3.Понятие сетевых протоколов

Понятие сетевых протоколов

Основные понятия

Протокол – это набор правил, обеспечивающих передачу данных в сетях.

Протоколы характеризуются:

- протоколы работают на разных уровнях моделей OSI

- функции протокола определяются уровнем, на котором он работает

- несколько протоколов могут работать совместно. В этом случае они образуют стек.

Стек протоколов – набор протоколов смежных уровней моделей OSI.

Модель OSI и уровни протоколов (функции):

7. - - инициация или приём запроса.

6. ПРЕДСТАВИТЕЛЬСКИЙ - добавление в пакет формирующей и шифрующей

5. СЕАНСОВЫЙ - добавление информации о трафике (с указанием времени времени отправки пакета).

4. ТРАНСПОРТНЫЙ - добавление информации для обработки ошибок

3. СЕТЕВОЙ - добавление адресной информации и информации о месте пакета в последовательности передаваемых пакетов.

2. КАНАЛЬНЫЙ - добавление информации для проверки ошибок и подготовкаданных для передачи по физическому соединению.

1. ФИЗИЧЕСКИЙ - передача пакета как потока битов.

Стандартные стеки протоколов различных фирм:

1. Набор протоколов ISO - ISO / OSI

2. Набор протоколов IBM - SNA

3. Набор протоколов Digital - DEC Net

4. Набор протоколов Novell - IPX / SPX

5. Набор протоколов Apple - Apple Talk

6. Набор протоколов Microsoft - TCP / IP

Типы протоколов по выполнению коммуникационной задачи:

- Прикладные (7, 6, 5 уровни)

- Транспортные (4 уровень)

- Сетевые (3, 2, 1 уровни)

Пример.

Прикладные протоколы:

FTP – протокол Internet для передачи файлов.

Telnet – протокол для регистрации на удалённых хостах.

SMTP – протокол Internet для работы с электронной почтой.

Транспортные протоколы:

TCP – протокол доставки данных, разбитых на последовательность пакетов в стеке TCP / IP.

SPX – транспортный протокол фирмы Novell, (стек IPX / SPX.)

NetBEUI – протокол, устанавливающий сеансы связи между компьютерами и предоставляющий транспортные услуги.

Сетевые протоколы:

IP – протокол стека TCP / IP

IPX – протокол стека IPX / SPX

Протоколы могут быть маршрутизируемые и немаршрутизируемые. Маршрутизируемые протоколы – это протоколы, которые поддерживают передачу пакетов между сетями по нескольким маршрутам.

TCP / IP, IPX / SPX - маршрутизируемые протоколы

NetBEUI - немаршрутизируемый протокол

Международная Организация по Стандартам (International Standards Organization, ISO) разработала модель, которая четко определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какую работу должен делать каждый уровень. Эта модель называется моделью взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI) или моделью ISO/OSI.

Стандарты протоколов вычислительных сетей

Для протоколов физического уровня стандарты определены рекомендациями МККТТ. Цифровая передача предусматривает использование протоколов Х.21 и Х.21- бис.

Канальный уровень определяют протокол HDLC и его подмножества, а также протокол Х.25/3.

Широкое распространение локальных вычислительных сетей потребовало разработки стандартов для этой области. В настоящее время для ЛВС используются стандарты, разработанные Институтом инженеров по электротехнике и радиоэлектронике-ИИЭР(IЕЕЕ- Institute of Electrical and Electronics Engineers).

Комитеты IEEE 802 разработали ряд стандартов, часть из которых принята ISO и другими организациями. Для ЛВС разработаны следующие стандарты:

- 802.1 - верхние уровни и административное управление

- 802.2 - управление логическим звеном данных (LLC)

- 802.3 - случайный метод доступа к среде (CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - множественный доступ с контролем передачи и обнаружением столкновений)

- 802.4 - маркерная шина

- 802.5 - маркерное кольцо

- 802.6 - городские сети

Сетевая модель OSI

В 1984г. организация ISO выпустила модель OSI - эталонную модель взаимодействия открытых систем. Модель OSI - метод описания сетевых сред. Модель OSI лежит в основе построения различных сетей. В модели OSI сетевые функции распределены между 7-ю уровнями. Каждому уровню соответствуют различные сетевые операции, оборудование и протоколы.

7. Прикладной уровень

6. Представительский уровень

5. Сеансовый уровень

4. Транспортный уровень

3. Сетевой уровень

2. Канальный уровень

1. Физический уровень

Задачи уровней модели OSI

Прикладной уровень — беспечивает доступ приложений к сетевым услугам (программное обеспечение для передачи файлов, доступ к базам данных, электронная почта и т.д.).

