МЕТОДЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ С РАЗДЕЛЕНИЕМ ПАКЕТОВ ПО НЕСКОЛЬКИМ КАНАЛАМ

Во время обмена данными между ПК в различных компьютерных сетях, любое информационное сообщение делиться программами передачи данных на блоки данных, которые стали называть пакетами. Пакет - основная информационная единица, используемая в компьютерных сетях. Данные разбивают на пакеты для увеличения скорости передачи, прирост скорости возрастает на столько, что каждый компьютер, подключённый к сети, имеет возможность принимать и передавать пакеты данных в один момент времени с остальными ПК. В момент разбиения данных на пакеты, сетевая ОС к передаваемым данным добавляет специальную информацию, называемую заголовок, в нём указывается адрес отправителя, а также информация в виде инструкции по сбору блоков данных в исходное информационное сообщение после приема их получателем. Сообщение содержит трейлер, в котором находиться информация для проверки ошибок в момент передачи пакета. В случае обнаружения ошибки, передача пакета должна повториться. При разделении пакетов предполагается, что передаваемая информация передается не единым блоком, а разделяется частям, . В результате работы алгоритмов, определяющих, когда клиенту позволено отправлять IP пакет, в сети передаются попеременно фрагменты всех сеансов передачи данных. При большой нагрузке на сеть, может произойти потеря пакета. В силу описанных проблем, бывает довольно сложно обеспечить гарантированное время передачи одного пакета в сетях с разделением пакетов [1, с. 234].

Существует противоположный метод — метод , суть метода заключается в следующем – в сети имеется определённое число каналов передачи данных, которые абоненты сети арендуют на всё время передачи. Такой принцип построения, аналогичен тому который используется в телефонии, например, когда мы занимаем, телефонные линии: дозвонившись, происходит аренда канала связи между двумя телефонными аппаратами, и до тех пор, пока этот канал занят, им невозможно ни воспользоваться кому-то другому, ни организовать параллельно передачу данных откуда-нибудь ещё. Главное преимущество сетей с разделением каналов — постоянная (за вычетом помех на линии) скорость передачи данных. Главный недостаток такой схемы — ограничение количества каналов передачи. При проектировании среды передачи следует учитывать, что связь между каждым абонент была установлена по отдельным каналам, такой алгоритм передачи данных следует реализовывать, только тогда, когда количество абонентов ограниченно небольшим размером, в таком случае количество каналов будет пропорционально квадрату количества абонентов. Количество каналов в большой сети будет существенно меньшим, и ровно столько сеансов передачи данных можно будет в этой сети установить. Попытка соединиться с абонентом, когда все каналы уже заняты, окончится неудачей. [2, с. 256].

Если вернуться к описанию сети с разделением пакетов, то можно заметить, что на каждом уровне сетевой модели OSI, под  подразумевается абсолютно различные понятия. С точки зрения канального уровня передачи данных, пакет — это фрагмент передачи данных, ограниченный возможностями среды, в котором необходимо дополнительно указать, какое устройство из числа подключённых к среде передачи данных его отправило, и какому устройству он предназначен. С точки зрения сетевого уровня размер пакета определяется удобством его обработки, а также в нём дополнительно надо указать уникальные для всей сети адреса отправителя и получателя (а также тип протокола и т.п.). С точки зрения транспортного уровня, размер пакета определяется качеством канала связи (чем меньше пакет, тем ниже вероятность искажения передаваемой информации, но тем больше места в пакете тратиться на запись дополнительной информации такой как: идентификатор сеанса, тип, специальные поля, описывающие логику связи и т.п.). В последнее время в целях повышения надежности передачи информации находят применение системы передачи данных с разделением трафика по нескольким каналам. В работе этих систем используется физическая избыточность сетевой инфраструктуры и принципы маршрутизации в сетях интернет провайдеров. Соответственно можно реализовать несколько различных схем передачи данных с разделением пакетов по нескольким каналам.

Симметричная схема передачи по нескольким каналам – сообщение разбивается на пакеты, которые поочередно маркируются пропорционально количеству каналов и передаются каждый по своему каналу.

Рисунок 1.  Симметричная схема работы алгоритма

Реализация данной схемы делает невозможным восстановить исходное сообщение на основе анализа данных, передаваемых по одному из каналов.

Несимметричная схема передачи, когда по различным каналам передаётся разное количество пакетов.

Рисунок 2. Несимметричная схема работы алгоритма

Из приведенного на рис.2 алгоритма работы несимметричной схемы становится понятным, что такая схема затрудняет восстановление исходного сообщения на основе анализа данных, передаваемых по всем каналам, так как для этого требуется знать алгоритм выборки пакетов. Особый интерес с точки зрения защиты передаваемой информации, представляет реализация несимметричной схемы передачи данных по каналам с различной средой передачи сигнала, то есть когда основная часть пакетов передаётся по волоконно-оптическому каналу, а небольшая выборка пакетов – по спутниковому каналу. В данном случае практически невозможно провести анализ передаваемой информации на принадлежность её к одному источнику.

С точки зрения минимизации затрат на передачу информации по спутниковому каналу предлагается заменить схему выборки пакетов на предварительное разбиение файла на две части различного размера. Разбиение осуществляется следующим образом: файл разбивается на несколько блоков различного размера. Блоки двух типов – большие и маленькие. Размер и количество блоков варьируются. Для реализации этого алгоритма работы используется приложение для разбиения информации на пакеты.

На рисунке. 3 показан результат работы программы. Исходный файл был разбит на 25 кусков и для него был сгенерирован ключ.

Рисунок 3. Пример работы программы

На рисунке 4 показана структура ключа, где 1 - это цифра число кусков, а остальные цифры указывают сколько байт записывать в данный файл за 1 итерацию .

Рисунок 4. Структура файлов ключа

Предложенные методы разделения файлов позволяют реализовать различные схемы передачи данных по нескольким каналам и имеют простую реализацию на языке C++. Передача ключевого файла осуществляется либо отдельно, либо как часть одного из блоков данных. Большое внимание в разработанном программном продукте уделено сбору различной статистической информации о процессе подготовки данных к отправке. Это позволит получить временные показатели работы реализованных алгоритмов для анализа эффективности их работы. В перспективе авторами планируется совершенствование данного программного продукта с целью проведения дальнейших исследований в области передачи разделенных данных, а также с целью отладки и улучшения реализованных решений. На базе реализованных решений планируется разработка и внедрение конечного программного обеспечения для пользователей.

Список Литературы:

1. Олифер В. Г. ОлиферН. А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: учеб. пособие Мн.: Питер 2010. -855 c.
2. Таненбаум Э. Остин Т.  Структурированная Компьютерная Организация ОРАН учеб. пособие Мн.: Питер 2010. -946 c.
3. Шахнович И.А. Современные технологии беспроводной связи учеб. пособие Мн.: Техносфера 2006. -646 c.