Современные протоколы передачи данных. Основы сетей и протоколов интернет

Знаете ли Вы, что такое мысленный эксперимент, gedanken experiment?
Это несуществующая практика, потусторонний опыт, воображение того, чего нет на самом деле. Мысленные эксперименты подобны снам наяву. Они рождают чудовищ. В отличие от физического эксперимента, который является опытной проверкой гипотез, "мысленный эксперимент" фокуснически подменяет экспериментальную проверку желаемыми, не проверенными на практике выводами, манипулируя логикообразными построениями, реально нарушающими саму логику путем использования недоказанных посылок в качестве доказанных, то есть путем подмены. Таким образом, основной задачей заявителей "мысленных экспериментов" является обман слушателя или читателя путем замены настоящего физического эксперимента его "куклой" - фиктивными рассуждениями под честное слово без самой физической проверки.
Заполнение физики воображаемыми, "мысленными экспериментами" привело к возникновению абсурдной сюрреалистической, спутанно-запутанной картины мира. Настоящий исследователь должен отличать такие "фантики" от настоящих ценностей.

Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.

Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").

Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.

Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.

Протоколы передачи данных

Связь компьютеров и сетей через Интернет обеспечи­вается благодаря использованию единого протокола ком­муникации TCP/IP (читается ти-си-пи-ай-пи).

Протокол TCP/IP - это совмещение двух протоколов, определяющих различные аспекты передачи данных в сети:

протокол TCP (Transmission Control Protocol) - про­токол управления передачей данных. Этот протокол отвечает за разбиение передаваемой информации на пакеты и правильное восстановление информации из пакетов получателем; в случае обнаружения ошибки протокол выполняет автоматическую повторную пере­дачу пакета;

протокол IP (Internet Protocol) - протокол межсете­вого взаимодействия, отвечающий за доставку пакета по указанному адресу. Он позволяет пакету на пути к конечному пункту назначения проходить по многим 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 независимо друг от друга перемещаются по сети к по­лучателю, где протокол TCP проверяет, все ли пакеты полу­чены; после получения всех пакетов протокол TCP распо­лагает их в нужном порядке и собирает в единое целое.

Адресация в интернете

Каждый компьютер, подключенный к Интернету, име­ет два равноценных уникальных адреса: цифровой IP-ад­рес и символический доменный адрес. Присваивание ад­ресов происходит по следующей схеме: международная организация Сетевой информационный центр выдает ад­реса владельцам локальных сетей, а последние распреде­ляют конкретные адреса по своему усмотрению.

IP-адрес компьютера имеет длину 4 байта. Обычно пер­вый и второй байты определяют адрес сети, третий байт определяет адрес подсети, а четвертый - адрес компьюте­ра в подсети. Для удобства IP-адрес записывают в виде че­тырех чисел со значениями от 0 до 255, разделенных точ­ками, например 145.37.5.150, где адрес сети - 145.37; ад­рес подсети - 5; адрес компьютера в подсети - 150.

На практике используется так называемый доменный адрес (англ. domain - область), являющийся символиче­ским дублером числового IP-адреса. Пример доменного адреса: dom.ulitsa.gorod.ru. Здесь домен dom - имя реаль­ного компьютера, обладающего IP-адресом, домен ulitsa - имя группы, присвоившей имя этому компьютеру, домен gorod - имя более крупной группы, присвоившей имя до­мену ulitsa, и т. д. Старший домен занимает крайнее пра­вое положение.

В процессе передачи данных указываемый пользовате­лем доменный адрес преобразуется в числовой IP-адрес.

СЕРВИСЫ ИНТЕРНЕТА

В настоящее время сеть Интернет предоставляет своим пользователям семь видов основных услуг.

Первый вид услуг, который уже стал основным сер­висом Интернета, - WWW (англ. World Wide Web - Все­мирная паутина). WWW - это информационная систе­ма доступа к информационным ресурсам, разбросанным по всему миру. Среду WWW составляют WWW-узлы, на­зываемые также Web-сайтами (англ. site - местополо­жение). Обмен данными между Web-сайтами построен на протоколе передачи данных, который называется протоколом передачи гипертекста HTTP - HyperText Trans­fer Protocol.

