Стандартні мережеві протоколи - студопедія

Протоколи - це набір правил і процедур, що регулюють порядок здійснення зв'язку. Комп'ютери, які беруть участь в обміні, повинні працювати за одними і тими ж протоколами, щоб в результаті передачі вся інформація відновлювалася в первісному вигляді.

Про протоколах нижніх рівнів (фізичного і канального), що відносяться до апаратури, вже згадувалося в попередніх розділах. Зокрема, до них відносяться методи кодування і декодування, а також управління обміном в мережі. Детальніше деякі з них будуть викладені в главах книги, присвячених стандартним мереж. А зараз слід зупинитися на особливостях протоколів більш високих рівнів, що реалізуються програмно.


Мал. 6.1. Функції драйвера мережевого адаптера в моделі OSI

Якість написання програми драйвера багато в чому визначає ефективність роботи мережі в цілому. Навіть при найкращих характеристиках мережного адаптера неякісний драйвер може різко погіршити обмін по мережі.

Перш ніж придбати плату адаптера, необхідно ознайомитися зі списком сумісного обладнання (Hardware Compatibility List, HCL), який публікують всі виробники мережевих операційних систем. Вибір там досить великий (наприклад, для Microsoft Windows Server список включає більше сотні драйверів мережевих адаптерів). Якщо до переліку HCL не входить адаптер якогось типу, краще його не купувати.

Протоколи високих рівнів.

Існує кілька стандартних наборів (або, як їх ще називають, стеків) протоколів, які отримали зараз широке поширення:

  • набір протоколів ISO / OSI;
  • IBM System Network Architecture (SNA);
  • Digital DECnet;
  • Novell NetWare;
  • Apple AppleTalk;
  • набір протоколів глобальної мережі Інтернет, TCP / IP.

Включення в цей список протоколів глобальної мережі цілком зрозуміло, адже, як уже зазначалося, модель OSI використовується для будь-якої відкритої системи: на базі як локальної, так і глобальної мережі або комбінації локальної і глобальної мереж.

Протоколи перерахованих наборів діляться на три основних типи:

  • Прикладні протоколи (виконують функції трьох верхніх рівнів моделі OSI - прикладного, представницького і сеансового);
  • Транспортні протоколи (реалізують функції середніх рівнів моделі OSI - транспортного і сеансового);
  • Мережеві протоколи (здійснюють функції трьох нижніх рівнів моделі OSI).

Прикладні протоколи забезпечують взаємодію додатків і обмін даними між ними. Найбільш популярні:

  • FTAM (File Transfer Access and Management) - протокол OSI доступу до файлів;
  • X.400 - протокол CCITT для міжнародного обміну електронною поштою;
  • Х.500 - протокол CCITT служб файлів і каталогів на декількох системах;
  • SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) - протокол глобальної мережі Інтернет для обміну електронною поштою;
  • FTP (File Transfer Protocol) - протокол глобальної мережі Інтернет для передачі файлів;
  • SNMP (Simple Network Management Protocol) - протокол для моніторингу мережі, контролю за роботою мережевих компонентів і управління ними;
  • Telnet - протокол глобальної мережі Інтернет для реєстрації на віддалених серверах і обробки даних на них;
  • Microsoft SMBs (Server Message Blocks, блоки повідомлень сервера) і клієнтські оболонки або редиректори фірми Microsoft;
  • NCP (Novell NetWare Core Protocol) і клієнтські оболонки або редиректори фірми Novell.

Транспортні протоколи підтримують сеанси зв'язку між комп'ютерами і гарантують надійний обмін даними між ними. Найбільш популярні з них наступні:

  • TCP (Transmission Control Protocol) - частина набору протоколів TCP / IP для гарантованої доставки даних, розбитих на послідовність фрагментів;
  • SPX - частина набору протоколів IPX / SPX (Internetwork Packet Exchange / Sequential Packet Exchange) для гарантованої доставки даних, розбитих на послідовність фрагментів, запропонованих компанією Novell;
  • NWLink - реалізація протоколу IPX / SPX компанії Microsoft;
  • NetBEUI - (NetBIOS Extended User Interface, розширений інтерфейс NetBIOS) - встановлює сеанси зв'язку між комп'ютерами (NetBIOS) і надає верхнім рівням транспортні послуги (NetBEUI).
  • IP (Internet Protocol) - TCP / IP-протокол для негарантованої передачі пакетів без встановлення з'єднань;
  • IPX (Internetwork Packet Exchange) - протокол компанії NetWare для негарантованої передачі пакетів і маршрутизації пакетів;
  • NWLink - реалізація протоколу IPX / SPX компанії Microsoft;
  • NetBEUI - транспортний протокол, що забезпечує послуги транспортування даних для сеансів і додатків NetBIOS.

Всі перераховані протоколи можуть бути поставлені у відповідність тих чи інших рівнях еталонної моделі OSI. Але при цьому треба враховувати, що розробники протоколів не дуже строго дотримуються цих рівнів. Наприклад, деякі протоколи виконують функції, пов'язані відразу до декількох рівнях моделі OSI, а інші - тільки частина функцій одного з рівнів. Це призводить до того, що протоколи різних компаній часто виявляються несумісні між собою. Крім того, протоколи можуть бути успішно використані виключно в складі свого набору протоколів (стека протоколів), який виконує більш-менш закінчену групу функцій. Якраз це і робить мережеву операційну систему "фірмовою", тобто, по суті, несумісною зі стандартною моделлю відкритої системи OSI.

