Главная
Решение проблем
Протокол для передачи файлов в компьютерных сетях. Что такое сетевой протокол

Протокол для передачи файлов в компьютерных сетях. Что такое сетевой протокол

13.08.2019

Прежде всего определим области применения каналов передачи данных в электроэнергетике и задачи, которые решаются с их помощью. В настоящее время к основным областям применения систем передачи данных можно отнести системы релейной защиты и автоматики (РЗА), диспетчерского и автоматизированного технологического управления электроэнергетическими объектами (АСТУ), а также системы автоматизированного учета энергоресурсов. В рамках этих систем решаются следующие задачи:

Системы АСТУ

Передача данных между локальными устройствами телемеханики (ТМ), устройствами РЗА и центральной приемопередающей станцией (ЦППС).

Передача данных между объектом и диспетчерским центром.

Передача данных между диспетчерскими центрами.

Системы учета

Передача данных от приборов учета в устройства сбора и передачи данных (УСПД).

Передача данных от УСПД на сервер.

В части систем РЗА можно отметить следующее: несмотря на то, что сбор данных с устройств РЗА в АСТУ в цифровом формате стал внедряться с момента появления цифровых устройств РЗА, связи между устройствами по-прежнему организуются аналоговыми цепями.

В РЗА системы передачи информации могут выполнять следующие функции:

Передача дискретных сигналов.

Передача данных между устройствами РЗА и ЦППС.

Другим важным каналом передачи, общим как для систем РЗА, так и для систем АСТУ и учета, является канал, по которому осуществляется передача измерений от измерительных трансформаторов тока и напряжения. До последнего времени о внедрении цифровых протоколов связи на данном уровне речь не шла, однако, имея в виду появление протокола для передачи мгновенных значений тока и напряжения МЭК 61850-9-2, на проблемах этого информационного канала также стоит остановиться.

Последовательно рассмотрим каждую из вышеперечисленных функций передачи информации и существующие подходы к их реализации.

Передача измерений от ТТ и ТН

Передача сигналов от измерительных трансформаторов тока (ТТ) и напряжения (ТН) осуществляется по кабелям с медными жилами переменного тока и напряжения соответственно. Для данного способа характерны проблемы, о которых достаточно часто упоминается в литературе :

большая разветвленность и протяженность медных кабелей, приводящая к необходимости применения большого числа вспомогательного оборудования (испытательных блоков, клеммников и т.д.) и, как следствие, к повышению стоимости систем и сложности монтажа и наладки;
подверженность измерительных цепей воздействию электромагнитных помех;
сложность или отсутствие возможности контроля исправности измерительного канала в темпе процесса, сложность поиска места повреждения;
влияние сопротивления измерительных цепей на точность измерений и необходимость согласования мощности ТТ/ТН с сопротивлением цепей и нагрузкой приемника.

Передача дискретных сигналов между устройствами

Передача дискретных сигналов между устройствами традиционно осуществляется подачей оперативного напряжения посредством замыкания выходного реле одного устройства на дискретный вход другого.

Такой способ передачи информации имеет следующие недостатки :

необходимо большое число контрольных кабелей, проложенных между шкафами с аппаратурой;
устройства должны иметь большое число дискретных входов и выходов;
количество передаваемых сигналов ограничивается определенным количеством дискретных входов и выходов;
отсутствует возможность контроля связи между устройствами;
возможно ложное срабатывание дискретного входа устройства при замыкании на землю в цепи передачи сигнала;
цепи подвержены воздействию электромагнитных помех;
сложность расширения систем РЗА.

Передача данных между РЗА и ЦППС

Обмен данными между РЗА и ЦППС на объекте осуществляется в цифровом формате. Однако ввиду необходимости интеграции большого количества различных устройств этот способ имеет следующие особенности:

существование большого количества различных протоколов передачи данных, причем устройство ЦППС для успешной интеграции любых устройств должно поддерживать все эти протоколы;
отсутствие единой системы наименования данных, приводящее к необходимости поддержания большого количества описательной документации, а также к сложностям и ошибкам при наладке;
относительно малая скорость передачи данных, обусловленная наличием большого количества последовательных интерфейсов.

Передача данных между ЦППС объекта и диспетчерским центром

Передача данных между объектом и диспетчерским центром также ведется в цифровом формате. Обычно для этих целей используют протоколы МЭК 60870-101/104. Особенности реализации этих систем связи:

необходимость передачи данных в протоколах диспетчерского управления, как правило, отличающихся от протоколов, применяемых на подстанции;
передача ограниченного количества информации, что обусловлено необходимостью переназначения всех сигналов с одного протокола на другой, и, как следствие, потеря некоторых данных, передача которых на этапе проектирования не была сочтена целесообразной;
отсутствие единых наименований сигналов в рамках объекта и в центрах управления сетями (ЦУС), приводящее к сложности наладки и отслеживания ошибок.

Обратимся к рис. 1, где приведена принципиальная схема организации передачи данных. Следует отметить большое количество проприетарных (фирменных) протоколов. Широкое распространение таких протоколов требует, во-первых, большого количества шлюзов (конвертеров), во-вторых, хорошей квалификации и опыта персонала в работе с различными протоколами. В конечном счете это ведет к усложнению системы и проблемам при эксплуатации и расширении.

Рис. 1. Схема организации передачи данных.

Охарактеризуем кратко показанные стандартные протоколы.

Modbus

Modbus – один из наиболее распространенных сетевых протоколов для интеграции устройств РЗА в систему АСТУ, построенный на архитектуре «клиент–сервер». Популярность этого протокола во многом обусловлена его открытостью, поэтому большинство устройств поддерживают этот протокол.

Протокол Modbus может применяться для передачи данных по последовательным линиям связи RS-485, RS-433, RS-232, а также сети TCP/IP (Modbus TCP).

Стандарт Modbus состоит из трех частей, описывающих прикладной уровень протокола, спецификацию канального и физического уровней, а также спецификацию ADU для транспорта через стек TCP/IP.

К достоинствам данного стандарта следует отнести его массовость и относительную простоту реализации систем на его базе. К недостаткам – отсутствие возможности оперативной сигнализации от конечного устройства к мастеру в случае необходимости. Кроме того, стандарт не позволяет конечным устройствам обмениваться фиксированными данными друг с другом без участия мастера. Это существенно ограничивает применимость MODBUS-решений в системах регулирования реального времени.

