Два компьютера хотят общаться, но один отправляет данные одним способом, а другой ожидает их совершенно иначе. Результат — бессмыслица, как если бы два человека говорили…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)
14.1
Why protocols are needed · Почему нужны протоколы
Syllabus · Программа
English
Candidates should be able to:
Notes and guidance
Show understanding of why a protocol is essential for communication between computers
Show understanding of how protocol implementation can be viewed as a stack, where each layer has its own functionality
Show understanding of the TCP/IPprotocol suite
Four Layers (Application, Transport, Internet, Link) Purpose and function of each layer Application when a message is sent from one host to another on the internet
Show understanding of protocols (HTTP, FTP, POP3, IMAP, SMTP, BitTorrent) and their purposes
Демонстрировать понимание того, почему протокол необходим для связи между компьютерами
Показать понимание того, что реализация протокола может рассматриваться как стек, где каждый слой выполняет свою собственную функцию
Показать понимание набора протоколов TCP/IP
Четыре слоя (Прикладной, Транспортный, Межсетевой, Канальный) Назначение и функции каждого слоя Прикладной уровень при отправке сообщения с одного хоста на другой в интернете
Показать понимание протоколов (HTTP, FTP, POP3, IMAP, SMTP, BitTorrent) и их назначения
Протокол BitTorrent обеспечивает файлообмен по схеме «пиринг-к-пирингу»
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
A protocol 协议 is a set of rules for how devices communicate. Both ends must follow the same rules, or one side's signals are meaningless to the other. Protocols define the format of the data (where addresses and payload sit), the order of messages (who speaks first, when to acknowledge), the meaning of each message, the timing (timeouts, retransmits), and what to do on error. Without an agreed protocol, communication fails — like two people speaking different languages with no translator.
"Explain why protocols are essential for communication between computers" (three marks). (1) A protocol is a set of rules agreed by both the sender and the receiver; (2) without it the two computers would interpret the data differently (format, order, meaning of each part), so the message could not be understood; (3) it allows computers of different types and manufacturers to communicate, because everyone implements the same standard. Mention what the rules cover: the format of the data, the order of messages, error detection and recovery, and speed or timing.
Русский
Протокол — это набор правил, определяющих, как устройства обмениваются данными. Обе стороны должны соблюдать одинаковые правила; иначе сигналы одной стороны будут бессмысленны для другой. Протоколы определяют формат данных (расположение адресов и полезной нагрузки), порядок сообщений (кто начинает говорить первым, когда отправлять подтверждение), содержание каждого сообщения, тайминг (таймауты, повторная отправка) и действия при ошибках. Без согласованного протокола связь невозможна — подобно двум людям, говорящим на разных языках без переводчика.
"Объясните, почему протоколы необходимы для связи между компьютерами" (три балла). (1) Протокол — это набор правил, agreed双方 agreed by both the sender and the receiver; (2) без него два компьютера будут интерпретировать данные по-разному (формат, порядок, содержание каждой части), поэтому сообщение не будет понято; (3) он позволяет компьютерам различных типов и производителей обмениваться данными, поскольку все реализуют один и тот же стандарт. Упомяните, что охватывают правила: формат данных, порядок сообщений, обнаружение и восстановление ошибок, а также скорость или тайминг.
Протокол — это общие правила: формат, порядок, тайминг и обработка ошибок
Networking is complex, so it is split into layers 层, each with one focused job, talking only to the layer above and below. Benefits: modularity 模块化 (replace one layer — say Ethernet with Wi-Fi — without touching the others), standardisation (vendors interoperate), and abstraction 抽象 (you ignore details handled elsewhere). The internet uses the TCP/IPprotocol suite 协议栈 (4 layers).
Русский
Сетевое взаимодействие сложно, поэтому оно разделено на слои, каждый из которых выполняет одну конкретную задачу, общаясь только со слоями выше и ниже. Преимущества: модульность (можно заменить один слой — например, Ethernet на Wi-Fi — не затрагивая остальные), стандартизация (взаимодействие поставщиков) и абстракция (вы игнорируете детали, обрабатываемые в других местах). Интернет использует набор протоколов TCP/IP (4 слоя).
The purpose of each layer, as the mark scheme words it.Application layer: provides the protocols that user applications use (HTTP for the web, SMTP for email) and the interface between the application and the network; it produces the data to be sent and passes it to the transport layer. Transport layer: establishes the end-to-end connection, splits the data into packets (segments) and adds port numbers and sequence numbers; on receipt it reassembles the packets in order and requests any that are missing (TCP), or sends without those guarantees (UDP). Internet layer: adds the source and destination IP addresses to form IP packets (datagrams) and routes them across networks via routers; it does not guarantee delivery. Link layer: adds the MAC addresses and error-check bits to form a frame and transmits the bits over the physical local network (Ethernet or Wi-Fi) through the network interface card. "Complete the stack" means these four, in this order, from the top: Application, Transport, Internet, Link.
