Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Основные протоколы передачи данных». Если у Вас нет времени на чтение или статья не полностью решает Вашу проблему, можете получить онлайн консультацию квалифицированного юриста в форме ниже.
Передать данные очень просто. Если требуется согласие, то его нужно дать в письменной форме или в виде электронной записи. Однако учтите, что регистрируясь на сайте интернет-магазина, нельзя передавать пин-коды карты.
Англичанами принято употреблять множественное число – data. Славянофилов просим избегнуть упреков. Современная наука развита Европой – наследницей Римской империи. Вопрос намеренного уничтожения отечественной истории обойдем, оставив прения историкам. Некоторые эксперты возводят этимологию к древнему индийскому слову dati (дар). Даль называет данными бесспорные, очевидные, известные факты произвольного толка.
Это интересно! Литературный английский язык (газета Нью-Йорк таймс) слово data лишает числа. Употребляют как придется: множественное, единственное. Учебники чаще проводят жесткое деление. Единственное число – datum. Отдельный вопрос касается артикля, здесь обсуждаться не будет. Эксперты склонны считать существительное «массовым».
Термин передача данных чаще касается цифровой информации, включая преобразованный аналоговый сигнал. Наука смотрит шире. Данными именуют любые качественные, количественные описания объекта. Эпичным примером считают сведения, составляемые антропологами касательно редких народностей планеты. Информация широко собирается организациями: продажи, преступность, безработица, грамотность.
Передача информации – цифровой поток бит.
Метаданные – более высокий уровень данных, описывающих другие данные.
Данные измеряют, собирают, передают, анализируют, представляют графиками, таблицами, изображениями, цифрами. Программистам известны так называемые рядовые файлы, лишенные форматирования. Сбойный раздел жесткого диска получает метку RAW. Форматирование упрощает передачу, восприятие сведений. Процесс оформления касается визуального, логического представления. Иногда информацию кодируют, обеспечивая защиту, восстановление сбойных участков.
Формат – способ представления информации.
Протокол – набор соглашений интерфейса, определяющий порядок обмена информацией.
Поколения сотовых технологий
Стандарт NMT, как правило, относится к поколению 1G. Технологии GPRS и EDGE часто классифицируются как 2G, HSDPA — как 3G, LTE — как 4G. Следует отметить, что у каждого из отмеченных решений есть конкурентные аналоги. Например, к таковым в отношении LTE некоторые специалисты относят WiMAX. Другие конкурентные в отношении LTE решения на рынке 4G-технологий — 1xEV-DO, IEEE 802.20. Есть точка зрения, по которой стандарт LTE все же не вполне корректно классифицировать как 4G, поскольку по максимальной скорости он немного не дотягивает до показателя, определенного в отношении концептуального 4G, который составляет 1 Гбит/сек. Таким образом, не исключено, что в скором времени на мировом рынке сотовой связи появится новый стандарт, возможно, еще более совершенный, чем 4G и способный обеспечивать передачу данных со столь впечатляющей скоростью. Пока же в числе тех решений, что внедряются наиболее динамично, — LTE. Ведущие российские операторы активно модернизируют соответствующую инфраструктуру по всей стране — обеспечение качественной передачи данных по стандарту 4G становится одним из ключевых конкурентных преимуществ на рынке сотовой связи.
TCP/IP (в некоторых источниках называется как «модель DoD»), как и OSI, реализует деление архитектуры на уровни. В RFC 1122 утверждена четырехуровневая архитектура указанного стека:
- прикладной уровень;
- транспортный уровень;
- межсетевой уровень, также иногда его называют просто сетевым или интернет;
- канальный уровень/сетевых интерфейсов/сетевого доступа.
Классификация каналов передачи компьютерных данных
Обмен данными при задействовании компьютерной инфраструктуры может осуществляться посредством трех основных типов каналов: дуплексного, симплексного, а также полудуплексного. Канал первого типа предполагает, что устройство передачи данных на ПК одновременно может быть также и приемником. Симплексные девайсы, в свою очередь, способны только принимать сигналы. Полудуплексные устройства обеспечивают задействование функции приема и передачи файлов по очереди.
Беспроводная передача данных в компьютерных сетях осуществляется чаще всего через стандарты:
— «малого радиуса» (Bluetooth, ИК-порты);
— «среднего радиуса» — Wi-Fi;
— «большого радиуса» — 3G, 4G, WiMAX.
