COM-компонент для перевода чисел в словесное представление ("сумма прописью"). Производит конвертацию чисел и простых выражений в словесное представление. Обрабатываются числа длиной до 15 цифр (999 триллионов), словесное представление формируется для трёх валют (рубль, доллар, евро) на русском и английском языках. Свойства и методы компонента могут быть использованы в любой программе, способной выступать в качестве клиента OLE-автоматизации. Имеются примеры использования в MS Excel, менеджере FAR, скриптах для WSH.
Многие мои друзья и знакомые часто спрашивают меня о том, как устроен мой сайт, сколько у меня таблиц в базе данных, как я храню данные и по каким полям веду поиск. Я, конечно, не выдаю все свои государственные тайны, но всегда понимаю причину таких вопросов и пытаюсь помочь людям построить быструю и надежную базу данных - т.е. тщательно продумать структуру БД таким образом, чтобы при увеличении нагрузки или объема таблиц динамический веб-сайт не превратился в тормозное усмертие.
А ведь многие новички (веб-строители) даже не догадываются о том, что крупные динамические сайты тормозят вовсе не из-за нагрузки скриптов на процессор, а в основном из-за неоптимизированного или дохленького MySQL-сервера. При этом во многом все зависит от того, как устроена ваша база данных.
Итак, начнем ликбез. Сразу всем вопрос: что делает MySQL во время записи в таблицы типа INSERT или UPDATE? Правильно - БЛОКИРУЕТ ТАБЛИЦЫ и пишет в них данные. Скорость записи и поиска может быть достаточно низкой, поэтому статус таблиц запрещает другим процессам считывать из них данные до окончания операции записи или обновления и снятия блокировки. При этом может получиться так, что во время записи единственного поля в длинные таблицы, ваш MySQL-сервер надолго заблокирует доступ к таблице остальным скриптам.
Например, вы создали таблицу новостей такого типа:
ID - номер, первичный ключ TEMA - тема новости MESS - сообщение, сама новость VIEWS - количество просмотров
При каждом обращении к новостям, скрипт будет выводить саму новость, а потом увеличивать поле VIEWS запросом UPDATE table 'NEWS' set VIEWS=VIEWS+1 where id=ID. При этом количество апдейтов будет довольно высоким. При высокой посещаемости веб-ресурса или при "нападении" на сайт поискового робота (эти ребята страдают многопоточностью и могут запросто повесить ваш сайт своими запросами) несколько одновременных процессов станут пытаться сделать UPDATE и SELECT. При каждом UPDATE таблица будет блокироваться (на это уходит время) и все остальные процессы будут ждать завершения операции. А если таблица достаточно большая? Например, несколько тысяч записей. Ежу понятно, что построится очередь из нескольких десятков скриптов, ожидающих ответа MySQL-сервера. Каждый будет жрать память и держать остальные процессы. В итоге все у вас зависнет и переглючит. Выход: делать вместо одной таблицы несколько. Советую разделять поля по типу их использования. Одну таблицу - только для вывода и редких обновлений или вставок. Другую - для частых обновлений, но редкого вывода. Например, значения счетчика обращений держать отдельно в таблицу вида:
ID - номер, первичный ключ VIEWS - количество просмотров
Сами новости лучше держать в другой таблице, где нет поля VIEWS. При этом таблица с новостями будет тяжелой (много текста, полей, индексов), а таблица COUNT (счетчик) будет очень легкой и быстрой. Таблица NEWS будет кешироваться и выводиться очень быстро при любых объемах, а таблица COUNT будет быстро обновляться из-за того, что она очень легкая (всего два целочисленных поля). Разделение данных по нескольким таблицам существенно ускоряет работу MySQL-сервера. Гораздо быстрее работают несколько мелких запросов по каждой таблице, чем один длинный запрос по одной или нескольким таблицам. Имейте это в виду, чтобы спать спокойно.
Дальше - круче. Чтобы не блокировать лишний раз свои таблицы используйте при вставках директиву DELAYED. Пример: INSERT DELAYED into STAT (ID,IP,UTIME) values (null,$ip,NOW()). Он позволяет серверу ответвлять поток в режиме ожидания, а саму вставку производить тогда, когда сервер освободится от других запросов или поступит следующий аналогичный INSERT DELAYED. Обычно отложенный метод подходит для любых операций с кумулятивными таблицами (когда в основном идут INSERTы, а данные копятся, а не модифицируются), при которых не особо важно когда именно подействуют изменения - мгновенно или через несколько секунд, минут. Например, если хотите собирать IPадреса своих посетителей, УРЛы, по которым они ходят или страницы, откуда пришли, время. При добавлении с задержкой скрипт отработает почти мгновенно, еще до выполнения операции.
Операция UPDATE идет в три этапа: поиск того, что будете менять, затем запись данных, обновление индексов. При этом, чем больше таблица, тем дольше поиск. Если есть индексы, то операция кешируется и выполняется достаточно быстро. Но сам процесс очень емкий. И только дурак не догонит, что большая таблица со множеством индексов и записей, будет тормозить при UPDATE. INSERT же выполняется одним залпом, очень быстро. Поэтому обычно используют аддитивные записи (вставками INSERT) во временные таблицы, потом блокируют основные талицы, суммируют обновления, и плюют их в основную таблицу. Получается, что в основном, главные таблицы работают только в режиме вывода, а обновления идут гораздо реже и быстрее. Например, можно копить данные о загрузках новостей во временной таблице, а по крону или иным образом обновлять счетчик каждые 10 минут (или реже). Это ускорит работу сервера.
При запросах SELECT * FROM таблица скрипт получит все поля данной таблицы. А нужно ли это? Использование * ведет к лишнему расходу ресурсов. Гораздо эффективнее использовать точные названия полей, которые нужны скрипту. Например: SELECT id,name FROM таблица. При таком запросе передача займет меньше времени и понадобится меньше ресурсов. Старайтесь ограничивать вывод при помощи директивы LIMIT. Это также ускоряет вывод.
Поиск по БД идет быстрее если вместо LIKE '%слово%', ставить 'слово%'. Операции с шаблонами регулярных выражений кешируются только в том случае, если в начале отсутствует символ %. Поэтому при построении поисковых запросов с LIKE избегайте начинающих символов %.
При построении таблиц для наиболее используемых полей (при поиске, сортировке и т.д.) обязательно создавайте индексы. Без индексов таблицы будут сильно тормозить. Индексы служат для кеширования и позволяют существенно ускорить вывод данных из таблиц. При этом таблицы будут занимать больше места на диске и в памяти. Но это в наше время не проблема.
Используйте надлежащий тип полей для своих записей. Тип TINYINT занимает 1 байт - самый быстрый. Таблицы с MEDIUMINT быстрее таблиц с INT. Если ставить полям свойство NOT NULL, то в целом их работа будет быстрее. VARCHAR медленее CHAR, поэтому таблицы переменной длины (где есть тип VARCHAR или TEXT) занимают меньше дискового пространства, но работают медленнее.
По своему опыту скажу, что для большинства сайтов подходят изложенные советы по работе с MySQL. Чтобы еще больше ускорить свой сервер, советую частоиспользуемые операции проводить по крону выделенными процессами и писать данные в различные файлы. Например, раз в 20 минут запускать скрипт, который будет создавать файл с новостями. Или например, генерить файл с новостями при их добавлениях или обновлениях. Таким образом, вы экономите на каждом обращении к БД. Интерактивность при этом не теряется, а производительность увеличивается во много раз. Особенно, повторяю, при высокой посещаемости ресурса. Старайтесь отделить интерактивные операции от фоновых. Например, на ПротоПлексе работает один интерактивный движок, но в фоне по заданиям трудятся с десяток различных роботов, которые генерируют часто вызываемые страницы, рассылают письма и т.д. Крупный сайт - это не только то, что вы видите, но и бек-енд (обратная сторона). В фоновом режиме можно быстро и эффективно готовить контент, освобождая основной движок от лишней работы.
В общем, основы должны быть всем понятны. Дробите все на мелочи, будь то запросы, таблицы или операции. Структура БД должна быть такой, чтобы не выполнялось ничего лишнего. Регулярно проводите OPTIMIZE на таблицах с переменной длиной, особенно, если в них идут удаления записей. Тестируйте свои запросы на скорость, упрощайте их.
Доступность оборудования и простота организации делают беспроводные локальные сети всё более популярными. Даже небольшие компании стараются идти в ногу со временем и избавляются от традиционных кабельных "локалок". Использование беспроводных сетей не ограничивается небольшими офисами и домашними системами - крупные же фирмы применяют Wi-Fi для подключения к корпоративным сетевым ресурсам в тех местах, где технически невозможна прокладка кабелей.
Однако решение об устройстве беспроводной сети далеко не всегда оправданно, тем более что во многих случаях безопасности таких сетей уделяется слишком мало внимания. По оценкам специалистов, почти 70 процентов удачных хакерских атак через беспроводные сети связаны с неправильной настройкой точек доступа и клиентского программного обеспечения, а также с установкой чересчур низкого уровня безопасности при слишком сильном сигнале, с лёгкостью "пробивающего" стены офиса.
По каким-то необъяснимым причинам организаторы беспроводных сетей нередко считают, что при их включении автоматически обеспечивается надлежащий уровень безопасности. Производители оборудования, в свою очередь, устанавливают низкие настройки безопасности "по умолчанию", либо вовсе отключают их, чтобы при развёртывании сети клиенты случайно не столкнулись с невозможностью доступа. При минимальных настройках безопасность оборудование лучше всего совместимо с самым широким спектром других устройств и практически с любым современным программным обеспечением. Поэтому после настройки и проверки сети на совместимость с существующей инфраструктурой системный администратор должен изменить настройки безопасности, для того чтобы предотвратить несанкционированное проникновение в корпоративную сеть.
В отличие от проводных сетей, беспроводные требуют повышенного внимания к безопасности, поскольку проникнуть в них гораздо проще, поскольку для этого не нужен физический доступ к каналу. Радиоволны можно принимать на любое совместимое устройство, а если данные не защищены, то их сможет перехватить любой желающий. Разумеется, не стоит отказываться от паролей прочих традиционных средств авторизации, однако их явно недостаточно для защиты от несанкционированного доступа. Рассмотрим вкратце несколько способов повышения защищённости беспроводных сетей.
Отключаем передачу SSID
Последовательность цифр и букв, называемая SSID (Service Set Identifier) - это уникальный идентификатор вашей беспроводной сети. Передача идентификатора сети является встроенным средством защиты, по умолчанию включённым в большей части продающегося сегодня оборудования, и оно позволяет с лёгкостью обнаружить имеющиеся точки доступа в процессе развёртывания сети. Передача SSID требуется именно для того, чтобы ваше оборудование смогло подключиться к сети.
Точки доступа, которые являются базовыми станциями для подключаемых к сети компьютеров, являются потенциальным слабым местом, через которое злоумышленник может проникнуть в сеть. На уровне точек доступа отсутствует система авторизации по умолчанию, что делает внутренние сети незащищёнными, поэтому системные администраторы должны реализовать существующую корпоративную систему в беспроводных базовых станциях.
Для обеспечения повышенной безопасности можно запретить трансляцию точками доступа идентификатора сети. При этом возможность подключения к сети остаётся только у тех, кто знает правильный SSID, то есть, у сотрудников вашей компании, а случайные пользователи, обнаружившие вашу сеть при помощи сканирования, просто не смогут получить к ней доступ. Отключение передачи SSID возможно в подавляющем большинстве устройств ведущих производителей, что позволяет фактически скрыть вашу сеть от чужих. Если ваша сеть не передаёт идентификаторов, и если вы не афишируете использование беспроводной технологии, то этим вы осложните задачу злоумышленников. Подробные инструкции по отключению SSID обычно приводятся в руководствах по эксплуатации беспроводных точек доступа или маршрутизаторов.
Включаем средства шифрования
Уже давно используемое при пересылке важной электронной корреспонденции шифрование данных нашло применение и в беспроводных сетях. Для защиты данных от чужих глаз, в аппаратуре для беспроводной связи реализованы различные криптографические алгоритмы. При покупке оборудования важно убедиться в том, что оно поддерживает не только низкоуровневое 40-разрядное шифрование, но и 128-битный шифр повышенной стойкости.
Чтобы включить криптографическую защиту можно задействовать системы WEP (Wired Equivalent Privacy - "эквивалент проводной безопасности") или WPA (Wi-Fi Protected Access - "защищённый доступ к Wi-Fi"). Первая система менее стойкая, поскольку в ней используются статические (постоянные) ключи. Защищённые по этому протоколу сети взламываются хакерами без особого труда - соответствующие утилиты нетрудно найти в интернете. Тем не менее, по оценкам специалистов, даже этот протокол не задействован в более половины работающих корпоративных беспроводных сетей. Одним из средств повышения действенности WEP является регулярная автоматическая смена ключей, но даже в этом случае сеть не получает стопроцентной защиты. Попытки проникнуть в такую сеть оставят лишь случайные люди, обнаружившие её, но злонамеренных специалистов WEP не остановит, поэтому для полноценной защиты корпоративных сетей данный протокол использоваться не может.
В недалёком прошлом у организаторов беспроводных сетей не было иного выбора, как использовать протокол WEP, поддержка которого сохраняется в современных устройствах как в целях обеспечения совместимости оборудования, так и для обеспечения хотя бы минимального уровня безопасности в случае невозможности использования более современных протоколов. Сегодня WEP реализуется в двух модификациях: с 64- и 128-разрядным шифрованием. Однако корректнее было бы говорить о ключах длиной 40 и 104 бит, поскольку 24 бит из каждого ключа содержат служебную информацию и никак не влияют на стойкость кода. Однако это не столь важно, поскольку главным недостатком WEP являются статические ключи, для подбора которых злоумышленникам необходимо лишь в течение определённого времени сканировать сеть, перехватывая передаваемую информацию.
Повторим, что более-менее приемлемый уровень безопасность можно лишь при помощи регулярной смены ключей и при использовании 128-битного шифрования. Частота смены ключей зависит от частоты и длительности соединений, при этом необходимо обеспечить отработанную защищённую процедуру передачи новых ключей тем сотрудникам, которые пользуются доступом в беспроводную сеть.
Более эффективное шифрование обеспечивает протокол WPA, в котором реализовано динамическое создание ключей, что исключает возможность перехвата или подбора ключа, а также система идентификации (логин-пароль) при подключении к сети на основе протокола EAC (Extensible Authentication Protocol - "расширяемый протокол аутентификации"). В протоколе WPA 128-разрядные ключи генерируются автоматически при передаче каждых десяти килобайт данных, причём число этих ключей достигает сотен миллиардов, что делает практически невозможным подбор при помощи сканирования даже при отработанной методике перехвата информации. Кроме того, в этом протоколе реализован алгоритм проверки целостности данных MIC (Message Integrity Check), предотвращающий возможность злонамеренного изменения передаваемых данных. А вот выбору паролей следует уделять особое внимание: по мнению экспертов, для обеспечения высокого уровня безопасности длина пароля должна составлять не менее 20 знаков, причём он не должен представлять собой набор слов или какую-то фразу, поскольку такие пароли легко вскрываются методом словарного подбора.
Проблема с WPA заключается в том, что официально он был внесён в спецификации IEEE 802.11 лишь в середине 2004 года, поэтому далеко не всё беспроводное оборудование, выпущенное более полутора лет назад, способно работать по этому стандарту. Более того, если в сети есть хотя бы одно устройство, не поддерживающее WPA, будет применяться простое шифрование WEP, даже если WPA включён в настройках всего прочего оборудования.
Тем не менее, оборудование постоянно совершенствуется и в современных устройствах поддерживается новая, ещё более защищённая версия WPA2, работающая с динамическими ключами длиной 128, 192 и 256 бит. К таким устройствам, относится, например, трёхдиапазонный контроллер Intel PRO/Wireless 2915ABG.
Регулируем силу сигнала и его направленность
Технология беспроводной связи сама по себе по своей природе меньше защищена от постороннего вмешательства, поэтому при организации таких сетей особенно важно максимально затруднить несанкционированное проникновение в них. Среди чисто технических способов самым эффективным является снижение мощности транслируемого сигнала, ведь радиоволны с лёгкостью преодолевают стены зданий, а в сельской равнинной местности могут преодолевать весьма большие расстояния. Злоумышленники могут поставить свой автомобиль рядом со зданием, в котором расположен ваш офис, и в комфортной обстановке неторопливо подбирать ключ к вашей сети. Поэтому важно отрегулировать мощность сигнала, чтобы он не проникал за границы вашей территории. Кроме того, точки доступа следует располагать вдалеке от окон, внешних стен зданий, общих коридоров, холлов и лестниц.