"Describe how the TCP/IP suite is applied when a message is sent from one host to another" (five marks). At the sender the message passes down the stack: (1) the application layer produces the data using a protocol such as HTTP or SMTP; (2) the transport layer splits it into packets and adds a header with the port numbers and a sequence number; (3) the internet layer adds a header with the source and destination IP addresses and chooses the route; (4) the link layer adds the MAC addresses of the next device and sends the frame over the physical link. Routers along the way read the internet-layer header and forward each packet. At the receiver the frame passes up the stack: each layer removes and acts on its own header, the transport layer reassembles the packets in sequence-number order and asks for any that are missing, and the application layer presents the message. The same protocol at each layer at both ends is what makes the exchange work.
Application layer
The application layer 应用层 gives services to user programs and defines the protocols they speak (HTTP for web, SMTP for email). This is where a programmer most often works.
Transport layer
The transport layer 传输层 delivers data end-to-end between processes, identified by port numbers 端口号. Two protocols:
TCP 传输控制协议 — connection-oriented 面向连接: sets up a connection, ensures all data arrives in order, retransmits lost packets 数据包, controls flow. Reliable but with overhead. Used by HTTP, HTTPS, SMTP, FTP.
UDP 用户数据报协议 — connectionless 无连接: sends and forgets, with no acknowledgements or ordering. Low overhead, no guarantees. Used for streaming, DNS and gaming, where speed beats reliability.
Internet layer
The internet layer 网络层 carries packets between hosts using IP. Each packet has a source and destination IP address IP地址, and routers 路由器 forward it onward. It does not guarantee delivery — that is TCP's job.
A home router does this job for your house: it reads each packet's destination address and sends it on towards the internet, and back to the right device.
Before the router reaches the wider internet, a modem 调制解调器 connects the home to the internet provider over the provider's cable or phone line. Its lights show the link is up and online.
Link layer
The link layer 链路层 sends bits over one physical link (Ethernet, Wi-Fi). It adds a frame header with MAC addresses MAC地址 and handles medium access (e.g. CSMA/CD 载波侦听多路访问/冲突检测 on Ethernet).
On a wired local network, a switch 交换机 joins many devices together. Each device plugs into a port with an Ethernet cable (an RJ45 plug), and the switch uses the MAC addresses in each frame to send it only to the correct port.
The physical link can be a copper wire, a radio signal (Wi-Fi), or a fibre-optic cable 光纤. In a fibre-optic cable, the bits travel as flashes of light through very thin strands of glass, which is fast and carries data a long way.
A radio link can reach much further. A satellite dish 卫星天线 sends and receives radio signals to and from a satellite, carrying data to places that wired links cannot easily reach.
Русский
Уровень
Назначение
Примеры
Прикладной
что делает пользовательская программа
HTTP, FTP, SMTP, IMAP
Транспортный
доставка «от конца к концу» между процессами
TCP, UDP
Межсетевой
маршрутизация пакетов между сетями
IP
Канальный
передача битов через физическую среду
Ethernet, Wi-Fi
Четыре слоя набора протоколов TCP/IP
Назначение каждого слоя, согласно формулировкам ключей.Прикладной слой: предоставляет протоколы, используемые приложениями пользователя (HTTP для веба, SMTP для почты) и интерфейс между приложением и сетью; он генерирует данные для передачи и передает их транспортному слою. Транспортный слой: устанавливает соединение «от конца к концу», разбивает данные на пакеты (сегменты) и добавляет номера портов и порядковые номера; при получении он собирает пакеты в правильном порядке и запрашивает недостающие (TCP), либо отправляет без этих гарантий (UDP). Межсетевой слой: добавляет IP-адреса источника и назначения для формирования IP-пакетов (дампов) и маршрутизирует их через сети с помощью маршрутизаторов; он не гарантирует доставку. Канальный слой: добавляет MAC-адреса и биты проверки ошибок для формирования кадра и передает биты через физическую локальную сеть (Ethernet или Wi-Fi) через сетевой адаптер. «Заполнить стек» означает эти четыре уровня в указанном порядке, сверху вниз: Прикладной, Транспортный, Межсетевой, Канальный.
Инкапсуляция: каждый слой добавляет свой собственный заголовок к тому, что он получил от вышестоящего слоя, поэтому биты на проводе содержат четыре набора информации; получатель удаляет их по одному слою за раз
"Опишите, как применяется набор протоколов TCP/IP при передаче сообщения от одного хоста к другому" (пять баллов). На отправителе сообщение проходит вниз по стеку: (1) прикладной слой генерирует данные с использованием протокола, такого как HTTP или SMTP; (2) транспортный слой разбивает его на пакеты и добавляет заголовок с номерами портов и порядковым номером; (3) межсетевой слой добавляет заголовок с IP-адресами источника и назначения и выбирает маршрут; (4) канальный слой добавляет MAC-адреса следующего устройства и отправляет кадр по физической линии. Маршрутизаторы на пути читают заголовок межсетевого уровня и пересылают каждый пакет. На получателе кадр проходит вверх по стеку: каждый слой удаляет и обрабатывает свой собственный заголовок, транспортный слой собирает пакеты в порядке порядковых номеров и запрашивает недостающие, а прикладной слой представляет сообщение. Один и тот же протокол на каждом уровне с обеих сторон обеспечивает работу обмена.
