Протокол FTP (File Transfer Protocol) является «родным братом» протокола HTTP, только, в отличие от последнего, он работает не с текстовыми или двоичными данными, а с файлами.

Этот протокол – один из старейших: он появился еще в начале 70-х годов прошлого века. Как и HTTP, он работает на прикладном уровне и в качестве транспортного протокола использует TCP-протокол. Его основная задача – передача файлов с/на FTP-сервер.

FTP-протокол представляет собой набор команд, которые описывают правила подключения и обмена данными. При этом команды и непосредственно данные передаются с использованием различных портов. В качестве стандартных портов используются порты 21 и 20: первый – для передачи данных, второй – передачи команд. Кроме того, порты могут быть динамическими.

Размер файлов, передаваемых с помощью FTP-протокола, не лимитируется. Предусмотрен также механизм докачки файла, если в процессе передачи произошел обрыв связи.

Главным недостатком FTP-протокола является отсутствие механизмов шифрования данных, что позволяет перехватить начальный трафик и определить с его помощью имя пользователя, а также его пароль подключения к FTP-серверу. Чтобы избежать подобной ситуации, параллельно используется протокол SSL, с помощью которого данные шифруются.

РОРЗ и SMTP

Использование электронной почты для обмена сообщениями уже давно является альтернативой обычной почте. Электронная почта гораздо эффективнее и быстрее. Ее использование стало возможным благодаря протоколам POP3 (Post Office Protocol Version 3) и SMTP (Simple Mail Transfer Protocol).

Протокол POP3 работает на прикладном уровне и применяется для получения электронных сообщений из почтового ящика на почтовом сервере. При этом он использует один из портов и транспортный протокол TCP.

Сеанс связи с почтовым сервером разбит на три этапа: авторизация, транзакция и обновление. Авторизации пользователя происходит при соединении с почтовым сервером, для чего может использоваться любой почтовый клиент, поддерживающий работу с протоколом POP3. На этапе транзакции клиент запрашивает у сервера выполнение необходимого действия, например получения информации о количестве сообщений, получения самих сообщения либо их удаления. Процесс обновления предназначен для выполнения запроса клиента. После окончания обновления сеанс связи завершается до поступления следующего запроса на соединение.

При прохождении этапа авторизации может использоваться любой из существующих протоколов шифрования, например SSL или TLS, что делает процесс получения электронной корреспонденции более защищенным.

Протокол POP3 позволяет только получать электронные сообщения, а для их отправки приходится использовать другой протокол, в качестве которого чаще всего применяется SMTP, точнее, его усовершенствованная версия – ESMTP (Extended SMTP).

Как и POP3, протокол SMTP работает на прикладном уровне, поэтому ему необходимы услуги транспортного протокола, в роли которого выступает протокол TCP. При этом отправка электронных сообщений также происходит с использованием одного из портов, например 25 порта.

IMAP

IMAP (Interactive Mail Access Protocol) – еще один почтовый протокол, созданный на основе протокола POP3. Он был разработан позже протокола POP3. В результате в нем были учтены все недостатки и добавлено большое количество новых востребованных функций.

Наиболее полезными среди них является возможность частичного скачивания сообщений, анализируя содержимое которых можно эффективно настраивать фильтры, сортирующие письма или отсеивающие спам.

Еще одна немаловажная функция – механизм оптимизации использования каналов, по которым передаются сообщения. Эти каналы не всегда быстрые и незагруженные, поэтому наличие такой функции существенно облегчает жизнь пользователя. Имеется также возможность передачи сообщений по небольшим частям, что очень полезно, когда размер письма большой, например 5–10 Мбайт.

SLIP

Протокол передачи данных SLIP (Serial Line Internet Protocol) создан специально для организации постоянного подключения к Интернету с использованием имеющейся телефонной линии и обычного модема. Из-за высокой стоимости этот тип подключения могут позволить себе немногие пользователи. Как правило, такое подключение создается в организациях, имеющих сервер, на котором находится веб-страница организации и другие ресурсы (база данных, файлы).