Беспроводные сети являются очень удобным средством связи быстрого развёртывания, позволяющим объёдинить в сеть компьютеры даже в тех местах, где по тем или иным причинам невозможна прокладка кабеля. Однако поскольку незащищённые беспроводные сети куда проще поддаются взлому, чем проводные, следует уделять повышенное внимание защите от постороннего проникновения. Разумеется, стопроцентной гарантии безопасности дать невозможно, но некоторые действенные способы затруднения несанкционированного доступа в беспроводные сети мы описали в данном материале. Более подробные инструкции по реализации этих методов на практике обычно приводятся в документации к сетевому оборудованию, поэтому мы не ставили перед собой цели описать конкретные действия, тем более что они различаются в зависимости от модели и производителя беспроводных точек доступа и маршрутизаторов. Надеемся, что этот материал привлечёт внимание к проблеме обеспечения защиты беспроводных сетей.
Перед работой через протокол POP3 сервер прослушивает порт 110. Когда клиент хочет использовать этот протокол, он должен создать TCP соединение с сервером. Когда соединение установлено, сервер отправляет приглашение. Затем клиент и POP3 сервер обмениваются информацией пока соединение не будет закрыто или прервано.
Команды POP3 состоят из ключевых слов, за некоторыми следует один или более аргументов. Все команды заканчиваются парой CRLF (в Visual Basic константа vbCrLf). Ключевые слова и аргументы состоят из печатаемых ASCII символов. Ключевое слово и аргументы разделены одиночным пробелом. Ключевое слово состоит от 3-х до 4-х символов, а аргумент может быть длиной до 40-ка символов.
Ответы в POP3 состоят из индикатора состояния и ключевого слова, за которым может следовать дополнительная информация. Ответ заканчивается парой CRLF. Существует только два индикатора состояния: "+OK" - положительный и "-ERR" - отрицательный.
Ответы на некоторые команды могут состоять из нескольких строк. В этих случаях каждая строка разделена парой CRLF, а конец ответа заканчивается ASCII символом 46 (".") и парой CRLF.
POP3 сессия состоит из нескольких режимов. Как только соединение с сервером было установлено и сервер отправил приглашение, то сессия переходит в режим AUTHORIZATION (Авторизация). В этом режиме клиент должен идентифицировать себя на сервере. После успешной идентификации сессия переходит в режим TRANSACTION (Передача). В этом режиме клиент запрашивает сервер выполнить определённые команды. Когда клиент отправляет команду QUIT, сессия переходит в режим UPDATE. В этом режиме POP3 сервер освобождает все занятые ресурсы и завершает работу. После этого TCP соединение закрывается.
У POP3 сервера может быть INACTIVITY AUTOLOGOUT таймер. Этот таймер должен быт, по крайней мере, с интервалом 10 минут. Это значит, что если клиент и сервер не взаимодействуют друг с другом, сервер автоматически прерывает соединение и при этом не переходит в режим UPDATE.
Авторизация в протоколе POP3
Как только будет установлено TCP соединение с POP3 сервером, он отправляет приглашение, заканчивающееся парой CRLF, например:
Теперь POP3 сессия находится в режиме AUTHORIZATION. Клиент должен идентифицировать себя на сервере, используя команды USER и PASS. Сначала надо отправить команду USER, после которой в качестве аргумента следует имя пользователя. Если сервер отвечает положительно, то теперь необходимо отправить команду PASS, за которой следует пароль. Если после отправки команды USER или PASS сервер отвечает негативно, то можно поробовать авторизироваться снова или выйти из сесси с помощью команды QUIT. После успешной авторизации сервер открывает и блокирует maildrop (почтовый ящик). В ответе на команду PASS сервер сообщает сколько сообщений находится в почтовом ящике и передаёт их общий размер. Теперь сессия находится в режиме TRANSACTION. Подведём итоги с командами:
Команда: USER [имя]
Аргументы: [имя] - строка, указывающая имя почтового ящика
Описание: Передаёт серверу имя пользователя.
Возможные ответы:
* +OK name is a valid mailbox
* -ERR never heard of mailbox name
Примеры:
C: USER MonstrVB
S: +OK MonstrVB is a real hoopy frood
...
C: USER MonstrVB
S: -ERR sorry, no mailbox for frated here
* +OK maildrop locked and ready
* -ERR invalid password
* -ERR unable to lock maildrop
Примеры:
C: USER MonstrVB
S: +OK MonstrVB is a real hoopy frood
C: PASS mymail
S: +OK MonstrVB's maildrop has 2 messages (320 octets)
...
C: USER MonstrVB
S: +OK MonstrVB is a real hoopy frood
C: PASS mymail
S: -ERR maildrop already locked
Команда: QUIT
Аргументы: нет
Описание: Сервер завершает POP3 сессию и переходит в режим UPDATE. Возможные ответы:
* +OK
Примеры:
C: QUIT
S: +OK dewey POP3 server signing off
Основные команды (Transaction) протоколе в POP3
После успешной идентификации пользователя на сервере POP3 сессия переходит в режим TRANSACTION, где пользователь может передавать ниже следующие команды. После каждой из таких команд следут ответ сервера. Вот доступные команды в этом режиме:
Команда: STAT
Аргументы: нет
Описание: В ответ на вызов команды сервер выдаёт положительный ответ "+OK", за которым следует количество сообщений в почтовом ящике и их общий размер в символах. Сообщения, которые помечены для удаления не учитываются в ответе сервера.
Возможные ответы:
* +OK n s
Примеры:
C: STAT
S: +OK 2 320
Команда: LIST [сообщение]
Аргументы: [сообщение] - номер сообщения (необязательный аргумент)
Описание: Если был передан аргумент, то сервер выдаёт информацию о указанном сообщении. Если аргумент не был передан, то сервер выдаёт информацию о всех сообщениях, находящихся в почтовом ящике. Сообщения, помеченные для удаления не перечисляются.
Возможные ответы:
* +OK scan listing follows
* -ERR no such message
Примеры:
C: LIST
S: +OK 2 messages (320 octets)
S: 1 120
S: 2 200
S: .
...
C: LIST 2
S: +OK 2 200
...
C: LIST 3
S: -ERR no such message, only 2 messages in maildrop
Команда:RETR [сообщение]
Аргументы: [сообщение] - номер сообщения
Описание: После положительного ответа сервер передаёт содержание сообщения.
Возможные ответы:
* +OK message follows
* -ERR no such message
Примеры:
C: RETR 1
S: +OK 120 octets
S:
S: .
Команда: DELE [ообщение]
Аргументы: [ообщение] - номер сообщения
Описание: POP3 сервер помечает указанное сообщение как удалённое, но не удалет его, пока сессия не перейдёт в редим UPDATE.
Возможные ответы:
* +OK message deleted
* -ERR no such message
Примеры:
C: DELE 1
S: +OK message 1 deleted
...
C: DELE 2
S: -ERR message 2 already deleted
Команда: NOOP
Аргументы: нет
Описание: POP3 сервер ничего не делает и вседа отвечает полжительно.
Возможные ответы:
* +OK
Примеры:
C: NOOP
S: +OK
Команда: RSET
Аргументы: нет
Описание: Если какие - то сообщения были помечены для удаления, то с них снимается эта метка.
Возможные ответы:
* +OK
Примеры:
C: RSET
S: +OK maildrop has 2 messages (320 octets)
Обновление
Когда клиент передаёт команду QUIT в режиме TRANSACTION, то сессия переходит в режим UPDATE. В этом режиме сервер удаляет все сообщения, помеченные для удаления. После этого TCP соединение закрывается.
Дополнительные POP3 команды
Следующие дополнительные команды дают вам большую свободу при работе с сообщениями: Команда: TOP [сообщение] [n] Аргументы: [сообщение] - номер сообщения [n] - положительное число (обязательный аргумент) Описание: Если ответ сервера положительный, то после него он передаёт заголовки сообщения и указанное кол - во строк из тела сообщения. Возможные ответы: +OK top of message follows -ERR no such message Примеры: C: TOP 1 10 S: +OK S: <здесь POP3 сервер передаёт заголовки первого сообщения и первые 10-ть строк из тела сообщения.> S: . ... C: TOP 100 3 S: -ERR no such message Команда: UIDL [сообщение] Аргументы: [сообщение] - номер сообщения (необязательный аргумент). Описание: Если был указан номер сообщения, то сервер выдаёт уникальный идентификатор для этого сообщения. Если аргумент не был передан, то идентификаторы перечисляются для всех сообщений, кроме помеченных для удаления.
Возможные ответы: +OK unique-id listing follows -ERR no such message
Примеры: C: UIDL S: +OK S: 1 whqtswO00WBw418f9t5JxYwZ S: 2 QhdPYR:00WBw1Ph7x7 S: . ... C: UIDL 2 S: +OK 2 QhdPYR:00WBw1Ph7x7 ... C: UIDL 3 S: -ERR no such message, only 2 messages in maildrop
Информация в локальных сетях, как правило, передается отдельными порциями, кусками, называемыми в различных источниках пакетами (packets), кадрами (frames) или блоками. Причем предельная длина этих пакетов строго ограничена (обычно величиной в несколько килобайт). Ограничена длина пакета и снизу (как правило, несколькими десятками байт). Выбор пакетной передачи связан с несколькими важными соображениями.
Назначение пакетов и их структура
Информация в локальных сетях, как правило, передается отдельными порциями, кусками, называемыми в различных источниках пакетами (packets), кадрами (frames) или блоками. Причем предельная длина этих пакетов строго ограничена (обычно величиной в несколько килобайт). Ограничена длина пакета и снизу (как правило, несколькими десятками байт). Выбор пакетной передачи связан с несколькими важными соображениями.
Локальная сеть, как уже отмечалось, должна обеспечивать качественную, прозрачную связь всем абонентам (компьютерам) сети. Важнейшим параметром является так называемое время доступа к сети (access time), которое определяется как временной интервал между моментом готовности абонента к передаче (когда ему есть, что передавать) и моментом начала этой передачи. Это время ожидания абонентом начала своей передачи. Естественно, оно не должно быть слишком большим, иначе величина реальной, интегральной скорости передачи информации между приложениями сильно уменьшится даже при высокоскоростной связи.
Ожидание начала передачи связано с тем, что в сети не может происходить несколько передач одновременно (во всяком случае, при топологиях шина и кольцо). Всегда есть только один передатчик и один приемник (реже – несколько приемников). В противном случае информация от разных передатчиков смешивается и искажается. В связи с этим абоненты передают свою информацию по очереди. И каждому абоненту, прежде чем начать передачу, надо дождаться своей очереди. Вот это время ожидания своей очереди и есть время доступа.
Если бы вся требуемая информация передавалась каким-то абонентом сразу, непрерывно, без разделения на пакеты, то это привело бы к монопольному захвату сети этим абонентом на довольно продолжительное время. Все остальные абоненты вынуждены были бы ждать окончания передачи всей информации, что в ряде случаев могло бы потребовать десятков секунд и даже минут (например, при копировании содержимого целого жесткого диска). С тем чтобы уравнять в правах всех абонентов, а также сделать примерно одинаковыми для всех них величину времени доступа к сети и интегральную скорость передачи информации, как раз и применяются пакеты (кадры) ограниченной длины. Важно также и то, что при передаче больших массивов информации вероятность ошибки из-за помех и сбоев довольно высока. Например, при характерной для локальных сетей величине вероятности одиночной ошибки в 10-8пакет длиной 10 Кбит будет искажен с вероятностью 10-4, а массив длиной 10 Мбит – уже с вероятностью 10-1. К тому же выявить ошибку в массиве из нескольких мегабайт намного сложнее, чем в пакете из нескольких килобайт. А при обнаружении ошибки придется повторить передачу всего большого массива. Но и при повторной передаче большого массива снова высока вероятность ошибки, и процесс этот при слишком большом массиве может повторяться до бесконечности.
С другой стороны, сравнительно большие пакеты имеют преимущества перед очень маленькими пакетами, например, перед побайтовой (8 бит) или пословной (16 бит или 32 бита) передачей информации.
Дело в том, что каждый пакет помимо собственно данных, которые требуется передать, должен содержать некоторое количество служебной информации. Прежде всего, это адресная информация, которая определяет, от кого и кому передается данный пакет (как на почтовом конверте – адреса получателя и отправителя). Если порция передаваемых данных будет очень маленькой (например, несколько байт), то доля служебной информации станет непозволительно высокой, что резко снизит интегральную скорость обмена информацией по сети.
Существует некоторая оптимальная длина пакета (или оптимальный диапазон длин пакетов), при которой средняя скорость обмена информацией по сети будет максимальна. Эта длина не является неизменной величиной, она зависит от уровня помех, метода управления обменом, количества абонентов сети, характера передаваемой информации, и от многих других факторов. Имеется диапазон длин, который близок к оптимуму.
Таким образом, процесс информационного обмена в сети представляет собой чередование пакетов, каждый из которых содержит информацию, передаваемую от абонента к абоненту.
Передача пакетов в сети между двумя абонентами
Рис. 4.1. Передача пакетов в сети между двумя абонентами
В частном случае (рис. 4.1) все эти пакеты могут передаваться одним абонентом (когда другие абоненты не хотят передавать). Но обычно в сети чередуются пакеты, посланные разными абонентами (рис. 4.2).
Передача пакетов в сети между несколькими абонентами
Рис. 4.2. Передача пакетов в сети между несколькими абонентами
Структура и размеры пакета в каждой сети жестко определены стандартом на данную сеть и связаны, прежде всего, с аппаратурными особенностями данной сети, выбранной топологией и типом среды передачи информации. Кроме того, эти параметры зависят от используемого протокола (порядка обмена информацией).
Но существуют некоторые общие принципы формирования структуры пакета, которые учитывают характерные особенности обмена информацией по любым локальным сетям.
Чаще всего пакет содержит в себе следующие основные поля или части (рис. 4.3):
Типичная структура пакета
Рис. 4.3. Типичная структура пакета
* Стартовая комбинация битов или преамбула, которая обеспечивает предварительную настройку аппаратуры адаптера или другого сетевого устройства на прием и обработку пакета. Это поле может полностью отсутствовать или же сводиться к единственному стартовому биту.
* Сетевой адрес (идентификатор) принимающего абонента, то есть индивидуальный или групповой номер, присвоенный каждому принимающему абоненту в сети. Этот адрес позволяет приемнику распознать пакет, адресованный ему лично, группе, в которую он входит, или всем абонентам сети одновременно (при широком вещании).
* Сетевой адрес (идентификатор) передающего абонента, то есть индивидуальный номер, присвоенный каждому передающему абоненту. Этот адрес информирует принимающего абонента, откуда пришел данный пакет. Включение в пакет адреса передатчика необходимо в том случае, когда одному приемнику могут попеременно приходить пакеты от разных передатчиков.
* Служебная информация, которая может указывать на тип пакета, его номер, размер, формат, маршрут его доставки, на то, что с ним надо делать приемнику и т.д.
* Данные (поле данных) – это та информация, ради передачи которой используется пакет. В отличие от всех остальных полей пакета поле данных имеет переменную длину, которая, собственно, и определяет полную длину пакета. Существуют специальные управляющие пакеты, которые не имеют поля данных. Их можно рассматривать как сетевые команды. Пакеты, включающие поле данных, называются информационными пакетами. Управляющие пакеты могут выполнять функцию начала и конца сеанса связи, подтверждения приема информационного пакета, запроса информационного пакета и т.д.
* Контрольная сумма пакета – это числовой код, формируемый передатчиком по определенным правилам и содержащий в свернутом виде информацию обо всем пакете. Приемник, повторяя вычисления, сделанные передатчиком, с принятым пакетом, сравнивает их результат с контрольной суммой и делает вывод о правильности или ошибочности передачи пакета. Если пакет ошибочен, то приемник запрашивает его повторную передачу. Обычно используется циклическая контрольная сумма (CRC). Подробнее об этом рассказано в главе 7.
* Стоповая комбинация служит для информирования аппаратуры принимающего абонента об окончании пакета, обеспечивает выход аппаратуры приемника из состояния приема. Это поле может отсутствовать, если используется самосинхронизирующийся код, позволяющий определять момент окончания передачи пакета.
