Протокол зв’язку: передача даних

Функціонування як локальних, так і глобальних комп’ютерних мереж, мобільних та інших комунікаційних сервісів передбачає задіяння різних протоколів зв’язку. Які з них можна вважати найпоширенішими? У чому може полягати значимість відповідних стандартів?

Що являють собою протоколи зв’язку?

Протокол зв’язку — це перелік уніфікованих інструкцій, які встановлюють те, яким чином ті чи інші програмні або апаратні інтерфейси повинні забезпечувати передачу даних — наприклад, текстових, графічних, аудіо- та відеопотоків. Відповідні протоколи створюються головним чином для полегшення масштабування різних комп’ютерних мереж. Наприклад, впровадження протоколу TCP/IP дозволило уніфікувати передачу даних фактично по всьому світу, завдяки чому стало можливо об’єднання комп’ютерів в глобальну мережу Інтернет.

На сучасному ринку інформаційних технологій протоколи каналів зв’язку використовуються на різних рівнях впровадження комунікаційних інтерфейсів. Вони постійно допрацьовуються, оновлюються. Періодично розробляються нові протоколи, що відображають специфіку розвитку комунікаційного ринку. Можуть використовуватися різні протоколи зв’язку в мережах як побутового, так і промислового призначення, реалізованих на базі інфраструктури науково-дослідних центрів тощо. Серед найпоширеніших стандартів відповідного типу — Ethernet, CAN, HART.

Використання протоколів зв’язку здійснюється також у сфері послуг мобільних комунікацій. Серед таких — 3G, 4G, GPRS.

Дані протоколи в мережах мобільних операторів розрізняються, зокрема:

— за швидкістю передачі даних між абонентом і постачальником комунікаційних послуг;

— за діапазонами частот;

— за показниками максимальної відстані комунікаційного пристрою до базової станції.

Що стосується класифікації протоколів комп’ютерного зв’язку — вона характеризується досить високим рівнем складності. Розгляньмо її специфіку докладніше.

Класифікація протоколів комп’ютерного зв’язку

Класифікація відповідних протоколів може бути здійснена з використанням досить великої кількості підходів. Поширений той, за яким стандарти зв’язку можуть бути підрозділені на нижчі і вищестоящі рівні. Серед таких:

— прикладний;

— представницький;

— сеансовий;

— транспортний;

— мережевий;

— канальний;

— фізичний.

Вивчимо їх детальніше.

Прикладний рівень мережевих протоколів

Розглянутий рівень, в межах якого може бути класифікований той чи інший протокол зв’язку, відноситься, насамперед, до додатків. Тобто, він забезпечує комунікації між інфраструктурою мережі і конкретними програмами користувача. Тут використовуються такі протоколи, як HTTP, Telnet, DNS, IRC, BitTorrent і багато інших, за допомогою яких здійснюється поставка сучасних онлайнових сервісів.

Представницький рівень мережевих протоколів

На відповідному рівні протокол зв’язку передбачає подання тих чи інших даних. За допомогою цього пункту можна перетворити одні протоколи на інші, кодувати, стиснути файли, керувати різними запитами.

Конкретні програми задають певні запити в мережу, після чого — перетворюються на мову, зрозумілу серверу. Далі відбувається обробка запиту. Потім відповідь від сервера перетворюється, у свою чергу, на мову, зрозумілу програмі. Серед популярних протоколів відповідного типу — ASN, FTP, SMTP. Можна також певною мірою віднести до таких і HTTP, FTP.

Сеансовий рівень протоколів зв’язку

На даному рівні протокол зв’язку використовується з метою здійснення конкретної операції — наприклад, синхронізації тих чи інших завдань, створення сеансу зв’язку, відправки або отримання файлу. Серед поширених протоколів, що використовуються в подібних цілях — ASP, DLC, SOCKS.

Транспортний рівень протоколів зв’язку

Відповідного типу стандарти використовуються в цілях безпосередньо доставки тих чи інших типів даних від одного мережевого об’єкта до іншого. У багатьох випадках тут здійснюється поділ файлів на окремі елементи — для полегшення їх передачі. До протоколів відповідного типу можна віднести TCP, UDP, RMTP.

Мережевий рівень протоколів

Наступний тип стандартів, на основі якого може функціонувати система зв’язку — протоколи мережевого рівня. Вони відповідають, насамперед, за способи передачі даних, трансляцію адрес, комутацію, моніторинг якості роботи інфраструктури. До таких протоколів можна віднести, зокрема, той же TCP/IP, ICMP. DHCP.

Канальний рівень протоколів

Ці стандарти застосовуються для забезпечення функціонування ключових апаратних компонентів мережі. Відповідні протоколи дозволяють системі, насамперед, перевірити дані, що надходять з фізичного рівня, на наявність помилок. При необхідності також здійснюється їх коригування. Серед таких стандартів — поширений протокол зв’язку PPP, такі алгоритми, як SLIP, L2F, PROFIBUS. В принципі, до канальних протоколів можна віднести і Ethernet.