Скорость, с которой передаются файлы, может сильно разниться в зависимости от того или иного стандарта связи, равно как устойчивость соединения и защищенность его от помех. Одним из оптимальных решений для организации домашних внутрикорпоративных компьютерных сетей считается Wi-Fi. Если необходима передача данных на дальние расстояния — задействуются 3G, 4G, WiMax, либо иные конкурентные в отношении них технологии. Сохраняют востребованность Bluetooth, в меньшей степени — ИК-порты, поскольку их задействование практически не требует от пользователя тонкой настройки девайсов, посредством которых осуществляется обмен файлами.
Наибольшую популярность стандарты «малого радиуса» имеют в индустрии мобильных устройств. Так, передача данных на андроид с другой аналогичной ОС либо совместимой часто осуществляется как раз-таки с помощью Bluetooth. Однако мобильные устройства вполне успешно могут интегрироваться также и с компьютерными сетями, например с помощью Wi-Fi.
Настройку сетевых адресов можно сравнить с настройкой адресов и редактированием внешних связей в объектных файлах.
Компилятор старается генерировать позиционно-независимый код, возлагая на редактор внешних связей настройку глобальных ссылок. В IPv6 предусмотрены определенные средства для “топологическинезависимой” адресации (адреса, локальные в пределах подсети или организации, затребованные групповые адреса, получаемые отображением младшей части индивидуальных, и т.п.). Там же, где требуется глобальный адрес, необходимо либо соединить идентификатор сетевого интерфейса с топологическими префиксами, почерпнутыми из окружения, либо получить адрес “в готовом виде” от некоторого сервиса. Отметим, что без эффективных, автоматизированных средств настройки иерархическая организация адресов и связанные с ней методы маршрутизации практически перестают работать в силу чрезмерной сложности администрирования. Никто вручную
не настраивает внешние ссылки в новых объектных файлах и не перенастраивает их после очередной компиляции.
Проблема настройки адресов распадается на две подпроблемы:
- начальная настройка (при включении в сеть нового узла);
- перенумерация (при внесении изменений в сеть). В данном разделе мы уделим основное внимание методам автоматической начальной настройки (автоконфигурирования) адресов узлов. Эти методы можно применить и при перенумерации, если узел в начале работы динамически формирует свой адрес.
Автоконфигурирование может производиться двумя способами:
- без учета контекста (stateless), когда узел самостоятельно формирует свой адрес “с нуля”;
- с учетом контекста (stateful), когда узел получает адрес от какого-либо сервиса, располагающего предварительно заданной информацией.
Формирование контекстов безопасности в IPsec разделено на две фазы. Сначала создается управляющий контекст, назначение которого – предоставить надежный путь (в терминологии “Оранжевой книги”, см. [25], раздел “Предоставление надежного пути”), то есть аутентифицированный, защищенный канал для выработки (в рамках второй фазы) протокольных контекстов, и, в частности, для формирования криптографических ключей, используемых протоколами AH и ESP.
В принципе, для функционирования механизмов IPsec необходимы только протокольные контексты; управляющий контекст играет вспомогательную роль. Более того, явное выделение двух фаз утяжеляет и усложняет формирование ключей, если рассматривать последнее как однократное действие. Тем не менее, из архитектурных соображений управляющие контексты не только могут, но и должны существовать, поскольку они обслуживают все протокольные уровни стека TCP/IP, концентрируя в одном месте необходимую функциональность. Первая фаза начинается в ситуации, когда взаимодействующие стороны, вообще говоря, не имеют общих секретных данных (общих ключей) и не уверены в аутентичности друг друга. Если с самого начала не создать надежный путь, то для выполнения каждого управляющего действия с ключами (их модификация, выдача диагностических сообщений и т.п.) в каждом протоколе (AH, ESP, SSL и т.д.) этот путь придется формировать заново.
Англичанами принято употреблять множественное число – data. Славянофилов просим избегнуть упреков. Современная наука развита Европой – наследницей Римской империи. Вопрос намеренного уничтожения отечественной истории обойдем, оставив прения историкам. Некоторые эксперты возводят этимологию к древнему индийскому слову dati (дар). Даль называет данными бесспорные, очевидные, известные факты произвольного толка.
Это интересно! Литературный английский язык (газета Нью-Йорк таймс) слово data лишает числа. Употребляют как придется: множественное, единственное. Учебники чаще проводят жесткое деление. Единственное число – datum. Отдельный вопрос касается артикля, здесь обсуждаться не будет. Эксперты склонны считать существительное «массовым».
Термин передача данных чаще касается цифровой информации, включая преобразованный аналоговый сигнал. Наука смотрит шире. Данными именуют любые качественные, количественные описания объекта. Эпичным примером считают сведения, составляемые антропологами касательно редких народностей планеты. Информация широко собирается организациями: продажи, преступность, безработица, грамотность.