Вложение кадра в пакет
Рис. 4.4. Вложение кадра в пакет
Нередко в структуре пакета выделяют всего три поля:
* Начальное управляющее поле пакета (или заголовок пакета), то есть поле, включающее в себя стартовую комбинацию, сетевые адреса приемника и передатчика, а также служебную информацию.
* Поле данных пакета.
* Конечное управляющее поле пакета (заключение, трейлер), куда входят контрольная сумма и стоповая комбинация, а также, возможно, служебная информация.
Как уже упоминалось, помимо термина "пакет" (packet) в литературе также нередко встречается термин "кадр" (frame). Иногда под этими терминами имеется в виду одно и то же. Но иногда подразумевается, что кадр и пакет различаются. Причем единства в объяснении этих различий не наблюдается.
В некоторых источниках утверждается, что кадр вложен в пакет. В этом случае все перечисленные поля пакета кроме преамбулы и стоповой комбинации относятся к кадру (рис. 4.4). Например, в описаниях сети Ethernet говорится, что в конце преамбулы передается признак начала кадра.
В других, напротив, поддерживается мнение о том, что пакет вложен в кадр. И тогда под пакетом подразумевается только информация, содержащаяся в кадре, который передается по сети и снабжен служебными полями.
Во избежание путаницы, в данной книге термин "пакет" будет использоваться как более понятный и универсальный.
В процессе сеанса обмена информацией по сети между передающим и принимающим абонентами происходит обмен информационными и управляющими пакетами по установленным правилам, называемым протоколом обмена. Это позволяет обеспечить надежную передачу информации при любой интенсивности обмена по сети.
Пример простейшего протокола показан на рис. 4.5.
Пример обмена пакетами при сеансе связи
Рис. 4.5. Пример обмена пакетами при сеансе связи
Сеанс обмена начинается с запроса передатчиком готовности приемника принять данные. Для этого используется управляющий пакет "Запрос". Если приемник не готов, он отказывается от сеанса специальным управляющим пакетом. В случае, когда приемник готов, он посылает в ответ управляющий пакет "Готовность". Затем начинается собственно передача данных. При этом на каждый полученный информационный пакет приемник отвечает управляющим пакетом "Подтверждение". В случае, когда пакет данных передан с ошибками, в ответ на него приемник запрашивает повторную передачу. Заканчивается сеанс управляющим пакетом "Конец", которым передатчик сообщает о разрыве связи. Существует множество стандартных протоколов, которые используют как передачу с подтверждением (с гарантированной доставкой пакета), так и передачу без подтверждения (без гарантии доставки пакета). Подробнее о протоколах обмена будет рассказано в следующей главе.
При реальном обмене по сети применяются многоуровневые протоколы, каждый из уровней которых предполагает свою структуру пакета (адресацию, управляющую информацию, формат данных и т.д.). Ведь протоколы высоких уровней имеют дело с такими понятиями, как файл-сервер или приложение, запрашивающее данные у другого приложения, и вполне могут не иметь представления ни о типе аппаратуры сети, ни о методе управления обменом. Все пакеты более высоких уровней последовательно вкладываются в передаваемый пакет, точнее, в поле данных передаваемого пакета (рис. 4.6). Этот процесс последовательной упаковки данных для передачи называется также инкапсуляцией пакетов.
Многоуровневая система вложения пакетов
Рис. 4.6. Многоуровневая система вложения пакетов
Каждый следующий вкладываемый пакет может содержать собственную служебную информацию, располагающуюся как до данных (заголовок), так и после них (трейлер), причем ее назначение может быть различным. Безусловно, доля вспомогательной информации в пакетах при этом возрастает с каждым следующим уровнем, что снижает эффективную скорость передачи данных. Для увеличения этой скорости предпочтительнее, чтобы протоколы обмена были проще, и уровней этих протоколов было меньше. Иначе никакая скорость передачи битов не поможет, и быстрая сеть может передавать файл дольше, чем медленная сеть, которая пользуется более простым протоколом.
Обратный процесс последовательной распаковки данных приемником называется декапсуляцией пакетов.
Информация в кабельных локальных сетях передается в закодированном виде, то есть каждому биту передаваемой информации соответствует свой набор уровней электрических сигналов в сетевом кабеле. Модуляция высокочастотных сигналов применяется в основном в бескабельных сетях, в радиоканалах. В кабельных сетях передача идет без модуляции или, как еще говорят, в основной полосе частот.
Правильный выбор кода позволяет повысить достоверность передачи информации, увеличить скорость передачи или снизить требования к выбору кабеля. Например, при разных кодах предельная скорость передачи по одному и тому же кабелю может отличаться в два раза. От выбранного кода напрямую зависит также сложность сетевой аппаратуры (узлы кодирования и декодирования кода). Код должен в идеале обеспечивать хорошую синхронизацию приема, низкий уровень ошибок, работу с любой длиной передаваемых информационных последовательностей.
Некоторые коды, используемые в локальных сетях, показаны на рис. 3.8. Далее будут рассмотрены их преимущества и недостатки.
Наиболее распространенные коды передачи информации
Рис. 3.8. Наиболее распространенные коды передачи информации
Код NRZ
Код NRZ (Non Return to Zero – без возврата к нулю) – это простейший код, представляющий собой обычный цифровой сигнал. Логическому нулю соответствует высокий уровень напряжения в кабеле, логической единице – низкий уровень напряжения (или наоборот, что не принципиально). Уровни могут быть разной полярности (положительной и отрицательной) или же одной полярности (положительной или отрицательной). В течение битового интервала (bit time, BT), то есть времени передачи одного бита никаких изменений уровня сигнала в кабеле не происходит.
К несомненным достоинствам кода NRZ относятся его довольно простая реализация (исходный сигнал не надо ни специально кодировать на передающем конце, ни декодировать на приемном конце), а также минимальная среди других кодов пропускная способность линии связи, требуемая при данной скорости передачи. Ведь наиболее частое изменение сигнала в сети будет при непрерывном чередовании единиц и нулей, то есть при последовательности 1010101010..., поэтому при скорости передачи, равной 10 Мбит/с (длительность одного бита равна 100 нс) частота изменения сигнала и соответственно требуемая пропускная способность линии составит 1 / 200нс = 5 МГц (рис. 3.9).
Скорость передачи и требуемая пропускная способность при коде NRZ
Рис. 3.9. Скорость передачи и требуемая пропускная способность при коде NRZ
Передача в коде NRZ с синхросигналом
Рис. 3.10. Передача в коде NRZ с синхросигналом
Самый большой недостаток кода NRZ – это возможность потери синхронизации приемником во время приема слишком длинных блоков (пакетов) информации. Приемник может привязывать момент начала приема только к первому (стартовому) биту пакета, а в течение приема пакета он вынужден пользоваться только внутренним тактовым генератором (внутренними часами). Например, если передается последовательность нулей или последовательность единиц, то приемник может определить, где проходят границы битовых интервалов, только по внутренним часам. И если часы приемника расходятся с часами передатчика, то временной сдвиг к концу приема пакета может превысить длительность одного или даже нескольких бит. В результате произойдет потеря переданных данных. Так, при длине пакета в 10000 бит допустимое расхождение часов составит не более 0,01% даже при идеальной передаче формы сигнала по кабелю.
Во избежание потери синхронизации, можно было бы ввести вторую линию связи для синхросигнала (рис. 3.10). Но при этом требуемое количество кабеля, число приемников и передатчиков увеличивается в два раза. При большой длине сети и значительном количестве абонентов это невыгодно.
В связи с этим код NRZ используется только для передачи короткими пакетами (обычно до 1 Кбита).
Большой недостаток кода NRZ состоит еще и в том, что он может обеспечить обмен сообщениями (последовательностями, пакетами) только фиксированной, заранее обговоренной длины. Дело в том, что по принимаемой информации приемник не может определить, идет ли еще передача или уже закончилась. Для синхронизации начала приема пакета используется стартовый служебный бит, чей уровень отличается от пассивного состояния линии связи (например, пассивное состояние линии при отсутствии передачи – 0, стартовый бит – 1). Заканчивается прием после отсчета приемником заданного количества бит последовательности (рис. 3.11).
Определение окончания последовательности при коде NRZ
Рис. 3.11. Определение окончания последовательности при коде NRZ
Наиболее известное применение кода NRZ – это стандарт RS232-C, последовательный порт персонального компьютера. Передача информации в нем ведется байтами (8 бит), сопровождаемыми стартовым и стоповым битами.
Три остальных кода (RZ, манчестерский код, бифазный код) принципиально отличаются от NRZ тем, что сигнал имеет дополнительные переходы (фронты) в пределах битового интервала. Это сделано для того, чтобы приемник мог подстраивать свои часы под принимаемый сигнал на каждом битовом интервале. Отслеживая фронты сигналов, приемник может точно синхронизовать прием каждого бита. В результате небольшие расхождения часов приемника и передатчика уже не имеют значения. Приемник может надежно принимать последовательности любой длины. Такие коды называются самосинхронизирующимися. Можно считать, что самосинхронизирующиеся коды несут в себе синхросигнал.
Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель – это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами электрического или медного кабеля. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент – это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением.
Рис. 2.4. Структура оптоволоконного кабеля
Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля (рис. 2.4). Только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром около 1 – 10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции – стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае речь идет о режиме так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется. Однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей).
Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации. Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказить световой сигнал, а сам сигнал не порождает внешних электромагнитных излучений. Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически невозможно, так как при этом нарушается целостность кабеля. Теоретически возможная полоса пропускания такого кабеля достигает величины 1012 Гц, то есть 1000 ГГц, что несравнимо выше, чем у электрических кабелей. Стоимость оптоволоконного кабеля постоянно снижается и сейчас примерно равна стоимости тонкого коаксиального кабеля.
Типичная величина затухания сигнала в оптоволоконных кабелях на частотах, используемых в локальных сетях, составляет от 5 до 20 дБ/км, что примерно соответствует показателям электрических кабелей на низких частотах. Но в случае оптоволоконного кабеля при росте частоты передаваемого сигнала затухание увеличивается очень незначительно, и на больших частотах (особенно свыше 200 МГц) его преимущества перед электрическим кабелем неоспоримы, у него просто нет конкурентов.
Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые недостатки.
Самый главный из них – высокая сложность монтажа (при установке разъемов необходима микронная точность, от точности скола стекловолокна и степени его полировки сильно зависит затухание в разъеме). Для установки разъемов применяют сварку или склеивание с помощью специального геля, имеющего такой же коэффициент преломления света, что и стекловолокно. В любом случае для этого нужна высокая квалификация персонала и специальные инструменты. Поэтому чаще всего оптоволоконный кабель продается в виде заранее нарезанных кусков разной длины, на обоих концах которых уже установлены разъемы нужного типа. Следует помнить, что некачественная установка разъема резко снижает допустимую длину кабеля, определяемую затуханием.
Также надо помнить, что использование оптоволоконного кабеля требует специальных оптических приемников и передатчиков, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно, что порой существенно увеличивает стоимость сети в целом.
Оптоволоконные кабели допускают разветвление сигналов (для этого производятся специальные пассивные разветвители (couplers) на 2—8 каналов), но, как правило, их используют для передачи данных только в одном направлении между одним передатчиком и одним приемником. Ведь любое разветвление неизбежно сильно ослабляет световой сигнал, и если разветвлений будет много, то свет может просто не дойти до конца сети. Кроме того, в разветвителе есть и внутренние потери, так что суммарная мощность сигнала на выходе меньше входной мощности.
Оптоволоконный кабель менее прочен и гибок, чем электрический. Типичная величина допустимого радиуса изгиба составляет около 10 – 20 см, при меньших радиусах изгиба центральное волокно может сломаться. Плохо переносит кабель и механическое растяжение, а также раздавливающие воздействия.
Чувствителен оптоволоконный кабель и к ионизирующим излучениям, из-за которых снижается прозрачность стекловолокна, то есть увеличивается затухание сигнала. Резкие перепады температуры также негативно сказываются на нем, стекловолокно может треснуть.
Применяют оптоволоконный кабель только в сетях с топологией звезда и кольцо. Никаких проблем согласования и заземления в данном случае не существует. Кабель обеспечивает идеальную гальваническую развязку компьютеров сети. В будущем этот тип кабеля, вероятно, вытеснит электрические кабели или, во всяком случае, сильно потеснит их. Запасы меди на планете истощаются, а сырья для производства стекла более чем достаточно.
Существуют два различных типа оптоволоконного кабеля:
* многомодовый или мультимодовый кабель, более дешевый, но менее качественный;
* одномодовый кабель, более дорогой, но имеет лучшие характеристики по сравнению с первым.
Суть различия между этими двумя типами сводится к разным режимам прохождения световых лучей в кабеле.
Распространение света в одномодовом кабеле
Рис. 2.5. Распространение света в одномодовом кабеле
В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего они достигают приемника одновременно, и форма сигнала почти не искажается (рис. 2.5). Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потери сигнала при этом очень незначительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. Для одномодового кабеля применяются лазерные приемопередатчики, использующие свет исключительно с требуемой длиной волны. Такие приемопередатчики пока еще сравнительно дороги и не долговечны. Однако в перспективе одномодовый кабель должен стать основным типом благодаря своим прекрасным характеристикам. К тому же лазеры имеют большее быстродействие, чем обычные светодиоды. Затухание сигнала в одномодовом кабеле составляет около 5 дБ/км и может быть даже снижено до 1 дБ/км.
Распространение света в многомодовом кабеле
Рис. 2.6. Распространение света в многомодовом кабеле
В многомодовом кабеле траектории световых лучей имеют заметный разброс, в результате чего форма сигнала на приемном конце кабеля искажается (рис. 2.6). Центральное волокно имеет диаметр 62,5 мкм, а диаметр внешней оболочки 125 мкм (это иногда обозначается как 62,5/125). Для передачи используется обычный (не лазерный) светодиод, что снижает стоимость и увеличивает срок службы приемопередатчиков по сравнению с одномодовым кабелем. Длина волны света в многомодовом кабеле равна 0,85 мкм, при этом наблюдается разброс длин волн около 30 – 50 нм. Допустимая длина кабеля составляет 2 – 5 км. Многомодовый кабель – это основной тип оптоволоконного кабеля в настоящее время, так как он дешевле и доступнее. Затухание в многомодовом кабеле больше, чем в одномодовом и составляет 5 – 20 дБ/км.
Типичная величина задержки для наиболее распространенных кабелей составляет около 4—5 нс/м, что близко к величине задержки в электрических кабелях.
Оптоволоконные кабели, как и электрические, выпускаются в исполнении plenum и non-plenum.
Проблемы соединения волоконных световодов приобрели особую актуальность при разработке технологии их промышленного применения. Выбор способа сращивания зависит от условий применения волоконной оптики.
Очевидно, что значительные преимущества при использовании волоконно-оптических технологий в телекоммуникационной отрасли, связанные с улучшением целого ряда технико-экономических показателей (возрастанием скорости передачи информации, увеличением длины регенерационного участка, уменьшением массогабаритных характеристик кабелей, экономией цветных металлов и др.), предопределят в будущем широкое внедрение волоконной оптики при построении линий связи различных уровней. Однако необходимо было разработать методики сращивания волоконных световодов, обеспечивающие высокие качественные и вместе с тем достаточно технологичные и доступные показатели, чтобы сделать возможным применение этих световодов не только в стационарных, но и в полевых условиях.
Строительная длина волоконно-оптического кабеля на практике устанавливается, исходя из ряда факторов. Прокладка больших длин кабеля неудобна вследствие необходимости сматывания с барабана и манипуляций с кабелем как во время прокладки в полевых условиях (при пересечении других подземных коммуникаций), так и в городских условиях (при прокладке в кабельную канализацию). Прокладывая кабель с помощью кабелеукладочной техники, также возникают неудобства, связанные с манипуляциями большими длинами, если для погрузочно-разгрузочных работ приходится использовать специализированную технику. Особенно остро стоит проблема манипуляции строительными длинами с большой удельной массой при прокладке глубоководных морских кабелей и кабелей для прибрежной зоны. Из-за необходимости инсталляции кабелей максимально возможной длины для их транспортировки по суше используются спаренные железнодорожные платформы, на которых кабели выкладываются в форме "8", а не на кабельные барабаны. Таким образом кабель транспортируется по суше до погрузки на судно.
Для соединения оптических волокон разработаны два способа соединений: разъемные и неразъемные. Неразъемные соединения оптических волокон осуществляются методом сварки, методом склеивания, а также с помощью механических соединителей. Для создания разъемных соединений оптических волокон используются оптические коннекторы.