Прикладной уровень
Прикладной уровень предоставляет сервисы пользовательским программам и определяет протоколы, которые они используют (HTTP для веба, SMTP для почты). Именно здесь программист работает чаще всего.
Транспортный уровень
Транспортный уровень доставляет данные «от конца к концу» между процессами, идентифицируемыми номерами портов. Два протокола:
TCP устанавливает соединение и доставляет в порядке; UDP отправляет и забывает
TCP — с установлением соединения: устанавливает соединение, обеспечивает доставку всех данных в порядке, повторяет отправку потерянных пакетов, регулирует поток. Надежен, но имеет накладные расходы. Используется HTTP, HTTPS, SMTP, FTP.
UDP — без установления соединения: отправляет и забывает, без подтверждений или упорядочивания. Низкие накладные расходы, нет гарантий. Используется для стриминга, DNS и игр, где скорость важнее надежности.
Межсетевой уровень
Слой интернета передает пакеты между хостами с помощью IP. Каждый пакет имеет исходный и целевой IP-адрес, а маршрутизаторы пересылают его дальше. Он не гарантирует доставку — это задача TCP.
Домашний маршрутизатор выполняет эту функцию для вашего дома: он читает целевой адрес каждого пакета и отправляет его в интернет, а также обратно к нужному устройству.
Домашний Wi-Fi роутер: пересылает пакеты между вашими устройствами и интернетом
Прежде чем маршрутизатор свяжется с более широким интернетом, модем подключает дом к провайдеру интернета через кабель или телефонную линию провайдера. Его индикаторы показывают, что соединение установлено и устройство онлайн.
Кабельный модем подключает домашнюю сеть к провайдеру интернета
Слой канала
Слой канала передает биты по одному физическому каналу (Ethernet, Wi-Fi). Он добавляет заголовок кадра с MAC-адресами MAC и управляет доступом к среде передачи (например, CSMA/CD в Ethernet).
Части типичного кадра Ethernet
В проводной локальной сети коммутатор объединяет множество устройств. Каждое устройство подключается к порту через Ethernet-кабель (разъем RJ45), а коммутатор использует MAC-адреса из каждого кадра для отправки его только в нужный порт.
Сетевой коммутатор соединяет множество проводных устройств в локальной сети
Физическим каналом может быть медный провод, радиосигнал (Wi-Fi) или оптоволоконный кабель. В оптоволоконном кабеле биты передаются в виде вспышек света через очень тонкие стеклянные нити, что обеспечивает высокую скорость и дальность передачи данных.
Оптоволоконный кабель: данные передаются в виде света через тонкие стеклянные нити
Радиоканал может охватывать гораздо большую область. Спутниковая тарелка отправляет и принимает радиосигналы к спутнику и от него, доставляя данные в места, куда проводные каналы не могут легко добраться.
Спутниковая тарелка отправляет и принимает данные по радио на большие расстояния
Explore · Исследовать
Tap the four layers of the TCP/IP model · Нажмите на четыре уровня модели TCP/IP
Explore each layer. Data travels DOWN the stack as it's sent (each layer adds its header) and back UP as it's received — and any layer can be swapped without touching the others. · Изучите каждый уровень. Данные проходят ВНИЗ по стеку при отправке (каждый уровень добавляет свой заголовок) и вверх при получении — любой уровень можно заменить, не затрагивая остальные.
Common application-layer protocols · Распространенные протоколы прикладного уровня
English
HTTP 超文本传输协议 — browsers fetch web pages from servers (over TCP, port 80). HTTPS is HTTP over TLS — encrypted, port 443.
FTP 文件传输协议 — transfer files between client and server.
SMTP 简单邮件传输协议 — send email between client and server, and between servers. Receiving uses POP3 or IMAP.
POP3 — downloads email and usually deletes it from the server. IMAP — leaves email on the server and syncs across devices, so the same inbox appears everywhere.
BitTorrent — a peer-to-peer 对等网络 protocol; a file is split into pieces downloaded from many peers in parallel, so no single server carries all the load.
The purpose of each protocol, in the words that score.
Protocol
Purpose (state this)
HTTP
transfers web pages (hypertext) between a web server and a browser; HTTPS is the encrypted version
FTP
transfers files between a client and a server (uploading to and downloading from a file server)
SMTP
sends email from a client to a mail server, and between mail servers (a "push" protocol)
POP3
downloads email from the server to the client, usually deleting it from the server, so it is read on one device
IMAP
lets the client read and manage email that stays on the server, so the same mailbox is seen on every device
BitTorrent
shares files peer-to-peer: pieces of a file are downloaded from, and uploaded to, many other users at once
Asked for the two email protocols, give SMTP for sending and POP3 or IMAP for receiving; asked to describe IMAP, say that the messages remain on the server and are synchronised across devices, which is the difference from POP3.