МЭК 60870-5-101/103/104

МЭК 60870-5-101 – протокол телемеханики, предназначенный для передачи сигналов ТМ в АСТУ. Он также построен на архитектуре «клиент–сервер» и предназначен для передачи данных по последовательным линиям связи RS-232/485.

Протокол МЭК 60870-5-104 является расширением протокола 101 и регламентирует использование сетевого доступа по протоколу TCP/IP. Стандарты МЭК 60870-5-101/104 не подразумевают наличие семантической модели данных.

Протокол МЭК 60870-5-103 предназначен для обеспечения возможности интеграции в систему управления энергообъекта устройств РЗА. В отличие от стандартов МЭК 60870-5-101/104, он определяет семантику для фиксированного набора данных, формируемых устройствами РЗА. Одним из основных недостатков протокола МЭК 60870-5-103 является относительно невысокая скорость передачи данных.

Протоколы МЭК 60870-5-101/103/104 обеспечивают достаточно высокую функциональность при решении задач телеуправления, телесигнализации и телеизмерений, интеграции данных устройств в системы управления. В отличие от Modbus они позволяют также осуществлять спорадическую передачу данных с устройств.

В основу протоколов, как и в предыдущем случае, положен обмен таблицами сигналов, причем типы данных, которыми осуществляется обмен, жестко фиксированы.

В целом протоколы хорошо подходят для решения описанного выше спектра задач, однако обладают рядом недостатков :

Передача данных осуществляется в два этапа: назначение индексированных коммуникационных объектов на прикладные объекты; назначение прикладных объектов на переменные в прикладной базе данных или программе. Таким образом, отсутствует семантическая связь (полностью или частично) между передаваемыми данными и объектами данных прикладных функций.

Протоколы не предусматривают возможность передачи сигналов реального времени. При этом под сигналами реального времени понимаются данные, которые должны передаваться в темпе процесса с минимально возможными выдержками времени, к которым относятся, например, команды отключения, передача мгновенных значений токов и напряжений от измерительных трансформаторов. При передаче таких сигналов задержки в канале связи являются критическими. Отметим, что данный пункт не связан с возможностью синхронизации устройств с единым сервером времени, а касается именно вопросов скорости передачи данных между устройствами.

DNP3

В России этот стандарт распространен слабо, однако некоторые устройства автоматизации все же поддерживают его. Долгое время протокол не был стандартизован, но сейчас он утвержден как стандарт IEEE-1815.

DNP3 поддерживает и последовательные линии связи RS-232/485, и сети TCP/IP. Протокол описывает три уровня модели OSI: прикладной, канальный и физический. Его отличительной особенностью является возможность передачи данных как от ведущего устройства к ведомому, так и между ведомыми устройствами. DNP3 также поддерживает спорадическую передачу данных от ведомых устройств.

В основу передачи данных положен, как и в случае с МЭК-101/104, принцип передачи таблицы значений. При этом с целью оптимизации использования коммуникационных ресурсов ведется посылка не всей базы данных, а только ее переменной части.

Важным отличием протокола DNP3 от рассмотренных ранее является попытка объектного описания модели данных и независимость объектов данных от передаваемых сообщений. Для описания структуры данных в DNP3 используется XML-описание информационной модели.

В дано подробное сравнение протоколов, но мы в табл. 1 приведем краткие выдержки применительно к рассмотренным выше протоколам.

Таблица 1. Протоколы передачи данных

Параметр	Протокол
Параметр	Modbus	МЭК-101/103/104	DNP3
Линии связи	RS-232/485/422 TCP/IP (Modbus TCP)	RS-232/485/422 TCP/IP (104)	RS-232/485/422 TCP/IP
Архитектура	Клиент – сервер	Клиент – сервер	Клиент – сервер
Принцип передачи данных	Обмен индексированными точками данных
Спорадическая передача данных	Нет	Да	Да
Семантическая модель данных	Нет	Нет Базовая (103)	Да
Передача данных в режиме реального времени	Нет	Нет	Нет

Выводы

Из представленного краткого анализа видно, что существующие протоколы связи достаточно успешно позволяют реализовывать задачи диспетчерского управления / интеграции данных в системы управления, однако не позволяют реализовывать функции реального времени (такие как передача дискретных сигналов между устройствами РЗА, передача мгновенных значений токов и напряжений).

Большое количество проприетарных протоколов приводит к усложнению процесса интеграции устройств в единую систему:

Протоколы должны поддерживаться контроллером и ЦППС, что требует реализации поддержки большого количества протоколов в УСО и ЦППС одновременно и ведет к удорожанию оборудования.
Для интеграции устройств по проприетарным протоколам требуется квалификация наладочного персонала в работе с каждым из них.
Переназначение сигналов из проприетарных протоколов в общепромышленные и назад часто приводит к потере информации, включая дополнительную информацию (такую как метки времени, метки качества и т.п.).

При передаче данных по-прежнему применяется большое количество последовательных интерфейсов, что накладывает ограничения на скорость передачи данных, объем передаваемых данных и количество устройств, одновременно включенных в информационную сеть.

Передача ответственных команд управления (команды отключения выключателей от РЗА, оперативные блокировки и т.п.) и оцифрованных мгновенных значений токов и напряжений невозможна в цифровом формате в силу непригодности существующих протоколов связи для передачи подобного рода информации.

Следует отметить, что существующие протоколы связи не предъявляют требований к формальному описанию конфигураций протоколов и передаваемых сигналов, в связи с чем проектная документация на системы АСТУ содержит лишь описание сигналов на твердых носителях.

Основные положения при создании стандарта МЭК 61850

Работа над стандартом МЭК 61850 началась в 1995 году, причем изначально велась двумя независимыми, параллельно работающими группами : одна из них, образованная UCA , занималась разработкой общих объектных моделей подстанционного оборудования (GOMFSE); вторая, образованная в рамках технического комитета 57 МЭК, занималась созданием стандарта на протокол передачи данных для подстанций.

Позднее, в 1997 году, работы обеих групп были объединены под эгидой рабочей группы 10 ТК 57 МЭК и вошли в основу стандарта МЭК 61850.