Дело в том, что страницы Web-сайта представляют собой гипертекстовые и гипермедийные документы, кото­рые создаются с помощью специального языка разметки гипертекста HTML - HyperText Markup Language.

Гипертекст - это документ, в который вставлены так называемые гиперссылки на другие документы, располо­женные на других компьютерах Web-cemu. Щелкая мышью по гиперссылке (обычно это подчеркнутое и окрашенное слово) можно легко перейти к связанному с ней документу. Этот документ может находиться на другом компьютере Web-сети, в том числе в другой части планеты.

Гипермедиа - гипертекстовые документы, содержа­щие гиперссылки на мультимедийные объекты (звук, гра­фика, видео и т. д.) в Web-сети. При этом гиперссылки сами могут быть мультимедийными объектами.

Язык HTML добавляет к текстовым документам специ­альные командные фрагменты - тэги (англ. tag - ярлык, этикетка) - таким образом, что становится возможным раз­делять текст на абзацы, задавать заголовки различных уров­ней, строить таблицы, связывать с этими документами дру­гие тексты, графику, звук и видео и т. д.

Для доступа к связанным Web-документам использу­ется URL-адресация (Uniform Resource Locator). Все Web-документы в сети имеют URL-адреса. URL-адрес имеет до­менную структуру и состоит из двух частей: типа связи (http:), собственно адреса узла, имени каталога и файла на этом узле:

http://www.pogoda.ru/index.html

Web-сайт обычно содержит гипермедийные докумен­ты, связанные по смыслу, переплетенные взаимными ссыл­ками и физически размещенные на одном сервере. Каж­дый документ Web-страницы может содержать несколько экранных страниц текста и иллюстраций.

Каждый Web-сайт имеет свою начальную страницу (англ. homepage -домашняя страница) - гипермедийный документ, содержащий ссылки на составные части узла.

Адрес начальной страницы Web-сайта распространяется в Интернете в качестве адреса WWW-узла.

Пользователи работают с системой WWW с помощью программ-клиентов системы, называемых браузерами (англ. brows - листать, просматривать) и предназначенных для организации диалога с системой WWW. Пользователь просматривает Web-страницы, взаимодействуя с WWW-cep-верами и другими ресурсами в Интернете. Наиболее попу­лярен в настоящее время браузер Microsoft Internet Ex­plorer - MS IE. Браузеры WWW взаимодействуют с любы­ми типами серверов. Информацию, полученную от любого сервера, браузер WWW выводит на экран в форме, учиты­вающей возможности видеосистемы компьютера.

Гипертекстовая технология предоставляет пользовате­лям диалоговый доступ к информационному содержимо­му гипертекстовой среды и поддерживает форму персональ­ного общения в данной среде.

Второй вид услуг - FTP-серверы. Компьютеры, на ко­торых размещаются файлы для общего пользования, назы­ваются FTP-серверами. В Интернете имеется более 10 Тбайт бесплатных файлов, в том числе программных. Эти файлы можно скопировать с помощью программ пересылки фай­лов FTP, которые перемещают копии файлов с одного узла Интернета на другой в соответствии с протоколом FTP (File Transfer Protocol - протокол передачи файлов).

Третий вид услуг - электронная почта {Electronic mail, англ. mail - почта, сокращенно e-mail, читается и-мэйл). Служит для передачи текстовых сообщений в пре­делах Интернета и между другими сетями электронной почты. К тексту письма можно прикрепить программные, звуковые и графические файлы, которые обрабатываются с помощью протоколов SMTP (Simple Mail Transfer Proto­col) на почтовом сервере и POP (Post Office Protocol) для получения сообщений. Каждому абоненту, использующе­му электронную почту, присваивается уникальный домен­ный почтовый адрес, формат которого имеет вид <имя пользователя> @ <имя почтового сервера>

Например, [email protected].