"Describe how files are shared using the BitTorrent protocol" (four marks). (1) The file is split into pieces (typically 256 KB each), and a small torrent file describes them (their hashes) and names a tracker 追踪器. (2) A peer wanting the file contacts the tracker, which keeps a list of the peers in the swarm 群 currently sharing that file. (3) The peer downloads different pieces from many peers at the same time, and as soon as it holds a piece it uploads it to others; a peer with the whole file is a seed 种子, one still downloading a leech. (4) When all pieces are in, they are reassembled and checked against the hashes. "Explain what peer-to-peer file sharing means": there is no central server holding the file; every computer is both a client and a server, downloading from and uploading to the others, so the load and the bandwidth are spread across the swarm and the more peers there are, the faster it gets.
Русский
HTTP — браузеры запрашивают веб-страницы у серверов (по TCP, порт 80). HTTPS — это HTTP поверх TLS — зашифрованный, порт 443.
FTP — передача файлов между клиентом и сервером.
SMTP — отправка электронной почты между клиентом и сервером, а также между серверами. Прием используется POP3 или IMAP.
POP3 — скачивает почту и обычно удаляет ее с сервера. IMAP — оставляет почту на сервере и синхронизирует ее на всех устройствах, поэтому одна почтовая папка видна везде.
BitTorrent — пиринговый протокол; файл разбивается на части, которые скачиваются от множества пиров параллельно, так что ни один отдельный сервер не несет всю нагрузку.
BitTorrent: трекер помогает пирам найти друг друга, затем они напрямую обмениваются частями файлов
Цель каждого протокола, словами, за которые ставятся баллы.
Протокол
Цель (укажите это)
HTTP
передает веб-страницы (гипertext) между веб-сервером и браузером; HTTPS — это зашифрованная версия
FTP
передает файлы между клиентом и сервером (загрузка на сервер и скачивание с файлового сервера)
SMTP
отправляет электронную почту от клиента к почтовому серверу и между почтовыми серверами (протокол «push»)
POP3
скачивает электронную почту с сервера на клиент, обычно удаляя её с сервера, чтобы прочитать на одном устройстве
IMAP
позволяет клиенту читать и управлять почтой, которая остается на сервере, поэтому одинаковая почтовая ящика видна на каждом устройстве
BitTorrent
делится файлами по пиринговой схеме: части файла скачиваются от и загружаются на многих других пользователей одновременно
Если спросят о двух протоколах электронной почты, назовите SMTP для отправки и POP3 или IMAP для приема; если попросят описать IMAP, скажите, что сообщения остаются на сервере и синхронизируются на устройствах, что отличает его от POP3.
«Опишите, как файлы передаются с использованием протокола BitTorrent» (четыре балла). (1) Файл разбивается на части (обычно по 256 КБ каждая), а небольшой торрент-файл описывает их (их хеш-суммы) и указывает имя трекера. (2) Пир, желающий получить файл, связывается с трекером, который хранит список пиров в ройке, которые в данный момент делятся этим файлом. (3) Пир скачивает разные части от многих пиров одновременно, и как только у него появляется часть, он загружает её другим; пир, имеющий весь файл, называется сеялкой, тот, кто еще скачивает — червяком. (4) Когда все части получены, они собираются обратно и проверяются по хеш-суммам. «Объясните, что означает пиринговая передача файлов»: нет центрального сервера, хранящего файл; каждый компьютер является одновременно и клиентом, и сервером, скачивая данные у других и загружая их им, поэтому нагрузка и полоса пропускания распределяются по ройку, и чем больше пиров, тем быстрее происходит передача.
Explore · Исследовать
Network route lab · Лабораторная работа по маршрутизации в сети
Follow data from a device through network hardware and protocols. · Отслеживайте передачу данных от устройства через сетевое оборудование и протоколы.
Circuit switching vs packet switching · Коммутация каналов против коммутации пакетов
Syllabus · Программа
English
Candidates should be able to:
Notes and guidance
Show understanding of circuit switching
Benefits, drawbacks and where it is applicable
Show understanding of packet switching
Benefits, drawbacks and where it is applicable Show understanding of the function of a router in packet switching Explain how packet switching is used to pass messages across a network, including the internet
Русский
Кандидаты должны уметь:
Примечания и рекомендации
Показать понимание коммутации каналов
Преимущества, недостатки и области применения
Показать понимание коммутации пакетов
Преимущества, недостатки и области применения Показать понимание функции маршрутизатора в коммутации пакетов Объяснить, как коммутация пакетов используется для передачи сообщений по сети, включая интернет
Source: Cambridge International syllabus · Источник: Программа Cambridge International
English
Circuit switching
A dedicated path is set up between the two ends before any data is sent (circuit switching 电路交换), reserved for the whole conversation, then released. It gives reserved bandwidth 带宽 and in-order delivery, but is inefficient during silences and slow to set up. Classic example: the traditional telephone network.