В основе стандарта лежат три положения:

Он должен быть технологически независимым, то есть вне зависимости от технологического прогресса стандарт должен подвергаться минимальным изменениям.
Он должен быть гибким, то есть допускать решение различных задач с использованием одних и тех же стандартизованных механизмов.
Он должен быть расширяемым.

Разработка первой редакции стандарта заняла порядка 10 лет. Отвечая поставленным требованиям, стандарт позволяет соответствовать изменяющимся потребностям электроэнергетики и использовать последние достижения в области компьютерных, коммуникационных и измерительных технологий.

На сегодняшний день МЭК 61850 состоит из 25 различных документов (в том числе разрабатываемых), которые охватывают широкий круг вопросов и делают его гораздо больше, чем просто спецификацией ряда коммуникационных протоколов. Отметим основные особенности стандарта :

Определяет не только то, как должен производиться обмен информацией, но и то, какой информацией должен производиться обмен. Стандарт описывает абстрактные модели оборудования объекта и выполняемых функций. Информационная модель, лежащая в основе стандарта, представляется в виде классов объектов данных, атрибутов данных, абстрактных сервисов и описания взаимосвязей между ними.
Определяет процесс проектирования и наладки систем.
Определяет язык описания конфигурации системы (System Configuration description Language – SCL). Данный язык обеспечивает возможность обмена информацией о конфигурации устройств в стандартизованном формате между программным обеспечением различных фирм-производителей.
Описывает методики испытаний и приемки оборудования.

Работая с МЭК 61850, необходимо понимать, что стандарт:

не описывает конкретные методики внедрения, коммуникационные архитектуры или требования к конкретным продуктам;
не стандартизует функциональность и алгоритмы устройств,
сфокусирован на описании функциональных возможностей первичного и вторичного оборудования, функций защиты, управления и автоматизации, видимых извне.

Безусловно, такая масштабная работа не может быть идеальной. В качестве примеров неточностей и недоработок стандарта, в частности, называется отсутствие методик формальной проверки соответствия требованиям стандарта, ряд технических неточностей в описании параметров и подходов к их обработке и так далее. Более подробно эти вопросы будут рассмотрены в дальнейших публикациях.

К недостаткам стандарта часто относят неконкретность описания требований и слишком большую свободу при реализации, что, по мнению разработчиков, как раз является одним из его главных достоинств.

Список литературы

Баглейбтер О.И. Трансформатор тока в сетях релейной защиты. Противодействие насыщению ТТ апериодической составляющей тока КЗ // Новости ЭлектроТехники. 2008. № 5(53).

Schaub P., Haywood J., Ingram D., Kenwrick A., Dusha G. Test and Evaluation of Non Conventional Instrument Transformers and Sampled Value Process Bus on Powerlink’s Transmission Network. SEAPAC 2011. CIGRE Australia Panel B5.

Шевцов М. В. Передача дискретных сигналов между УРЗА по цифровым каналам связи // Релейщик. 2009. № 1.

Schwarz K. Comparison of IEC 60870-5-101/-103/-104, DNP3, and IEC 60870-6-TASE.2 with IEC 61850 (электронный документ: http://bit.ly/NOHn8L).

Brunner C., Apostolov A. IEC 61850 Brand New World. PAC World Magazine. Summer 2007.

IEC 61850-1: Introduction and Overview.

Понимание работы сетей на базовом уровне имеет очень важное значение для каждого администратора сервера или веб-мастера. Это необходимо для правильной настройки ваших сервисов в сети, а также легкого обнаружения возможных проблем и решения неполадок.

В этой статье мы рассмотрим общие концепции сетей интернета, обсудим основную терминологию, самые распространенные протоколы, а также характеристики и предназначение каждого из уровней сетей. Здесь собрана только теория, но она будет полезна начинающим администраторам и всем интересующимся.

Перед тем как обсуждать основы сети интернет, нам нужно разобраться с некоторыми общими терминами, которые часто используются специалистами и встречаются в документации:

Соединение - в сетях, соединение означает возможность передавать данные между устройствами. Перед тем как начнется передача данных, должно состоятся соединение, параметры которого описаны протоколом;
Пакет - это основной структурный блок данных в сети. Все данные передаются в виде пакетов, большие данные разделяются на небольшие пакеты, фиксированного размера. В каждом пакете есть заголовок, в котором находится информация о данных, пункте назначения, отправителе, строке жизни пакета, времени отправки и т д;
Сетевой интерфейс - это физическое или виртуальное устройство, которое позволяет компьютеру подключиться к сети. Если у вас есть две сетевые карты на компьютере, то вы можете настроить сетевой интерфейс для каждой из них. Также сетевой интерфейс может быть виртуальным, например, локальный интерфейс lo;
LAN - это ваша локальная сеть, к ней подключены только ваши компьютеры и больше никто не имеет к ней доступа. Это может быть ваша домашняя или офисная сеть;
WAN - это глобальная сеть интернет, обычно этот термин применяется для обозначения всей сети интернет, также этот термин может относиться к сетевому интерфейсу;
Протокол - набор правил и стандартов, которые определяют команды и способ коммуникации между устройствами. Существует множество протоколов и мы их рассмотрим ниже. Самые популярные из них - это TCP, UDP, IP и ICMP, также есть протоколы сети интернет более высокого уровня, например, HTTP и FTP;
Порт - это адрес на компьютере, который связан с определенной программой. Это не сетевой интерфейс и не местоположение. С помощью портов программы могут общаться между собой;
Брандмауэр - это программное обеспечение, которое контролирует все сетевые пакеты, проходящие через компьютер. Проходящие пакеты обрабатываются на основе правил, созданных пользователем. Также брандмауэр может закрывать определенные порты, чтобы сделать работу компьютера более безопасной;
NAT -это служба преобразования сетевых адресов между локальной и глобальной сетью. Количество свободных сетевых адресов в сети уменьшается, поэтому необходимо найти решение, и решением стало создания локальных сетей, где несколько компьютеров могут иметь один IP адрес. Все пакеты приходят на роутер, а он уже потом с помощью NAT распределяет их между компьютерами.
VPN - это виртуальная частная сеть, с помощью нее можно объединить несколько локальных сетей через сеть интернет. Используется в большинстве случаев для обеспечения безопасности.

Вы можете найти намного больше терминов, но здесь мы перечислили все самые основные, которые будут встречаться чаще всего.