Соединения оптических волокон с помощью сварки
Соединение оптических волокон с помощью сварки является сегодня наиболее распространенным методом получения неразъемных соединений. Благодаря в достаточной мере совершенной технологии этот метод позволяет получать качественные соединения с низкими показателями вносимых потерь (порядка 0,1-0,15 дБ), что обуславливает его применение на линиях связи, где этот показатель входит в приоритетные - магистральные, зоновые и другие - высокоскоростные ВОЛС.
Сваривание оптических волокон предусматривает оплавление концов волоконных световодов путем помещения их в поле мощного источника тепловой энергии, как, например, поле электрического разряда, пламя газовой горелки, зона мощного лазерного излучения.
Каждый из перечисленных методов имеет свои достоинства и недостатки. Достоинством метода сварки с помощью лазера можно считать возможность получения чистых соединений из-за отсутствия в них сторонних примесей, и, как следствие, достаточно малых вносимых потерь (0,1 дБ и менее). Как правило, в качестве источника лазерного излучения высокой мощности (до 5 Вт) используются газовые лазеры на СО2.
К достоинствам метода сварки с помощью газовой горелки следует также отнести возможность получения соединений оптических волокон, отличающихся высокой прочностью мест сростков. В качестве источника пламени используют смесь пропана с кислородом или соединение кислорода, хлора и водорода. Этот метод распространен по большей части для сварки многомодовых оптических волокон.
Основным достоинством сварки в поле электрического разряда является быстрота и технологичность. Этот метод в настоящее время приобрел наибольшую популярность для сварки одномодовых световодов.
Аппараты для сварки оптических волокон можно классифицировать следующим образом: по способу юстировки свариваемых концов оптических волокон (в зависимости от геометрических размеров сердцевин или от потерь мощности светового сигнала, распространяющегося через место сварки); по способу проведения операций (ручные или автоматические); по типу устройства контроля (микроскоп, монитор на жидких кристаллах); по количеству оптических волокон, которые могут быть сварены одновременно (одно- и многоволоконные).
При сварке оптических волокон в поле электрического разряда можно выделить такие технологические этапы:
* подготовка торцевых поверхностей соединяемых оптических волокон;
* надевание защитной термоусаживаемой гильзы на одно из соединяемых волокон;
* установка подготовленных концов оптических волокон в направляющие системы сварочного аппарата;
* юстировка свариваемых оптических волокон;
* предварительное оплавление торцов оптических волокон (fire cleaning) с целью ликвидации микронеровностей, возникающих в
* процессе скалывания;
* непосредственное сваривание оптических волокон;
* предварительная оценка качества сварки;
* защита места сварки с помощью термоусаживаемой гильзы;
* окончательная оценка качества сварки с помощью рефлектометра.
Существует два способа юстировки. Первый базируется на выравнивании сердцевин свариваемых оптических волокон по их геометрическим размерам (Profile Alignment System PAS) с помощью боковой подсветки концов свариваемых волокон.
Второй способ основан на выравнивании сердцевин оптических волокон по принципу минимизации потерь тестового светового сигнала, распространяющегося через место сварки.
Что касается активной юстировки, то известно три метода.
Первый заключается в использовании оптического излучателя и приемника на противоположных концах оптических волокон, подлежащих сварке. Информация от приемника передается персоналу, производящему сварку.
Второй метод сводится к использованию оптического передатчика на дальнем конце и детектора в точке соединения. Тестовый оптический сигнал выводится из соединяемого оптического волокна на небольшом (примерно 0,5 м) расстоянии от места сварки на изгибе и детектируется приемником, оборудованным измерителем оптической мощности.
Третий метод реализует LID (Local Injection and Detection) - процедуру юстировки, ограниченную исключительно местом соединения. В основу этого метода положено введение тестового оптического сигнала в сердцевину одного из соединяемых оптических волокон и поиск его в сердцевине второго соединяемого волокна путем изгиба.
Метод LID является наиболее эффективным, поскольку, в отличие от метода PAS, качество сварного соединения в большей мере зависит от сварочного аппарата, а не от индивидуального мастерства персонала. В современных сварочных аппаратах для управления процессами юстировки и сварки используются микропроцессоры, с помощью которых возможна оптимизация процесса сварки для получения минимальных (менее 0,1 дБ) потерь в местах соединений оптических волокон.
В процессе оплавления оптические волокна подаются одновременно для предотвращения укорачивания одного из них в месте сварки. Операции оплавления и сваривания, как правило, выполняются автоматически. В современных автоматических сварочных аппаратах для снятия механического напряжения в точке соединения оптических волокон предусмотрен режим прогревания места стыка по окончании процесса сварки. Такой режим называется "режимом релаксации".
Цикл плавления (длительность подачи и сила тока как для предварительного оплавления, так и для сварки и релаксации) для оптических волокон различных производителей и типов различны.
Некоторые сварочные аппараты, кроме рассмотренных выше способов контроля качества места сварки, используют еще и тест на растяжение во избежание нарушения соединения во время манипуляций при выкладке сростков в кассету, а также в дальнейшем, в процессе эксплуатации. Соединенное оптическое волокно прочно закреплено в направляющих платформах (которые используются при юстировке). Под контролем микропроцессора по завершении этапа сварки эти направляющие платформы расходятся в противоположные стороны, образуя строго нормированное продольное усилие на растяжение, приложенное к месту стыка. Считается, что стык, прошедший такое тестирование, более надежен и выполнен более качественно. При невозможности получения стыка, способного пройти этот тест, но удовлетворяющего по параметрам передачи, эту опцию можно отключить.
Особо следует отметить сварку ленточных элементов (ленточных волоконно-оптических кабелей, отличающихся большим количеством оптических волокон). Эту операцию можно проводить, только применяя полностью автоматический сварочный аппарат, с помощью которого можно соединить до 12 оптических волокон приблизительно за 3 минуты, причем средний уровень потерь составит около 0,1-0,15 дБ. Однако для сваривания ленточных элементов необходим опытный, хорошо подготовленный персонал.
Во время сварки оптические волокна размещаются с соответствующим смещением от оси электродов, что обеспечивает равномерное нагревание. До начала процесса сваривания и по его завершении проверяется смещение оптических волокон, состояние торцевых поверхностей, а также деформация.
При сваривании ленточных элементов необходимо, кроме основных процессов, рассмотренных ранее, провести еще три технологические операции: устранить расхождения торцов соединяемых оптических волокон, плавление всех волокон выполнить одновременно с одинаковой температурой, в процессе предварительной оценки измерить уровень вносимых потерь рефлектометром. Если оказалось, что результаты не отвечают требованиям, процесс сварки повторяют.
Как показывает практика, предварительная оценка качества сварных соединений оптических волокон, базирующаяся на методе РАС, может содержать погрешность в диапазоне 5-1000%, поэтому окончательный вывод о качестве сварного соединения стоит делать после измерений рефлектометром.
По мере совершенствования качества сварочного оборудования и технологии сварки возрастают возможности получения сварных соединений оптических волокон высокого качества. Потери на сварных соединениях зависят от нескольких факторов: опыта персонала, геометрических погрешностей свариваемых оптических волокон, а также от материалов, из которых изготовлены волокна. Особенно часто проблемы возникают при сварке оптических волокон различных производителей. Дело в том, что оптические волокна различных производителей изготавливаются с использованием принципиально отличающихся друг от друга технологических процессов. В результате материал оптических волокон - кварцевое стекло - не является идентичным в волокнах различного происхождения, несмотря на то, что параметры оптических волокон, указанные в спецификациях фирм-производителей, отличаются незначительно.
Факторами, определяющими свойства стекла, являются технология изготовления и качество материалов. Многочисленные исследования показали, что тысячные доли процента примесей в кварцевом стекле оказывают большее влияние, чем добавки в десятки процентов тех же компонентов к многокомпонентным стеклам.
Для сварки наибольшее влияние имеют следующие характеристики: плотность, коэффициент теплового расширения, показатель преломления, вязкость и механические характеристики. Эти параметры определяют оптические потери в местах сращивания и должны приниматься во внимание при использовании оптических волокон, произведенных по различным технологиям, в пределах одного элементарного кабельного участка ВОЛС. Особое внимание следует уделять идентификации оптических волокон в кабеле по типу, производителю и технологии изготовления.
Более совершенные аппараты для сварки оптических волокон содержат программы, оптимизирующие процесс сварки для оптических волокон различных типов и различных производителей, однако на практике нередки ситуации, когда, используя стандартные программы, невозможно получить качественную сварку. В этих случаях необходимо самостоятельно корректировать параметры процесса (время и ток, подаваемый на электроды) для достижения оптимальных результатов.
[pagebreak]
Наиболее часто сварка оптических волокон различных производителей производится при оконцовке оптических волокон пигтейлами, а также при ремонтно-восстановительных работах, если эксплуатационный запас кабеля израсходован, и приобретение полностью идентичного кабеля невозможно (к примеру, по причине снятия с производства оптического волокна такого типа, который использовался первоначально) или экономически нецелесообразно.
В общем виде величина потерь в местах сварных соединений может быть представлена как суммарная величина: Dобщ = Dор + Dдм + Dую + Dнм + Dрпп, где: Dобщ - суммарная величина потерь в сварке; Dор - потери из-за осевого рассогласования модовых полей равного диаметра; Dдм - потери из-за разницы диаметров модовых полей; Dую - потери от погрешности угловой юстировки осей оптических волокон; Dнм - потери, обусловленные не-круглостью модовых полей; Dрпп - потери из-за разницы показателей преломления.
Изучение параметров и характеристик различных одномодовых оптических волокон показывает, что разброс величины диаметра модового поля для l = 1310.1330 нм или l = 1500...1550 нм может составлять от 10,5 до 21,7% (9,2 0,5 мкм). Такое рассогласование приводит к появлению потерь от 0,05 дБ до 0,25 дБ (с положительным знаком, когда излучение проходит из волокна с большим диаметром в волокно с меньшим диаметром, и отрицательным - в противоположном направлении). Эти потери будут иметь место, даже если аппарат расположит соосно два волокна с разными диаметрами сердцевин, у которых эксцентриситет пренебрежительно мал. Обычно разброс величины модового поля оптического волокна не превышает 14%, таким образом, величина этой составляющей - не более 0,1 дБ.
Составляющая Dую практически не компенсируется современным сварочным оборудованием. Установлено, что углы между осями сердцевин 0,5°; 1°; 1,5°; 2° вызывают приращение потерь соответственно в 0,08; 0,34; 0,77 и 1,5 дБ. Таким образом, благодаря надлежащей подготовке торцов соединяемых оптических волокон при скалывании можно уменьшить потери - необходимо обеспечить наименьший (не более 0,5°) угол между плоскостями торцов оптических волокон. В этом случае величина потерь не превысит 0,08 дБ.
Составляющая Dнм учитывает влияние некруглости модового поля. По приблизительным оценкам она равна 0,05 дБ.
При соединении сваркой оптических волокон, имеющих неконцентричность модового поля, часто возникает нарушение юстировки сердцевин вследствие действия сил поверхностного натяжения. Это нарушение можно минимизировать следующими способами:
* сокращение времени плавления за счет неполного сваривания оптических волокон или же сокращение длины свободного конца оптического волокна в сварочном устройстве, чтобы концы оптических волокон в процессе сварки могли перемещаться на очень малое расстояние;
* использование компенсационных программ, таких как управление смещением сердцевины с помощью метода умышленного смещения осей.
Такой режим получил название RTC (Real Time Control). В этом режиме после юстировки сердцевин свариваемых оптических волокон и проведения процедуры предварительного оплавления происходит компенсация поперечного смещения сердцевин в сторону, противоположную производной расхождения.
Сварка оптических волокон осуществляется посредством чередования коротких импульсов тока высокой интенсивности с импульсами тока низкой интенсивности (релаксационными импульсами). При этом после сваривания в электрическом поле импульса высокой интенсивности в поле релаксационного импульса происходит перемещение оптических волокон под действием поверхностного натяжения. Количество чередующихся импульсов зависит от смещения сердцевин оптических волокон, которое постоянно контролируется сварочным аппаратом; как правило, количество импульсов не превышает 2-3.
Весьма существенное влияние на общую величину потерь, если свариваются оптические волокна с разными показателями преломления (N) сердцевины, может оказать составляющая Dрпп. Эта составляющая учитывает потери мощности оптического сигнала в результате несоблюдения условия полного внутреннего отражения на месте стыка двух оптических волокон, у которых показатели преломления сердцевин имеют различия. В этом случае часть оптического сигнала проникает через оболочку волокна и рассеивается. Ситуация усугубляется многократным отражением луча от границы "сердцевина/оболочка", каждое из которых (отражений) служит источником потери мощности. На практике нередки случаи, когда даже многократные повторные сварки не позволяют добиться малой величины потерь.
Наибольший вклад в суммарную величину потерь вносят потери от погрешности угловой юстировки осей оптических волокон и потери из-за разницы показателей преломления.
Международная электротехническая комиссия предлагает в качестве типичной характеристики сварного соединения оптических волокон, полученного в полевых условиях, величину вносимых потерь, равную 0,2 дБ (IEC 1073-1). При современном развитии технологии сварки оптических волокон этот показатель вполне достижим даже тем персоналом, который не обладает значительным опытом в этой области.
Соединение оптических волокон методом склеивания
Практически одновременно с методом сварки был разработан метод склеивания оптических волокон. Для получения клеевых соединений используют совмещение и фиксацию оптических волокон: в капилляре, в трубке с прямоугольным сечением, с помощью V-образной канавки и с помощью трех стержней в качестве направляющих. Оптические волокна соединяются поодиночке.
Технология получения таких соединений состоит из следующих этапов:
* подготовка оптических волокон к соединению (очистка, снятие буферных покрытий, скалывание);
* ввод оптического волокна в капилляр;
* наполнение иммерсионной жидкостью, гелем или клеем;
* регулирование соединения, юстировка оптических волокон;
* нанесение адгезивного вещества;
* цементирование адгезивного вещества с помощью ультрафиолетового излучения.
Клей, используемый для оптических волокон, должен иметь коэффициент преломления, близкий к коэффициенту преломления волокон. Он должен обеспечивать фиксированное положение соединенных оптических волокон, защищать место сращивания от воздействий окружающей среды, гарантировать прочность сростка при воздействии нагрузок в осевом направлении. К достоинствам этого метода следует отнести оперативность и отсутствие деформации сердцевин соединяемых оптических волокон. Это способствует тому, что в области стыка - малые потери, обеспечиваются хорошие механические свойства и т.п. Однако ограниченный срок службы и нестабильность во времени, а также весьма высокая чувствительность к повышению температуры и воздействию влажности являются факторами, сдерживающими распространение этого метода получения неразъемных соединений. В настоящее время он уступил свои позиции методу соединения оптических волокон с помощью механических соединителей.
Механические соединители оптических волокон
Механические соединители оптических волокон разрабатывались как более дешевый и быстрый способ сращивания оптических волокон. Применение аппарата для сварки оптических волокон сопряжено с необходимостью соблюдения ряда условий: для работы используется помещение, параметры которого (температурный диапазон, влажность, давление, вибрации и проч.) соответствуют требованиям производителей сварочного оборудования; также необходима организация питания от сети переменного тока с достаточно жестко регламентированными параметрами. При стоимости комплекта оборудования для сварки оптических волокон, составляющей десятки тысяч долларов США, амортизационные отчисления, а также техническое обслуживание и ремонт являются довольно дорогостоящими.
Достаточно высокие требования предъявляются также к персоналу, производящему работы по сварке оптических волокон. Часто этими же лицами производится наладка и обслуживание аппаратов для сварки оптических волокон (очистка направляющих поверхностей и зажимов, замена электродов и проч.), для чего требуются специалисты с высоким уровнем квалификации.
Всех этих сложностей можно избежать, применяя механические соединители оптических волокон. Конструкция оптических соединителей относительно проста. Основными узлами являются направляющие для двух оптических волокон и устройство фиксации волокон. Внутреннее пространство заполняется тиксотропным гелем для защиты открытых участков оптических волокон от воздействия влаги. Одновременно гель обладает иммерсионными свойствами - его показатель преломления близок к показателю преломления сердцевины волокна.
Процедура монтажа оптических соединителей является частью процедуры монтажа промежуточного или оконечного устройства - кабельной муфты, бокса или стойки. Размеры и форма оптических соединителей позволяют устанавливать их в кассету муфты или бокса аналогично сросткам оптических волокон, полученных путем сварки.