Фізичний рівень протоколів

Наступний рівень дії стандартів, про які йдеться — фізичний. Тут протокол зв’язку — це інструмент, за допомогою якого здійснюється безпосередньо передача потоку цифрових даних — за допомогою напрямку сигналу по кабелю або ж по радіоканалу.

У випадку з дротовою передачею можуть задіятися такі стандарти, як RS-232, xDSL, 100BASE-T. Поширені протоколи бездротового зв’язку — зокрема, реалізованого за допомогою Wi-Fi-роутерів — ті, що належать до типу IEEE 802.11.

Вивчену нами класифікацію стандартів можна вважати дуже умовною. Так, в рамках неї може бути досить проблематично віднести той чи інший протокол до конкретної категорії: часто буває, що стандарт застосовується відразу на декількох рівнях. Корисно буде розглянути більш детально специфіку найпопулярніших на сучасному ринку інформаційних технологій протоколів. Таких як, наприклад, протокол управління PPP (зв’язком — саме він є об’єктом впливу алгоритмів, які передбачені відповідним стандартом).

Що є протоколом PPP

Розглянутий протокол відноситься, як ми відзначили вище, до стандартів, які призначені для забезпечення функціонування інфраструктури мереж на канальному рівні. Він універсальний: за допомогою відповідного протоколу можна реалізувати автентифікацію пристрою, задіяти механізм шифрування даних, при необхідності — стиснення файлів.

Розглянутий протокол забезпечує функціонування мереж на базі поширених комунікаційних ресурсів — таких як телефонні лінії, канали стільникового зв’язку. Якщо в тій чи іншій програмі вискакує напис про те, що протокол PPP зв’язком був перерваний, то це, швидше за все, означатиме неможливість отримання користувачем фактичного доступу до мережевих ресурсів, що надаються його провайдером.

Існує кілька різновидів відповідного стандарту — наприклад, PPPoE, PPPoA. При цьому структура протоколу, про який йдеться, включає кілька стандартів: LCP, NCP, PAP, CHAP, MLPPP. Ще один поширений на сучасному IT-ринку протокол — HTTP.

Що є протоколом HTTP

Відповідний стандарт задіюється з метою забезпечення роботи інфраструктури обміну гіпертекстовими даними — в загальному випадку між комп’ютерами і серверами в інтернеті. Відноситься до основоположних протоколів, які забезпечують роботу Всесвітньої павутини. За замовчуванням підтримується більшістю сучасних програмних інструментів комунікації в поширених операційних системах. Відрізняється стабільністю — складно уявити ситуацію, при якій на екран користувача вискочить повідомлення HTTP-програми на зразок «протокол PPP-зв’язком був перерваний». У крайньому випадку, якщо з якихось причин інструменти для задіяння стандарту HTTP недоступні, можна для передачі файлів в режимі онлайн задіяти, наприклад, протокол FTP, хоча в багатьох випадках його застосування може бути не найоптимальнішим рішенням.

Стандарт, про який йдеться, передбачає передачу даних від програмно-апаратного об’єкта в статусі клієнта до сервера і навпаки. Перший направляє другому запити, а той відповідає на них за встановленим алгоритмом. Існує кілька різновидів розглянутого протоколу: наприклад, HTTPS, HTTP-NG. Головні переваги, що обумовлюють той факт, що протокол зв’язку HTTP став одним з найпопулярніших:

— універсальність;

— простота реалізації;

— можливість розширення;

— наявність широкої підтримки з боку виробників програмного забезпечення.

Є і у нього і ряд недоліків, що виділяються експертами:

— досить велика величина окремих повідомлень;

— непристосованість до розподілених обчислень;

— відсутність можливості здійснювати навігацію за ресурсами, розміщеними на сервері.

Вище ми відзначили, що розглянутий стандарт зв’язку підтримується основними користувальницькими операційними системами, а також поширеними програмними продуктами. Однак, сфера застосування даного протоколу істотно ширша, ніж реалізація комунікаційних алгоритмів в рамках користувальницьких рішень. Стандарт HTTP застосовний і в промисловості, системах відеоспостереження, в інфраструктурі SCADA.

Велика кількість виробників, розглядаючи різні протоколи зв’язку в мережах як базові для вибудовування комунікаційної інфраструктури, вибирають саме HTTP — як функціональний і надійний інструмент організації доступу до різних онлайн-ресурсів, конфігурування об’єктів, управління різними девайсами.

Якщо говорити конкретно про сферу промисловості, то до числа найбільш затребуваних протоколів у відповідному сегменті ринку можна віднести Modbus.