Данный протокол работает вместе с протоколом TCP/IP и находится на более низком уровне. Перед тем как информация с модема поступит на обработку TCP/ IP-протоколу, ее предварительно обрабатывает SLIP-протокол. Выполнив все необходимые действия, он создает другой пакет и передает его TCP/IP.

РРР

Протокол РРР (Point-to-Point Protocol) выполняет ту же работу, что и описанный выше SLIP. Однако он лучше выполняет эти функции, так как обладает дополнительными возможностями. Кроме того, в отличие от SLIP, PPP может взаимодействовать не только с TCP/IP, но и с IPX/SPX, NetBIOS, DHCP, которые широко используются в локальных сетях.

Протокол PPP более распространен также благодаря использованию на интернет-серверах с установленной операционной системой семейства Windows NT (SLIP применяют для соединения с серверами, работающими в операционной системе UNIX).

Х.25

Протокол Х.25, который был создан в 1976 году и усовершенствован в 1984 году, работает на физическом, канальном и сетевом уровнях модели взаимодействия ISO/OSI. Его разработкой занимался консорциум, состоящий из представителей многих телефонных компаний, и создавали его специально для использования на существующих телефонных линиях.

Когда разрабатывался X.25, цифровая телефонная линия была редкостью – использовалась в основном аналоговая. По этой причине в нем присутствует система обнаружения и коррекции ошибок, что существенно повышает надежность связи. В то же время эта система замедляет скорость передачи данных (максимальная – 64 Кбит/с). Однако этот факт не мешает использовать его там, где прежде всего требуется высокая надежность, например в банковской системе.

Frame Relay

Frame Relay – еще один протокол, предназначенный для передачи данных по телефонной линии. Помимо высокой надежности (как у X.25), он обладает дополнительными полезными нововведениями. Поскольку передаваемые данные могут иметь формат видео, аудио или содержать электронную информацию, есть возможность выбирать приоритет передаваемого содержимого.

Еще одна особенность протокола Frame Relay – его скорость, которая достигает 45 Мбит/с.

AppleTalk

Протокол AppleTalk является собственностью компании Apple Computer. Он был разработан для установки связи между компьютерами Macintosh.

Как и TCP/IP, AppleTalk представляет собой набор протоколов, каждый из которых отвечает за работу определенного уровня модели ISO/OSI.

В отличие от протоколов TCP/IP и IPX/SPX, стек протокола AppleTalk использует собственную реализацию физического и канального уровней, а не протоколы модели ISO/OSI.

Рассмотрим некоторые протоколы стека AppleTalk.

□ DDP (Datagram Delivery Protocol) – отвечает за работу сетевого уровня. Его основное предназначение – организация и обслуживание процесса передачи данных без предварительной установки связи между компьютерами.

□ RTMP (Routing Table Maintenance Protocol) – работает с маршрутными таблицами AppleTalk. Любая такая таблица содержит информацию о каждом сегменте, куда возможна доставка сообщений. Таблица состоит из номеров маршрутизаторов (порта), которые могут доставить сообщение к выбранному компьютеру, количества маошрутизаторов, параметров выбранных сегментов сети (скорости, загруженности и т. п).

□ NBP (Name Binding Protocol) – отвечает за адресацию, которая сводится к привязке логического имени компьютера к физическому адресу в сети. Кроме процесса привязки имени, он отвечает за регистрацию, подтверждение, стирание и поиск этого имени.

□ ZIP (Zone Information Protocol) – работает в паре с протоколом NBP, помогая ему производить поиск имени в рабочих группах, или зонах. Для этого он использует информацию ближайшего маршрутизатора, который создает запрос по всей сети, где могут находиться входящие в заданную рабочую группу компьютеры.

□ ATP (AppleTalk Transaction Protocol) – один из протоколов транспортного уровня, который отвечает за транзакции. Транзакция – это набор из запроса, ответа на этот запрос и идентификационного номера, который присваивается данному набору. Примером транзакции может быть сообщение о доставке данных от одного компьютера другому. Кроме того, ATP умеет делать разбивку больших пакетов на более мелкие с последующей их сборкой после подтверждения о приеме или доставке.

