Страница 7 из 20
Концепт построения сетей
Так как OSC базируется на сетевом интерфейсе Ethernet, то прежде чем работать с этим проколом, необходимо настроить сеть. Я уверен, что вы и так прекрасно ориентируетесь в этом вопросе, и то, что вы прочитаете ниже, для вас будет не ново, тем не менее я рекомендую освежить свои знания в этом направлении.
Первое, с чем необходимо познакомиться, это с группой протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Концепт работы со всеми протоколами описан уровнями (слоями), через которые должен пройти каждый пакет данных при отправке или получении.
TCP/IP Уровни (Layers)
Уровень 1. Физический уровень
Уровень 1 является физическим уровнем. Это оборудование интерфейсов, включая электронику и провода.
Уровень 2. Дата линк уровень
Уровень 2 тесно связан с оборудованием. Этот уровень занимается тем, что собирает данные в пакеты для отправки через Физический уровень. Также этот уровень отвечает за корректную передачу и прием данных и исправление ошибок. На этом уровне появляется такое понятие, как MAC адрес (Media Access Address2).
Уровень 3. Сетевой (Internet) уровень
Это Сетевой уровень, отвечающий за логическое направление данных через сеть.
В большой сети может быть множество логических маршрутов связи между устройствами, по которым пакеты данных могут передаваться. Этот уровень занимается анализом доступных возможностей в сети и выбором подходящего маршрута.
Уровень 4. Транспортный уровень
Этот уровень ответственен за обеспечение того, чтобы низкоуровневые пакеты данных были собраны в их оригинальной форме, правильном порядке и без ошибок.
Сетевой уровень может разбить пакет данных на несколько частей и отправить их разными маршрутами. Поэтому части одного пакета могут быть доставлены не по порядку. Транспортный уровень как раз и решает такие проблемы. Осуществляется это при помощи функционала двух протоколов TCP и UDP.
Уровень 5. Уровень приложения
Этот уровень отвечает уже за передачу «полезных» данных через сеть, с которыми непосредственно имеют дело приложения и программное обеспечение.
Итак, зачем же нам знать все эти уровни и их функционал? Дело в том, что если мы хотим передать что-то через сеть, то прежде нам необходимо выполнить определенные условия, которые регламентирует группа протоколов TCP/IP.
Одно из таких условий – это обязательное использование для каждого клиента сети IP адреса (Internet Protocol Address). Напрашивается резонный вопрос, зачем же использовать дополнительный параметр адреса, если каждое сетевое устройство уже имеет уникальный адрес MAC? Не будем углубляться во все особенности, скажу лишь только, что благодаря IP адресам в нашей сети появляется возможность ее организации, что очень важно, когда мы создаем сложную сеть с определенными правилами. К тому же в отличие от MAC адреса, одно устройство может иметь несколько адресов IP. Какие бывают IP адреса и как их настроить, мы разберем позже.
Кстати, существуют такие типы протоколов, которые используют для подключения только MAC адрес, к примеру, транспортный протокол NetBEUI. Это довольно быстрый протокол, но его главным недостатком является то, что он полностью не маршрутизируемый.
Следующее условие. Для передачи данных мы должны использовать UDP или TCP протокол. По сути, и первый, и второй тип протокола занимается тем, что обеспечивает корректную передачу данных. Но в чем же их отличие?
Принцип работы UDP основан на том, что при отправке данных сервер не беспокоится о том, получил ли клиент эти данные или нет. Он просто отправляет пакет за пакетом в сеть. Отличительная особенность UDP протокола в том, что он очень быстрый.
При использовании протокола TCP клиент сначала должен подключиться к серверу, создав виртуальное подключение. После этого сервер может передать данные клиенту. После получения данных клиентом он отвечает серверу, что пакет данных принят корректно, в противном случае сервер отправляет пакет данных повторно. После завершения сеанса связи клиент должен обязательно корректно отключиться от сервера. Эта схема занимает больше времени на передачу данных, но при этом она более надежна, так как сервер получает обратную связь от клиента.
Но как бы ни был надежен TCP протокол, UDP намного шире используется в шоу-индустрии. Самый яркий пример – это ArtNet протокол, который базируется на UDP. Световой консоли нет необходимости беспокоиться о том, получил ли необходимый пакет данных один из десятка артгейтов. Консоли более важно отправлять пакеты данных в реальном времени для всех участников. И если по какой-то причине один пакет был доставлен некорректно, то это будет менее заметно, чем если все артгейты будут ждать, пока один из клиентов получит корректный пакет. И последнее условие – это использование TCP или UDP портов для передачи или приема данных. Так как потоков данных для одного клиента может быть большое количество, то для того, чтобы эти потоки не перемешивались и были независимы, каждый поток использует свой входящий или исходящий порт, через которые идет обмен данными. Номер порта в UDP и TCP идентифицируется одним числом. Оно может быть в диапазоне от 1 до 65535. Приложение, которое хочет получить или отправить данные, обращается к необходимому TCP или UDP порту. Некоторые порты зарезервированы системой для служебного пользования, и программы пользователя не могут использовать эти порты. К примеру, протокол ArtNet использует порт 6454.
Теперь давайте немного пофантазируем и представим работу курьерской службы и вокзала. Это поможет нам более наглядно понять принцип работы TCP и UDP.
Вокзал имеет свой уникальный адрес местонахождения: город, улица, номер дома – как IP адрес компьютера. На этот вокзал постоянно приходят поезда, как пакеты данных, которые передаются по Ethernet. В поездах приезжают курьеры, работающие на конкретную компанию, которая в свою очередь имеет жесткий протокол отправления и доставки посылок, как протоколы TCP/IP.
В этом протоколе прописано, что каждый посыльный должен доставлять посылку в отделение своей компании и в конкретное окно приема посылок, каждое окно имеет свой номер, так же, как номер порта UDP или TCP. По итогу посыльный доставляет посылку в конкретное отделение и в конкретное окно с конкретным номером. В отделении этой компании много окон, так как заказчиков, которые хотят получить свои посылки, тоже немало. Когда заказчик хочет получить на руки свою посылку, он приходит в отделение компании и обращается в окно с конкретным номером, к которому он прикреплен. Также поступают и программы на компьютере, когда они хотят прочитать данные с конкретного UDP или TCP порта. Если в окне что-то есть для заказчика, то служащий выдает посылку.
Теперь, когда данные получены программой, наступает следующий этап. Расшифровка данных. Когда заказчик открывает посылку, он ожидает увидеть там, скажем, письмо, которое состоит из букв и знаков препинания, с помощью которых закодировано сообщение. Чтобы его прочитать, заказчик должен знать язык, на котором это письмо написано. Языки кодирования регламентируют протоколы высокого уровня, как, например, ArtNet, sACN, OSC, RTP-MIDI. Наш заказчик – англичанин, и если письмо написано на английском языке, то он сможет прочитать сообщение, написанное в письме. То же самое и с программным обеспечением: если программа понимает язык ArtNet, то, получив пакет данных, закодированных протоколом ArtNet, она сможет прочитать и извлечь данные о DMX уровнях.
2
Если коротко, то каждое сетевое оборудование имеет уникальный MAC адрес, предустановленный на заводе. MAC адрес для каждого устройства является уникальным. При помощи MAC адреса каждое устройство может идентифицировать себя в общей сети для передачи или приема данных. Пример MAC адреса – 98:5A:EB:C9:00:A8.