Здесь bender - имя пользователя, vasjuky.ru - имя компьютера, @ - разделительный символ, его смысловое значение - предлог «на».

Сообщения, поступающие по e-mail, хранятся на спе­циальном почтовом сервере в выделенной для получателя области дисковой памяти - его электронном почтовом ящике, откуда их можно выгрузить и прочитать в любое удобное время. Для отправки сообщения нужно знать элек­тронный адрес абонента. При качественной связи элек­тронное письмо доходит в любую точку мира в течение не­скольких минут.

Самыми популярными почтовыми программами в Рос­сии являются MS Outlook Express и The Bat!. Первая по­ставляется в составе операционной системы Windows, a вторая - продукт молдавской компании RITLabs.

Четвертый вид услуг - система телеконференций, или группы новостей Usenet (от Users Network). Эта систе­ма организует коллективные обсуждения по различным направлениям, которые называются телеконференциями. В каждой телеконференции проводится ряд дискуссий по конкретным темам. Сегодня Usenet имеет около двадцати тысяч дискуссионных групп (NewsGroups), разбитых на несколько категорий:

news - вопросы, касающиеся системы телеконферен­ций;

сотр - компьютеры и программное обеспечение;

sci - научно-исследовательская деятельность;

soc - социальные вопросы;

talk - дебаты по различным спорным вопросам;

misc - все остальное.

Внутри каждой из этих категорий существует своя ие­рархия с выделением тематических групп.

Группы новостей - это специальные серверы, кото­рые быстро обмениваются информацией друг с другом и передают периодически обновляемые новости на компью­теры клиентов. Пользователь может стать таким клиен­том, подписавшись на получение новостей определенной группы у своего провайдера или у любого сервера, предос­тавляющего новостные услуги.

Пятый вид услуг - электронная доска объявлений BBS (Bulletin Board System). Пользователи имеют возмож­ность оставлять на ней сообщения. Многие электронные доски объявлений требуют регистрации.

Шестой вид услуг - Справочная служба Интернета. Примером является справочная служба RFC (Request for Comments), которая содержит сведения по разнообразной тематике для интернет-пользователя.

Седьмой вид услуг - служба управления удаленным компьютером Telnet. Подключившись к удаленному ком­пьютеру, с помощью этой службы можно распоряжаться его ресурсами. В частности, на удаленной супер-ЭВМ мож­но выполнить сложные расчеты, которые потребовали бы большой затраты времени, если бы проводились на обыч­ном персональном компьютере.

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

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

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

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

Рис. 1. Теоретическая модель OSI.

Прикладной уровень

Прикладной уровень - уровень приложений (англ. Application layer ). Обеспечивает взаимодействие сети и приложений пользователя, выходящих за рамки модели OSI. На этом уровне используются следующие протоколы: HTTP, gopher, Telnet, DNS, SMTP, SNMP, CMIP, FTP, TFTP, SSH, IRC, AIM, NFS, NNTP, NTP, SNTP, XMPP, FTAM, APPC, X.400, X.500, AFP, LDAP, SIP, ITMS, Modbus TCP, BACnet IP, IMAP, POP3, SMB, MFTP, BitTorrent, eD2k, PROFIBUS.

Представительский уровень

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

Сеансовый уровень

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

Транспортный уровень

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

Сетевой уровень

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

Канальный уровень

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

Физический уровень

Физический уровень (англ. Physical layer ) предназначен непосредственно для передачи потока данных. Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в радиоэфир и, соответственно, их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов. Используемые протоколы: RS-232, RS-422, RS-423, RS-449, RS-485, ITU-T, xDSL, ISDN, T1, E1, 10BASE-T, 10BASE2, 10BASE5, 100BASE-T, 1000BASE-T, 1000BASE-TX, 1000BASE-SX.

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

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

Рис. 2. Технология клиент сервер.

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 3. Совместимость протоколов семейства Modbus.

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

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

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

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

Области промышленного применения:

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

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

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

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

Рис. 4. Сеть Profibus.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Положительные стороны: открытость, независимость от поставщика, распространенность.

