Классические и современные сетевые коммуникационные протоколы

Функционирование Ethernet-сетей

Передача сетевых пакетов между машинами в сетях Ethernet, наиболее распространенных с 1970-х гг. по настоящее время, происходит следующим образом. Каждая машина имеет уникальный IP-адрес и соответствующий Ethernet- (MAC-) адрес. Для коммуникации требуются оба адреса. Для поиска IP-адресов используется Domain Name Service (DNS). Протокол Address Resolution Protocol (ARP) используется для отображения MAC-адресов в IP-адреса.

Если машины находятся в одной и той же локальной сети, то может использоваться ARP. Если машины в разных локальных сетях, то машина-отправитель посылает пакет маршрутизатору ( router ), который маршрутизирует данный пакет до принимающей сети.

Структура сетевого пакета в Ethernet-сети изображена на рис. 23.5.

увеличить изображение
Рис. 23.5. Структура сетевого пакета в сетях Ethernet.

Как видно из схемы, пакет начинается со стандартной последовательности байтов. Он содержит Ethernet-адреса получателя и источника, длину сообщения, само сообщение (пересылаемые данные) и контрольную сумму. Структура пакета достаточно проста и особых комментариев не требует.

Некоторые современные сетевые протоколы

Протокол GPRS.Изложение классических основ сетевых протоколов и их стандартов завершим рассмотрением некоторых современных сетевых протоколов различных уровней, имеющих особенно важное практическое значение. В данном разделе рассмотрим протокол GPRS.

GPRS (General Packet Radio Service) - протокол беспроводной радиосвязи уровня связывания данных (уровня 2) по модели ISO, широко используемый в мобильной связи (GSM). Данный протокол "понимает" структуру IP-пакетов. Обеспечивается реальная скорость связи до 60 КБит / с, сравнимая со скоростью обычного модема и обмена через телефонную линию (dial-up).

Используется для реализации SMS (текстовых сообщений), MMS (мультимедийных сообщений), Instant messaging and presence (отправки и получения мгновенных сообщений), WAP (упрощенного доступа к Web для мобильных телефонов), мобильного Интернета.

В некоторых местностях и странах GPRS является фактически единственным способом организации связи для передачи данных и выхода в Интернет. Настоятельно рекомендуется при выборе мобильного телефона обращать внимание на поддержку протокола GPRS.

При использовании TCP/IP GPRS-протокол присваивает каждому мобильному телефону один или несколько IP-адресов и обеспечивает надежную пересылку IP-пакетов. IP-адреса, как правило, присваиваются динамически.

Для маршрутизации пакетов используются точки доступа (access points) со своими именами Access Point Names (APNs).При настройке GPRS в мобильном телефоне необходимо указать APN, предоставляемое Вашим провайдером (например, МТС).

При использовании телефона как GPRS-модема (для выхода в Интернет, приема электронной почты и т.д.) связь с компьютером осуществляется через Bluetooth или через инфракрасный порт (IrDA).

Не следует путать GPRS с GPS (глобальной системой спутниковой навигации), как иногда делают, в чем неоднократно убеждался автор.

Схема функционирования протокола GPRS изображена на рис. 23.6.

увеличить изображение
Рис. 23.6. Протокол GPRS: Схема работы.

Семейство протоколов Wi-Fi (IEEE 802.11x)

Wi-Fi (IEEE 802.11x) – это семейство протоколов уровня связывания данных (уровня 2 по модели ISO) для беспроводной радиосвязи в локальных сетях (WLAN). Другое неофициальное (более старое) название того же семейства протоколов – RadioEthernet.

Используется для выхода в Интернет, передачи голосовых сообщений через TCP/IP (VoIP),связи с мультимедийными устройствами (цифровыми камерами, проекторами и т.п.)

Скорость передачи данных – от 11 МБит / с (по стандарту 802.11b) до 54 МБит/с (по стандартам 802.11a и 802.11c).

Wi-Fi - связь доступна в радиусе действия точки доступа (access point) ~ 200-250 метров. Зона доступа Wi-Fi носит название hotspot.Типичная зона доступа – гостиница, аэропорт, вокзал, Интернет-кафе.

Wi-Fi – адаптеры встраиваются в портативные компьютеры, органайзеры (PDA), коммуникаторы.

Преимущества Wi-Fi:при наличии точки доступа в соответствующей окрестности, доступ в Интернет возможен везде.

Недостатки Wi-Fi:локальный характер связи; различие числа Wi-Fi каналов в Европе, Америке и Азии; недостаточная безопасность; на практике, недостаточная надежность при числе пользователей 1000 – 10000 и более; связь Wi-Fi не безвредна для здоровья (поэтому ограничена для использования в странах Евросоюза).

Wi-MAX – более высокоскоростной вариант Wi-Fi (со скоростью передачи данных до 1 Гбит / с) с большим радиусом действия. В настоящее время отечeственные коммуникационные фирмы активно ведут работу по покрытию территории РФ сетями Wi-MAX.

Обмен мгновенными сообщениями (Instant Messaging and Presence)

Instant Messaging and Presence (IMP) - cемейство протоколов и технологий верхнего уровня (application layer) для обмена сообщениями между клиентами, использующими мобильные телефоны, коммуникаторы, лаптопы и перемещающимися из одной точки в другую.

IMP использует адреса, сходные с email-адресами, например: node@domain/work – XMPP-адрес.

Посылаемые сообщения – как правило, текстовые, но также возможно посылать и графические образы.

Основные понятия IMP: IMP client – пользователь сети; presence – информация о присутствии клиента на связи; presentity (presence server ) – сервер сети, обеспечивающий регистрацию клиентов и выдачу информации о присутствии на связи.

Основные протоколы IMP: SIMPLE / SIP; XMPP (Jabber); Wireless Village.

Лаборатория Java-технологии СПбГУ под научным руководством автора в 2003 – 2006 гг. выполнила работы для лаборатории Panasonic Research по реализации Java-библиотек для мгновенных сообщений (JSR 164 / 165 / 186 / 187) и разработке комплексов тестов для их тестирования (TCKs).