Одной из причин малого числа каналов связи TCP/IP с непосредственным соединением было отсутствие стандартного протокола нижележащего уровня для передачи дейтаграмм через последовательные линии связи. Для разрешения этой проблемы и был разработан протокол PPP (Point-to-Point Protocol - протокол канала связи с непосредственным соединением).
PPP ( Point-to-Point Protocol) — двухточечный протокол канального уровня (Data Link) сетевой модели OSI. Обычно используется для установления прямой связи между двумя узлами сети, причем он может обеспечить полнодуплексное одновременное двунаправленное функционирование, аутентификацию соединения, шифрование и сжатие данных. Используется на многих типах физических сетей: нуль-модемный кабель(соединяет порты двух компьютеров), телефонная линия, сотовая связь и т. д. PPP представляет собой целое семейство протоколов: протокол управления линией связи (LCP), протокол управления сетью (NCP), протоколы аутентификации (PAP, CHAP), многоканальный протокол PPP (MLPPP).
Помимо решения задачи формирования стандартных пакетов данных IP для каналов с непосредственным соединением, РРР также должен был решить другие проблемы, в том числе присвоение и управление адресами IP, асинхронное (старт-стопное) и синхронное (бит-ориентированное) формирование пакета данных, конфигурацию канала связи, проверку его качества, обнаружение ошибок, согласование способа сжатия информации и т.д.
В РРР эти вопросы решаются путем использования протокола управления каналом LCP (Link Control Protocol) и семейства протоколов управления сетью NCP (Network Control Protocols), которые позволяют согласовывать необязательные параметры конфигурации и различные возможности. Сегодня PPP, помимо IP, используется и в других протоколах.
GPRS - протокол пакетной передачи данных в технологии мобильной связи GSM. GPRS поддерживает протоколыIP и PPP и позволяет пользователю мобильного телефона работать в Интернете и пересылать сообщения электронной почты. GPRS по принципу работы аналогична Интернету: данные разбиваются на пакеты и отправляются получателю (необязательно одним и тем же маршрутом), где происходит их сборка.
При установлении сессии каждому устройству присваивается уникальный адрес, что превращает его в сервер. Протокол GPRS прозрачен для TCP/IP, поэтому интеграция GPRS с Интернетом незаметна конечному пользователю. Пакеты могут иметь форматIP или X.25, при этом не имеет значения, какие протоколы используются поверх IP, поэтому есть возможность использования любых стандартных протоколов транспортного и прикладного уровней, применяемых в Интернете (TCP, UDP, HTTP,HTTPS, SSL, POP3 и др.). Также при использовании GPRSмобильный телефон выступает какклиент внешней сети, и ему присваивается IP-адрес (постоянный или динамический).
Существуют различные классы GPRS, различающиеся скоростью передачи данных и возможностью совмещения передачи данных с одновременным голосовым вызовом. Применение:
- Мобильный доступ в Интернет с приемлемой скоростью передачи данных, быстрым соединением и тарификацией по количеству переданных/полученных данных.
- Мобильный доступ сотрудников к корпоративным сетям, удалённым базам данных, почтовым и информационным серверам
- Телеметрия. Устройство может оставаться в подключённом состоянии, не занимая при этом отдельный канал. Такая услуга востребована службами охраны (сигнализация), банками и платёжными системами (установка банкоматов, терминалов оплаты услуг), в промышленности (датчики и счётчики различного рода, например по ходу нефте- и газопроводов).
Электронная почта (E-mail) — средство обмена сообщениями по электронным коммуникациям (в режиме off-line). Можно пересылать текстовые сообщения, архивированные и присоединенные файлы. В этих файлах могут содержаться данные (например, тексты программ, графические данные) в различных форматах. Разработан ряд альтернативных протоколов электронной почты для прикладного уровня, напримерпротоколы SMTP в стеке протоколов TCP/IP и протокол X.400 в модели ISO. Наиболее широко используется протокол SMTP. Протокол SMTP служит для связей сервер-сервер, а связь индивидуальных пользователей с почтовым сервером осуществляется по протоколам IMAP или POP3. В протоколе IMAP (Internet Message Access Protocol) сначала клиенту передается заголовок, а текст остается на сервере, затем пользователь при желании может получить и весь текст. Впротоколе POP3 при обращении к почтовому серверу на клиентский узел переписывается все сообщения.