□ ADSP (AppleTalk Data Stream Protocol) – протокол, аналогичный ATP. Он отвечает за доставку пакетов. Однако в данном случае осуществляется не одна транзакция, а гарантированная доставка, которая может повлечь за собой несколько транзакций. Кроме того, протокол гарантирует, что данные при доставке не будут утеряны или продублированы.

Глава 5
Среда передачи данных

□ Коаксиальный кабель

□ Кабель «витая пара»

□ Оптоволоконный кабель

□ Телефонная проводка

□ Электропроводка

□ Радиоволны

□ Инфракрасное излучение

Ключевым моментом в функционировании локальной сети является среда передачи данных, то есть канал, по которому компьютеры могут обмениваться информацией. От среды передачи данных зависят многие параметры сети, в частности:

□ топология сети;

□ используемое оборудование;

□ стоимость создания;

□ физическая надежность;

□ скорость передачи данных;

□ безопасность сети;

□ администрирование сети;

□ возможность модернизации.

Этот список можно продолжать долго, но ясно одно: среда передачи данных однозначно определяет как возможности сети, так и возможности ее модернизации. В данной главе мы рассмотрим основные использующиеся в настоящее время среды передачи данных.

Коаксиальный кабель

Первой средой для объединения компьютеров в сеть с целью обмена информацией был коаксиальный кабель (Coaxial Cable). Сети с использованием коаксиального кабеля появились еще в начале 70-х годов прошлого века. На то время он считался идеальным вариантом для передачи данных. Поскольку скорости тогда были не столь высоки, как сегодня, коаксиальный кабель полностью удовлетворял существующие потребности. Сетевое оборудование для работы с коаксиальным кабелем согласно существующим сетевым стандартам позволяет передавать данные со скоростью до 10 Мбит/с, что даже сегодня в некоторых случаях является вполне приемлемой скоростью.

Различаются тонкий и толстый коаксиальный кабели. Несмотря на то что толстый коаксиальный кабель появился раньше, его технические характеристики (скорость, дальность связи и т. п.) существенно лучше, нежели у тонкого коаксиального кабеля, который появился вследствие дальнейшего усовершенствования существующих сетевых стандартов.

Толстый и тонкий кабели внешне различаются толщиной. Однако иногда могут быть и другие различия (рис. 5.1).

Например, когда требуется прокладка кабеля снаружи здания, часто используется кабель с усилительным тросом, который выглядит как отдельная жила в отдельной оболочке.

Рис. 5.1. Разные варианты коаксиального кабеля

Основные различия между этими типами кабелей заключаются в их составе: могут присутствовать дополнительные оплетки, диэлектрики, экраны из фольги и т. д.

Типичное строение самой простой реализации тонкого и толстого коаксиального кабеля показано на рис. 5.2 и 5.3.

Рис. 5.2. Строение тонкого коаксиального кабеля

Рис. 5.3. Строение толстого коаксиального кабеля

Рассмотрим элементы коаксиального кабеля, отмеченные на рисунках цифрами.

1. Центральный проводник (Center Conductor). Представляет собой металлический стержень, цельный или состоящий из нескольких проводников. В качестве металла, как правило, выступает медь или сплав с медью, например сплав меди с карбоном, омедненная сталь или омедненный алюминий. Толщина проводника обычно находится в пределах 1–2 мм.

2. Диэлектрик (Dielectric). Служит для надежного разделения и изолирования центрального проводника и оплетки, которые используются для передачи сигнала. Диэлектрик может изготавливаться из различных материалов, например из полиэтилена, фторопласта, пенополиуретана, поливинилхлорида, тефлона и т. д.

3. Оплетка (Braid). Является одним из носителей, который участвует в передаче сигнала. Кроме того, она играет роль заземления и защитного экрана от электромагнитных шумов и наводок. Как правило, оплетка сделана из медной или алюминиевой проволоки. Когда требуется увеличить помехозащищенность системы, может использоваться кабель с двойной и даже четверной оплеткой.

