Лекция 2 - ЭУМК по Информатике - UNREGISTERED VERSION

Лекция 2 (3 часа).
Адресация в Интернете. Протокол передачи данных.

Для того чтобы идентифицировать каждый конкретный компьютер, подключенный к сети Интернет, была разработана специальная система адресации. Существует адресация в Интернете двух типов: числовая (IP-адресация) и символьная. Эти две системы существуют параллельно. Числовая адресация используется машинами, символьная – людьми. Ведь человеку гораздо проще запомнить и интерпретировать символы (буквы), чем числа. Любой компьютер, подключенный к Интернету, имеет IP адрес (сокращение от Internet Protocol), который состоит из четырех чисел, разделенных точками (ХХХ.ХХХ.ХХХ.ХХХ). Представленная в таком виде информация полностью идентифицирует адрес компьютера. Каждое число изменяется в диапазоне от 000 до 255. Такая адресация в Интернете достаточна для кодировки четырех миллиардов компьютеров. Пока Всемирная паутина насчитывала небольшое количество абонентов, цифровой системы было вполне достаточно, но с ее расширением использовать такую модель стало неудобно. И было принято решение параллельно использовать доменную систему имен DNS (от английского Domain Name System). Для этого на некоторую группу людей возложили ответственность за присвоение уникальных имен пользователям в определенном сегменте. В мире не существует центра управления Интернетом, но есть организации, которые занимаются проверкой и присвоением номеров: доменное имя компьютера должно быть уникальным, за этим и следят эти организации. Адресация в Интернете при помощи доменных имен имеет сегодня самое широкое распространение. Имя компьютера может содержать любое количество доменов, но большинство содержит от двух до пяти наименований, которые отделены друг от друга точкой (например, tvka.ivno.ru. или www.companys.com). Такие адреса имеют некоторую аналогию с почтовыми. Для того чтобы отправить сообщение нужному человеку, сначала указывают страну, затем область, район, населенный пункт, улицу и само имя. Аналогичную иерархию имеет и адресация в Интернете: справа расположен домен первого (высшего) уровня, далее следуют домены младших уровней, которые все вместе и создают уникальное имя компьютера. Расположенное справа доменное имя старшего уровня несет в себе, как правило, информацию о географическом положении компьютера (.ru – Россия, .by – Беларусь, .ua – Украина и т.п.) или о теме, которой посвящен сайт (.gov - правительственные структуры; .com - коммерческие организации; .org - некоммерческие организации; .edu - учебные заведения и т.д.). Но владельцы сайтов далеко не всегда придерживаются принятой классификации, и в зоне .RU вполне может быть расположен белорусский, казахский или любой другой сайт. Сегодня адресов в Интернете так много, что невозможно себе представить базу, которая могла бы содержать все адреса, поэтому разработан протокол, по которому происходит поиск заданного имени. Для этого на сервере провайдера устанавливается специальная программа, в которой происходит преобразование символьных DNS адресов в IP адрес. Затем происходит поиск сервера, на котором хранится информация о требуемом сайте или почтовом ящике. В действительности это очень сложная задача: слишком много серверов имеется в сети. Для упрощения поиска используют универсальные указатели ресурсов URL (от Universal Resource Locator). Такой указатель содержит информацию о протоколе, который необходимо задействовать при поиске адреса, о необходимой для поиска программе и о файле, где содержится нужная информация, что делает поиск конкретного сайта намного проще.
Протоколы передачи данных
Передача данных и их преобразование в модемах выполняются в соответствии с принятыми протоколами.
Протокол передачи данных – это совокупность правил, регламентирующих формат данных и процедуры их передачи в канале связи. В протоколе, в частности, может подробно указываться, как представить данные, какой способ модуляции данных избрать с целью ускорения и защищенности их передачи, как выполнять соединение с каналом, как преодолеть действие в канале шума и обеспечить достоверность передачи данных.
Протоколы работы модема это язык, на котором связывающиеся модемы договариваются о конкретном способе взаимодействия. В результате процесса согласования модемы выбирают доступный им обоим протокол, обеспечивающий максимальную скорость передачи в соответствии с установленными пользователям условиями.