Примером программы электронной почты, выполняющей все отмеченные функции E-mail, является Outlook Express. Она позволяет адресовать сообщения индивидуальному пользователю; на доску объявлений; на последовательный просмотр несколькими исполнителями с коррекции сообщения; осуществлять поиск сообщений, пришедших в почтовый сервер, по контексту, по адресу, по времени отправки. В большинстве современных корпоративных программных систем управления, проектирования, документооборота имеется интерфейс со средствами электронной почты, клиентские программы E-mail, как правило, включают в Web-браузеры сети Internet.
Сети X.25 относятся к первому поколению сетей коммутации пакетов. Протоколы X.25 разработаны ITU еще в 1974 г. В свое время они получили широкое распространение, а в России их популярность остается значительной до настоящего времени, поскольку эти сети хорошо работают на ненадежных линиях благодаря протоколам с установлением соединения и коррекцией ошибок на двух уровнях - канальном и сетевом. Технология сетей Х.25 имеет несколько существенных признаков, отличающих ее от других технологий.
1. Наличие в структуре сети специального устройства -PAD (Packet Assembler Disassembler) «Сборщик-разборщик пакетов», предназначенного для выполнения операции сборки нескольких низкоскоростных потоков байт от терминалов в пакеты, передаваемые по сети и направляемые компьютерам для обработки. К удаленному устройству PAD терминалы подключаются по асинхронному интерфейсу, обычно для этой цели используется интерфейс RS-232C. Один PAD обычно обеспечивает доступ для 8, 16 или 24 асинхронных терминалов. Устройства PAD часто используются для подключения к сетям Х.25 кассовых терминалов и банкоматов, имеющих асинхронный интерфейс RS-232.
2. Наличие трехуровневого стека протоколов с использованием на канальном и сетевом уровнях протоколов с установлением соединения, управляющих потоками данных и исправляющих ошибки.
3. Ориентация на однородные стеки транспортных протоколов во всех узлах сети - сетевой уровень рассчитан на работу только с одним протоколом канального уровня и не может подобно протоколу IP объединять разнородные сети. Сеть Х.25 состоит из коммутаторов (Switches, S), называемых также центрами коммутации пакетов (ЦКП), расположенных в различных географических точках и соединенных высокоскоростными выделенными каналами (рис. ). Выделенные каналы могут быть как цифровыми, так и аналоговыми. Взаимодействие двух сетей Х.25 определяет стандарт Х.75.
Компьютеры и локальные сети обычно подключаются к сети Х.25 непосредственно через адаптер Х.25 или маршрутизатор, поддерживающий на своих интерфейсах протоколы Х.25. Для управления устройствами PAD в сети существует протокол Х.29, с помощью которого узел сети может управлять и конфигурировать PAD удаленно, по сети.
Структура сети Х.25
Стандарт X.25 относится к трем нижним уровням ЭМВОС, т.е. включает протоколы физического, канального и сетевого уровней. На сетевом уровне используется коммутация пакетов.
Характеристики сети:
- пакет размером до одного килобайта содержит адресную, управляющую, информационную и контрольную части, т.е. в его заголовке имеются флаг, адреса отправителя и получателя, тип кадра (служебный или информационный), номер кадра (используется для правильной сборки сообщения из пакетов);
- на канальном уровне применено оконное управление, размер окна задает число кадров, которые можно передать до получения подтверждения (это число равно 8 или 128);
- передача данных по виртуальным (логическим) каналам, т.е. это сети с установлением соединения;
- узлы на маршруте, обнаружив ошибку, ликвидируют ошибочный пакет и запрашивает повторную передачу пакета. В сетевом протоколе X.25 значительное внимание уделено контролю ошибок (в отличие, например, от протокола IP, в котором обеспечение надежности передается на транспортный уровень). Эта особенность приводит к уменьшению скорости передачи, т.е. сети X.25 низкоскоростные (обычно обеспечивается скорость 64 кбит/с), но зато эти сети можно реализовать на каналах связи с невысокой помехоустойчивостью. Контроль ошибок производится при инкапсуляции и восстановлении пакетов во всех коммутаторах, а не только в оконечном узле.
Типичная АКД в X.25 — синхронный модем с дуплексным бит-ориентированным протоколом. Скорости от 9,6 до 64 кбит/с. На физическом уровне для связи с цифровыми каналами передачи данных используется протокол X.21, а с аналоговыми каналами — протокол X.21bis.