Процедура монтажа включает в себя следующие технологические операции:
* разделка кабелей;
* очистка оптических волокон от гидрофобного геля (при его наличии);
* снятие буферных покрытий соединяемых оптических волокон на участках длиной, рекомендуемой производителями оптических соединителей конкретного типа;
* скалывание оптических волокон;
* проверка качества скола волокон;
* введение соединяемых волокон в отверстия с направляющими;
* позиционирование волокон в соединителе для достижения оптимальных параметров соединения;
* фиксация оптических волокон в соединителе;
* тестовые измерения соединения.
Особое место среди оптических механических соединителей занимает RMS (Rotary Mechanical Splice) как наиболее сложный среди аналогов. Процесс его монтажа наиболее трудоемок, однако он позволяет достичь наименьших потерь при соединении одномодовых волокон. В отличие от остальных соединителей, где величина потерь главным образом зависит от качества скола торцевых поверхностей оптических волокон, этот соединитель позволяет юстировать волокна простым вращением вокруг своей оси стеклянных втулок, удерживающих подготовленные оптические волокна, и добиваться наилучших результатов.
Следует отметить, что применение механических соединителей является наиболее быстрым способом соединения оптических волокон. При этом вносимое затухание практически не отличается от затухания, создаваемого сварным соединением. Достаточно устойчивое функционирование механических соединителей в процессе эксплуатации позволяет уже сегодня рекомендовать их для широкого внедрения на телекоммуникационных сетях с невысокими требованиями к качеству соединений, а также в случаях, когда использование аппарата для сварки оптических волокон технологически затруднено или вообще невозможно. В дальнейшем статистика технической эксплуатации, а также совершенствование материалов компонентов механических соединителей, вероятно, определит их более широкое применение для строительства телекоммуникационных волоконно-оптических линий различных уровней.
Обращает на себя внимание тот факт, что механические соединители оптических волокон условно допускают однократное использование, однако на практике встречаются ситуации их многократного применения. Производители гарантируют качество соединения оптических волокон при повторном монтаже соединителя не более 2-3 раз, однако при повторном наполнении внутреннего пространства иммерсионным гелем (в тех конструкциях, где это предусмотрено) такие соединители использовались многократно без ущерба для качества стыков. Некоторыми производителями механических соединителей разработаны механизмы фиксации, предусматривающие использование специального ключа для открытия фиксатора.
Сегодня использование механических соединителей наиболее удобно при проведении аварийного ремонта волоконно-оптическихлиний для технологической операции организации временной вставки.
GPRS (General Packet Radio Service) - это новая перспективная технология, стандартизация которой началась в 1993 году в European Telecommunication Standards Institute (http://www.etsi.org/), позволяющая работать в сети Internet, используя обычный мобильный телефон. С помощью GPRS, пользователи могут работать со своей электронной почтой, с обычными Web-серверами (а не со специальными WAP-версиями) и т.д. Основное достоинство GPRS-сетей состоит в том, что пользователь оплачивает только объем передаваемой/получаемой информации, а не время нахождения в сети.
До разработки технологии GPRS (http://www.gsmworld.com/technology/gprs/index.shtml), абонент оплачивал все время соединения независимо от того, использовал он установленный канал передачи данных. Иными словами, ресурсы сети задействованы только во время непосредственной передачи данных от телефона. Во время пауз (например, просмотр полученной электронной почты) ресурсы сети предоставляются в распоряжение других абонентов. Кроме того, технология GPRS является промежуточным этапом при переходе от сетей 2 поколения (GSM) к 3-му (UMTS). В GPRS максимально возможная скорость передачи данных составляет 171,2 Кбит/с - это почти в 12 раз быстрее работы передачи данных в обычных сетях GSM (9,6 Кбит/с). Однако на данный момент скорости не так высоки - обычно 30-40 Кбит/с. В настоящее время три крупнейших сотовых сети России (МТС, БиЛайн, Мегафон) предлагают своим абонентам услуги GPRS. Потенциальное число абонентов технологии GPRS в России - 17,8 миллионов человек, именно такое количество абонентов сотовой связи насчитывалось в России к концу 2002 года. Реальное же число желающих воспользоваться преимуществами этой технологии пока не так велико. В частности, к началу декабря 2002 года в БиЛайне, пионере GPRS в России, насчитывалось всего 25000 абонентов.
Архитектура GPRS
Если не вдаваться в глубокие технические подробности, то технология работы GPRS выглядит следующим образом. Архитектура GPRS расширяет стандартные компоненты GSM новыми или обновленными элементами. В целом, таких элементов всего 4, из которых только 2 не были известны в технологии GSM.
Мобильная станция
MS (mobile station) - это мобильная станция, в качестве которой может выступать переносной или карманный компьютер, мобильный телефон или иное устройство, поддерживающее технологию GPRS. Функционально данный элемент состоит из 2-х компонентов, которые могут быть выполнены как в виде единого устройства (например, мобильный телефон Sony Ericsson T68i), так и в виде самостоятельных устройств:
терминальное оборудование (terminal equipment, TE), например, переносной компьютер;
мобильный терминал (mobile terminal, MT), например, модем.
В зависимости от типа оборудования и возможностей сети данная станция может работать в одном из 3-х режимов работы:
Класс A - позволяет мобильной станции в одно и то же время передавать как данные, так и голос, т.е. одновременно работать в GSM- и GPRS-сетях.
Класс B - позволяет мобильной станции передавать и данные и голос, но в разные моменты времени, т.е. не одновременно.
Класс C - позволяет мобильной станции работать только в режиме GPRS.
При подключении к сети GPRS, мобильная станция (а точнее элемент TE) получает IP-адрес, который не меняется до момента отключения мобильного терминала (MT); больше того, мобильная станция может даже и не "подозревать" о том, что она является мобильной. Мобильная станция устанавливает соединение с узлом обслуживания абонентов GPRS, описываемым далее.
Базовая станция
BSS (base station system) - это базовая станция, которая принимает радиосигнал от мобильной станции и, в зависимости от того, что передается (голос или данные), транслирует трафик:
на центр коммутации (mobile switching center, MSC), являющийся стандартным элементом сети GSM, или на узел SGSN, отвечающий за обработку входящих/исходящих данных GPRS.
Узел обслуживания абонентов GPRS
Обслуживающий узел (serving GPRS support node, SGSN) является основным компонентом GPRS-сети. Он транслирует IP-пакеты, посылаемые/получаемые мобильной станцией. По своей сути, это такой же центр коммутации, как и MSC в GSM, но в отличие от последнего, он коммутирует пакеты, а не каналы. Как правило, такой узел построен на базе ОС Unix и имеет свой IP-адрес. С точки зрения безопасности, на SGSN возложены функции:
Проверки разрешений абонентов на пользование запрашиваемых услуг (аутентификация). Механизм аутентификации GPRS совпадает с аналогичным механизмом в GSM.
Мониторинг активных абонентов.
Регистрация новых абонентов.
Шифрование данных. Алгоритм шифрования в технологии GPRS (GEA1, GEA2, GEA3) отличаются от алгоритмов шифрования в GSM (A5/1, A5/2, A5/3), но разработаны на их основе.
Узел маршрутизации GPRS
Узел маршрутизации (gateway GPRS support node, GGSN), также является важнейшим элементом технологии GPRS и отвечает за прием/передачу данных из внешних сетей, например, Internet или GPRS-сети другого оператора связи. С точки зрения внешней сети GGSN - это обычный маршрутизатор (как и SGSN, построенный на базе Unix), который принимает данные для всех подписчиков услуг GPRS. Помимо маршрутизации, GGSN отвечает за выдачу IP-адресов и тарификацию услуг.
Другие элементы GPRS-сети
Home Location Register (HLR) - это реестр собственных абонентов сети, которая хранит информацию о каждом человеке, оплатившем услуги оператора GPRS именно данной сети. В частности, HLR хранит информацию о дополнительных услугах, параметрах аутентификации, IP-адресе и т.д. Обмен данной информацией происходит между HLR и SGSN.
Visitor Location Register (VLR) - это реестр перемещений, которая хранит информацию о каждой мобильной станции, находящейся в данный момент в зоне действия SGSN. В VLR хранится та же информация об абоненте, что и в HLR, но только до тех пор, пока абонент не покинет географическую зону, обслуживаемую этим реестром перемещений.
Equipment Identity Register (EIR) - это реестр идентификационных данных оборудования, который содержит информацию, позволяющую блокировать вызовы от украденных, мошеннических или иных неавторизованных устройств.
Механизмы безопасности GPRS
Если посмотреть внимание на рис.1, то можно выделить следующие фрагменты GPRS-сети, на безопасность которых необходимо обратить соответствующее внимание:
безопасность мобильной станции
безопасность соединения между мобильной станцией и узлом обслуживания SGSN
безопасность данных в процессе их передачи по сети GPRS
безопасность данных в процессе их передачи между различными операторами GPRS-услуг
безопасность данных в процессе их передачи в сети открытого доступа, например, Internet.
Безопасность мобильной станции
Наибольший интерес вызывает безопасность мобильного телефона, который в терминах GPRS является мобильной станцией. Его безопасность складывается из двух составляющих:
SIM-карта
сам телефон
SIM-карта (Subscriber Identity Module) - это модуль идентификации абонента. В SIM-карте содержится информация о сервисах, предоставляемых абоненту, независимая от типа используемого мобильного оборудования. Эта карта может вставляться в любой другой GSM терминал, при этом абонент получает возможность использовать этот терминал для получения всех сервисов системы, на которые он подписан. С точки зрения безопасности SIM-карта отвечает за идентификацию абонента и аутентификацию мобильного телефона в GPRS-сети. Она содержит идентификатор IMSI, индивидуальный ключ аутентификации абонента длиной 128 бит Ki, алгоритм генерации ключей шифрования A8 и алгоритм аутентификации A3 и разумеется PIN-код для доступа к функциям карты. Алгоритм A5 наряду с IMEI включен в состав программного обеспечения телефона и обеспечивает его защиту. Каждый абонент в GPRS-сети имеет уникальный международный идентификатор мобильного абонента (IMSI, International Mobile Subscriber Identity), хранимый в SIM-карте. IMSI состоит из 3 элементов:
трехразрядный код страны (для России - 250)
двухразрядный код сети (для МТС - 01, для Билайн - 99, для СМАРТС - 07 и т.д.)
десятиразрядный код абонента (Mobile Subscriber Identity Number, MSIN).
[pagebreak]
Алгоритм A8 отвечает за генерацию ключей шифрования, который, используя случайное число, передаваемое на мобильный терминал в момент соединения с сетью, и ключ Ki генерит 64-битный ключ шифрования трафика. Так как индивидуальный ключ Ki имеется не только у абонента, но и хранится в реестрах HLR и VLR, то и абонент и оборудование сети создают одинаковый ключ шифрования, который и используется для защиты передаваемых данных.
Алгоритм A3, отвечающий за аутентификацию абонента, похож на алгоритм A8 и также использует случайное число, получаемое в момент подключения к сети и индивидуальный ключ абонента. Для доступа к функциям SIM-карты необходимо использовать специальный персональный код (другими словами, пароль) PIN (Personal Identification Number), после 3-х неправильных попыток ввода которого, SIM-карта блокируется.
Безопасность самого телефона, как уже было сказано выше, обеспечивается двумя механизмами:
алгоритмом шифрования A5, который обеспечивает защиту данных, циркулируемых между мобильной станцией и узлом SGSN.
Уникальным 14-тиразрядным международным идентификатором аппаратуры мобильной связи (International Mobile Equipment Identity, IMEI), который однозначно идентифицирует телефон. Узнать этот номер очень просто - достаточно набрать на телефоне комбинацию *#06#. Если высвеченное число не совпадает с тем, что указано на задней крышке телефона, то вероятнее всего вы пользуетесь взломанным аппаратом. Именно эти номера хранятся в реестре EIR. Данный реестр ведет три типа списков IMEI:
"белый" список, содержащий идентификаторы всех разрешенных аппаратов.
"серый" список, содержащий идентификаторы всех незапрещенных аппаратов, но используемых для различных целей, например, тестирования и т.п.
"черный" список, содержащий идентификаторы всех запрещенных аппаратов. Как заявил в одном из интервью вице-президент МТС (http://www.mts.ru/press/speech9.html) Михаил Сусов "Сейчас между операторами (в России - А.Л.) проводятся переговоры о создании единого "черного списка" краденых телефонов".
Надо понимать, что идентификаторы IMEI и IMSI - независимы между собой. Более того - они решают различные задачи: IMEI идентифицирует мобильный терминал, а IMSI - абонента.
Безопасность соединения мобильной станции с узлом SGSN
В процессе подключения мобильной станции, описываемом далее, между ней и узлом SGSN происходит выбор версии используемого в дальнейшем алгоритма шифрования GPRS-A5. В 3-м квартале 2002 года началось внедрение третьей версии этого алгоритма (A5/3), которая может использоваться не только в GSM-, но и в GPRS-, HSCSD- и EDGE-сетях. Данный алгоритм разработан на базе алгоритма "Казуми" (Kasumi), в свою очередь разработанного на базе алгоритма MISTY компании Мицубиси. Как утверждается в пресс-релизе Ассоциации GSM (http://www.gsmworld.com/news/press_2002/press_15.shtml), A5/3 обеспечивает на сегодняшний день практически 100-процентную защиту передаваемых данных. Однако не стоить безоглядно верить этому утверждению. Аналогичные заявления делались и для предыдущих версий алгоритма A5, история которого начинается с 1987 года, однако они были успешно взломаны.
В сетях GPRS используются алгоритмы семейства A5 - GEA1 и GEA2, а после разработки A5/3 - начинается внедрение созданного на его базе алгоритма GEA3.
Безопасность данных в процессе их передачи по сети GPRS
Все данные между узлами поддержки (SGSN и GGSN) передаются с помощью специального протокола GTP (GPRS Tunneling Protocol), который инкапсулирует в себя любые пользовательские протоколы, например, HTTP, Telnet, FTP и т.д. По умолчанию GTP-трафик не шифруется. Кроме того, опорная сеть строится на базе частных IP-адресов, описанных в RFC 1918 (http://www.ietf.org/rfc/rfc1918.txt), что обеспечивает невозможность прямого доступа к сетевому оборудованию из внешних сетей.
Безопасность в процессе взаимодействия с различными операторами GPRS-услуг
Безопасность возлагается на устройства, называемые пограничными шлюзами (border gateway, BG), которые очень похожи на обычные межсетевые экраны, защищающие корпоративные сети от посягательств злоумышленников. В частности, этот шлюз защищает оператора от атак, связанных с подменой адреса (IP Spoofing).
Настройка такого шлюза включает в себя создание правил, разрешающих входящий/исходящий пользовательский трафик, данные биллинговой системы, аутентификацию роуминговых абонентов и т.п. Дополнительно на пограничный шлюз может быть установлено программное обеспечение, организующее VPN между различными GPRS-операторами.
Помимо встроенных в пограничный шлюз защитных механизмов, существует возможность использования продуктов третьих фирм. Первым таким решением стал межсетевой экран Firewall-1 GX компании CheckPoint Software (http://www.checkpoint.com/products/solutions/firewall-1gx.html), который, будучи установлен на пограничном шлюзе или узле GGSN повышает защищенность сети GPRS-оператора от возможных несанкционированных действий.
Безопасность в процессе взаимодействия с Internet
Основные механизмы безопасности реализованы на узле GGSN, в состав которого входит межсетевой экран, который определяет тип входящего и исходящего GPRS-трафика. Задача межсетевого экрана, входящего в состав GGSN, защитить мобильную станцию от атак внешних (из Internet) хакеров. Защита от атак с других мобильных станций возлагается на узел SGSN. Для предотвращения доступа к сетевому оборудованию опорной сети от внешних злоумышленников используется трансляция адресов (network address translation). Все остальные механизмы защиты могут быть взяты из классической практики обеспечения информационной безопасности Internet-сетей и устройств, например, аутентификация при помощи серверов RADIUS или защита трафика с помощью IPSec.
Процедура подключения мобильной станции
Упрощенно процесс подключения абонента, желающего воспользоваться услугами GPRS, выглядит следующим образом: Мобильная станция посылает запрос (Attach Request) на получение доступа к сети, который содержит ряд параметров, в т.ч. и IMSI.