4. Изолирующая пленка (Foil). Выступает обычно в роли дополнительного экрана. В качестве материала используется алюминиевая фольга.

5. Внешняя оболочка (Outer Jacket). Используется для защиты кабеля от воздействия внешней среды. Оболочка, как правило, имеет ультрафиолетовую защиту и защиту от возгорания, для чего используется материал с определенными свойствами, например поливинилхлорид, пластик, резина и т. д.

Волновое сопротивление коаксиального кабеля, используемого для передачи данных в локальных сетях, составляет 50 Ом. При этом толщина тонкого коаксиального кабеля – примерно 0,5–0,6 см, а толстого – 1–1,3 см.

Существует определенная маркировка (категория) кабелей, которая позволяет различать их характеристики. Например, кабель с волновым сопротивлением 50 Ом имеет маркировку RG^[1]-8, RG-11 и RG-58. Различают также подкатегории кабелей, например RG-58/U (одножильный проводник) или RG-58A/U (многожильный проводник).

Наибольшее распространение получил тонкий коаксиальный кабель, поскольку он более гибкий и его легче прокладывать. Если требуется увеличить диаметр сети, то используется толстый коаксиальный кабель. Иногда тонкий и толстый кабели применяются одновременно: тонким кабелем соединяют близкорасположенные компьютеры, а толстым – компьютеры на большом удалении или два сегмента сети.

Кабель «витая пара»

На сегодня кабель «витая пара» (Twisted Pair) получил наибольшее распространение. В первую очередь это произошло благодаря его скоростным характеристикам и удобству прокладки. Его появление было вполне прогнозируемым, поскольку использование коаксиального кабеля накладывает ограничение на топологию сети, что, в свою очередь, отражается на возможностях ее модернизации и скорости передачи данных.

Свое название он получил благодаря особенности внутреннего исполнения. Так, внутри кабеля может находиться от одной до двадцати пяти пар проводников, скрученных между собой и имеющих определенный цвет.

Внешний вид кабеля «витая пара» зависит от того, какое количество проводников находится внутри него, какого типа оплетки используются для экранирования кабеля и пар, а также от наличия дополнительного заземляющего проводника (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Внешний вид некоторых вариантов кабеля «витая пара»

Различают экранированный (Shielded) и неэкранированный (Unshielded) кабели. Кроме того, существует много различных вариантов исполнения кабеля, среди которых наибольшее распространение получили UTP (Unshielded Twisted Pair, неэкранированная витая пара), F/UTP (Foiled Unshielded Twisted Pair, фольгированная неэкранированная витая пара), STP (Shielded Twisted Pair, эканированная витая пара), S/FTP (Screened Foiled Twisted Pair, фольгированная экранированная витая пара), SF/UTP (Screened Foiled Unshielded Twisted Pair, фольгированная неэкранированная витая пара) и др. Есть также несколько вариантов кабеля с многожильными проводниками.

Кабели различают и по категориям: чем выше категория, тем лучшими характеристиками (в том числе и скоростными) обладает кабель. Так, в настоящее время существует семь категорий кабеля «витая пара», используемых для организации работы локальной сети. Например, кабель пятой категории позволяет передавать данные со скоростью 100 Мбит/c, а кабель начиная с шестой категории делает возможной передачу данных на скоросте не менее 1 Гбит/c. Кабель же седьмой категории теоретически способен передавать данные со скоростью 100 Гбит/с.

Кабель «витая пара» является самым популярным способом подключения компьютеров в «домашних» сетях. Стоимость кабеля достаточно низкая, однако при этом скорость передачи данных находится на очень высоком уровне. Длины сегмента кабеля в 100 м хватает, чтобы подключить компьютер в квартире, просто свесив кабель с крыши и подведя его к окну. Именно такой способ подключения является самым простым и распространенным в «домашних» сетях.

Оптоволоконный кабель

Еще один вариант кабеля для передачи данных в сетях – оптоволоконный (Fiber Optic). Именно оптоволоконный кабель благодаря своим характеристикам имеет наибольшие шансы остаться в лидерах.