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

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

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

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

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

Основные протоколы, используемые в работе Интернет:

В качестве основного протокола сетевого уровня в стеке используется протокол IP , который изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей. Протокол TCP обеспечивает устойчивое виртуальное соединение между удаленными прикладными процессами.

На самом деле TCP/IP является целым набором протоколов, работающих совместно. Он состоит из двух уровней. Протокол верхнего уровня, TCP, отвечает за правильность преобразования сообщений в пакеты информации, из которых на приемной стороне собирается исходное послание. Протокол нижнего уровня, IP, отвечает за правильность доставки сообщений по указанному адресу. Иногда пакеты одного сообщения могут доставляться разными путями.

Протокол HTTP (Hypertext Transfer Protocol - Протокол передачи гипертекста) является протоколом более высокого уровня по отношению к протоколу TCP/IP - протоколом уровня приложения. HTTP был разработан для эффективной передачи по Интернету Web-страниц. Именно благодаря HTTP мы имеем возможность просматривать страницы Сети. Протокол HTTP является основой системы World Wide Web.

Вы отдаете команды HTTP, используя интерфейс браузера, который является HTTP-клиентом. При щелчке мышью на ссылке браузер запрашивает у Web-сервера данные того ресурса, на который указывает ссылка.

Чтобы текст, составляющий содержимое Web-страниц, отображался на них определенным образом - в соответствии с замыслом создателя страницы - он размечается с помощью особых текстовых меток - тегов языка разметки гипертекста (HyperText Markup Language, HTML). Адреса ресурсов Интернета выглядит примерно следующим образом: http://www.tut.by

Протокол FTP (File Transfer Protocol - Протокол передачи файлов по Интернету. Протокол пересылки файлов FTP (File Transfer Protocol) реализует удаленный доступ к файлу. Для того, чтобы обеспечить надежную передачу, FTP использует в качестве транспорта протокол с установлением соединений - TCP.

Протокол telnet обеспечивает передачу потока байтов между процессами, а также между процессом и терминалом. Наиболее часто этот протокол используется для эмуляции терминала удаленной ЭВМ.

С помощью этого протокола вы можете подключиться к удаленному компьютеру как пользователь и производить действия над его файлами и приложениями точно так же, как если бы работали на своем компьютере. Работа с ним ведется из командной строки. Telnet-клиент поставляется, например, в комплекте Windows 98.

WAIS (Wide-Area Information Servers). Этот протокол был разработан для поиска информации в базах данных. Информационная система WAIS представляет собой систему распределенных баз данных, где отдельные базы данных хранятся на разных серверах. Сведения об их содержании и расположении хранятся в специальной базе данных - каталоге серверов. Просмотр информационных ресурсов осуществляется с помощью программы - клиента WAIS.

Поиск информации ведется по ключевым словам, которые задает пользователь. Эти слова вводятся для определенной базы данных, и система находит все соответствующие им фрагменты текста на всех серверах, где располагаются данные этой базы. Результат представляется в виде списка ссылок на документы с указанием того, насколько часто встречается в данном документе искомое слово и все искомые слова в совокупности. Адрес ресурса WAIS в Интернете выглядит примерно так: wais://site.edu

Протокол Gopher - протокол уровня приложения, разработанный в 1991 году. До повсеместного распространения гипертекстовой системы World Wide Web Gopher использовался для извлечения информации (в основном текстовой) из иерархической файловой структуры. Gopher был провозвестником WWW, позволявшим с помощью меню передвигаться от одной страницы к другой, постепенно сужая круг отображаемой информации. Программы-клиенты Gopher имели текстовый интерфейс. Однако пункты меню Gopher могли указывать и не только на текстовые файлы, но также, например, на telnet-соединения или базы данных WAIS. Современные Web-браузеры поддерживают этот протокол. Адреса информационных ресурсов Gopher имеют примерно следующий вид: gopher://gopher.tc.umn.edu

WAP (Wireless Application Protocol) был разработан в 1997 году группой компаний Ericsson, Motorola, Nokia и Phone.com для того, чтобы предоставить доступ к службам Интернета пользователям беспроводных устройств, использующих различные стандарты связи. Набрав на вашем мобильном телефоне адрес нужной Web-страницы, вы можете увидеть ее (в упрощенном виде) прямо на дисплее телефона.