Передача информации – цифровой поток бит.
Метаданные – более высокий уровень данных, описывающих другие данные.
Данные измеряют, собирают, передают, анализируют, представляют графиками, таблицами, изображениями, цифрами. Программистам известны так называемые рядовые файлы, лишенные форматирования. Сбойный раздел жесткого диска получает метку RAW. Форматирование упрощает передачу, восприятие сведений. Процесс оформления касается визуального, логического представления. Иногда информацию кодируют, обеспечивая защиту, восстановление сбойных участков.
Формат – способ представления информации.
Протокол – набор соглашений интерфейса, определяющий порядок обмена информацией.
Типы передачи данных. Что такое цифровая подстанция и зачем там нужен multicast
Прежде, чем заговорить про ЛВС цифровой подстанции, нужно разобраться, что такое цифровая подстанция, а потом ответить на вопросы:
- Кто участвует в передаче данных?
- Какие данные передаются в ЛВС?
- Какая типовая архитектура ЛВС?
И уже после этого обсуждать multicast.
Цифровая подстанция — это подстанция, все системы которой имеют очень высокий уровень автоматизации. Все вторичное и первичное оборудование такой подстанции ориентировано на цифровую передачу данных. Обмен данными выстраивается в соответствии с протоколами передачи, описанными в стандарте МЭК 61850. Соответственно, в цифровом виде здесь передаются все данные:
- Измерения.
- Диагностическая информация.
- Команды управления.
Этот тренд получил очень большое развитие в российской энергетике и сейчас повсеместно внедряется. В 2019 и 2020 году появилось очень много нормативных документов, регулирующих создание цифровой подстанции на всех этапах разработки. Например, СТО 34.01-21-004-2019 ПАО «Россети» определяет следующее определение и критерии ЦПС:
Цифровая подстанция — автоматизированная подстанция, оснащенная взаимодействующими в режиме единого времени цифровыми информационными и управляющими системами и функционирующая без присутствия постоянного дежурного персонала.
Критерии:
- дистанционная наблюдаемость параметров и режимов работы оборудования и систем, необходимых для нормального функционирования без постоянного присутствия дежурного и обслуживающего эксплуатационного персонала;
- обеспечение телеуправления оборудованием и системами для эксплуатации ПС без постоянного присутствия дежурного и обслуживающего эксплуатационного персонала;
- высокий уровень автоматизации управления оборудованием и системами с применением интеллектуальных систем управления режимами работы оборудования и систем;
- дистанционная управляемость всеми технологическими процессами в режиме единого времени;
- цифровой обмен данными между всеми технологическими системами в едином формате;
- интегрированность в систему управления электрической сетью и предприятием, а также обеспечение цифрового взаимодействия с соответствующими инфраструктурными организациями (со смежными объектами);
- функциональная и информационная безопасность при цифровизации технологических процессов;
- непрерывный мониторинг состояния основного технологического оборудования и систем в режиме онлайн с передачей необходимого объема цифровых данных, контролируемых параметров и сигналов.
Параметры связи Интернета вещей
Прежде чем развернуть решение IoT, важно знать ограничивающие факторы каждой технологии. Протоколы связи – это набор правил, установленных между узлами для надежного и безопасного обмена информацией. Вот некоторые из основных аспектов протоколов связи.
Скорость или скорость передачи данных: количество информации, которое должно быть передано в течение определенного периода времени. Обычно выражается в бит/с (бит в секунду), кбит/с, Мбит/с или Гбит/с.
Диапазон: максимальное расстояние между двумя взаимодействующими узлами. В основном он зависит от мощности передачи, используемой полосы частот и типа модуляции. На него также могут влиять метеорологические условия или физическое размещение узлов. На следующем рисунке вы можете увидеть примерный график зависимости скорости передачи данных от диапазона различных сетевых протоколов IoT.
Краткая характеристика технологий
Приведем краткую характеристику технологий беспроводной передачи данных, а затем осуществим их сравнительный анализ. Традиционно в данной области телекоммуникаций (и не только здесь) конкурируют американские стандарты IEEE, европейские стандарты ETSI и фирменные стандарты.
Технология ZigBee продвигается организацией ZigBee Alliance, ставящей своей целью обеспечение верхних слоев семиуровневой модели стеком протоколов (от сетевого уровня до уровня приложений), включая профили приложений и инженерную реализацию компонентов данной технологии. К разработке соответствующего стандарта низкоскоростной передачи данных подключился комитет IEEE 802.15.4, разрабатывающий уровни MAC (управление доступом к среде передачи — media access control) и PHY (уровень передачи сигналов в физической среде) семиуровневой модели. Именно первый,физический уровень (PHY) в основном определяет стоимость системы, скорости передачи данных, потребляемую мощность, габариты и диапазон используемых частот.