Що являє собою протокол Modbus

Відповідний стандарт застосовується головним чином для забезпечення взаємодії між різними елементами в рамках інфраструктури автоматизації на виробництві. Представлений відповідний протокол може бути в тих різновидах, що адаптовані до передачі даних по конкретному типу каналу зв’язку — дротовому, бездротовому (у свою чергу, до ресурсів першого типу можуть відноситися мідні, оптоволоконні кабелі — і для них розроблені окремі модифікації протоколу, про який йде мова).

Є версії Mobdus, адаптовані для передачі даних поверх TCP/IP. Ще одне популярне в середовищі промислових підприємств рішення — PROFIBUS-FDL.

Що являє собою протокол PROFIBUS-FDL

Розглянутий протокол функціонує в рамках мережі PROFIBUS, яка отримала поширення серед європейських промислових підприємств. Її прототип був розроблений фахівцями компанії Siemens і підлягав застосуванню на ділянках виробництва, де задіювалися контролери.

Згодом на базі розробок німецької корпорації була сформована інфраструктура мережі, в якій були об’єднані різні технологічні, а також функціональні особливості послідовних комунікацій, що відносяться до польового рівня. Розглянутий мережевий протокол дозволив здійснити інтеграцію різнотипних пристроїв автоматизації в рамках єдиної системи виробництва. Варто відзначити, що протокол PROFIBUS-FDL — не єдиний, що функціонує а зазначеної промислової мережі. Однак, він є єдиним з точки зору застосовності в цілях організації доступу до основної шини.

Так чи інакше, розглянутий протокол зв’язку доповнюється такими стандартами:

— DP;

— PA;

— FMS.

Протокол PROFIBUS DP використовується з метою організації обміну даними між провідними промисловими девайсами типу DP, а також пристроями, на яких введення-висновок реалізований за розподіленою схемою. При цьому зазначений протокол дозволяє організувати обмін даними на високій швидкості. Також він характеризується відносно невисокою вартістю впровадження, що може робити його популярним і на невеликих підприємствах.

Стандарт PROFIBUS PA дозволяє здійснити обмін даними між інфраструктурою, яка складається з обладнання, що відноситься до польового рівня. Цей протокол оптимізовано для підключення різних датчиків і механізмів на загальну лінійну або ж кільцеву шину.

Стандарт PROFIBUS FMS характеризується універсальністю. Він призначений, насамперед, для організації обміну даними між високотехнологічними компонентами промислової інфраструктури — комп’ютерами, программаторами, контролерами.

У числі найсильніших сторін протоколів, що функціонують в мережі PROFIBUS — відкритість (тобто, вони можуть бути використані будь-якими зацікавленими промисловими підприємствами), широка поширеність (що обумовлює полегшення масштабування промислової інфраструктури при розширенні ринків, відкритті нових виробництв).

Резюме

Отже, ми розглянули сутність протоколів зв’язку, вивчили особливості деяких популярних різновидів відповідних стандартів. Основне їх призначення — забезпечення передачі даних в рамках уніфікованих форматів. Тобто — тих, які можуть бути масштабовані в рамках інфраструктури, як правило, що значно перевищує масштаби окремо взятого підприємства.

Фактично мова йде про міжнародні стандарти: сучасні протоколи стільникового зв’язку, дротових, Wi-Fi-комунікацій, поширені дуже широко, загальнодоступні, відносно легко масштабуються. Безумовно, в ряді випадків навіть на таких глобальних ринках, як надання послуг стільникового зв’язку можливе застосування регіональних протоколів, але в інтересах найбільших брендів — впроваджувати, якщо це не суперечить інтересам бізнесу, а в ряді випадків — і держави, як можна більш уніфіковані стандарти, що дозволить активізувати міжнародні комунікації.

Є ряд фундаментальних протоколів зв’язку. У контексті інтернету до таких можна віднести HTTP, TCP/IP. У сегменті послуг з надання доступу в мережу до таких може бути віднесений стандарт PPP. Якщо користувач бачить повідомлення про те, що протокол управління PPP-зв’язком був перерваний, то він, швидше за все, не зможе отримати доступу до онлайнових ресурсів ні за допомогою HTTP, ні з використанням TCP/IP. Таким чином, кожен стандарт має велику значимість і, більш того, у багатьох випадках нерозривно пов’язаний з іншими. Якщо один протокол зв’язком перервано, то є ймовірність, що користувач не зможе отримати доступу до тих ресурсів, за організацію комунікацій з якими відповідають інші стандарти.

Протоколи зв’язку — незамінний інструмент вирішення складних завдань як в області забезпечення користувальницьких комунікацій, так і в промисловій, сервісній сферах. Від грамотного вибору конкретного стандарту залежить успішність впровадження відповідної інфраструктури, а також її ефективність — з точки зору співвідношення продуктивності системи і витрат на її інсталяцію. Таким чином, завчасне вивчення властивостей мережевих протоколів, вибір оптимального — важливе завдання менеджерів підприємства, відповідальних за впровадження і модернізацію комунікаційної інфраструктури фірми.