При создании модемов придерживаются определенных стандартов передачи сигналов. Стандарт обычно включает в себя совокупность протоколов, реже один протокол.
Официальным законодателем в области протоколов передачи данных для модемов является МККТТ – Международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии. Этот Комитет недавно переименован в Международный институт телекоммуникаций (ITU – International Telecommunication Union).
Практически все модемные стандарты передачи данных установлены этой организацией; некоторые характеристики важнейших из них приведены в табл.7.1.
Стандарты делятся по следующим признакам.
По скорости передачи данных (V.22, V32, V32bis). В более скоростных обычно реализованы и предшествующие стандарты передачи сигналов и, кроме того, предусмотрены запасные режимы с меньшими скоростями.
По протоколам коррекции ошибок - протоколы группы MNP ( Microcom Netvorking Protocol) MNP1- MNP10.Это аппаратные протоколы, обеспечивающие автоматическую коррекцию ошибок и компрессию (сжатие) передаваемых данных. В настоящее время используется стандарт МККТТ V42. В целях совместимости модем стандарта V.42 включает в себя b функции MNP.
По методу сжатия данных – (MNP5, V.42bis). Стандарт MNP5 предусматривающий сжатие информации всего лишь вдвое, уступает место стандарту МККТТ V42bis, обеспечивающему сжатие информации в четыре раза. Стандарт V42bis в качестве резервного метода сжатия данных включает стандарт MNP5, а в качестве метода коррекции ошибок - стандарт V42.
Качество модема определяется тем, какие протоколы он поддерживает.
Стандарты скорости и модуляции называют также протоколами модемной связи. Они всегда реализуются в модеме на аппаратном уровне и помимо скорости определяют способ модуляции.
Таблица 1. Протоколы передачи данных по телефонным каналам связи.

Современные скоростные модемы должны:
удовлетворять протоколам не ниже V.34 или V.34 bis ;
выполнять коррекцию ошибок по протоколу V.42;
уметь работать на зашумленных и сотовых линиях связи;
поддерживать протоколы, используемые в модемах более старых версий.
Исходя из этих требований, необходимо чтобы один и тот же модем для обеспечения более эффективной работы мог использовать некую комбинацию протоколов передачи данных и контроля ошибок.
Например, при использовании модемов на асинхронном аналоговом канале между локальными сетями, хорошие устойчивые результаты могут дать следующие комбинации:
V.32bis – передача;
V42 – контроль ошибок;
V.42bis – сжатие.
Асинхронные модемы дешевле синхронных, поскольку не нуждаются в схемах и комплектах для управления синхронизацией.
Основной характеристикой модема является максимальная возможная скорость передачи данных по линиям связи, определяемая стандартом.
Наряду с показателями скорость линии существует скорость передачи по порту, определяемая скоростью обмена информацией между ПК и модемом.
При аппаратном методе сжатия скорость по порту должна быть приблизительно в 4 раза выше требуемой скорости по линии.
С целью сокращения времени и повышения надежности передачи информации в процессе информационного обмена могут выполнятся следующие функции:
при передаче информация может быть сжата. При приеме информация восстанавливается в первоначальном виде;
обеспечивается обнаружение и коррекция ошибок, возникающих в процессе передаче информации. С этой целью вся информация передаётся отдельными блоками (фреймами). В блоках помимо собственных данных содержатся добавленные передающим модемом контрольные коды. Эти коды позволяют принимающему модему проверить правильность полученного блока. В случае обнаружении ошибки принимающий модем требует повторной пересылки блока.
Компрессия данных и коррекция ошибок могут быть реализованы как программным, так и аппаратным способом, причем последний эффективнее. Для выполнения сжатия и коррекции программным путем некоторые коммутационные программы требуют установки специального драйвера.
Способ компрессии и коррекции ошибок обычно взаимосвязаны. Установление связи между двумя модемами начинается с автоматического согласования в каком режиме и при каком способе компрессии и коррекции ошибок будет установлена связь.