Назначение данной технологии — обеспечить компонентами системы автоматизации и дистанционного управления различного назначения. При этом для АТ была поставлена цель обеспечения их автономным батарейным питанием двумя элементами типа АА в течение времени от полугода до двух лет. Варианты применения устройств, построенных на основе данной технологии: беспроводные системы обеспечения безопасности жилища от несанкционированного проникновения в них; удаленное управление кондиционерами, системой освещения помещений и оконными жалюзи; управление какими-либо устройствами инвалидами, пожилыми людьми и детьми; универсальное управление аудио и видеоустройствами; беспроводные клавиатура, мышь ПК, пульт управления игровой приставкой; беспроводные детекторы задымления и наличия СО; автоматизация и управление элементами промышленных и жилых помещений (освещением и т.п.).
Предусматривается разработка шлюзов для взаимодействия данных систем с другими сетями передачи данных.
Используемые частоты: ISM (2,4 ГГц со скоростью 250 кбит/с), европейский диапазон 868 МГц (20 кбит/с) и американский диапазон 915 МГц (40 кбит/с).
Технология Bluetooth — это технология передачи данных по радио на малые расстояния (до 10 м, с возможностью расширения до 100 м), позволяющая осуществлять связь беспроводных телефонов, компьютеров и различной периферии, не требуя прямой видимости. По мощности радиопередатчика аппаратура делится на три класса: первый (максимальная выходная мощность 100 мВт), второй (2,5 мВт) и третий (1 мВт).
Разработку технологии начала компания Ericsson Mobile Communications. Первоначальной ее целью было получение нового радиоинтерфейса с низким уровнем энергопотребления и невысокой стоимостью, который позволил бы устанавливать связь между сотовыми телефонами и гарнитурами. Кроме того, новый интерфейс предназначался для передачи данных между ПК, между ПК и его периферией, между ноутбуком и сотовым телефоном и т.п.
В феврале 1998 года. Ericsson совместно с Intel, IBM, Toshiba и Nokia сформировали специальную группу по разработке и продвижению технологии под названием Bluetooth SIG (Special Interest Group). Эта технология полностью открыта, а поэтому любая компания, подписавшая лицензионное соглашение, может войти в состав Bluetooth SIG и начать создавать продукты на ее основе.
Семейство стандартов IEEE 802.11х разрабатывается американским институтом IEEE. Стандарт IEEE 802.11, разработка которого была завершена в 1997 г., является базовым стандартом и определяет протоколы, необходимые для организации беспроводных локальных сетей (WLAN). Основные из них — протокол управления доступом к среде MAC (нижний подуровень канального уровня) и протокол PHY передачи сигналов в физической среде. В качестве последней допускается использование радиоволн и инфракрасного излучения. Стандартом 802.11 определен единственный подуровень MAC, взаимодействующий с тремя типами протоколов физического уровня, соответствующих различным технологиям передачи сигналов — по радиоканалам в диапазоне 2,4 ГГц с широкополосной модуляцией с прямым расширением спектра (DSSS) и ППРЧ (FHSS), а также с помощью инфракрасного излучения. Спецификациями стандарта предусмотрены два значения скорости передачи данных — 1 и 2 Мбит//с. По сравнению с проводными ЛВС Ethernet-возможности подуровня MAC расширены за счет включения в него ряда функций, обычно выполняемых протоколами более высокого уровня, в частности, процедур фрагментации и ретрансляции пакетов. Это вызвано стремлением повысить эффективную пропускную способность системы благодаря снижению накладных расходов на повторную передачу пакетов.
В качестве основного метода доступа к среде стандартом 802.11 определен механизм CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance — множественный доступ с обнаружением несущей и предотвращением столкновения пакетов).
Управление питанием. Для экономии энергоресурсов мобильных рабочих станций, используемых в беспроводных ЛВС, стандартом 802.11 предусмотрен механизм переключения станций в так называемый пассивный режим с минимальным потреблением мощности.