"Describe circuit switching as a method of data transmission" (three marks). (1) A dedicated path (circuit) is set up between the sender and the receiver before any data is sent; (2) the whole message is sent along that path, in order, as one continuous stream; (3) the circuit is reserved for the duration of the communication and released afterwards.
Benefits and drawbacks.Benefits: the full bandwidth of the circuit is available and guaranteed; data arrives in order with no reassembly and no delay once the circuit is up; the route does not change, so timing is predictable (good for real-time voice and video). Drawbacks: time is spent setting up the circuit before anything is sent; the circuit is reserved even while no data is flowing, so bandwidth is wasted and other users cannot share it; both ends must be free at the same time; a failure anywhere on the path breaks the whole call, and there is no automatic alternative route. Where it is appropriate: a telephone call or a live video link, where a steady, uninterrupted stream matters more than efficiency.
Packet switching
The data is split into packets, each sent independently (packet switching 分组交换). Each packet carries the destination address; routers make per-packet decisions, so packets may take different routes and arrive out of order, and the destination reassembles them. It is efficient (one link is multiplexed 多路复用 across many conversations), robust (reroute around a failure), but has variable latency 延迟 and possible loss (TCP handles reliability). Used by the internet.
"Describe how packet switching is used to pass messages across a network" (four marks). (1) The message is split into packets of a fixed maximum size; (2) each packet is given a header containing the source and destination addresses, a sequence number 序号 and an error check; (3) each packet is sent independently and may take a different route, chosen by the routers it meets; (4) at the destination the packets are reassembled in order using the sequence numbers, and any missing packet is requested again. If the question excludes checking and resending, leave out the last clause.
"Describe the function of a router in packet switching" (three marks). A router receives a packet, reads the destination IP address in its header, and consults its routing table 路由表 to decide the best next hop towards that destination, taking account of the traffic (congestion) and failed links; it then forwards the packet onto that link. Packets of the same message may leave by different routes; the router holds packets in a queue when a link is busy.
"Describe two ways packet switching ensures the complete message is received." (1) Each packet carries a sequence number, so the receiver can put the packets in order and can tell that one is missing, and (2) the receiver sends an acknowledgement 确认 for packets that arrive; a packet not acknowledged within a time limit is retransmitted by the sender. A checksum 校验和 in each packet lets the receiver detect a corrupted packet and discard it, which then triggers the resend.
Benefits and drawbacks.Benefits: no circuit to set up; the network's links are shared by many messages, so bandwidth is used efficiently; packets can be rerouted around a failed or congested link, so transmission is robust; a lost or damaged packet means resending only that packet, not the whole message. Drawbacks: packets may arrive out of order and must be reassembled, and some may be lost or delayed; the headers add overhead; the variable delay makes it less suitable for real-time voice and video without extra measures; a heavily loaded network drops packets. Where it is appropriate: email, web pages, file downloads and any "bursty" traffic, and the internet in general.
Aspect
Circuit switching
Packet switching
Path
dedicated, reserved
shared, per-packet
Setup time
slow
none
Bandwidth use
inefficient
efficient
Order
in order
may be out of order
Robustness
one failure cuts the circuit
reroute around failures
Suits
constant-rate flows (voice)
bursty flows (web, email)
Modern networks use packet switching for its efficiency and resilience.
Four differences, stated as pairs. (1) Circuit switching sets up a dedicated path before sending; packet switching sends without setting up a path. (2) In circuit switching the whole message follows one route; in packet switching the packets may take different routes. (3) Circuit switching delivers the data in order without reassembly; packet switching needs sequence numbers to reassemble it. (4) Circuit switching reserves bandwidth for one conversation even when idle; packet switching shares the links between many messages. (Also acceptable: a failed link breaks a circuit but packets are rerouted; circuit switching suits real-time streams, packet switching suits bursty data.) Write each difference as both halves; one side alone earns nothing.
Describing packet switching in a few sentences
A good exam answer: "The message is broken into small packets. Each packet carries the destination and source addresses and a sequence number. Each packet travels through the network independently, with routers choosing the next hop per packet. Packets may take different paths and arrive out of order. The destination uses the sequence numbers to reassemble the message, and missing packets can be requested again."
Worked example. A phone call and a large file download share a network. Which switching method suits each, and why? A phone call needs a steady stream with low delay, and it would suffer badly if pieces arrived late or out of order - so circuit switching suits it: a dedicated path is set up for the whole call and its capacity is reserved for the duration. A file download does not care about timing or arrival order, because the receiver reassembles it, and it benefits from using whatever capacity happens to be spare - so packet switching suits it: the file is split into packets that travel independently, each carrying source and destination addresses and a sequence number, with routers choosing a next hop per packet. Name the property of the traffic that decides it: reserved capacity and low delay for the call, efficiency and resilience for the download.
Русский
Коммутация каналов
Между двумя конечными точками до отправки данных устанавливается выделенный канал (коммутация каналов), зарезервированный для всего разговора, а затем освобождаемый. Он обеспечивает зарезервированную пропускную способность и доставку пакетов по порядку, но является неэффективным в моменты бездействия и медленно настраивается. Классический пример: традиционная телефонная сеть.