Як приклад на рис. 6.2, рис. 6.3 і рис. 6.4 схематично показано співвідношення протоколів, використовуваних популярними фірмовими мережевими операційними системами, і рівнів стандартної моделі OSI. Як видно з малюнків, практично ні на одному рівні немає чіткого відповідності реального протоколу якомусь рівню ідеальної моделі. Вибудовування подібних співвідношень досить умовно, так як важко чітко розмежувати функції всіх частин програмного забезпечення. До того ж компанії-виробники програмних засобів далеко не завжди детально описують внутрішню структуру продуктів.

Тепер варто докладніше розглянути деякі найбільш поширені протоколи.

Модель OSI допускає два основні методи взаємодії абонентів в мережі:

  • Метод взаємодії без логічного з'єднання (або метод дейтаграм).
  • Метод взаємодії з логічним з'єднанням.

Метод дейтаграм - це найпростіший метод, в якому кожен пакет розглядається як самостійний об'єкт (рис. 6.5).

Пакет при цьому методі передається без встановлення логічного каналу, тобто без попереднього обміну службовими пакетами для з'ясування готовності приймача, а також без ліквідації логічного каналу, тобто без пакета підтвердження закінчення передачі. Дійде пакет до приймача чи ні - невідомо (перевірка факту отримання переноситься на більш високі рівні).

Метод з логічним з'єднанням (рис. 6.6, рис. 4.5) розроблений пізніше, ніж метод дейтаграм, і відрізняється ускладненим порядком взаємодії.

При цьому методі пакет передається тільки після того, як буде встановлено логічне з'єднання (канал) між приймачем і передавачем. Кожному інформаційному пакету супроводжує один або кілька службових пакетів (установка з'єднання, підтвердження отримання, запит повторної передачі, призвести до втрати з'єднання). Логічний канал може встановлюватися на час передачі одного або декількох пакетів.


Мал. 6.2. Співвідношення рівнів моделі OSI і протоколів мережі Інтернет


Мал. 6.3. Співвідношення рівнів моделі OSI і протоколів операційної системи Windows Server


Мал. 6.4. Співвідношення рівнів моделі OSI і протоколів операційної системи NetWare


Мал. 6.6. Метод з логічним з'єднанням

Приклади протоколів, що працюють за методом дейтаграмм- це протоколи IP і IPX.

Приклади протоколів, що працюють за методом з логічним з'єднанням - це TCP і SPX.

Саме для того, щоб об'єднати переваги обох методів, ці протоколи використовуються у вигляді пов'язаних наборів: TCP / IP і IPX / SPX, в яких протокол більш високого рівня (TCP, SPX), що працює на базі протоколу нижчого рівня (IP, IPX) , гарантує правильну доставку пакетів в необхідному порядку.

Протоколи IPX / SPX, розроблені компанією Novell, утворюють набір (стек), який використовується в мережевих програмних засобах досить широко поширених локальних мереж Novell (NetWare). Це порівняно невеликий і швидкий протокол, що підтримує маршрутизацію. Прикладні програми можуть звертатися безпосередньо до рівня IPX, наприклад, для посилки широкомовних повідомлень, але значно частіше працюють з рівнем SPX, що гарантує швидку і надійну доставку пакетів. Якщо швидкість не дуже важлива, то прикладні програми застосовують ще більш високий рівень, наприклад, протокол NetBIOS, що надає зручний сервіс. Компанією Microsoft запропонована своя реалізація протоколу IPX / SPX, звана NWLink. Протоколи IPX / SPX і NWLink підтримуються операційними системами NetWare і Windows. Вибір цих протоколів забезпечує сумісність по мережі будь-яких абонентів з даними операційними системами.

В стек протоколів TCP / IP часто включають і протоколи всіх верхніх рівнів (рис. 6.7). І тоді вже можна говорити про функціональну повноту стека TCP / IP.


Мал. 6.7. Співвідношення рівнів моделі OSI і стека протоколів TCP / IP

Номер мережі - це код, присвоєний кожної конкретної мережі, тобто кожної широкомовної області загальною, єдиної мережі. Під широкомовної областю розуміється частина мережі, яка прозора для широкомовних пакетів, пропускає їх безперешкодно.

Протокол NetBIOS (мережева базова система введення / виведення) був розроблений компанією IBM для мереж IBM PC Network і IBM Token-Ring за зразком системи BIOS персонального комп'ютера. З тих пір цей протокол став фактичним стандартом (офіційно він не стандартизований), і багато мережеві операційні системи містять в собі емулятор NetBIOS для забезпечення сумісності. Спочатку NetBIOS реалізовував сеансовий, транспортний і мережевий рівні, проте в наступних мережах на більш низьких рівнях використовуються стандартні протоколи (наприклад, IPX / SPX), а на частку емулятора NetBIOS залишається тільки сеансовий рівень. NetBIOS забезпечує більш високий рівень сервісу, ніж IPX / SPX, але працює повільніше.

На основі протоколу NetBIOS був розроблений протокол NetBEUI, який представляє собою розвиток протоколу NetBIOS до транспортного рівня. Однак недолік NetBEUI полягає в тому, що він не підтримує межсетевое взаємодія і не забезпечує маршрутизацію. Тому даний протокол використовується тільки в простих мережах, не розрахованих на підключення до Інтернет. Складні мережі орієнтуються на більш універсальні протоколи TCP / IP і IPX / SPX. Протокол NetBEUI в даний час вважається застарілим, хоча навіть в операційній системі Windows XP передбачена його підтримка, правда, тільки як додаткова опція.

Нарешті, згадуваний вже набір протоколів OSI - це повний набір (стек) протоколів, де кожен протокол точно відповідає певному рівню стандартної моделі OSI. Набір містить маршрутизовані і транспортні протоколи, серії протоколів IEEE 802, протокол сеансового рівня, представницького рівня і кілька протоколів прикладного рівня. Поки широкого поширення цей набір протоколів не отримав, хоча він і повністю відповідає еталонної моделі OSI.