С целью облегчения такого согласования и предоставлению пользователю частичной возможности управления им, наиболее распространенные сочетания параметров дуплексности – компрессии – коррекции пронумерованы и получили название протоколов MNP1 – MNP10. Чем более высокому стандарту соответствует модем, тем больше протоколов MNP он понимает.
MNP1 – используется асинхронный полудуплексный метод передачи данных с побайтной организацией с повышенной степенью защиты от ошибок. Это достигается за счет снижения эффективности.
MNP2 – такой же как MNP1, но использует дуплексный метод передачи данных, что повышает пропускную способность канала.
MNP 3 - не поддерживает технологию стартовых и стоповых битов, а использует синхронный дуплексный метод передачи данных с побайтной организацией. Получив асинхронный бит от компьютера, модем убирает из него стартовые, стоповые и контрольные биты. Затем эти байты собираются в блоки и снабжаются контрольной суммой и другой служебной информацией. За счет этого удается повышать эффективность передачи данных. Эффективность – 108%
MNP4 по сути объединил все лучшее MNP 2 и MNP 3, как MNP 2 он способен менять размер блока данных и как MNP 3 уменьшать затраты на передачу служебной информации. В результате увеличивается надежность и пропускная способность канала.
MNP5 отличается возможностью вдвое сжимать передаваемые данные, что позволяет во многих случаях заметно повысить пропускную способность.
MNP10 - предназначен для использования на сильно зашумленных линиях связи, при этом значительно снижается скорость передачи.
Помимо перечисляемых MNP- протоколов модемы стандарта V 42 имеют свой, более эффективный протокол LAPM, который одновременно понимает протоколы MNP2-4. Протокол LAPM включается если модема имеют стандарт не ниже V 42. Модем стандарта V 42bis принимают эффективный протокол компрессии, который, кроме того распознает файлы сжатые архиватором и в отличии от протокола MNP5 передает их в сходном виде, не увеличивая объем передаваемой информации. Эти протоколы реализуются не аппаратными средствами, а коммуникационной программой и работают только при пересылки файлов.
В функции протоколов передачи данных входит:
разбиение данных на блоки, вычисление контрольной суммы
повторная пересылка ошибочно принятых блоков, гибкое изменение размеров блоков в зависимости от качества связи.
Многие модемы кроме обеспечения процедур передачи информации выполняют и ряд других полезных функций, таких как:
передают имя, размер и дату создания файла;
пересылать несколько файлов в одном пакете;
запоминают в случае обрыва связи до какого момента был передан файл и в следующий раз возобновляет передачу с того же места.
Для передачи файлов установлены свои протоколы, регламентирующие дополнительно процедуры разбиения информации на блоки, использования кодов с автоматическим обнаружением и исправлением ошибок, повторной пересылки неверно принятых блоков, восстановления передачи после обрыва и т. д.
К наиболее распространенным протоколам этой группы следует отнести протоколы Xmodem, Ymodem, Kermit, Zmodem. Первые три не очень эффективно работают на российских телефонных линиях, Zmodem сейчас является, пожалуй, самым распространенным протоколом передачи файлов и с полным основанием может быть рекомендован для использования.
Xmodem использует сравнительно небольшие блоки (128 байт) и простой метод вычисления контрольной суммы. Имя файла не передается, восстановления после обрыва нет, довольно низкая эффективность.
Kermit передает все атрибуты файла – имя, дату, размер, способен посылать несколько файлов в одном пакете сжимая данные, коррекция ошибок более надежна чем у Xmodem.
Ymodem передает все атрибуты файла и несколько файлов в одном пакете, размер блока 1 К. из-за того, что протокол не способен менять эту величину во время передачи, он отличается низкой эффективностью.
Zmodem создан в 1986 – первый из потоковых протоколов. Это означает, что он посылает блоки данных с контрольными суммами без остановок единым потоком, и только после передачи всего блока приемник передает контрольную сумму блоков, и при необходимости производится их контрольная передача. Zmodem так же передает атрибуты файлов, посылает несколько файлов в одном пакете, нем в первые введено восстановление после обрыва связи. Он почти идеален для модемов с аппаратной коррекцией ошибок, т.к. тратит минимальное время на контроль правильности передачи.