Система доменных имен DNS

DNS (англ. Domain Name System - система доменных имён) - компьютерная распределённая система для получения информации о доменах. Чаще всего используется для получения IP-адреса по имени хоста (компьютера или устройства), получения информации о маршрутизации почты, обслуживающих узлах для протоколов в домене (SRV-запись).

Распределённая база данных DNS поддерживается с помощью иерархии DNS-серверов, взаимодействующих по определённому протоколу.

DNS важна для работы Интернета, так как для соединения с узлом необходима информация о его IP-адресе, а для людей проще запоминать буквенные (обычно осмысленные) адреса, чем последовательность цифр IP-адреса. В некоторых случаях это позволяет использовать виртуальные серверы, например, HTTP-серверы, различая их по имени запроса. Первоначально преобразование между доменными и IP-адресами производилось с использованием специального текстового файла hosts, который составлялся централизованно и автоматически рассылался на каждую из машин в своей локальной сети. С ростом Сети возникла необходимость в эффективном, автоматизированном механизме, которым и стала DNS.

DNS была разработана Полом Мокапетрисом в 1983 году.

Ключевыми понятиями DNS являются:

Доме́н (англ. domain - область) - узел в дереве имён, вместе со всеми подчинёнными ему узлами (если таковые имеются), то есть именованная ветвь или поддерево в дереве имен. Структура доменного имени отражает порядок следования узлов в иерархии; доменное имя читается слева направо от младших доменов к доменам высшего уровня (в порядке повышения значимости), корневым доменом всей системы является точка ("."), ниже идут домены первого уровня (географические или тематические), затем - домены второго уровня, третьего и т. д. (например, для адреса ru.wikipedia.org домен первого уровня - org , второго wikipedia , третьего ru). На практике точку в конце имени часто опускают, но она бывает важна в случаях разделения между относительными доменами и FQDN.

Поддомен (англ. subdomain ) - подчинённый домен (например, wikipedia.org - поддомен домена org , а ru.wikipedia.org - домена wikipedia.org). Теоретически такое деление может достигать глубины 127 уровней, а каждая метка может содержать до 63 символов, пока общая длина вместе с точками не достигнет 254 символов. Но на практике регистраторы доменных имён используют более строгие ограничения. Например, если у вас есть домен вида mydomain.ru, вы можете создать для него различные поддомены вида mysite1.mydomain.ru , mysite2.mydomain.ru и т. д.

Ресурсная запись - единица хранения и передачи информации в DNS. Каждая ресурсная запись имеет имя (то есть привязана к определенному Доменному имени, узлу в дереве имен), тип и поле данных , формат и содержание которого зависит от типа .

Зона - часть дерева доменных имен (включая ресурсные записи), размещаемая как единое целое на некотором сервере доменных имен, а чаще - одновременно на нескольких серверах. Целью выделения части дерева в отдельную зону является передача ответственности за соответствующий домен другому лицу или организации. Это называется делегированием. Как связная часть дерева, зона внутри тоже представляет собой дерево. Если рассматривать пространство имен DNS как структуру из зон, а не отдельных узлов/имен, тоже получается дерево; оправданно говорить о родительских и дочерних зонах, о старших и подчиненных. На практике, большинство зон 0-го и 1-го уровня (".", ru, com, …) состоят из единственного узла, которому непосредственно подчиняются дочерние зоны. В больших корпоративных доменах (2-го и более уровней) иногда встречается образование дополнительных подчиненных уровней без выделения их в дочерние зоны.