Узел SGSN, получив такой запрос, проверяет наличие аутентифицирующей данного абонента информации в своей базе. Если такая информация отсутствует, то SGSN посылает запрос в реестр HLR, который возвращает т.н. аутентификационный триплет, содержащий:
Случайное число, используемое в алгоритмах A3 и A8 для выработки ключа шифрования и аутентификации абонента.
32-хразрядный ключ аутентификации абонента, который вырабатывается на основе индивидуального ключа, хранящегося как на мобильной станции, так и в реестре HLR.
Ключ шифрования данных, получаемый также на базе индивидуального ключа абонента.
Полученное случайное число передается на мобильную станцию, которая на его основе вырабатывает ключ шифрования и ключ аутентификации. Т.к. индивидуальные ключи, хранящиеся в реестре HLR и на мобильной станции совпадают, то и ключи шифрования и аутентификации также должны совпадать, что и является фактом правомочности запроса данным абонентом оплаченных GPRS-услуг.
После идентификации абонента осуществляется идентификация оборудования, которое посылает на SGSN идентификатор IMEI. Узел SGSN в свою очередь проводит проверку данного оборудования по реестру EIR.
После аутентификации абонента и оборудования происходит процедура определения местоположения абонента (с использованием реестров HLR и VLR), после чего происходит завершение процедуры подключения мобильной станции к сети GPRS. В том случае, если мобильная станция не смогла пройти аутентификацию, то SGSN посылает на нее сообщение Attach Reject.
Заключение
В заключение хочу добавить, что, при создании технологии GPRS (как и при создании многих современных сетевых технологий) вопросам безопасности внимания уделялось недостаточно. Многие аспекты не описаны и отданы на откуп операторам, которые далеко не всегда уделяет безопасности первостепенное внимание, что приводит к печальным последствиям. Специалистами найдено уже немало недостатков технологии GPRS, но это уже тема другой статьи
Модель безопасности Windows XP Professional основана на понятиях аутентификации и авторизации. При аутентификации проверяются идентификационные данные пользователя, а при авторизации - наличие у него прав доступа к ресурсам компьютера или сети. В Windows XP Professional также имеются технологии шифрования, которые защищают конфиденциальные данные на диске и в сетях: например, EFS (Encrypting File System), технология открытого ключа.
Аутентификация
Регистрируясь на компьютере для получения доступа к ресурсам локального компьютера или сети, пользователь должен ввести свое имя и пароль. В Windows XP Professional возможна единая регистрация для доступа ко всем сетевым ресурсам. Таким образом, пользователь может войти в систему с клиентского компьютера по единому паролю или смарт-карте и получить доступ к другим компьютерам домена без повторного ввода идентификационных данных. Главный протокол безопасности в доменах Windows 2000 - Kerberos версии 5. Для аутентификации на серверах под управлением Windows NT 4.0 и доступа к ресурсам доменов Windows NT клиенты Windows XP Professional используют протокол NTLM. Компьютеры с Windows XP Professional, не принадлежащие к домену, также применяют для аутентификации протокол NTLM. Используя Windows XP Professional в сети с активным каталогом (Active Directory), можно управлять безопасностью регистрации с помощью параметров политики групп, например, ограничивать доступ к компьютерам и принудительно завершать сеансы работы пользователей спустя заданное время. Можно применять предварительно сконфигурированные шаблоны безопасности, соответствующие требованиям к безопасности данной рабочей станции или сети. Шаблоны представляют собой файлы с предварительно сконфигурированными параметрами безопасности, которые можно применять на локальном компьютере или импортировать в групповые политики активного каталога. Эти шаблоны используются в неизменном виде или настраиваются для определенных нужд.
Авторизация
Авторизация позволяет контролировать доступ пользователей к ресурсам. Применение списков управления доступом (access control list, ACL) и прав доступа NTFS гарантирует, что пользователь получит доступ только к нужным ему ресурсам, например, к файлам, дискам (в том числе сетевым), принтерам и приложениям. С помощью групп безопасности, прав пользователей и прав доступа можно одновременно управлять безопасностью как на уровне ресурсов, так и на уровне файлов, папок и прав отдельных пользователей.
Группы безопасности
Группы безопасности упрощают управление доступом к ресурсам. Можно приписывать пользователей к группам безопасности, а затем предоставлять этим группам права доступа. Можно добавлять пользователей к группам безопасности и удалять их оттуда в соответствии с потребностями этих пользователей. Оснастка MMC Computer Management позволяет создавать учетные записи пользователей и помещать их в локальные группы безопасности. Можно предоставлять пользователям права доступа к файлам и папкам и определять действия, которые пользователи могут выполнять над ними. Можно разрешить и наследование прав доступа. При этом права доступа, определенные для каталога, применяются ко всем его подкаталогам и находящимся в них файлам. Среди групп безопасности, локальных для домена и компьютера, имеется ряд предварительно сконфигурированных групп, в которые можно включать пользователей.
Администраторы (Administrators) обладают полным контролем над локальным компьютером и правами на совершение любых действий. При установке Windows XP Professional для этой группы создается и назначается встроенная учетная запись Администратор (Administrator). Когда компьютер присоединяется к домену, по умолчанию к группе Администраторы добавляется группа Администраторы домена (Domain Administrators).
Опытные пользователи (Power Users) обладают правами на чтение и запись файлов не только в личных папках, но и за их пределами. Они могут устанавливать приложения и выполнять многие административные действия. У членов этой группы такой же уровень прав доступа, что и у групп Пользователи (Users) и Опытные пользователи (Power Users) в Windows NT 4.0.
Пользователи (Users) в отношении большей части системы имеют только право на чтение. У них есть право на чтение и запись только файлов их личных папок. Пользователи не могут читать данные других пользователей (если они не находятся в общей папке), устанавливать приложения, требующие модификации системных каталогов или реестра, и выполнять административные действия. Права пользователей в Windows XP Professional более ограниченны по сравнению с Windows NT 4.0.
Гости (Guests) могут регистрироваться по встроенной учетной записи Guest и выполнять ограниченный набор действий, в том числе выключать компьютер. Пользователи, не имеющие учетной записи на этом компьютере, или пользователи, чьи учетные записи отключены (но не удалены), могут зарегистрироваться на компьютере по учетной записи Guest. Можно устанавливать права доступа для этой учетной записи, которая по умолчанию входит во встроенную группу Guests. По умолчанию учетная запись Guest отключена. Можно сконфигурировать списки управления доступом (ACL) для групп ресурсов или групп безопасности и по мере необходимости добавлять/удалять из них пользователей или ресурсы, что облегчает управление правами доступа и их аудит. Это также позволяет реже изменять ACL. Можно предоставить пользователям права на доступ к файлам и папкам и указать действия, которые можно выполнять с ними. Можно также разрешить наследование прав доступа; при этом права доступа к некоторой папке применяются и к ее подкаталогам и находящимся в них файлам. При работе с Windows XP Professional в составе рабочей группы или в изолированном режиме вам предоставляются права администратора, и у вас есть все права по отношению ко всем функциям безопасности ОС. Если компьютер под управлением Windows XP Professional включен в сеть, параметры безопасности определяет сетевой администратор.
Политика групп
Параметры политики групп позволяют назначать ресурсам права доступа, а также предоставлять права доступа пользователям. Это нужно для того, чтобы требовать запуска определенных приложений только в заданном контексте безопасности (тем самым снижая риск воздействия на компьютер нежелательных приложений, например, вирусов) и конфигурировать различные права доступа для множества клиентских компьютеров. Можно сконфигурировать права доступа на эталонном компьютере, который будет использован как базовый образ для установки на другие рабочие станции, гарантируя, таким образом, стандартизованное управление безопасностью даже в отсутствие Active Directory. Функции аудита позволяют обнаруживать попытки отключить или обойти защиту ресурсов. Можно задействовать предварительно сконфигурированные шаблоны безопасности, соответствующие требованиям безопасности для данной рабочей станции или сети. Шаблоны безопасности - это файлы с предварительно установленными параметрами безопасности, которые применяют к локальному компьютеру или импортируют в групповые политики активного каталога (Active Directory). Шаблоны безопасности используются в неизменном виде или настраиваются в соответствии с определенными задачами.
Шифрование
EFS (Encrypting File System) позволяет зашифровать данные на жестком диске. Риск кражи портативных компьютеров особенно велик, а с помощью EFS можно усилить безопасность путем шифрования данных на жестких дисках портативных компьютеров компании. Эта предосторожность защищает информацию и идентификационные данные от несанкционированного доступа.
2. Корпоративная безопасность
Windows XP Professional поддерживает ряд функций защиты избранных файлов, приложений и других ресурсов. В их числе списки управления доступом (ACL), группы безопасности и групповая политика, а также средства конфигурирования и управления этими функциями. В совокупности они обеспечивают мощную, но гибкую инфраструктуру управления доступом в корпоративных сетях. Windows XP поддерживает тысячи относящихся к безопасности параметров конфигурации, которые можно применять и по отдельности. В Windows XP также есть предопределенные шаблоны безопасности, обычно используемые без изменений или как основа для особой настройки конфигурации безопасности. Эти шаблоны безопасности применяются при: создании ресурса, такого как общая папка или файл; при этом вы вправе воспользоваться заданными по умолчанию ACL или настроить их в соответствии со своими потребностями; распределении пользователей по стандартным группам безопасности, таким как Users, Power Users и Administrators, и принятии заданных по умолчанию параметров ACL; использовании предоставляемых ОС шаблонов групповой политики - Basic (основной), Compatible (совместимый), Secure (безопасный) или Highly Secure (высокобезопасный). Каждая из особенностей системы безопасности Windows XP - списки ACL, группы безопасности и групповая политика - имеет параметры по умолчанию, которые разрешается изменять в соответствии с требованиями организации. Предприятия также вправе применять соответствующие средства для реализации и настройки управления доступом. Многие из этих средств, такие как оснастки Microsoft Management Console, представляют собой компоненты Windows XP Professional, другие поставляются в составе комплекта ресурсов Windows XP Professional Resource Kit.
3. Управляемый доступ к сети
Windows XP содержит встроенную подсистему безопасности для предотвращения вторжений. Ее работа базируется на ограничении прав любого, кто пытается получить доступ к компьютеру из сети до привилегий гостевой учетной записи. Взломщикам или вообще не удастся получить доступ к компьютеру и перебором паролей получить дополнительные привилегии, или они получат только ограниченный гостевой доступ.
Управление сетевой проверкой подлинности
Все большее число систем под управлением Windows XP Professional подключается к Интернету напрямую, а не через домены. Поэтому продуманная система управления доступом (в том числе устойчивыми паролями и разрешениями, сопоставленными учетными записями) важна как никогда ранее. Для обеспечения безопасности следует избегать анонимных параметров управления доступом, обычно связанных с открытыми средами, подобными Интернету. Вот почему в Windows XP Professional по умолчанию все пользователи, вошедшие по сети, работают под учетной записью Guest. Это исключает для злоумышленника возможность войти в систему через Интернет под локальной учетной записью Администратор (Administrator), у которой нет пароля.
4. Упрощенное совместное использование ресурсов
Модель совместного использования и безопасности для локальных учетных записей позволяет выбрать модель безопасности на основе применения исключительно гостевой учетной записи (Guest) либо классическую (Classic) модель безопасности. В гостевой модели при любых попытках войти в систему локального компьютера через сеть применяется только гостевая учетная запись. В классической модели пользователи при доступе через сеть входят в систему локального компьютера под своими учетными записями. На компьютерах в составе домена эта политика не применяется, а по умолчанию используется гостевая учетная запись. Если гостевая учетная запись существует и ей назначен пустой пароль, сетевые пользователи смогут войти в систему и получить доступ к любому ресурсу, разрешенному для доступа учетной записи Guest. При включенной политике "force network logons using local accounts to authenticate as Guest" локальные учетные записи должны аутентифицироваться как учетная запись Guest при доступе через сеть. Эта политика служит для ограничения разрешений локальной учетной записи, обращающейся к системным ресурсам на другом сетевом компьютере. Кроме того, на компьютерах, поддерживающих модель упрощенной защиты общих ресурсов, диалоговое окно Security Properties заменено упрощенным диалоговым окном Shared Documents Properties.
5. Ограничение на учетные записи с пустыми паролями
Для безопасности пользователей, не защитивших свою учетную запись паролем, в Windows XP Professional такие учетные записи разрешено применять только для входа в систему компьютера с его консоли. По умолчанию учетные записи с пустыми паролями запрещено применять для входа в систему удаленно по сети и вообще для любых других действий по входу в систему, кроме как с физической консоли компьютера. Например, нельзя задействовать службу вторичного входа в систему (RunAs - запуск от имени) для запуска программ под учетной записью с пустым паролем локального пользователя. Назначение пароля локальной учетной записи устраняет указанное ограничение на вход через сеть, а также предоставляет ей доступ по сети к любым ресурсам, на которые у нее есть права. Если ваш компьютер не расположен в физически защищенном помещении, рекомендуется назначать пароли всем локальным учетным записям пользователей. Несоблюдение этого требования ведет к тому, что любой пользователь, получивший физический доступ к компьютеру, может войти в систему под учетной записью без пароля. Это особенно важно для переносных компьютеров, на которых следует предусмотреть устойчивые пароли для всех локальных учетных записей пользователей. Указанное ограничение не относится к доменным учетным записям, а также к локальной гостевой учетной записи. Если учетная запись Guest с пустым паролем существует, под ней можно войти в систему и обратиться к любому ресурсу, разрешенному ей для доступа. Если требуется отключить ограничение на вход через сеть без пароля, надо соответствующим образом настроить локальную политику безопасности (Local Security Policy).
Шифрованная файловая система
Дополнительные функции шифрованной файловой системы (Encrypting File System, EFS) существенно обогатили Windows XP Professional, обеспечив дополнительную гибкость для корпоративных пользователей при развертывании решений безопасности, основанных на шифровании файлов с данными. Любой злоумышленник, имеющий физический доступ к компьютеру, может загрузить на нем другую ОС, обойти защиту основной ОС и получить доступ к конфиденциальным данным. Шифрование конфиденциальных файлов средствами EFS обеспечивает дополнительную защиту. Данные зашифрованного файла останутся недоступными, даже если атакующий получит полный доступ к среде хранения данных компьютера. Только полномочные пользователи и назначенные агенты восстановления данных в состоянии расшифровывать файлы. Пользователи с другими учетными записями, обладающие разрешениями для файла - даже разрешением на передачу прав владения (Take Ownership), не в состоянии открыть его. Администратору доступ к содержимому файла также закрыт, если только он не назначен агентом восстановления данных. При попытке несанкционированного доступа к зашифрованному файлу система откажет в доступе.
Архитектура EFS
EFS базируется на технологии шифровании с открытым ключом и использует архитектуру CryptoAPI. Стандартная (по умолчанию) конфигурация EFS не требует никакого административного вмешательства: вы вправе выполнять шифрование файлов сразу же после установки системы. EFS автоматически создает пару ключей шифрования и сертификат пользователя, если они не были созданы ранее. В качестве алгоритма шифрования EFS использует DESX (Expanded Data Encryption Standard) или 3DES (Triple-DES). Поставщики услуг криптографии поддерживают два алгоритма: RSA Base и RSA Enhanced - для создания сертификатов EFS и для шифрования симметричных ключей шифрования. Если зашифровать папку, все файлы и подпапки в ней шифруются автоматически. Рекомендуется шифрование именно на уровне папок, чтобы в процессе работы не появлялись незашифрованные временные файлы.
[pagebreak]
EFS и NTFS
Шифрованная файловая система (EFS) защищает конфиденциальные данные в файлах на томах NTFS. EFS - основная технология шифрования и расшифровки файлов на томах NTFS. Открывать файл и работать с ним может только пользователь, его зашифровавший. Это чрезвычайно важно для пользователей переносных компьютеров: даже если взломщик получит доступ к потерянному или украденному компьютеру, он не сможет открыть зашифрованные файлы. В Windows XP шифрованная файловая система также поддерживает автономные файлы и папки (Offline Files and Folders). Зашифрованный файл останется недоступным для просмотра в исходном виде, даже если атакующий обойдет системную защиту, например, загрузив другую ОС. EFS обеспечивает устойчивое шифрование по стандартным алгоритмам и тесно интегрирована с NTFS. EFS в Windows XP Professional предоставляет новые возможности совместного использования зашифрованных файлов или отключения агентов восстановления данных, а также облегчает управление посредством групповой политики и служебных программ командной строки.