Коммутация каналов: один выделенный канал резервируется сквозным
"Опишите коммутацию каналов как метод передачи данных" (три балла). (1) Между отправителем и получателем до отправки любых данных устанавливаетсявыделенный путь (канал); (2) все сообщение передается по этому пути по порядку в виде непрерывного потока; (3) канал резервируется на протяжении всей связи и освобождается после нее.
Преимущества и недостатки.Преимущества: полная пропускная способность канала доступна и гарантирована; данные поступают по порядку без повторной сборки и задержки после установки канала; маршрут не меняется, поэтому время передачи предсказуемо (хорошо для голоса и видео в реальном времени). Недостатки: время тратится на настройку канала до отправки чего-либо; канал резервируется даже когда данные не передаются, поэтому пропускная способность расходуется впустую и другие пользователи не могут ей пользоваться; обе стороны должны быть свободны одновременно; отказ в любом месте на пути прерывает весь разговор, нет автоматического альтернативного маршрута. Где уместно: телефонный звонок или прямая видеосвязь, где важнее постоянный, непрерывный поток, чем эффективность.
Коммутация пакетов
Данные разбиваются на пакеты, каждый из которых отправляется независимо (коммутация пакетов). Каждый пакет содержит адрес назначения; маршрутизаторы принимают решения для каждого пакета отдельно, поэтому пакеты могут идти разными путями и прибывать в неправильном порядке, а получатель собирает их обратно. Это эффективно (один канал мультиплексируется на множество разговоров), надежно (перенаправление вокруг сбоя), но имеет переменную задержку и возможную потерю (TCP обеспечивает надежность). Используется интернетом.
Коммутация пакетов: пакеты путешествуют независимо и могут выбирать разные маршрутыЧто позволяет пакету двигаться самостоятельно: адреса указывают куда, номер последовательности указывает, какая это часть сообщения, а контрольная сумма показывает, прибыл ли он неповрежденным
"Опишите, как используется коммутация пакетов для пересылки сообщений по сети" (четыре балла). (1) Сообщение разбивается на пакеты фиксированного максимального размера; (2) каждому пакету присваивается заголовок, содержащий адреса источника и назначения, номер последовательности и проверку ошибок; (3) каждый пакет отправляется независимо и может выбрать другой маршрут, определяемый проходящими ему навстречу маршрутизаторами; (4) на приемной стороне пакеты собираются по порядку с использованием номеров последовательности, и при необходимости запрашивается повторно любой отсутствующий пакет. Если вопрос исключает проверку и повторную отправку, опустите последнее предложение.
"Опишите функцию маршрутизатора при коммутации пакетов" (три балла). Маршрутизатор получает пакет, читает IP-адрес назначения в его заголовке и сверяется со своей таблицей маршрутизации, чтобы выбрать лучшую следующую точку к этому назначению, учитывая трафик (затылки) и неработающие линии; затем он перенаправляет пакет на эту линию. Пакеты одного и того же сообщения могут выходить разными путями; маршрутизатор удерживает пакеты в очереди, когда линия занята.
"Опишите два способа, которыми коммутация пакетов обеспечивает получение полного сообщения." (1) Каждый пакет несет номер последовательности, поэтому получатель может упорядочить пакеты и определить, что один пропущен, и (2) получатель отправляет подтверждение для принявших пакетов; пакет, не подтвержденный в течение установленного времени, повторно отправляется отправителем. Контрольная сумма в каждом пакете позволяет получателю обнаружить поврежденный пакет и отбросить его, что запускает повторную отправку.
Преимущества и недостатки.Преимущества: нет необходимости настраивать канал; каналы сети разделяются множеством сообщений, поэтому пропускная способность используется эффективно; пакеты можно перенаправлять вокруг сломанной или перегруженной линии, обеспечивая устойчивость передачи; потерянный или поврежденный пакет означает повторную отправку только этого пакета, а не всего сообщения. Недостатки: пакеты могут поступать не по порядку и требовать сборки, некоторые могут быть потеряны или задержаны; заголовки создают накладные расходы; переменная задержка делает его менее подходящим для голоса и видео в реальном времени без дополнительных мер; перегруженная сеть теряет пакеты. Где уместно: электронная почта, веб-страницы, скачивание файлов и любой «рваный» трафик, а также интернет в целом.
Аспект
Коммутация каналов
Коммутация пакетов
Путь
выделенный, резервируемый
разделяемый, на уровне пакета
Время настройки
медленное
отсутствует
Использование пропускной способности
неэффективное
эффективное
Порядок
по порядку
может быть нарушен
Устойчивость
один отказ прерывает канал
перенаправление вокруг отказов
Подходит для
потоков постоянной скорости (голос)
рваных потоков (веб, email)
Современные сети используют коммутацию пакетов благодаря ее эффективности и устойчивости.
