты применяются для обеспечения функционирования ключевых аппаратных компонентов сети. Соответствующие протоколы позволяют системе, прежде всего, проверить данные, поступающие с физического уровня, на наличие ошибок. При необходимости также осуществляется их корректировка.В числе таких стандартов — распространенный протокол связи PPP, такие алгоритмы, как SLIP, L2F, PROFIBUS. В принципе, к канальным протоколам можно отнести и Ethernet.
Физический уровень протоколов
Следующий уровень действия стандартов, о которых идет речь — физический. Здесь протокол связи — это инструмент, посредством которого осуществляется непосредственно передача потока цифровых данных — посредством направления сигнала по кабелю или же по радиоканалу.
В случае с проводной передачей могут задействоваться такие стандарты, как RS-232, xDSL, 100BASE-T. Распространенные протоколы беспроводной связи — в частности, реализованной с помощью Wi-Fi-роутеров - те, что относятся к типу IEEE 802.11.
Изученную нами классификацию стандартов можно считать очень условной. Так, в рамках нее может быть весьма проблематично отнести тот или иной протокол к конкретной категории: часто бывает, что стандарт применяется сразу на нескольких уровнях. Полезно будет рассмотреть более подробно специфику самых популярных на современном рынке информационных технологий протоколов. Таких как, например, протокол управления PPP (связью – именно она является объектом воздействия алгоритмов, которые предусмотрены соответствующим стандартом).
Что представляет собой протокол PPP?
Рассматриваемый протокол относится, как мы отметили выше, к стандартам, которые предназначены для обеспечения функционирования инфраструктуры сетей на канальном уровне. Он универсален: посредством соответствующего протокола можно реализовать аутентификацию устройства, задействовать механизм шифрования данных, при необходимости — сжатие файлов.
Рассматриваемый протокол обеспечивает функционирование сетей на базе распространенных коммуникационных ресурсов — таких как телефонные линии, каналы сотовой связи. Если в той или иной программе выскакивает надпись о том, что протокол PPP связью был прерван, то это, скорее всего, будет означать невозможность получения пользователем фактического доступа к сетевым ресурсам, что предоставляются его провайдером.
Существует несколько разновидностей соответствующего стандарта — например, PPPoE, PPPoA. При этом структура протокола, о котором идет речь, включает несколько стандартов: LCP, NCP, PAP, CHAP, MLPPP. Еще один распространенный на современном IT-рынке протокол — HTTP.
Что представляет собой протокол HTTP?
Соответствующий стандарт задействуется в целях обеспечения работы инфраструктуры обмена гипертекстовыми данными — в общем случае между компьютерами и серверами в интернете. Относится к основополагающим протоколам, которые обеспечивают работу Всемирной паутины. По умолчанию поддерживается большинством современных программных инструментов коммуникации в распространенных операционных системах. Отличается стабильностью — сложно представить ситуацию, при котором на экран пользователя выскочит сообщение HTTP-программы наподобие «протокол PPP-связью был прерван». В крайнем случае — если по каким-либо причинам инструменты для задействования стандарта HTTP недоступны, можно для передачи файлов в режиме онлайн задействовать, к примеру, протокол FTP, хотя во многих случаях его применение может быть не самым оптимальным решением.
Стандарт, о котором идет речь, предполагает передачу данных от программно-аппаратного объекта в статусе клиента к серверу и наоборот. Первый направляет второму запросы, а тот отвечает на них по установленному алгоритму. Существует несколько разновидностей рассматриваемого протокола: например, HTTPS, HTTP-NG. Главные преимущества, обуславливающие тот факт, что протокол связи HTTP стал одним из самых популярных:
- универсальность;
- простота реализации;
- возможность расширения;
- наличие широкой поддержки со стороны производителей программного обеспечения.
Есть и у него и ряд недостатков, выделяемых экспертами:
- достаточно большая величина отдельных сообщений;
- неприспособленность к распределенным вычислениям;
- отсутствие возможности осуществлять навигацию по ресурсам, размещенным на сервере.
Выше мы отметили, что рассматриваемый стандарт связи поддерживается основными пользовательскими операционными системами, а также распространенными программными продуктами. Однако, сфера применения данного протокола существенно шире, чем реализация коммуникационных алгоритмов в рамках пользовательских решений. Стандарт HTTP применим и в промышленности, системах видеонаблюдения, в инфраструктуре SCADA.
Большое количество производителей, рассматривая различные протоколы связи в сетях как базовые для выстраивания коммуникационной инфраструктуры, выбирают именно HTTP — как функциональный и надежный инструмент организации доступа к различным онлайн-ресурсам, конфигурирования объектов, управления различными девайсами.
Если говорить конкретно о сфере промышленности, то к числу самых востребованных протоколов в соответствующем сегменте рынка можно отнести Modbus.
Что представляет собой протокол Modbus?