Архитектура и компоненты сети. В основу стандарта 802.11 положена сотовая архитектура,причем сеть может состоять как из одной, так и нескольких ячеек. Каждая сота управляется базовой станцией, являющейся ТД, которая вместе с находящимися в пределах радиуса ее действия рабочими станциями пользователей образует базовую зону обслуживания. Точки доступа многосотовой сети взаимодействуют между собой через распределительную систему, представляющую собой эквивалент магистрального сегмента кабельных ЛВС. Вся инфраструктура, включающая точки доступа и распределительную систему, образует расширенную зону обслуживания. Стандартом предусмотрен также односотовый вариант беспроводной сети, который может быть реализован и без точки доступа, при этом часть ее функций выполняются непосредственно рабочими станциями.
Роуминг. Для обеспечения перехода мобильных рабочих станций из зоны действия одной точки доступа к другой в многосотовых системах предусмотрены специальные процедуры сканирования (активного и пассивного прослушивания эфира) и присоединения (Association), однако строгих спецификаций по реализации роуминга стандарт 802.11 не предусматривает.
Обеспечение безопасности. Для защиты WLAN стандартом IEEE 802.11 предусмотрен целый комплекс мер безопасности передачи данных под общим названием Wired Equivalent Privacy (WEP). Он включает средства противодействия несанкционированному доступу к сети (механизмы и процедуры аутентификации), а также предотвращение перехвата информации (шифрование).
Сравнение ряда технологий
Начнем с левого нижнего угла рисунка и сравним между собой технологии Bluetooth и ZigBee. Результаты сравнительного анализа представлены в виде таблицы 2.
| Bluetooth | ZigBee |
| Назначение | |
| Для построения сетей связи динамической структуры (постоянно добавляются новые элементы и выходят из сети имеющиеся, конфигурация топологии сети изменяется) | Сети передачи данных со статической структурой (топология сети длительное время постоянна, номенклатура элементов изменяется редко) |
| Беспроводная передача звуковых сигналов (речи) | Большое число оконечных устройств |
| Передача неподвижной графики и изображений | Большая длительность периода обращения главной станции сети оконечным устройствам |
| Передача файлов | Передача пакетов данных небольшой величины |
| Отличия радиоинтерфейсов | |
| Программная перестройка радиочастоты (FHSS) | Прямое расширение спектра (DSSS) |
| Скорость передачи:1 МБод, пиковая скорость передачи данных ~720 кбит/с | Скорость передачи:62,5 кБод,4 бит/символ, пиковая скорость передачи данных ~128 кбит/с |
| Энергопотребление | |
| Организовано аналогично мобильному телефону (регулярная подзарядка) | 2+года от пары батареек типа ААА |
| Обеспечивает максимальную производительность сети данной структуры | Оптимизировано для режима «сна » оконечного устройства |
| Временные параметры протоколов | |
| Оптимизированы для работы сети в критических ситуациях: | |
| Время «прописки » нового оконечного устройства в сети не менее 3 с | Время «прописки » нового оконечного устройства в сети 30 мс |
| Время перехода оконечного устройства из режима сна в активный режим 3 с | Время перехода оконечного устройства из режима сна в активный режим 15 мс |
| Время доступа главной станции к активному оконечному устройству 2 мс | Время доступа главной станции к активному оконечному устройству 15 мс |
| Особенности реализации | |
| Низкая стоимость расширения сети | Минимальная стоимость оконечных устройств |
| Расширенная программная поддержка за счет возможностей ПК | Минимальное программное обеспечение и недорогой процессор (80С51) |
| Реализация возможностей протоколов IEEE802.11x при наличии упрощенного радиооборудования | Отсутствие необходимости поддержки работы оконечного устройства со стороны ПК |
| Ориентация на производство интегрированных чипов для различных приложений |
Это природный тип сигналов окружает нас повсеместно и постоянно. Звук, изображение, тактильные ощущения, запах, вкус и команды мозга. Все возникающие, во Вселенной без участия человека, сигналы являются аналоговыми.
В электронике, электротехнике и системах связи аналоговую передачу данных применяют со времени изобретения электричества. Характерной особенностью является непрерывность и плавность изменения параметров. Графически сеанс аналоговой связи можно описать как непрерывную кривую, соответствующую величине электрического напряжения в определённый момент времени. Линия изменяется плавно, разрывы возникают только при обрыве связи. В природе и электронике аналоговые данные генерируются и распространяются непрерывно. Отсутствие непрерывного сигнала означает тишину или черный экран.
В непрерывных системах связи аналогом звука, изображения и любых других данных является электрические или электромагнитные импульсы. Например, громкость и тембр голоса передаются от микрофона на динамик посредством электрического сигнала. Громкость зависит от величины, а тембр от частоты напряжения. Поэтому при голосовой связи сначала напряжение становится аналогом звука, а потом звук аналогом напряжения. Таким же образом происходит передача любых данных в аналоговых системах связи.