Четыре различия, изложенные парами. (1) Коммутация каналов устанавливает выделенный путь до отправки; коммутация пакетов отправляет данные без предварительной установки пути. (2) При коммутации каналов всё сообщение следует по одному маршруту; при коммутации пакетов пакеты могут двигаться по разным маршрутам. (3) Коммутация каналов передаёт данные в порядке их поступления без повторной сборки; коммутация пакетов требует порядковых номеров для сборки. (4) Коммутация каналов резервирует пропускную способность для одного сеанса даже в простое; коммутация пакетов делит каналы между множеством сообщений. (Также допустимо: разрыв канала нарушает связь при коммутации каналов, но пакеты перенаправляются; коммутация каналов подходит для потоковой передачи в реальном времени, а коммутация пакетов — для импульсного трафика.) Запишите каждое различие как обе половины; одна половина не оценивается.
Описание коммутации пакетов в нескольких предложениях
Хороший ответ на экзамене: "Сообщение разбивается на небольшие пакеты. Каждый пакет содержит адреса назначения и источника, а также порядковый номер. Каждый пакет проходит через сеть независимо, причём маршрутизаторы выбирают следующий узел для каждого пакета отдельно. Пакеты могут двигаться по разным путям и прибывать в произвольном порядке. Узел назначения использует порядковые номера для сборки сообщения, а отсутствующие пакеты можно запросить повторно."
Разобранный пример. Телефонный разговор и загрузка большого файла используют одну сеть. Какой метод коммутации подходит для каждого и почему? Для телефонного разговора нужен непрерывный поток с низкой задержкой, и он будет серьёзно страдать, если части придут с опозданием или в неправильном порядке — поэтому ему подходит коммутация каналов: для всего разговора устанавливается выделенный путь, а его пропускная способность резервируется на всё время соединения. Для загрузки файла не важен порядок прибытия или временные рамки, так как получатель собирает его заново, и ему выгодно использовать любую свободную пропускную способность — поэтому ему подходит коммутация пакетов: файл разбивается на пакеты, которые движутся независимо, каждый из которых несёт адреса источника и назначения и порядковый номер, а маршрутизаторы выбирают следующий узел для каждого пакета. Назовите свойство трафика, определяющее выбор: резервируемая пропускная способность и низкая задержка для звонка, эффективность и отказоустойчивость для загрузки.
Explore · Исследовать
A packet's journey across the internet · Путь пакета через интернет
Step through packet switching. The message is split up, each packet finds its own way, and the destination puts them back together — which is why the internet is so efficient and hard to break. · Процесс коммутации пакетов. Сообщение разбивается на части, каждый пакет идет своим путем, а конечный узел собирает их обратно — именно поэтому интернет так эффективен и трудно нарушается.
Definitions the examiner accepts · Определения, принимаемые экзаменатором
English
A definition question is marked against fixed wording. Learn these exactly, and give one answer only.
Term
Definition
protocol
a set of rules governing how data is transmitted, agreed by sender and receiver so that both interpret it the same way
protocol stack
the layers of protocols, each with its own function, that together carry out communication; each layer communicates only with the layers above and below
application layer
provides the protocols used by applications to exchange data (HTTP, SMTP, FTP, IMAP, POP3)
transport layer
establishes end-to-end communication, splits data into packets with port and sequence numbers, reassembles them and requests missing ones (TCP), or sends without guarantees (UDP)
internet layer
adds IP addresses to form packets and routes them between networks via routers
link layer
adds MAC addresses to form frames and transmits the bits over the physical local network
router
a device that reads a packet's destination address and forwards it along the best available route towards that destination
circuit switching
a dedicated communication path is established between the two ends before data is sent and held for the whole transmission
packet switching
the message is split into packets, each with a header, sent independently over possibly different routes and reassembled at the destination
packet
a unit of data carrying a header (addresses, sequence number, error check) and a payload
peer-to-peer
file sharing without a central server, each computer acting as both client and server
Русский
Вопросы на определение оцениваются по фиксированной формулировке. Выучите их точно и дайте только один ответ.
Термин
Определение
протокол
набор правил, регулирующих передачу данных, согласованных отправителем и получателем, чтобы обе стороны интерпретировали информацию одинаково
стек протоколов
слои протоколов, каждый со своей функцией, которые вместе обеспечивают связь; каждый слой взаимодействует только со слоями выше и ниже него
прикладной уровень
обеспечивает протоколы, используемые приложениями для обмена данными (HTTP, SMTP, FTP, IMAP, POP3)
транспортный уровень
устанавливает связь «от узла к узлу», разбивает данные на пакеты с номерами портов и порядковыми номерами, собирает их обратно и запрашивает недостающие (TCP), либо отправляет без гарантий доставки (UDP)
сетевой уровень
добавляет IP-адреса для формирования пакетов и маршрутизирует их между сетями через маршрутизаторы
канальный уровень
добавляет MAC-адреса для формирования кадров и передаёт биты по физической локальной сети
маршрутизатор
устройство, которое считывает адрес назначения пакета и пересылает его по наилучшему доступному маршруту к этому назначению
коммутация каналов
между двумя конечными точками устанавливается выделенный канал связи до отправки данных, который удерживается на протяжении всей передачи
коммутация пакетов
сообщение разбивается на пакеты, каждый из которых имеет заголовок, отправляется независимо по возможно различным маршрутам и собирается в узле назначения
пакет
единица данных, содержащая заголовок (адреса, порядковый номер, проверка ошибок) и полезную нагрузку
пиринговая сеть
обмен файлами без центрального сервера, где каждый компьютер выступает одновременно и клиентом, и сервером
14.2
Exam tips · Советы для экзамена
English
Why protocols: shared rules, same interpretation, any make of computer. Why layers: each layer has one job and can be changed independently.