Как работает EFS
EFS позволяет сохранить конфиденциальность информации на компьютере в условиях, когда люди, имеющие физический доступ к компьютеру, могут преднамеренно или неумышленно скомпрометировать ее. EFS чрезвычайно удобна для обеспечения конфиденциальности данных на мобильных компьютерах или на компьютерах, на которых работают несколько пользователей, т. е. таких системах, которые могут подвергаться атакам, предусматривающим обход ограничений списков ACL. В совместно используемой системе атакующий обычно получает несанкционированный доступ, загружая другую ОС. Злоумышленник также может захватить компьютер, вынуть жесткий диск, поместить его на другой компьютер и получить доступ к файлам. Однако если у него нет ключа расшифровки, зашифрованный средствами EFS файл будет выглядеть как бессмысленный набор символов. Поскольку EFS тесно интегрирована с NTFS, шифрование и расшифровка выполняются незаметно ("прозрачно") для пользователя. При открытии файла EFS автоматически расшифровывает его по мере чтения данных с диска, а при записи - шифрует данные при записи на диск. Работая с зашифрованным файлом, вы можете даже не догадываться, что он зашифрован (при условии, что у вас есть соответствующие права). В стандартной конфигурации EFS позволяет зашифровать файл прямо из Проводника Windows без какого-либо вмешательства администратора. С точки зрения пользователя шифрование файла или папки - это просто назначение ему определенного атрибута.
Конфигурирование EFS
По умолчанию система поддерживает работу EFS. Разрешается шифровать файлы, для которых имеется разрешение на изменение. Поскольку в EFS для шифрования файлов применяется открытый ключ, нужно создать пару ключей открытый/закрытый и сертификат с открытым ключом шифрования. В EFS разрешены сертификаты, подписанные самим владельцем, поэтому вмешательство администратора для нормальной работы не требуется. Если применение EFS не соответствует требованиям организации или если есть файлы, которые нельзя шифровать, существует много способов отключить EFS или нужным образом конфигурировать ее. Для работы с EFS всем пользователям требуются сертификаты EFS. Если в организации нет инфраструктуры открытого ключа (Public Key Infrastructure, PKI), применяются подписанные самим владельцем сертификаты, которые автоматически создаются ОС. При наличии центров сертификации сертификаты EFS обычно выпускают именно они. Если вы используете EFS, обязательно предусмотрите план восстановления данных при сбое системы.
Что разрешается шифровать
На томах NTFS атрибут шифрования разрешается назначать отдельным файлам и папкам с файлами (или подпапками). Хотя папку с атрибутом шифрования и называют "зашифрованной", сама по себе она не шифруется, и для установки атрибута пары ключей не требуется. При установленном атрибуте шифрования папки EFS автоматически шифрует: все новые файлы, создаваемые в папке; все незашифрованные файлы, скопированные или перемещенные в папку; все вложенные файлы и подпапки (по особому требованию); автономные файлы.
Шифрование базы данных автономных файлов
В Windows XP можно шифровать базу данных автономных файлов для локальной защиты кэшируемых документов от воровства компьютера, а также обеспечения дополнительной безопасности локально кэшируемых данных. В Windows 2000 этой функции не было - она предусматривает шифрование кэшируемых файлов. Например, вы вправе активно использовать автономные файлы, при этом конфиденциальность данных обеспечивается автоматически. Как администратор отдела технической поддержки вы можете задействовать эту возможность, чтобы обезопасить все локально кэшируемые документы. Автономные файлы - превосходная защита от потери конфиденциальных данных при захвате мобильного компьютера. Указанная функция поддерживает шифрование и расшифровку всей автономной базы данных. Для конфигурирования порядка шифрования автономных файлов нужны административные привилегии. Чтобы зашифровать автономные файлы, откройте папку Мой компьютер (My Computer) и в меню Сервис (Tools) выберите команду Свойства папки (Folder Options), в открывшемся окне свойств на вкладке Автономные файлы (Offline Files) установите флажок Шифровать автономные файлы для защиты данных (Encrypt Offline Files To Secure Data) .
Удаленные операции EFS на общих файлах и Web-папках
Можно шифровать и расшифровывать файлы, расположенные в Web-папках Web Distributed Authoring and Versioning (распределенная система хранения файлов с доступом через Web), или WebDAV. У Web-папок много преимуществ по сравнению с общими файлами, и Microsoft рекомендует максимально широко применять их для удаленного хранения шифрованных файлов. Web-папки требуют меньше внимания от администраторов и безопаснее, чем общие файлы. Web-папки также обеспечивают безопасное хранение и доставку шифрованных файлов через Интернет средствами стандартного протокола HTTP. Чтобы использовать общие файлы для удаленных операций EFS, требуется доменная среда Windows 2000 или более поздних версия Windows, так как при шифровании и расшифровке пользовательских файлов EFS работает от имени пользователя посредством протокола делегирования полномочий в Kerberos. Основное отличие удаленных операций EFS с общими файлами и файлами в Web-папках - то, в каком месте эти операции выполняются. Если файлы хранятся в общих файлах, все операции EFS выполняются на компьютере, где расположен файл. Так, если вы подключились к общему сетевому файлу и пытаетесь открыть ранее зашифрованный файл, он расшифровывается на компьютере, где хранится, а затем передается открытым текстом по сети на ваш компьютер. При хранении файла на Web-папках все операции EFS выполняются на локальном компьютере. Скажем, при подключении к Web-папке и попытке открыть зашифрованный файл последний пересылается по сети в зашифрованном виде на локальный компьютер и уже там расшифровывается системой EFS. Входящий и исходящий трафик Web-папок - это необработанные данные, которые, даже перехваченные атакующим, остаются зашифрованными и совершенно для него бесполезны. Такое различие в выполнении операций EFS объясняет, почему общие файлы требуют больших усилий со стороны администраторов, чем Web-папки. EFS с Web-папками устраняет необходимость в специализированном ПО для безопасного совместного использования зашифрованных файлов пользователями и организациями. Файл может храниться в свободном доступе на файловых серверах в интрасети или в Интернете и при этом оставаться надежно защищенным средствами EFS.
6. Службы сертификации
Службы сертификации - это компонент базовой ОС, позволяющий ей выполнять функции центра сертификации (certification authority, CA), или ЦС, в том числе выпускать цифровые сертификаты и управлять ими. Windows XP Professional поддерживает многоуровневые иерархии ЦС и сети ЦС с перекрестными доверительными отношениями, а также изолированные и интерактивные ЦС.
Хранилища сертификатов с открытыми ключами
Windows XP Professional хранит сертификаты с открытыми ключами в личном (Personal) хранилище сертификатов. Они хранятся открытым текстом, так как это общедоступная информация. Сертификаты имеют цифровую подпись ЦС для предотвращения изменения. Сертификаты пользователя расположены в папке Documents and Settings<имя_пользователя>ApplicationDataMicrosoft SystemCertificatesMyCertificates профиля пользователя. Эти сертификаты записываются в локальном реестре при каждом входе в систему компьютера. Для перемещаемых профилей сертификаты обычно хранятся в определенном месте (не на компьютере) и "следуют" за пользователем при его входе в систему любого компьютера в домене.
Хранение закрытых ключей
Поставщики услуг криптографии (cryptographic service provider, CSP) - как Base CSP, так и Enhanced CSP, хранят закрытые ключи в профиле пользователя в папке %SystemRoot%Documents and Settings<имя_пользователя> Application DataMicrosoftCryptoRSA. В перемещаемых профилях пользователей закрытый ключ располагается в папке RSA на контроллере домена и загружается на компьютер только на время его работы. Поскольку закрытые ключи надо защищать, все файлы в папке RSA автоматически шифруются случайным симметричным ключом - основным ключом пользователя (user's master key). Ключ длиной в 64 символа создается надежным генератором случайных чисел. На базе основного ключа создаются ключи 3DES, используемые для шифрования закрытых ключей. Основной ключ автоматически генерируется и периодически возобновляется. При хранении на диске основной ключ защищается по алгоритму Triple DES с применением ключа, созданного на основе вашего пароля. Основной ключ применяется для автоматического шифрования всех файлов в папке RSA по мере их создания.
Автоматический запрос сертификата пользователя
В Windows 2000 имелась функция автоматического запроса сертификата пользователя. Автоматический запрос сертификата компьютера и контроллера домена поддерживается и групповой политикой Microsoft Active Directory. Автоматический запрос сертификата компьютера чрезвычайно полезен для упрощения подключений по IPSec или L2TP/IPSec VPN к серверам с Windows XP со службой Routing и Remote Access и другим серверам. Эта функция снижает совокупную стоимость владения и упрощает управление жизненным циклом сертификатов для пользователей и администраторов. Автоматический запрос сертификата смарт-карты и ЦС с самоподписанными сертификатами обеспечивают дополнительную защиту пользователям предприятий, где требуется усиленная безопасность.
Запросы в ожидании и обновление сертификатов
Автоматический запрос сертификата пользователя в Windows XP Professional обеспечивает также запросы в ожидании и обновление сертификатов. После запроса сертификата вручную или автоматически на сервере сертификации Windows .NET Server CA ожидается разрешение администратора на выпуск сертификата или завершение процесса верификации. После одобрения и выпуска сертификата механизм автоматического запроса автоматически установит сертификат. В процессе обновления сертификатов пользователя с истекшим сроком действия также применяется механизм автоматического запроса. Сертификаты автоматически обновляются от имени пользователя, причем процедура определяется параметрами шаблонов сертификатов в Active Directory. По умолчанию сертификаты и ключи защищены. Для дополнительной защиты вы вправе применить дополнительные меры безопасности, в том числе выполнять экспорт закрытых ключей и хранить их в защищенном месте.
7. Управление реквизитами
Управление реквизитами в Windows XP состоит из трех компонентов: интерфейс пользователя для ввода реквизитов, хранилище имен и паролей пользователя и связка ключей (keyring).
Интерфейс пользователя для ввода реквизитов
Приложение отображает интерфейс пользователя для ввода реквизитов, если компонент аутентификации возвратил ошибку проверки подлинности. (Это касается только приложений, в которых такой интерфейс реализован.) Вам предлагается ввести имя пользователя и пароль в соответствующем диалоговом окна или выбрать сертификат X.509 из хранилища My Store. Приложение также может предусматривать флажок Remember my password (Запомнить пароль), при установке которого реквизиты запоминаются. Сохранение реквизитов поддерживают только интегрированные с Windows XP компоненты проверки подлинности (например, Kerberos, NTLM, SSL). Для базовой проверки подлинности отображается интерфейс пользователя для ввода реквизитов, но возможности сохранения реквизитов нет.
Хранилище реквизитов пользователя
Реквизиты перемещаемых профилей хранятся в защищенном хранилище Stored User Names and Passwords (Сохраненные имя и пароль пользователя). Порядок доступа к реквизитам определяют параметры локальной защиты (Local Security Settings). Реквизиты хранятся на основе целевой информации, возвращенной ресурсом. Когда установлен флажок Remember my password в интерфейсе запроса реквизитов, реквизиты сохраняются в наиболее общей форме. Скажем, после обращения к определенному серверу в домене реквизиты сохраняются в форме *.domain.com. При сохранении разных реквизитов для разных серверов в этом домене указанная запись не перезаписывается, а создаются более конкретные записи о целевой информации. При обращении к ресурсу с применением интегрированного компонента проверки подлинности последний выберет среди сохраненных реквизитов пользователей наиболее близко соответствующие целевой информации, возвращенной ресурсом. Найдя нужные реквизиты, компонент ничего не будет спрашивать у пользователя. В случае неудачи поиска реквизитов приложению, которое пыталось обращаться к ресурсу, возвращается ошибка аутентификации. Приложение, обращающееся к ресурсу, не обязательно должно реализовывать интерфейс пользователя для ввода реквизитов. Если оно взаимодействует с интегрированным компонентом проверки подлинности, последний и выполняет поиск реквизитов. В действительности сохраненные реквизиты сможет получить только компонент проверки подлинности. Для Windows XP Professional в составе домена используется классический интерфейс пользователя для ввода реквизитов, а в Windows XP Home Edition и Windows XP Professional в рабочей группе - новый дружественный интерфейс пользователя.
Связка ключей
Связка ключей (keyring) позволяет вручную управлять сохраненными реквизитами. Для работы с ней служит элемент User Accounts Панели управления. В связке ключей отображается список сохраненных реквизитов. При выделении реквизита в поле описания в нижней части окна отображается его краткое описание. Можно добавлять новые реквизиты, редактировать и удалять существующие. При добавлении реквизитов система представит диалоговое окно, похожее на интерфейс пользователя для ввода реквизитов, и попросит указать целевую информацию. В целевой информации разрешается использовать символы подстановки в виде звездочки (*). Редактирование реквизитов позволяет самостоятельно изменить целевую информацию или сами реквизиты. Здесь можно изменить имя пользователя и пароль на сервере. Не разрешается применять интерфейс пользователя для ввода реквизитов и редактирования реквизитов, созданных конкретным приложением. Например, не удастся отредактировать реквизиты паспорта. Но вы вправе удалять любые реквизиты. Возможность сохранять реквизиты обычно определяется в групповой политике. Чтобы разработчики могли использовать механизм сохранения реквизитов, API запроса реквизитов и другие базовые API описаны в соответствующем комплекте Platform Software Development Kit (SDK).
8. Быстрое переключение пользователей
Быстрое переключение пользователей в Windows XP Professional доступно, только когда компьютер работает в составе рабочей группы или изолированно. Если компьютер присоединен к домену, параметры входа в систему компьютера определяются политикой, заданной администратором. На компьютерах с Windows XP Professional, которые не работают в составе домена, разрешается переключаться между сессиями разных пользователей без выхода из системы и закрытия приложений. Названные возможности обеспечивает технология поддержки и хранения пользовательских сессий, аналогичная той, что применяется в терминальной службе Microsoft Windows 2000 Terminal Services. Смена пользователя выполняется буквально в мгновение ока "горячими клавишами" я+L или через меню выключения компьютера. В результате не будет закрыто ни одно приложение, а значит, не нужно ломать голову над тем, сохранять ли файлы другого пользователя - вся рабочая обстановка будет сохранена такой, какая она есть. Очередному пользователю Windows выведет окно приглашения, которое, кстати, легко настроить и оформить картинками по своему вкусу.
Разумеется, на сохранение каждого рабочего сеанса потребуется столько оперативной памяти, сколько нужно для хранения приложений, выполняемых в сеансах, плюс еще дополнительно 2 Мбайт на каждый сеанс. Поэтому для надежной поддержки нескольких пользователей рекомендуется компьютер с объемом ОЗУ не менее 128 Мбайт. Приложения, сохраняемые в фоновых сессиях, продолжают работать - скажем, почтовая программа другого пользователя будет продолжать принимать почту! Если система настроена на переход в "спящий" режим (hibernation mode) после приостановки работы, то все сеансы будут сохранены на жестком диске и восстановятся после включения компьютера. Быстрое переключение пользователей разрешено для версий Windows XP Home Edition или Windows XP Professional на изолированном компьютере или компьютере в составе рабочей группы. При присоединении компьютера под управлением Windows XP Professional к домену эта функция отключается.
[pagebreak]
9. Личная конфиденциальность
Возможности обеспечения личной конфиденциальности в Windows XP Professional такие же, как и в Windows XP Home Edition. Они различаются при работе в домене или в составе рабочей группы и в изолированном режиме. В домене применяется назначенная администратором политика.
10. Доступ к Интернету - Internet Connection Firewall
Межсетевой экран Internet Connection Firewall в Windows XP Professional обеспечивает защиту настольных и переносных компьютеров при подключении к Интернету - особенно в случае постоянных подключений, таких как кабельные модемы и DSL.
Групповая политика в ICF
Характерная функция ICF в Windows XP Professional - зависящая от места групповая политика. Это удобно для мобильных пользователей, желающих обеспечить безопасность при работе на переносных компьютерах в местах общественного подключения к Интернету: в гостиницах, аэропортах и т. п. Когда компьютер с Windows XP Professional работает в составе домена, администратор домена обычно создает групповую политику, запрещающую поддержку ICF в корпоративной сети. Это облегчает работу как пользователя, так и администратора. Когда пользователь вернется домой или подключится к Интернету в общественном месте, межсетевой экран ICF снова заработает, так как указанная политика в той сети не действует.