Представительский уровень — поступающую от прикладного уровня информацию переводит в формат для обмена данными между сетевыми ПК, т.е. представительский уровень отвечает за кодировку, шифрование данных, сжатие.

Сеансовый уровень — выполняет установку, использование и завершение соединения между двумя приложениями на разных компьютерах (сеанс). Сеансовый уровень выполняет функции по синхронизации и защите.

Транспортный уровень — гарантирует доставку пакетов без ошибок, в той же последовательности, без потерь и дублирования (Управляет потоком сообщений). Компьютер –отправитель переупаковывает сообщения: длинные разбиваются на несколько пакетов, а короткие объединяются. ПК -получатель сообщения распаковывает, восстанавливает в первоначальном виде, и обычно посылает сигнал подтверждения приема.

Сетевой уровень — отвечает за адресацию сообщений и перевод логических адресов в физические. Решает задачи, связанные с коммутацией пакетов, маршрутизацией.

Канальный уровень — осуществляет подготовку данных к передаче по физическому соединению. Проверяются ошибки передачи данных.

Физический уровень — осуществляет передачу потока битов по физической среде. Формирует сигналы, которые переносят данные, поступившие от всех вышележащих уровней. Определяет среду передачи данных, способ соединения сетевого кабеля и т. д.

Каждый уровень взаимодействует с вышележащим и нижележащим.

Задача каждого уровня – предоставить услуги вышележащему уровню, маскируя детали реализации этих услуг. При этом каждый уровень на компьютере отправителя работает так, будто он напрямую связан с таким же уровнем на компьютере получателя (виртуальная или логическая связь).

Таким образом, за исключением самого нижнего уровня сетевой модели, никакой иной уровень не может непосредственно посылать информацию соответствующему уровню другого ПК. Информация на ПК- отправителе должна пройти через все нижележащие уровни. Затем она на физическом уровне передаётся по сетевому кабелю на ПК -получатель и опять проходит все уровни, пока не достигнет того же уровня, с которого она была послана на ПК- отправителе.

Примеры и описание некоторых сетевых протоколов.

NetBIOS (Network Basic Input/Output System) - один из первых сетевых протоколов, разработанный в 1984 году с целью создания интерфейса передачи сообщений по локальной сети, как одноранговой, так и на основе сервера. Для передачи сообщений подсети NetBIOS используются логические имена компьютеров. Когда компьютер заходит в сеть, он не только сообщает об этом всем остальным, но и заносит имена всех подключенных к сети в свою динамическую таблицу.

NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface) - транспортный протокол, "брат" NetBIOS, его расширение. Однако он обладает большей надежностью доставки сообщений и устойчивостью к ошибкам. Достигается все это путем подтверждающих пакетов, каждый раз присылаемых в ответ на полученное сообщение. Еще один механизм, обеспечивающий надежность передачи данных, - механизм, отслеживающий время "жизни" пакета (TTL). Если по истечении этого времени компьютер-получатель не пришлет подтверждение о доставке очередного пакета данных, компьютер-отправитель отсылает порцию данных повторно. Так же как и NetBIOS, NetBEUI не поддерживает маршрутизацию в сети, что не позволяет эффективно использовать его скорость и применять в глобальных сетях. Тем не менее этот протокол является одним из основных компонентов NT-систем и его установка происходит автоматически.

IPX/SPX являются представителями стека протоколов, разработанных компанией Novell. IPX/SPX представляет собой набор подпротоколов, каждый из которых может выполнять возложенную на него задачу на высоком уровне. Два нижних уровня (физический и сетевой) реализуют стандартные протоколы Ethernet.

IPX (Internetwork Packet Exchange) - отвечает за работу сетевого уровня. Его основные функции - вычисление адресов компьютеров сети и организация маршрутизации между двумя выбранными машинами. Анализируя данные других протоколов, IPX составляет наиболее эффективный путь мар-шрутизации. После этого пакет данных (датаграмма1) с добавленной информацией об адресе получателя и отправителя идет по выбранному маршруту. Этот протокол самостоятельно работать не может, поскольку не устанавливает соединение между компьютерами.

SPX (Sequenced Packet Exchange) - протокол транспортного уровня. Он отвечает за установку соединения между выбранными компьютерами и передает сообщения - датаграммы.

TCP/IP - самый распространенный протокол транспортного уровня как в локальных, так и в глобальных сетях. В свое время он был разработан Министерством обороны США, что уже говорит о его надежности. Протокол TCP/IP имеет открытый интерфейс. Это означает, что вся информация об этом протоколе открыта и любой может использовать ее по своему желанию и назначению. TCP/IP состоит из нескольких протоколов. Первый из них - TCP (Transmission Control Protocol), второй - IP (Internet Protocol).