Уровни сетей и модель OSI

Обычно, сети обсуждаются в горизонтальной плоскости, рассматриваются протоколы сети интернет верхнего уровня и приложения. Но для установки соединений между двумя компьютерами используется множество вертикальных слоев и уровней абстракции. Это означает, что существует несколько протоколов, которые работают друг поверх друга для реализации сетевого соединения. Каждый следующий, более высокий слой абстрагирует передаваемые данные и делает их проще для восприятия следующим слоем, и в конечном итоге приложением.

Существует семь уровней или слоев работы сетей. Нижние уровни будут отличаться в зависимости от используемого вами оборудования, но данные будут передаваться одни и те же и будут иметь один и тот же вид. На другую машину данные всегда передаются на самом низком уровне. На другом компьютере, данные проходят все слои в обратном порядке. На каждом из слоев к данным добавляется своя информация, которая поможет понять что делать с этим пакетом на удаленном компьютере.

Модель OSI

Так сложилось исторически, что когда дело доходит до уровней работы сетей, используется модель OSI или Open Systems Interconnect. Она выделяет семь уровней:

Уровень приложений - самый верхний уровень, представляет работу пользователя и приложений с сетью Пользователи просто передают данные и не задумываются о том, как они будут передаваться;
Уровень представления - данные преобразуются в более низкоуровневый формат, чтобы быть такими, какими их ожидают получить программы;
Уровень сессии - на этом уровне обрабатываются соединения между удаленным компьютерами, которые будут передавать данные;
Транспортный уровень - на этом уровне организовывается надежная передача данных между компьютерами, а также проверка получения обоими устройствами;
Сетевой уровень - используется для управления маршрутизацией данных в сети пока они не достигнут целевого узла. На этом уровне пакеты могут быть разбиты на более мелкие части, которые будут собраны получателем;
Уровень соединения - отвечает за способ установки соединения между компьютерами и поддержания его надежности с помощью существующих физических устройств и оборудования;
Физический уровень - отвечает за обработку данных физическими устройствами, включает в себя программное обеспечение, которое управляет соединением на физическом уровне, например, Ehternet или Wifi.

Как видите, перед тем, как данные попадут к аппаратному обеспечению им нужно пройти множество слоев.

Модель протоколов TCP/IP

Модель TCP/IP, еще известная как набор основных протоколов интернета, позволяет представить себе уровни работы сети более просто. Здесь есть только четыре уровня и они повторяют уровни OSI:

Приложения - в этой модели уровень приложений отвечает за соединение и передачу данными между пользователям. Приложения могут быть в удаленных системах, но они работают как будто бы находятся в локальной системе;
Транспорт - транспортный уровень отвечает за связь между процессами, здесь используются порты для определения какому приложению нужно передать данные и какой протокол использовать;
Интернет - на этом уровне данные передаются от узла к узлу по сети интернет. Здесь известны конечные точки соединения, но не реализуется непосредственная связь. Также на этом уровне определяются IP адреса;
Соединение - этот уровень реализует соединение на физическом уровне, что позволяет устройствам передавать между собой данные не зависимо от того, какие технологии используются.

Эта модель менее абстрактная, но мне она больше нравиться и ее проще понять, поскольку она привязана к техническим операциям, выполняемым программами. С помощью каждой из этих моделей можно предположить как на самом деле работает сеть. Фактически, есть данные, которые перед тем, как будут переданы, упаковываются с помощью нескольких протоколов, передаются через сеть через несколько узлов, а затем распаковываются в обратном порядке получателем. Конечные приложения могут и не знать что данные прошли через сеть, для них все может выглядеть как будто обмен осуществлялся на локальной машине.

Основные протоколы интернета

Как я уже сказал. в основе работы сети лежит использование нескольких протоколов, которые работают один поверх другого. Давайте рассмотрим основные сетевые протоколы интернет, которые вам будут часто встречаться, и попытаемся понять разницу между ними.

MAC или (Media Access Control) - это протокол низкого уровня, который используется для идентификации устройств в локальной сети. У каждого устройства, подключенного к сети есть уникальный MAC адрес, заданный производителем. В локальных сетях, а все данные выходят из локальной сети и попадают в локальную сеть перед тем, как попасть к получателю, используются физические MAC адреса для обозначения устройств. Это один из немногих протоколов уровня соединения, с которым довольно часто приходится сталкиваться.
IP (Internet Protocol) - расположен уровнем выше, за MAC. Он отвечает за определение IP адресов, которые будут уникальными для каждого устройства и позволяют компьютерам находить друг друга в сети. Он относится к сетевому уровню модели TCP/IP. Сети могут быть связанны друг с другом в сложные структуры, с помощью этого протокола компьютеры могут определить несколько возможных путей к целевому устройству, причем во время работы эти пути могут меняться. Есть несколько реализаций протокола, но наиболее популярной на сегодняшний день является IPv4 и IPv6.
ICMP (Internet control message protocol) - используется для обмена сообщениями между устройствами. Это могут быть сообщения об ошибках или информационные сообщения, но он не предназначен для передачи данных. Такие пакеты используются в таких диагностических инструментах, как ping и traceroute. Этот протокол находится выше протокола IP;
TCP (Transmission control protocol) - это еще один основной сетевой протокол, который находится на том же уровне, что и ICMP. Его задача - управление передачей данных. Сети ненадежны. Из-за большого количества путей пакеты могут приходить не в том порядке или даже теряться. TCP гарантирует, что пакеты будут приняты в правильном порядке, а также позволяет исправить ошибки передачи пакетов. Информация приводится к правильному порядку, а уже затем передается приложению. Перед передачей данных создается соединение с помощью так называемого алгоритма тройного рукопожатия. Он предусматривает отправку запроса и подтверждение открытия соединения двумя компьютерами. Множество приложений используют TCP, это SSH, WWW, FTP и многие другие.
UDP (user datagram protocol) - это популярный протокол, похожий на TCP, который тоже работает на транспортном уровне. Отличие между ними в том, что здесь используется ненадежная передача данных. Данные не проверяются при получении, это может выглядеть плохой идеей, но во многих случаях этого вполне достаточно. Поскольку нужно отправлять меньше пакетов, UDP работает быстрее, чем TCP. Поскольку соединение устанавливать не нужно, то этот протокол может использоваться для отправки пакетов сразу на несколько машин или IP телефонии.
HTTP (hypertext transfer protocol) - это протокол уровня приложения, который лежит в основе работы всех сайтов интернета. HTTP позволяет запрашивать определенные ресурсы у удаленной системы, например, веб страницы, и файлы;
FTP (file transfer protocol) - это протокол передачи файлов. Он работает на уровне приложений и обеспечивает передачу файла от одного компьютера к другому. FTP - не безопасный, поэтому не рекомендуется его применять для личных данных;
DNS (domain name system) - протокол того же уровня, используемый для преобразования понятных и легко читаемых адресов в сложные ip адреса, которые трудно запомнить и наоборот. Благодаря ему мы можем получить доступ к сайту по его доменному имени;
SSH (secure shell) - протокол уровня приложений, реализованный для обеспечения удаленного управления системой по защищенному каналу. Многие дополнительные технологии используют этот протокол для своей работы.