В конце 90-х появляется технология Gigabit Ethernet, обеспечивающая высокие скорости передачи информации. Главными ее достоинствами является значительно более низкая стоимость, простота, легкость в настройке и эксплуатации. Также, переход с Ethernet или Fast Ethernet на Gigabit Ethernet можно было осуществить значительно легче и дешевле. Проблему качества обслуживания Gigabit Ethernet мог решить за счет покупки более дешевой полосы пропускания с запасом, нежели за счет умного оборудования в сетях АТМ.
IP/MPLS. Данная технология на сегодняшний день является самой эффективной технологией передачи Ethernet и IP-трафика.
Технология MPLS была разработана для организации единого протокола передачи данных как для приложений с коммутацией каналов, так и приложений с коммутацией пакетов (подразумеваются приложения с дейтаграммной передачей пакетов). При разработке MPLS пришло понимание того, что в уровне ядра современной сети нет необходимости в ячейках ATM маленького фиксированного размера, так как современные оптические сети обладают такой большой скоростью передачи данных (на 2011 г. пропускная способность магистралей большинства провайдров составляет 40 Гбит/с или 100 Гбит/c), что даже пакет данных максимальной длины в 1500 байт испытывает незначительную задержку в очередях буферов оборудования коммутации (необходимость сокращения таких задержек, например для обеспечения заданного качества голосового трафика, влияла на выбор ячеек малого размера, характерной для ATM).
IP/ MPLS (Multiprotocol Label Switching) - сеть, организованная на базе технологии многопротокольной коммутации меток, построена по иерархической двухуровневой архитектуре, включающей опорный слой (ядро) MPLS-коммутации IP-трафика и граничный слой, несущий основную нагрузку по обслуживанию абонентов.
IP/MPLS отличается от стандартного пакетного протокола IP тем, что коммутация трафика основывается на коммутации трафика внутри сети MPLS по прикрепленной к пакету данных специальной метке, благодаря чему принципы управления передачей трафиком значительно изменяются
АTM широко использовался в WAN-сетях, в оборудовании для передачи аудио/видео потоков, как промежуточный слой между физическим и вышележащим уровнем в устройствах ADSL для каналов не более 2 Мбит/с. Но в конце десятилетия ATM начинает вытесняться новой технологией IP-VPN. Свитчи ATM стали вытесняться маршрутизаторами IP/MPLS. По прогнозу компании Uvum от 2009г., к 2014г. ATM и Frame relay должны почти полностью исчезнуть, в то время как рынки Ethernet и IP-VPN будут продолжать расти с хорошим темпом.
IP-VPN организовывается на базе разных технологий и применяется для объединения территориально разбросанных локальных сетей и узлов Клиента в единую корпоративную сеть. Без значительных затрат (в сравнении с арендой и, тем более, прокладкой каналов) в виртуальной частной сети реализуется любая топология - от "звезды" до "точка-точка". В сети функционируют любые системы, поддерживающие IP-протокол - базы данных, системы CRM, ERP, электронная почта, телефония, видеоконференция, каналы телевидения, системы электронных торгов, системой охраны и безопасности и т.д. При этом в IP-VPN, в отличие от публичных сетей, гарантируются параметры качества связи (Quality of Service). Абоненты виртуальной сети могут звонить друг другу, пользоваться местной, междугородной и международной связью гарантированного качества. Им доступны дополнительные голосовые сервисы: индивидуальные голосовые порталы, IVR, служба мгновенной передачи сообщений, виртуальные центры обработки вызовов и другие. С ростом объемов передаваемой информации техническое решение клиента не изменится: сеть легко масштабировать до гигабитных скоростей.
Потребительская сущность VPN - «виртуальный защищенный туннель», или путь, с помощью которого можно организовать удаленный защищенный доступ через открытые каналы Интернета к серверам баз данных, FTP и почтовым серверам. Физическая сущность технологии VPN заключается в способности защитить трафик любых информационных интранет- и экстранет-систем, аудиовидеоконференций, систем электронной коммерции и т. п. Таким образом, VPN - это: • защита трафика, основанная на криптографии; • средство коммуникации с гарантией защиты доступа к внутренним ресурсам из любой точки мира, что позволяет развивать удаленный доступ; • развитие коммуникационных систем корпорации без вкладывания значительных средств в строительство собственных выделенных линий.
Сети Frame Relay (FR)как и сетиX.25, ) — это сети пакетной коммутации. В них в отличие от сетей X.25 обеспечивается большая скорость за счет исключения контроля ошибок в промежуточных узлах, так как контроль, адресация, инкапсуляция и восстановление выполняются в оконечных пунктах, т.е. на транспортном уровне