Его главным отличием от существующих вариантов кабеля является способ передачи электрических сигналов: для этого используется свет. Это означает, что оптоволоконный кабель не подвержен влиянию электромеханических наводок, а сигнал ослабевает гораздо меньше. Как результат – высокая скорость передачи данных на большие расстояния.

Оптоволоконные кабели отличаются конструкцией, точнее, диаметром сердцевины, то есть оптоволокна. Существует два варианты оптоволокна, которые однозначно влияют на характеристики кабеля. Так, различают одномодовое (SM, Single Mode) и многомодовое, или мультимодовое (MM, Multi Mode), волокно.

Упрощенная схема оптоволоконного кабеля показана на рис. 5.5.

Рис. 5.5. Строение оптоволоконного кабеля

Основная деталь оптоволоконного кабеля – оптоволокно или, как его еще называют, световод (1), по которому непосредственно передается световой сигнал. Чтобы сигнал не уходил из световода, вокруг последнего располагается отражающая оболочка (2) толщиной 125 мкм. И еще один элемент – оболочка (3), которая защищает кабель от внешнего воздействия, например влаги или солнечных лучей.

Обычно оптоволоконный кабель снабжается дополнительными уровнями прочности: применяются разного рода лаковые покрытия, дополнительные оболочки (буферы), усилительные тросы и т. д. Кроме того, большое распространение получили кабели с несколькими световодами, что позволяет значительно увеличить пропускную способность кабеля.

Преимущества и недостатки одномодового и многомодового оптоволокна понять достаточно просто. Так, по световоду передаются световые сигналы с длиной волны в диапазоне 0,85–1,3 мкм. Многомодовое волокно, в зависимости от типа стандарта, имеет толщину световода 50 или 62,5 мкм, в то время как у одномодового волокна данный показатель составляет примерно 7–9 мкм. Если представить себе, как будет распространяться свет в подобных «коридорах», то становится ясно, что чем уже «коридор», тем меньше отражений будет испытывать данный сигнал, а значит, меньшими будут искажения и затухание. Конечно, такое теоретическое изложение принципа распространения сигнала в кабеле далеко от идеального, но и его вполне достаточно, чтобы сделать однозначный вывод: одномодовый кабель гораздо практичнее и лучше. Об этом же свидетельствует существующая практика: скорость передачи сигнала в простейшем одномодовом кабеле может достигать 2,5 Гбит/с при длине сегмента 20 и более километров.

Распространение оптоволоконного кабеля сдерживают несколько факторов, основными из которых является дороговизна кабеля и обслуживающей его аппаратуры, а также необходимость в соответствующей подготовке при работе с кабелем.

Телефонная проводка

Телефонный кабель, а точнее, телефонная линия, уже давно используется, например, для подключения удаленного компьютера к существующей сети, к другому компьютеру или к Интернету. Для этого существует достаточно большое количество соответствующих протоколов и технологий: Frame Relay, ADSL и т. д.

Не так давно появилась технология, которая дает возможность использовать существующую аналоговую или цифровую телефонную линию для объединения компьютеров в локальную сеть. Речь идет о стандартах HomePNA, оборудование которых позволяет объединить в локальную сеть достаточно большое количество компьютеров и обеспечить при этом хорошую скорость передачи данных.

Плюсы такой сети очевидны: низкая стоимость создания, применение заведомо существующего канала связи, возможность развертывания сети там, где другой способ связи по разным причинам невозможен.

Существующее подключение к телефонной линии часто используется для подключения компьютеров к «домашней» локальной сети. В этом случае к щитку на лестничной площадке или в любое другое удобное место подводится кабель «витая пара» и устанавливается специальный конвертер с Ethernet на HomePNA, соединяющий «витую пару» с телефонным кабелем, заходящим в квартиру. В результате разводка квартиры превращается в отдельную локальную сеть, подключение к которой осуществляется с помощью адаптеров HomePNA.

1. RG (от англ. Radio Grade) – волновод.