Есть еще очень много других протоколов, но мы рассмотрели только сетевые протоколы, которые больше всего важны. Это даст вам общие понятия того, как работает сеть и интернет в целом.

Выводы

В этой статье мы рассмотрели основы сетей и протоколов, которые используются для организации их работы. Конечно, этого совсем недостаточно, чтобы понять все, но теперь у вас есть определенная база и вы знаете как различные компоненты взаимодействуют друг с другом. Это поможет вам понимать другие статьи и документацию. Если вас серьезно заинтересовали основы сети интернет, то тут не хватит нескольких статей. Вам нужна книга. Обратите внимание на Камер Д. Сети TCP/IP. Принципы, протоколы и структура. В свое время я ее прочитал и мне очень понравилось.

На завершение видео про модель OSI:

Сегодня трудно представить себе существование человеческой цивилизации без Всемирной паутины. Это около 400 миллионов пользователей, для которых круглосуточно работают десятки миллионов серверов, содержащих в сумме более миллиона страниц. WWW – крупнейшее хранилище общедоступных данных, самые оперативные средства массовой информации, электронные магазины, клубы по интересам и многое, многое другое.

Что будет представлять из себя сеть через 10 лет, не возьмется предсказать ни один аналитик. Но ясно одно: если сейчас WWW, о которой никто не знал еще 15 лет назад, изучают в школе, (несмотря на то, что школьное образование всегда отличалось консерватизмом), то скоро умение пользоваться браузером станет столь же необходимым, школьном образовании, как умение читать и писать.

Как ни прискорбно, об этом сообщать, но Интернет стал таким же детищем военных технологий, как и сам компьютер. В безумной гонке ядерных испытаний, которой были отмечены пятидесятые годы прошлого века, Соединенные Штаты произвели вроде бы не очень мощный взрыв на высоте 20 километров. Но последствия его были поистине ужасающими. Порожденный взрывом электромагнитный импульс вывел из строя не только телефонные и телеграфные линии, но и погрузил в темноту на несколько дней целый штат – Гавайи расположенный в тысяче миль от места взрыва. Мораль истории была достаточно грустной для американских военных: высотный ядерный взрыв не очень большой мощности, произведенный в центре страны, полностью лишает ее систем связи, а значит, и управления. Единственным вариантом решения проблемы являлось создание сверхзащищенной системы связи, способной передавать огромное количество информации во все точки страны.

Историю Интернета можно разделить на несколько этапов:

1945-1960.
Теоретические работы по интерактивному взаимодействию человека с машиной, появление первых интерактивных устройств и вычислительных машин, на которых реализован режим разделения времени.

Одной из важных дат в истории Интернета можно считать 1957 год, когда в рамках Министерства обороны США выделилась отдельная структура - Агентство передовых исследовательских проектов (DARPA). В 60-х годах основные работы DARPA были посвящены разработке метода соединений компьютеров друг с другом.

Возглавлял первую исследовательскую программу, посвященную системе глобальной коммуникации, Дж. Ликлайдер (J.C.R. Licklider), который опубликовал работу "Galactic Network". В ней он предсказывал возможность существования в будущем глобальной компьютерной связи между людьми, имеющими мгновенный доступ к программам и базам данных из любой точки земного шара. Его предвидение отражает современное устройство международной сети Интернет. Ликлайдер сумел убедить в реальности своей концепции группу ученых, среди которых был будущий его преемник - исследователь Массачусетского Технологического Института (MIT) Лоренс Робертс (Lawrence G.Roberts.). Вновь создаваемая сеть должна была обеспечивать управление огромной страной в условиях полного отсутствия других средств связи, и поэтому ее пропускная способность имела очень важное значение.

С этой точки зрения большое значение имела теория о коммутации пакетов для передачи данных, которую Леонард Клейнрок (Leonard Kleinrock) разработал в 1961 году и впервые опубликовал в июле 1964 года. При коммутации пакетов необходимые для передачи данные разбиваются на части и передаются различными путями через сеть. К каждой части присоединяется заголовок, содержащий полную информацию о доставке пакета по назначению. Коммутация пакетов обеспечивает большие пропускную способность канала и надежность системы. Достаточно сказать, что использование пакетной технологии позволило увеличить предлагаемую скорость передачи по каналам проектируемой сети ARPANET с 2.4 Кбит/с до 50 Кбит/с.

1961-1970.
Разработка технических принципов коммутации пакетов, ввод в действие ARPANet.

В 1966 году DARPA пригласило Ларри Робертса для реализации проекта компьютерной сети ARPANET. Цели проекта было изучение способов поддержания связи в условиях ядерного нападения и разработка концепции децентрализованного управления военными и гражданскими объектами в период ведения войн. Децентрализация была принципиально важна, поскольку позволяла сети функционировать даже при уничтожении нескольких узлов. Для решения задачи на первом этапе предполагалось объединить несколько крупных исследовательских учреждений (университетов) и провести эксперименты в области компьютерных коммуникаций.

Роберт Кэн представил общую архитектуру сети ARPANET, Лоренс Робертс разработал топологию и экономические вопросы, Леонард Клейнрок (Network Measurement Center, UCLA) представил все средства измерений и анализа сети.