Соответствующий стандарт применяется главным образом для обеспечения взаимодействия между различными элементами в рамках инфраструктуры автоматизации на производстве. Представлен соответствующий протокол может быть в тех разновидностях, что адаптированы к передаче данных по конкретному типу канала связи — проводному, беспроводному (в свою очередь, к ресурсам первого типа могут относиться медные, оптоволоконные кабели — и для них разработаны отдельные модификации протокола, о котором идет речь).
Есть версии Mobdus, адаптированные для передачи данных поверх TCP/IP. Еще одно популярное в среде промышленных предприятий решение — PROFIBUS-FDL.
Что представляет собой протокол PROFIBUS-FDL?
Рассматриваемый протокол функционирует в рамках сети PROFIBUS, которая получила распространение среди европейских промышленных предприятий. Ее прототип был разработан специалистами компании Siemens и подлежал применению на участках производства, где задействовались контроллеры.
Впоследствии на базе разработок немецкой корпорации была сформирована инфраструктура сети, в которой были объединены различные технологические, а также функциональные особенности последовательных коммуникаций, относящихся к полевому уровню. Рассматриваемый сетевой протокол позволил осуществить интеграцию разнотипных устройств автоматизации в рамках единой системы производства. Стоит отметить, что протокол PROFIBUS-FDL — не единственный, что функционирует а указанной промышленной сети. Однако, он является единым с точки зрения применимости в целях организации доступа к основной шине.
Так или иначе, рассматриваемый протокол связи дополняется следующими стандартами:
- DP;
- PA;
- FMS.
Протокол PROFIBUS DP используется в целях организации обмена данными между ведущими промышленными девайсами типа DP, а также устройствами, на которых ввод-вывод реализован по распределенной схеме. При этом указанный протокол позволяет организовать обмен данными на высокой скорости. Также он характеризуется относительно невысокой стоимостью внедрения, что может делать его популярным и на небольших предприятиях.
Стандарт PROFIBUS PA позволяет осуществить обмен данными между инфраструктурой, которая состоит из оборудования, относящегося к полевому уровню. Данный протокол оптимизирован для подключения различных датчиков и механизмов на общую линейную или же кольцевую шину.
Стандарт PROFIBUS FMS характеризуется универсальностью. Он предназначен, прежде всего, для организации обмена данными между высокотехнологичными компонентами промышленной инфраструктуры — компьютерами, программаторами, контроллерами.
В числе самых сильных сторон протоколов, функционирующих в сети PROFIBUS — открытость (то есть, они могут быть использованы любыми заинтересованными промышленными предприятиями), широкая распространенность (что обуславливает облегчение масштабирования промышленной инфраструктуры при расширении рынков, открытии новых производств).
Резюме
Итак, мы рассмотрели сущность протоколов связи, изучили особенности некоторых популярных разновидностей соответствующих стандартов. Основное их назначение — обеспечение передачи данных в рамках унифицированных форматов. То есть — тех, которые могут быть масштабированы в рамках инфраструктуры, как правило, значительно превышающей масштабы отдельно взятого предприятия.
Фактически речь идет о международных стандартах: современные протоколы сотовой связи, проводных, Wi-Fi-коммуникаций, распространены очень широко, общедоступны, относительно легко масштабируются. Безусловно, в ряде случаев даже на таких глобальных рынках, как оказание услуг сотовой связи возможно применение региональных протоколов, но в интересах крупнейших брендов — внедрять, если это не противоречит интересам бизнеса, а в ряде случаев — и государства, как можно более унифицированные стандарты, что позволит активизировать международные коммуникации.
Есть ряд фундаментальных протоколов связи. В контексте интернета к таковым можно отнести HTTP, TCP/IP. В сегменте услуг по предоставлению доступа в сеть к таковым может быть отнесен стандарт PPP. Если пользователь видит сообщение о том, что протокол управления PPP-связью был прерван, то он, скорее всего, не сможет получить доступа к онлайновым ресурсам ни с помощью HTTP, ни с использованием TCP/IP. Таким образом, каждый стандарт имеет большую значимость и, более того, во многих случаях неразрывно связан с другими. Если один протокол связью прерван, то есть вероятность, что пользователь не сможет получить доступа к тем ресурсам, за организацию коммуникаций с которыми отвечают иные стандарты.
Протоколы связи — незаменимый инструмент решения сложных задач как в области обеспечения пользовательских коммуникаций, так и в промышленной, сервисной сферах. От грамотного выбора конкретного стандарта зависит успешность внедрения соответствующей инфраструктуры, а также ее эффективность — с точки зрения соотношения производительности системы и затрат на ее инсталляцию. Таким образом, заблаговременное изучение свойств сетевых протоколов, выбор оптимального — важная задача менеджеров предприятия, ответственных за внедрение и модернизацию коммуникационной инфраструктуры фирмы.