Как работает межсетевой экран
Такую технологию, как фильтры пакетов на основании полной информации о пакете, межсетевой экран ICF использует совместно с компонентом ICS. Хотя ICF обычно и применяется только в изолированном режиме работы компьютера, его иногда используют для защиты общего адаптера и обеспечения безопасности домашней сети. По умолчанию фильтры пакетов межсетевого экрана ICF блокируют все незапрошенные пакеты из открытого сетевого интерфейса. Для этого ICF обращается к таблице трафика в Network Address Translation (NAT) и проверяет весь входящий трафик на соответствие своим правилам. Входные потоки данных пропускаются только при наличии соответствующей записи в таблице трафика NAT, созданной межсетевым экраном или другими средствами из внутренней защищенной сети. Иначе говоря, если источник сетевого сообщения находится вне защищенной сети, входящие данные отбрасываются. Межсетевой экран ICF в Windows XP Professional дает уверенность, что хакеры не смогут просканировать вашу систему или подключиться к ее ресурсам. Однако здесь имеется определенный компромисс: межсетевой экран затрудняет конфигурирование системы для работы в качестве сервера в Интернете. Межсетевой экран ICF в Windows XP Professional доступен, только когда компьютер включен в рабочую группу или в изолированную конфигурацию. В домене параметры ICF определяются политиками, назначенными администратором.
Параметры групповой политики, относящиеся к безопасности
С Windows XP поставляются шаблоны защиты, представляющие собой заранее сконфигурированные наборы политик безопасности, которые разрешается применять для обеспечения определенного уровня защиты пользовательских компьютеров. Шаблоны предусматривают несколько уровней защиты: низкий (low), средний (medium) и высокий (high). Существуют также определенные политики управления паролями: определение минимальной длины пароля; настройка интервала между обязательной сменой пароля; управление доступом к ресурсам и данным.
9. Политика ограничения используемых приложений
Эта политика предоставляет администраторам механизм определения и управления ПО, работающим в домене. Она позволяет ограничить круг приложений только разрешенным к выполнению ПО и запрещает р
Вам надоело запоминать и вводить пароли для разных Web-узлов?
Настройте IE так, чтобы пароли автоматически запоминались (без досадного всплывающего окна с запросом, нужно ли сохранять каждый пароль).
В IE 5 или IE 6 нужно выбрать меню Tools - Internet Options и перейти к закладке Content. Затем следует щелкнуть на кнопке Auto Complete и сбросить флажок Prompt me to save passwords.
Отмечу, что сохраненные пароли хранятся на вашем компьютере в незашифрованном (открытом виде), поэтому легко могут быть доступны любому. Я уже не упоминаю о троянах, которые эти пароли воруют с вашего компьютера.
Поэтому для автозаполнения форм и сохранности паролей от чужих советую пользоваться программой AI Roboform. Она все пароли хранит в зашифрованном виде (доступны высоконадежные алгоритмы шифрования DES, 3DES, Blowfish, AES и RC6).
Доступ к ним имеет лишь тот, кто знает главный пароль к программе. Ну а задать последний подлиннее, с цифрами, верхним и нижним регистром, спецсимволами и эдак 30-40 символов длиной не составит особого труда.
Сетевой уровень в первую очередь должен предоставлять средства для решения следующих задач:
* доставки пакетов в сети с произвольной топологией,
* структуризации сети путем надежной локализации трафика,
* согласования различных протоколов канального уровня.
Локализация трафика и изоляция сетей
Трафик в сети складывается случайным образом, однако в нем отражены и некоторые закономерности. Как правило, некоторые пользователи, работающие над общей задачей, (например, сотрудники одного отдела) чаще всего обращаются с запросами либо друг к другу, либо к общему серверу, и только иногда они испытывают необходимость доступа к ресурсам компьютеров другого отдела.
Желательно, чтобы структура сети соответствовала структуре информационных потоков. В зависимости от сетевого трафика компьютеры в сети могут быть разделены на группы (сегменты сети). Компьютеры объединяются в группу, если большая часть порождаемых ими сообщений, адресована компьютерам этой же группы.
Для разделения сети на сегменты используются мосты и коммутаторы. Они экранируют локальный трафик внутри сегмента, не передавая за его пределы никаких кадров, кроме тех, которые адресованы компьютерам, находящимся в других сегментах. Тем самым, сеть распадается на отдельные подсети. Это позволяет более рационально выбирать пропускную способность имеющихся линий связи, учитывая интенсивность трафика внутри каждой группы, а также активность обмена данными между группами.
Однако локализация трафика средствами мостов и коммутаторов имеет существенные ограничения.
С одной стороны, логические сегменты сети, расположенные между мостами, недостаточно изолированы друг от друга, а именно, они не защищены от, так называемых, широковещательных штормов. Если какая-либо станция посылает широковещательное сообщение, то это сообщение передается всем станциям всех логических сегментов сети. Защита от широковещательных штормов в сетях, построенных на основе мостов, имеет количественный, а не качественный характер: администратор просто ограничивает количество широковещательных пакетов, которое разрешается генерировать некоторому узлу.
С другой стороны, использование механизма виртуальных сегментов, реализованного в коммутаторах локальных сетей, приводит к полной локализации трафика - такие сегменты полностью изолированы друг от друга, даже в отношении широковещательных кадров. Поэтому в сетях, построенных только на мостах и коммутаторах, компьютеры, принадлежащие разным виртуальным сегментам, не образуют единой сети.
Приведенные недостатки мостов и коммутаторов связаны с тем, что они работают по протоколам канального уровня, в которых в явном виде не определяется понятие части сети (или подсети, или сегмента), которое можно было бы использовать при структуризации большой сети. Вместо того, чтобы усовершенствовать канальный уровень, разработчики сетевых технологий решили поручить задачу построения составной сети новому уровню - сетевому.
Согласование протоколов канального уровня
Современные вычислительные сети часто строятся с использованием нескольких различных базовых технологий - Ethernet, Token Ring или FDDI. Такая неоднородность возникает либо при объединении уже существовавших ранее сетей, использующих в своих транспортных подсистемах различные протоколы канального уровня, либо при переходе к новым технологиям, таким, как Fast Ethernet или 100VG-AnyLAN.
Именно для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с различными принципами передачи информации между конечными узлами, и служит сетевой уровень. Когда две или более сетей организуют совместную транспортную службу, то такой режим взаимодействия обычно называют межсетевым взаимодействием (internetworking). Для обозначения составной сети в англоязычной литературе часто также используется термин интерсеть (internetwork или internet).
Создание сложной структурированной сети, интегрирующей различные базовые технологии, может осуществляться и средствами канального уровня: для этого могут быть использованы некоторые типы мостов и коммутаторов. Однако возможностью трансляции протоколов канального уровня обладают далеко не все типы мостов и коммутаторов, к тому же возможности эти ограничены. В частности, в объединяемых сетях должны совпадать максимальные размеры полей данных в кадрах, так как канальные протоколы, как правило, не поддерживают функции фрагментации пакетов.
Маршрутизация в сетях с произвольной топологией
Среди протоколов канального уровня некоторые обеспечивают доставку данных в сетях с произвольной топологией, но только между парой соседних узлов (например, протокол PPP), а некоторые - между любыми узлами (например, Ethernet), но при этом сеть должна иметь топологию определенного и весьма простого типа, например, древовидную.
При объединении в сеть нескольких сегментов с помощью мотов или коммутаторов продолжают действовать ограничения на ее топологию: в получившейся сети должны отсутствовать петли. Действительно, мост или его функциональный аналог - коммутатор - могут решать задачу доставки пакета адресату только тогда, когда между отправителем и получателем существует единственный путь. В то же время наличие избыточных связей, которые и образуют петли, часто необходимо для лучшей балансировки нагрузки, а также для повышения надежности сети за счет существования альтернативного маршрута в дополнение к основному.
Сетевой уровень позволяет передавать данные между любыми, произвольно связанными узлами сети.
Реализация протокола сетевого уровня подразумевает наличие в сети специального устройства - маршрутизатора. Маршрутизаторы объединяют отдельные сети в общую составную сеть. Внутренняя структура каждой сети не показана, так как она не имеет значения при рассмотрении сетевого протокола. К каждому маршрутизатору могут быть присоединены несколько сетей (по крайней мере две).
В сложных составных сетях почти всегда существует несколько альтернативных маршрутов для передачи пакетов между двумя конечными узлами. Задачу выбора маршрутов из нескольких возможных решают маршрутизаторы, а также конечные узлы.
Маршрут - это последовательность маршрутизаторов, которые должен пройти пакет от отправителя до пункта назначения.
Маршрутизатор выбирает маршрут на основании своего представления о текущей конфигурации сети и соответствующего критерия выбора маршрута. Обычно в качестве критерия выступает время прохождения маршрута, которое в локальных сетях совпадает с длиной маршрута, измеряемой в количестве пройденных узлов маршрутизации (в глобальных сетях принимается в расчет и время передачи пакета по каждой линии связи).
[pagebreak]
Сетевой уровень и модель OSI
В модели OSI, называемой также моделью взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection - OSI) и разработанной Международной Организацией по Стандартам (International Organization for Standardization - ISO), средства сетевого взаимодействия делятся на семь уровней, для которых определены стандартные названия и функции.
Сетевой уровень занимает в модели OSI промежуточное положение: к его услугам обращаются протоколы прикладного уровня, сеансового уровня и уровня представления. Для выполнения своих функций сетевой уровень вызывает функции канального уровня, который в свою очередь обращается к средствам физического уровня.
Рассмотрим коротко основные функции уровней модели OSI.
Физический уровень выполняет передачу битов по физическим каналам, таким, как коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель. На этом уровне определяются характеристики физических сред передачи данных и параметров электрических сигналов.
Канальный уровень обеспечивает передачу кадра данных между любыми узлами в сетях с типовой топологией либо между двумя соседними узлами в сетях с произвольной топологией. В протоколах канального уровня заложена определенная структура связей между компьютерами и способы их адресации. Адреса, используемые на канальном уровне в локальных сетях, часто называют МАС-адресами.
Сетевой уровень обеспечивает доставку данных между любыми двумя узлами в сети с произвольной топологией, при этом он не берет на себя никаких обязательств по надежности передачи данных.
Транспортный уровень обеспечивает передачу данных между любыми узлами сети с требуемым уровнем надежности. Для этого на транспортном уровне имеются средства установления соединения, нумерации, буферизации и упорядочивания пакетов.
Сеансовый уровень предоставляет средства управления диалогом, позволяющие фиксировать, какая из взаимодействующих сторон является активной в настоящий момент, а также предоставляет средства синхронизации в рамках процедуры обмена сообщениями.
Уровень представления. В отличии от нижележащих уровней, которые имеют дело с надежной и эффективной передачей битов от отправителя к получателю, уровень представления имеет дело с внешним представлением данных. На этом уровне могут выполняться различные виды преобразования данных, такие как компрессия и декомпрессия, шифровка и дешифровка данных.
Прикладной уровень - это в сущности набор разнообразных сетевых сервисов, предоставляемых конечным пользователям и приложениям. Примерами таких сервисов являются, например, электронная почта, передача файлов, подключение удаленных терминалов к компьютеру по сети.
При построении транспортной подсистемы наибольший интерес представляют функции физического, канального и сетевого уровней, тесно связанные с используемым в данной сети оборудованием: сетевыми адаптерами, концентраторами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами. Функции прикладного и сеансового уровней, а также уровня представления реализуются операционными системами и системными приложениями конечных узлов. Транспортный уровень выступает посредником между этими двумя группами протоколов.
Функции сетевого уровня
Протоколы канального уровня не позволяют строить сети с развитой структурой, например, сети, объединяющие несколько сетей предприятия в единую сеть, или высоконадежные сети, в которых существуют избыточные связи между узлами. Для того, чтобы, с одной стороны, сохранить простоту процедур передачи пакетов для типовых топологий, а с другой стороны, допустить использование произвольных топологий, вводится дополнительный сетевой уровень.
Прежде, чем приступить к рассмотрению функций сетевого уровня , уточним, что понимается под термином "сеть". В протоколах сетевого уровня термин "сеть" означает совокупность компьютеров, соединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для передачи пакетов общую базовую сетевую технологию. Внутри сети сегменты не разделяются маршрутизаторами, иначе это была бы не одна сеть, а несколько сетей. Маршрутизатор соединят несколько сетей в интерсеть.
Основная идея введения сетевого уровня состоит в том, чтобы оставить технологии, используемые в объединяемых сетях в неизменном в виде, но добавить в кадры канального уровня дополнительную информацию - заголовок сетевого уровня, на основании которой можно было бы находить адресата в сети с любой базовой технологией. Заголовок пакета сетевого уровня имеет унифицированный формат, не зависящий от форматов кадров канального уровня тех сетей, которые могут входить в объединенную сеть.
Заголовок сетевого уровня должен содержать адрес назначения и другую информацию, необходимую для успешного перехода пакета из сети одного типа в сеть другого типа. К такой информации может относиться, например:
* номер фрагмента пакета, нужный для успешного проведения операций сборки-разборки фрагментов при соединении сетей с разными максимальными размерами кадров канального уровня,
* время жизни пакета, указывающее, как долго он путешествует по интерсети, это время может использоваться для уничтожения "заблудившихся" пакетов,
* информация о наличии и о состоянии связей между сетями, помогающая узлам сети и маршрутизаторам рационально выбирать межсетевые маршруты,
* информация о загруженности сетей, также помогающая согласовать темп посылки пакетов в сеть конечными узлами с реальными возможностями линий связи на пути следования пакетов,
* качество сервиса - критерий выбора маршрута при межсетевых передачах - например, узел-отправитель может потребовать передать пакет с максимальной надежностью, возможно в ущерб времени доставки.
В качестве адресов отправителя и получателя в составной сети используется не МАС-адрес, а пара чисел - номер сети и номер компьютера в данной сети. В канальных протоколах поле "номер сети" обычно отсутствует - предполагается, что все узлы принадлежат одной сети. Явная нумерация сетей позволяет протоколам сетевого уровня составлять точную карту межсетевых связей и выбирать рациональные маршруты при любой их топологии, используя альтернативные маршруты, если они имеются, что не умеют делать мосты.
Таким образом, внутри сети доставка сообщений регулируется канальным уровнем. А вот доставкой пакетов между сетями занимается сетевой уровень.
Существует два подхода к назначению номера узла в заголовке сетевого пакета. Первый основан на использовании для каждого узла нового адреса, отличного от того, который использовался на канальном уровне. Преимуществом такого подхода является его универсальность и гибкость - каков бы ни был формат адреса на канальном уровне, формат адреса узла на сетевом уровне выбирается единым. Однако, здесь имеются и некоторые неудобства, связанные с необходимостью заново нумеровать узлы, причем чаще всего вручную.
Второй подход состоит в использовании на сетевом уровне того же адреса узла, что был дан ему на канальном уровне. Это избавляет администратора от дополнительной работы по присвоению новых адресов, снимает необходимость в установлении соответствия между сетевым и канальным адресом одного и того же узла, но может породить сложную задачу интерпретации адреса узла при соединении сетей с разными форматами адресов.
Протоколы передачи данных и протоколы обмена маршрутной информацией
Для того, чтобы иметь информацию о текущей конфигурации сети, маршрутизаторы обмениваются маршрутной информацией между собой по специальному протоколу. Протоколы этого типа называются протоколами обмена маршрутной информацией (или протоколами маршрутизации). Протоколы обмена маршрутной информацией следует отличать от, собственно, протоколов сетевого уровня. В то время как первые несут чисто служебную информацию, вторые предназначены для передачи пользовательских данных, также, как это делают протоколы канального уровня.
Для того, чтобы доставить удаленному маршрутизатору пакет протокола обмена маршрутной информацией, используется протокол сетевого уровня, так как только он может передать информацию между маршрутизаторами, находящимися в разных сетях. Пакет протокола обмена маршрутной информацией помещается в поле данных пакета сетевого уровня, поэтому с точки зрения вложенности пакетов протоколы маршрутизации следует отнести к более высокому уровню, чем сетевой. Но функционально они решают общую задачу с пакетами сетевого уровня - доставляют кадры адресату через разнородную составную сеть.
С помощью протоколов обмена маршрутной информацией маршрутизаторы составляют карту межсетевых связей той или иной степени подробности и принимают решение о том, какому следующему маршрутизатору нужно передать пакет для образования рационального пути.
На сетевом уровне работают протоколы еще одного типа, которые отвечают за отображение адреса узла, используемого на сетевом уровне, в локальный адрес сети. Такие протоколы часто называют протоколами разрешения адресов - Address Resolution Protocol, ARP. Иногда их относят не к сетевому уровню, а к канальному, хотя тонкости классификации не изменяют их сути.
Поиск