В 1968 году контракт на реализацию проекта был предоставлен компании Bolt Beranek and Newman (BBN), которая завершила его к концу 1969 года подключением в одну компьютерную сеть четырех исследовательских центров: UCLA, SRI, UCSB и University of Utah.
В 1969 году ARPANET заработал. 20 октября 1969 года профессор Кленройк передал сообщение своему коллеге в университет Сан-Франциско. Сообщение - слово "LOG" (подключиться) - профессор разбил на 3 этапа - по одной букве в каждом. "Мы передали одну букву и спросили, прошла ли она. Когда получили положительный ответ, отправили вторую с тем же вопросом. Выяснили, что прошло и это сообщение, передали третью букву, но внезапно наш компьютер завис и связь прервалась,"- вспоминал г. Клейнрок в интервью ВВС.

20 октября 1969 года считается первым днем существования интернета.

После проведения эксперимента все исследования Клейнрока стали финансироваться в рамках специальной правительственной программы США и считались одним из самых перспективных направлений в создании оборонной информационной системы. В последующие годы число компьютеров, подключенных к ARPANET, быстро росло.

1971-1980.
Число узлов ARPANet возросло до нескольких десятков, проложены специальные кабельные линии, соединяющие некоторые узлы, начинает функционировать электронная почта, о результатах работ ученые докладывают на международных научных конференциях.

Следующим этапом, очевидно, являлось расширение сети по всей стране, что обеспечило бы высшее военное и политическое руководство надежным каналом связи в случае чрезвычайных обстоятельств, под которым имелось в виду, в первую очередь, ядерная атака со стороны Советского Союза.

DARPA, вдохновленная успехом ARPANET, пригласила Роберта Кэна для разработки новой программы “Internetting Project” с целью изучения методов соединения различных сетей между собой.

В октябре 1972 года Роберт Кан организовал большую, весьма успешную демонстрацию ARPANET на Международной конференции по компьютерным коммуникациям. Это был первый показ на публике новой сетевой технологии.

Также в 1972 году появилось первое "горячее" приложение - электронная почта

В марте Рэй Томлинсон (Ray Tomlinson), движимый необходимостью создания для разработчиков ARPANET простых средств координации, написал базовые программы пересылки и чтения электронных сообщений. В июле Робертс добавил к этим программам возможности выдачи списка сообщений, выборочного чтения, сохранения в файле, пересылки и подготовки ответа. С тех пор более чем на десять лет электронная почта стала крупнейшим сетевым приложением. Для своего времени электронная почта стала тем же, чем в наши дни является Всемирная паутина - исключительно мощным катализатором роста всех видов межперсональных потоков данных.

Интересные факты

1971: Написана первая программа для эл.почты

1972: Придуман знак @

1973: Первая международная связь по эл. почте между Англией и Норвегией

1974: Открыта первая коммерческая версия ARPANET - сеть Telnet

1976: Роберт Меткалф, сотрудник исследовательской лаборатории компании Xerox, создает Ethernet - первую локальную компьютерную сеть.

1979: Придуманы "смайлики" - изображения перевернутой набок физиономии, для придания посланиям эмоциональной окраски. Например, так: :-)

1981-1990.
Принят протокол TCP/ IP, Министерство обороны решает построить собственную сеть на основе ARPANet, происходит разделение на ARPANet и MILNet, вводится система доменных имен Domain Name System (DNS), число хостов доходит до 100 000.

В 1974 году Internet Network Working Group (INWG), созданная DARPA и руководимая Винтоном Серфом разработала универсальный протокол передачи данных и объединения сетей Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) - сердце Internet.

В 1980 году INWG под руководством Винтона Серфа объявила TCP/IP стандартом и представила план объединения существующих сетей, сформулировав основные его принципы:

Сети взаимодействуют между собой по протоколу TCP/IP.

Объединение сетей производится через специальные “шлюзы” (gateway).

Все подключаемые компьютеры используют единые методы адресации.

В 1983 году DARPA обязала использовать на всех компьютерах ARPANET протокол TCP/IP, на базе которого Министерство обороны США разделило сеть на две части: отдельно для военных целей - MILNET, и научных исследований - сеть ARPANET.

Для объединения имеющихся 6 крупных компьютерных центров и поддержания глобального академического и исследовательского сообществ в 1985 году Национальный Научный Фонд США (NSF) начал разработку программы построения межрегиональной сети NSFNET. Для руководства проектом в 1986 году был приглашен Стив Вульф.

1991-2000.
Новейшая история.

1991: Европейская физическая лаборатория CERN создала известный всем протокол WWW - World Wide Web. Эта разработка была выполнена, прежде всего, для обмена информацией среди физиков. Появляются первые компьютерные вирусы, распространяемые через Интернет.

1993: Создан первый Интернет-браузер Mosaic Марком Андреесеном в Университете штата Иллинойс. Число интернет-хостов превысило 2 млн. В сети действует 600 сайтов.

1996: Началось соревнование между браузером Netscape, созданным под руководством Марка Андреесена, и Internet Explorer, разработанным компанией Microsoft. В мире уже существует 12,8 млн. хостов и 500 тыс. сайтов.

2002: Сеть Интернет связывает 689 млн. человек и 172 млн. хостов.

Основные понятия сети Интернет

Интернет - это всемирная компьютерная сеть, объединяющая в единое целое десятки тысяч разнородных локальных и глобальных компьютерных сетей, связанных определенными соглашениями (протоколами). Ее назначение – обеспечить любому желающему постоянный доступ к информации. Благодаря сети стал доступен огромный объем информации. Так, пользователь в любой стране может связаться с людьми, разделяющими его интересы, или получить ценные сведения в электронных библиотеках, даже если они находятся на другом конце света. Нужная информация окажется в его компьютере за считанные секунды, пройдя путь по длинной цепочке промежуточных компьютеров, по кабелям и радио, через горы и моря, по дну океанов и через спутники..

Интернет финансируется правительствами, научными и образовательными учреждениями, коммерческими структурами и миллионами частных лиц во всех частях света, но никто конкретно не является ее владельцем. Техническую сторону организации сети контролирует Федеральный сетевой совет (FNC),формируемый из приглашенных добровольцев, который 24 октября 1995 года принял определение того, что же мы подразумеваем под термином "Интернет":

Internet – это глобальная компьютерная система, которая:

Логически взаимосвязана пространством глобальных уникальных адресов (каждый компьютер, подключаемый к сети имеет свой уникальный адрес);

Способна поддерживать коммуникации (обмен информацией);

Обеспечивает работу высокоуровневых сервисов (служб), например, WWW, электронная почта, телеконференции, разговоры в сети и другие.