Делегирование - операция передачи ответственности за часть дерева доменных имен другому лицу или организации. За счет делегирования в DNS обеспечивается распределенность администрирования и хранения. Технически делегирование выражается в выделении этой части дерева в отдельную зону, и размещении этой зоны на DNS-сервере, управляемом этим лицом или организацией. При этом в родительскую зону включаются «склеивающие» ресурсные записи, содержащие указатели на DNS-сервера дочерней зоны, а вся остальная информация, относящаяся к дочерней зоне, хранится уже на DNS-серверах дочерней зоны.

DNS-сервер - это специализированное ПО для обслуживания DNS, а также компьютер, на котором это ПО выполняется. DNS-сервер может быть ответственным за некоторые зоны и/или может перенаправлять запросы вышестоящим серверам.

DNS-клиент - это специализированная библиотека (или программа) для работы с DNS. В ряде случаев DNS-сервер выступает в роли DNS-клиента.

Авторитетность - признак размещения зоны на DNS-сервере. Ответы DNS-сервера могут быть двух типов: авторитетные (когда сервер заявляет, что сам отвечает за зону) и неавторитетные , когда сервер обрабатывает запрос, и возвращает ответ других серверов. В некоторых случаях вместо передачи запроса дальше DNS-сервер может вернуть уже известное ему (по запросам ранее) значение (режим кеширования).

DNS-запрос - запрос от клиента (или сервера) серверу.

Система DNS содержит иерархию DNS-серверов, соответствующую иерархии зон. Каждая зона поддерживается как минимум одним авторитетным сервером DNS , на котором расположена информация о домене.

Имя и IP-адрес не тождественны - один IP-адрес может иметь множество имён, что позволяет поддерживать на одном компьютере множество веб-сайтов (это называется виртуальный хостинг). Обратное тоже справедливо - одному имени может быть сопоставлено множество IP-адресов: это позволяет создавать балансировку нагрузки .

Для повышения устойчивости системы используется множество серверов, содержащих идентичную информацию, а в протоколе есть средства, позволяющие поддерживать синхронность информации, расположенной на разных серверах. Существует 13 корневых серверов, их адреса практически не изменяются. Протокол DNS использует для работы TCP- или UDP-порт для ответов на запросы. Традиционно запросы и ответы отправляются в виде одной UDP датаграммы. TCP используется для AXFR-запросов.

Похожая информация.

Сетевым протоколом называется набор правил, позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть компьютерами. Фактически разные протоколы зачастую описывают лишь разные стороны одного типа связи; взятые вместе, они образуют так называемый стек протоколов. Названия <протокол> и <стек протоколов> также указывают на программное обеспечение, которым реализуется протокол.

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

Основные протоколы используемые в работе Интернет:

• TCP/IP
• IMAP4
• Gorpher

КЛАССИФИКАЦИЯ КС ПО РАЗМЕРУ. НАЗВАНИЕ ТИПОВ КС, ИХ ПРИМЕРНАЯ ПРОТЯЖЕННОСТЬ И ПРИМЕНЕНИЕ .

Локальная сеть

Локальная сеть – это компьютерная сеть небольшой протяженности: в пределах комнаты, этажа, здания. Обычно такие сети действуют в пределах одного учреждения и имеют небольшой радиус действия: 1-10 км. Она сеть всегда является ведомственной. В настоящее время не существует четких ограничений на территориальный разброс абонентов локальной вычислительной сети. Обычно такая сеть привязана к конкретному месту. К классу локальных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов и т.д. Локальная сеть обеспечивает высокие скорости передачи данных. А так как в этих сетях среда обычно контролируема, линии связи короткие, элементы структуры однородные, то частота ошибок в них низкая и протоколы обмена упрощены. В локальных сетях обычно не используются средства коммуникации общего назначения (телефонные линии) для организации обмена информацией. Дополнительное преимущество такой сети заключается в значительной экономии ресурсов. Так, вместо того, чтобы иметь принтер для каждого компьютера, можно иметь только один принтер. Любой компьютер в сети мог послать информацию для печати на этот принтер