TCP (Transmission Control Protocol) осуществляет обмен данными между двумя компьютерами с предварительно установленной логической связью. TCP обеспечивает надежность доставки сообщений, принимая подтверждение доставки каждой его порции путем подтверждающих пакетов, каждый раз присылаемых в ответ на полученное сообщение. При этом в самом начале устанавливается логическая связь между компьютером-отправителем и компьютером-получателем, что уже гарантирует доставку пакетов.

UDP (User Datagram Protocol) - при использовании этого протокола не нужно иметь установленное логическое соединение двух компьютеров. В этом случае нет никакой гарантии, что обмен данными произойдет. При этом к отсылаемому пакету просто добавляется IP-адрес машины, которой нужно отослать сообщение.

IP (Internet Protocol) - протокол более высокого уровня, чем TCP и UDP. Он используется непосредственно для передачи данных по ранее установленному (или не установленному) соединению и имеет механизмы маршрутизации. Пользуясь информацией о маршрутизации между выбранными компьютерами, он просто добавляет адрес отправителя и получателя к пакету и отсылает его дальше. Наиболее востребованной функцией протокола является разбивка большого пакета на более мелкие на одном компьютере и соответственно соединение всех частей на другом. Это значит, что IP не контролирует доставку сообщений конечному адресату.

ICMP (Internet Control Message Protocol) контролирует протокол IP, отслеживает любые изменения, влияющие на процесс маршрутизации. При возникновении каких-либо ошибок об этом узнают и отправитель, и получатель. При этом в сообщении указывается причина сбоя.

RIP (Routing Information Protocol) - "родной брат" протокола IP. Они оба связаны с маршрутизацией. Тем не менее протокол RIP отвечает за выбор наилучшего маршрута доставки данных.

ARP (Address Resolution Protocol) - работает с адресами компьютеров, то есть определяет фактический адрес машины, расположенной в той или иной ветке сети.

DNS (Domain Name System) - важнейший протокол, который позволяет определять адрес компьютера, ориентируясь на его логическое имя.

RARP (Revere Address Resolution Protocol) - протокол, определяющий адрес компьютера в сети.

ВООТР (Boot Protocol) - относится к прикладному уровню. С его помощью можно запустить сетевой компьютер, используя данные о загрузке с сервера.

FTP (File Transfer Protocol) - протокол, который позволяет загружать файлы с одного компьютера на другой.

TELNET - используется для связи между двумя компьютерами с целью управления одним из них.

SMTP (Simple Message Transfer Protocol) - почтовый протокол для передачи электронных сообщений. Он накапливает письма и рассылает их по тем адресам, которые указаны в заголовках. Есть, конечно, и недостатки, основной из которых - отсутствие механизма аутентификации входящих соединений и шифрования передачи данных между серверами. SMTP рассчитан на передачу только текстовой информации, поэтому для отсылки файлов разработан стандарт UUENCODE. Вместе с SMTP работает еще одно расширение почты - MIME (Multipurpose Internet Mail Extension), выполняющее больше функций. Перед тем как отправить письмо, SMTP устанавливает предварительное соединение с адресатом, что позволяет ему получить письмо в кратчайшие сроки.

POP3 (Post Office Protocol) - один из самых распространенных почтовых протоколов. С его помощью пользователь может загружать адресованные ему письма с почтового сервера. Данный протокол имеет простой интерфейс. Это и не позволяет использовать некоторые желательные функции, например чтение писем без копирования их на локальный компьютер или выборочный прием писем. Для выполнения этих и других полезных функций вместе с POP иcпoльзуют протокол IMAP.

IMAP (Interactive Mail Access Protocol) - еще один почтовый протокол. Он был разработан позже протокола POP3, что позволило учесть все недостатки и добавить много новых востребованных функций. Наиболее полезными среди них являются скачивание заголовков сообщений, анализируя которые можно эффективно настраивать фильтры, сортирующие письма или отсеивающие спам.

HTTP. Особенностью протокола является то, что он может передавать любую ин-формацию - текстовую и графическую.

РРР (Point-to-Point Protocol) выполняет ту же работу, что и описанный выше SLIP. Однако он более приспособлен к ней, так как обладает дополнительными функциями. Кроме того, в отличие от SLIP, РРР может взаимодействовать не только с TCP/IP, НО И С IPX/SPX, NetBIOS, DHCP, которые получили распространение в локальных сетях.