The four layers in order, top to bottom: Application, Transport, Internet, Link. Give each layer's job in one sentence, and the "message from host to host" answer as a walk down the stack and back up.
Protocol purposes are one-liners: HTTP web pages, FTP files, SMTP sending mail, POP3 downloading mail, IMAP mail kept on the server, BitTorrent peer-to-peer pieces from a swarm.
Circuit switching: dedicated path first, whole message, held for the duration. Packet switching: split, header with addresses and sequence number, independent routes, reassemble. Benefits and drawbacks come in pairs of opposites.
A router reads the destination address, consults its routing table, forwards along the best route; it is the packet-switching question the exam asks most.
"Where appropriate": circuit switching for a phone or live video call; packet switching for email, the web and downloads.
Common mistakes
Defining a protocol as "a language" or "software"; it is a set of rules.
Putting the layers in the wrong order, or giving the OSI seven layers instead of the four of TCP/IP.
Describing the transport layer as "routing" or the internet layer as "splitting into packets"; ports and splitting are transport, IP addresses and routing are internet.
Confusing POP3 with IMAP, or saying SMTP receives email.
Describing packet switching without the header (addresses and sequence number) or without reassembly.
Saying a router "sends the packet everywhere"; it chooses one next hop from its routing table.
Giving a benefit of packet switching as a drawback of circuit switching without stating the circuit-switching side; each difference needs both halves.
Claiming packet switching guarantees delivery by itself; the transport layer's sequence numbers and acknowledgements do that.
Русский
Зачем нужны протоколы: общие правила, единая интерпретация, совместимость любого производителя. Зачем нужны уровни: каждый уровень выполняет одну задачу и может быть изменён независимо.
Четыре уровня в порядке сверху вниз: Прикладной, Транспортный, Сетевой, Канальный. Опишите задачу каждого уровня в одном предложении, а ответ «сообщение от хоста к хосту» представьте как спуск по стеку и возврат вверх.
Назначения протоколов в одной фразе: HTTP — веб-страницы, FTP — файлы, SMTP — отправка почты, POP3 — скачивание почты, IMAP — почта остаётся на сервере, BitTorrent — пиринговые части из роя.
Коммутация каналов: сначала выделенный путь, затем всё сообщение целиком, удержание на весь период. Коммутация пакетов: разделение, заголовок с адресами и порядковым номером, независимые маршруты, сборка. Преимущества и недостатки идут парами противоположностей.
Маршрутизатор считывает адрес назначения, сверяется со своей таблицей маршрутизации, пересылает по лучшему маршруту; это самый частый вопрос экзамена по коммутации пакетов.
«При необходимости»: коммутация каналов适用于 телефонный звонок или видеозвонок в реальном времени; коммутация пакетов适用于 электронная почта, веб-серфинг и загрузка файлов.
Распространенные ошибки
Определение протокола как «языка» или «программного обеспечения»; это набор правил.
Расстановка уровней в неправильном порядке или упоминание семи уровней модели OSI вместо четырёх уровней TCP/IP.
Описание транспортного уровня как «маршрутизация» или сетевого уровня как «разбиение на пакеты»; порты и разбиение относятся к транспортному уровню, IP-адреса и маршрутизация — к сетевому.
Путаница между POP3 и IMAP или утверждение, что SMTP принимает почту.
Описание коммутации пакетов без заголовка (адресов и порядкового номера) или без процесса сборки.
Утверждение, что маршрутизатор «отправляет пакет везде»; он выбирает один следующий узел из таблицы маршрутизации.
Указание преимущества коммутации пакетов как недостатка коммутации каналов без упоминания стороны коммутации каналов; каждое различие требует обеих половин.
Утверждение, что коммутация пакетов гарантирует доставку самостоятельно; это делают порядковые номера и подтверждения транспортного уровня.
Interactive lessons on this topic · Интерактивные уроки по этой теме
Work through it step by step, with instant-check exercises. · Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.
Pick one and the site follows you — notes, papers, videos and practice all open on it. · Выберите один, и сайт будет вести вас — конспекты, работы, видео и практика откроются там.
Type to search notes, lessons, code, vocabulary and past-paper questions across every subject. · Введите запрос для поиска заметок, уроков, кода, словаря и вопросов с реальных экзаменов по всем предметам.