Основные компоненты локальной сети: несколько ПК, снабженных сетевым адаптером, или сетевой картой; среда передачи, объединяющая необходимые узлы; сетевое программное обеспечение. Для объединения компьютеров в локальную сеть требуется вставить в каждый подключаемый к сети компьютер сетевой адаптер (контроллер), который позволяет компьютеру получать информацию из локальной сети и передавать данные в сеть, а также соединить компьютеры кабелями, по которым происходит передача данных между компьютерами и другими подключенными к сети устройствами (принтерами, сканерами и т.д.). В некоторых типах сетей кабели соединяют компьютеры непосредственно, в других соединение кабелей осуществляется через специальные устройства-концентраторы (или hub), коммутаторы и др. В небольших сетях обычно компьютеры соединяются кабелями с концентратором, который и передает сигналы от одних подключенных к нему компьютеров к другим. Технические средства определяют лишь потенциальные возможности компьютерных сетей. Истинные же ее возможности определяет программное обеспечение. Что же дают локальные сети? экономию места в памяти, т.к. многие пользователи применяют одни и те же программные продукты; хорошую систему защиты при записи информации; обеспечение связи между отдельными пользователями через компьютерную почту.

Региональные сети

Региональные сети – это сети, существующие обычно в пределах города, района, области, страны. Они связывают абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Обычно расстояние между абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки-сотни километров. Они являются объединением нескольких локальных сетей и частью некоторой глобальной. Особой спецификой по отношению к глобальной не отличаются. Региональные вычислительные сети имеют много общего с локальными, но они, по многим параметрам, сложнее их. Например, помимо обмена данными и голосового обмена, региональные вычислительные сети могут передавать видео- и аудиоинформацию. Эти сети разработаны для поддержки больших расстояний, чем локальные вычислительные сети. Они могут использоваться для связывания нескольких локальных вычислительных сетей в высокоскоростные интегрированные сетевые системы. Региональные вычислительные сети сочетают лучшие характеристики локальной (низкий уровень ошибок, высокая скорость передачи) с большей географической протяженностью. В последнее время стали еще выделять класс корпоративных сетей. Они охватывают обычно крупные корпорации. Их масштаб и структура определяются потребностями предприятий – владельцев.

Глобальные сети

Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонной линии связи, радиосвязи и систем спутниковой связи. Глобальные вычислительные сети позволяют решить проблему объединения информационных ресурсов всего мира и организации доступа к этим ресурсам. Для подключения к удаленным компьютерам и компьютерным сетям используются телефонные сети. Процесс передачи данных по телефонным линиям должен происходить в форме электрических колебаний – аналога звукового сигнала, в то время как в компьютере информация хранится в виде кодов. Для того чтобы передать информацию от компьютера через телефонную линию, коды должны быть преобразованы в электрические колебания. Этот процесс носит название модуляции. Для того чтобы адресат смог почитать на своем компьютере то, что ему отправлено, электрические колебания должны быть обратно превращены в машинные коды – демодуляция. Устройство, которое осуществляет преобразования данных из цифровой формы, в которой они хранятся в компьютере, в аналоговую (электрические колебания), в которой они могут быть переданы по телефонной линии, и обратно, называется модем (сокращенно от МОдулятор ДЕМодуляции). Компьюте, в этом случае, должен иметь специальную телекоммуникационную программу, которая управляет модемом, а также отправляет и получает последовательности сигналов передаваемой информации. Глобальные вычислительные сети создаются путем объединения локальных и региональных вычислительных сетей. Они представляют собой конгломерат различных технологий. По сравнению с локальной вычислительной сетью большинство глобальных отличают медленная скорость передачи и более высокий уровень ошибок. Новые технологии в области глобальных вычислительных сетей нацелены на разрешение этих проблем. Глобальные сети, кроме того, что они охватывают очень большие территории, имеют и ряд других особенностей по сравнению с локальной сетью. Глобальные сети, в основном, используют в качестве каналов связи телефонные линии – это медленные каналы с высоким уровнем ошибок. Однако в настоящее время все более внедряются высокоскоростные оптоволоконные и радиоспутниковые каналы связи.