Internet является одноранговой сетью , т.е. все компьютеры в сети равноправны, и любой компьютер можно подключить к любому другому компьютеру. Таким образом, любой компьютер, подключенный к сети, может предлагать свои услуги любому другому.

В узлах этого всемирного соединения установлены компьютеры, которые и содержат нужную информацию и предлагают различные информационные и коммуникационные услуги. Эти компьютеры называются серверы (хосты) .

Компьютер сервер предоставляет услуги другим компьютерам, запрашивающим информацию, которые называют клиентами (пользователями, абонентами). Таким образом, работа в Internet предполагает наличие передатчика информации, приемника и канала связи между ними. Когда мы «входим» в Internet, наш компьютер выступает в качестве клиента, он запрашивает необходимую нам информацию на выбранном нами сервере.

Протоколы передачи данных

Для того чтобы использовать автомобильный транспорт, людям пришлось договориться о всеобщих правилах, которым он должен подчиняться. Точно так же сеть Интернет не может существовать без единых правил, определяющих порядок передачи данных компьютерами в сети, так как компьютеры строятся на различных аппаратных платформах и управляются различными операционными системами.

Набор соглашений о правилах формирования и форматах сообщений называется протоколом.

Передаваемые данные разбиваются на небольшие порции, называемые пакетами. Каждый пакет перемещается в сети, независимо от других пакетов. Они переходят с одного узла на другой и далее пересылаются на другой узел, находящийся "ближе" к адресату. Если пакет передан неудачно, передача повторяется. Теоретически возможно, что разные сообщения пройдут разными путями, но все равно достигнут адресата и будут собраны в полный документ. Возможно, что некоторые документы, отправленные из Англии в Австралию, обогнут земной шар с востока на запад, а другие - с запада на восток.

Сети в Интернете все связываются друг с другом, потому что все компьютеры, участвующие в передаче данных, используют единый протокол коммуникации TCP / IP (читается «ти-си-пи / ай-пи”).

На самом деле протокол TCP / IP – это два разных протокола, определяющие различные аспекты передачи данных в сети:

Протокол TCP (Transmission Control Protocol) – протокол управления передачей данных, использующий автоматическую повторную передачу пакетов, содержащих ошибки; этот протокол отвечает за разбиение передаваемой информации на пакеты и правильное восстановление информации из пакетов получателя.

Протокол IP (Internet Protocol) – протокол межсетевого взаимодействия, отвечающий за адресацию и позволяющий пакету на пути к конечному пункту назначения проходить по нескольким сетям.

Схема передачи информации по протоколу TCP / IP такова:

Протокол TCP разбивает информацию на пакеты и нумерует все пакеты;
далее с помощью протокола IP все пакеты передаются получателю, где с помощью протокола TCP проверяется, все ли пакеты получены;
после получения всех пакетов протокол TCP располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое.

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.

Протокол передачи гипертекста

File Transfer Protocol

SMTP

Post Office Protocol 3

Протокол получения электронных писем

NNTP

Протокол телеконференций

Название протокола	Расшифровка	Назначение
HTTP	Hyper Text Transfer Protocol
FTP	Протокол передачи файлов
Simple Mail Transfer Protocol	Простой протокол отправки электронных писем
POP3
News Net Transfer Protocol

Система адресации

Чтобы информация безошибочно могла передаваться с одного компьютера на другой, необходимо наличие уникальных адресов, с помощью которых можно однозначно определить (идентифицировать) получателя информации. Подобно тому, как обычная почта доставляет почтовые отправления по адресам, включающим в себя область, город, улицу, дом, квартиру, так и в сети Internet информационные пакеты доставляются по адресам, только в адресе указываются не дома и улицы, а номера сетей, к которым подключен компьютер-получатель и номера самих компьютеров в этих сетях.

Итак, каждый компьютер, подключенный к сети Internet, имеет физический адрес (IP-адрес).

IP-адрес - это уникальный номер, однозначно идентифицирующий компьютер в Internet. IP-адрес представляет собой четыре десятичных числа (от 0 до 255), разделенных точками, например, 194.67.67.97 (после последнего числа точка не ставится). Каждое число соответствует информационному объему в 1 байт или 8 бит.

Расшифровка такого адреса ведется слева направо. Обычно первый и второй байты - это адрес сети, третий байт определяет адрес подсети, а четвертый - адрес компьютера в подсети.

IP-адреса соединенных компьютеров.

Таким образом, IP-адрес – это 4 байта или 32 бита. Если с помощью одного байта можно передать 2 8 = 256 вариантов, то с помощью 4-х байтов можно передать 2 32 = 4 млрд. вариантов. Таким образом, к сети Internet может быть максимально подключено 4 млрд. пользователей. Поскольку в настоящее время наблюдается стремительный рост пользователей Internet, а кроме того, современные технические достижения позволяют подключать к сети Internet не только компьютеры, но и сотовые телефоны, телевизоры, и даже холодильники, то это пространство адресов становится очень тесным. Для его расширения предполагается перевести Internet на 128-битный IP-адрес (максимум пользователей 2 128).

В какой-то мере физический адрес аналогичен обычному телефонному номеру, однако, человеку пользоваться им неудобно. Поэтому в Интернет была введена Доменная Система Имен (DNS - Domain Name System).

Доменная система имен ставит в соответствие числовому IP-адресу компьютера уникальное доменное имя

Доменные имена и IP-адреса распределяются международным координационным центром доменных имен и IP-адресов (ICANN), в который входят по 5 представителей от каждого континента.

Как же строится доменная система имен?

Основным преимуществом этой системы является наглядность. Адрес разбивается на несколько полей, причем ни количество полей, ни их размер не ограничены.

Доменная система имен имеет иерархическую структуру: домены верхнего уровня - домены второго уровня - домены третьего уровня. Домены верхнего уровня бывают двух типов: географические (двухбуквенные - каждой стране соответствует двухбуквенный код) и административные (трехбуквенные).

России принадлежит географический домен ru. Давно существующие серверы могут относиться к домену su (СССР).

Административные

Тип организации

Географические

Страны

com

коммерческие

Канада

edu

образовательные

Германия
gov	Правительственная США	jp	Япония
int	Международная	ru	Россия
mil	Военная США	su	СССР
net	Компьютерная сеть	uk	Англия
org	Некоммерческая	us	США

Доменные имена читаются справа налево. Домен верхнего уровня расположен в крайнем справа поле. Все остальные поля адреса отдаются на усмотрение страны, за которой закреплен домен верхнего уровня. Например левее индекса страны может стоять сокращенное название города: spb - Санкт-Петербург , e-burg - Екатеринбург и т.д. Затем может идти название организации, имеющей локальную сеть. Например, et - электротехнический университет. Далее может идти название подразделения: ok - отдел кадров.

Рассмотрим конкретный адрес: sch458.spb.ru . Домен высшего уровня ru означает, что компьютер с этим именем находится в Российской Федерации, затем идет домен второго уровня spb, что означает – в Санкт-Петербурге, и лишь домен третьего уровня - sch458 – реальный компьютер – соответствует организации, за которой числится данный доменный адрес – это имя в Интернете принадлежит нашей школе.

Все DNS-адреса преобразуются в IP-адреса с помощью специальных DNS-серверов , которые на узлах сети извлекают из баз данных символические имена и заменяют их физическими адресами компьютеров. На базе DNS-адресов строятся также адреса электронной почты и адреса информационных ресурсов Интернета.

IP-адрес или соответствующее ему доменное имя позволяют однозначно идентифицировать компьютер в сети Internet, но дело в том, что на компьютере может присутствовать множество различной информации в различных форматах, например, в виде файлов, электронных сообщений, страниц и т.п. Для того, чтобы можно было безошибочно получать нужную информацию и в нужном формате используется строка символов, которую называют универсальный указатель ресурса. Эта строка однозначно идентифицирует любой ресурс в сети Internet. Именно такая строка отображается в поле «Адрес» обозревателя Internet Explorer, когда мы «гуляем» по Internet

Универсальный указатель ресурса или URL (Universal Resource Locator)
включает в себя протокол доступа к документу, доменное имя или IP-адрес сервера, на котором находится документ, а также путь к файлу и имя файла:
protocol://domain_name/path/file_name

В данном примере использован наиболее часто используемый протокол http:// – протокол передачи гипертекста.

Примечание: если имя файла не указано, то используется имя файла по умолчанию index.htm (index.html), либо default.htm (default.html).

Вопросы.

Какой факт из истории Интернет показался вам наиболее значимым?

Что такое Интернет?

Кто является владельцем сети Интернет?

В чем разница между клиентом и сервером?

Что такое протокол?

Каким образом происходит передача данных в сети Интернет?

Какой протокол является базовым в Интернете?

В чем заключаются функции протокола TCP и IP?

Какие еще протоколы существуют в Интернете и каковы их функции?

Что такое URL?

Из каких частей состоит URL?

Предлагаемый вам тест содержит тринадцать вопросов, на каждый из которых дается три варианта ответа. Вопросы выводятся в отдельном окне. Отвечая на вопрос, установите курсор мышки на выбранном варианте ответа (он отобразится белым цветом) и щелкните на нем. По результатам выполнения теста будет выведено число верных ответов, повторных попыток ответа и оценка.

Для начала теста нажмите на кнопку

Немного теории. Протоколы передачи данных — это наборы соглашений (считай, стандарты), которые регулируют обмен данными между различными программами. Смысл протоколов передачи данных в том, чтобы эту самую передачу упорядочить и сделать независимой от аппаратной платформы (т.е. от какой-то одной конкретной «железяки»).

Протокол не следует путать с интерфейсом подключения и вообще с физическим уровнем (хотя такой термин и встретится нам в рассматриваемой далее модели). Протокол это уровень логический .

Сетевые протоколы

Сетевые протоколы регулируют обмен связи между двумя соединенными в сеть устройствами. Вообще, что мы в данном случае подразумеваем под сетью? Соединение компьютера и монитора это сеть? Нет, поскольку в данном случае монитор — это устройства вывода. Происходит вывод информации на экран, но не обмен ею. Соответственно, под сетью мы подразумеваем связь двух и более устройств, способных хранить и обрабатывать информацию.

Чаще всего сетевые протоколы классифицируют по модели OSI (Open Systems Interconnection Basic Reference Model). Модель состоит из семи уровней и упрощает понимание функционирования сети. Уровни располагаются вертикально друг над другом. Уровни взаимодействуют друг с другом по вертикали через интерфейсы, и могут взаимодействовать с параллельным уровнем другой системы по горизонтали с помощью протоколов. Каждый уровень может взаимодействовать только со своими соседями и с себе подобным.

Нетрудно догадаться, что прикладной уровень является самым верхним (седьмым), а физический лежит в основе основ (первый уровень).

Пойдем снизу вверх.

1. Физический уровень — на этом уровне работают хабы и ретрасляторы сигнала. Здесь осуществляется передача данных по проводам или беспроводным путём. Происходит кодировка сигнала. Осуществляется стандартизация сетевого интерфейса (пример, разъем RJ-45).

2. Канальный уровень — уровень коммутаторов, мостов и драйверов сетевых карт. Данные упаковываются во фреймы, проверяются ошибки и данные отправляются на сетевой уровень.

Протоколы: Ethernet, FDDI, PPP, PPTP, L2TP, xDSL и др.

3. Сетевой уровень — здесь определяется путь передачи данных, определяется кратчайший маршрут, происходит контроль неисправностей сетей. Это уровень маршрутизаторов.

Протоколы: IPv4, IPv6, ARP, ICMP.

4. Транспортный уровень отвечает за механизм передачи. Блоки данных разбиваются на фрагменты, избегаются потери и дублирование.

Протоколы: TCP, UDP, RDP, SPX, SCTP и др.

5. Сеансовый уровень отвечает за поддержание сеанс связи. Создание и завершение сеанса, права передачи данных и поддержание сеанса в момент неактивности приложений — всё происходит на этом уровне.

Протоколы: SSL, NetBIOS.

6. Уровень представления занимается кодированием и декодированием данных. Данные из приложения преобразуются в формат для транспортировки по сети, а пришедшие из сети в формат, понятный приложению.

Протоколы: FTP, SMTP, Telnet, NCP, ASN.1 и др.

7. Прикладной уровень — это уровень взаимодействия сети и пользователя. На этом уровне различные программы, которыми пользуется человек, получают доступ к сети.

Протоколы: , HTTPS, FTP, POP3, XMPP, DNS, SIP, Gnutella и др.