Все эти стеки, кроме SNA на нижних уровнях - физическом и канальном, - используют одни и те же хорошо стандартизованные протоколы Ethernet , Token Ring , FDDI и ряд других, которые позволяют задействовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим протоколам. Эти протоколы часто не соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. В частности, функции сеансового и представительного уровня, как правило, объединены с прикладным уровнем. Такое несоответствие связано с тем, что модель OSI появилась как результат обобщения уже существующих и реально используемых стеков, а не наоборот.

Стек OSI

Следует четко различать модель OSI и стек OSI . Если модель OSI является концептуальной схемой взаимодействия открытых систем , то стек OSI представляет собой набор вполне конкретных спецификаций протоколов.

В отличие от других стеков протоколов, стек OSI полностью соответствует модели OSI , он включает спецификации протоколов для всех семи уровней взаимодействия, определенных в этой модели. На нижних уровнях стек OSI поддерживает Ethernet, Token Ring , FDDI , протоколы глобальных сетей, X.25 и ISDN , - то есть использует разработанные вне стека протоколы нижних уровней, как и все другие стеки. Протоколы сетевого, транспортного и сеансового уровней стека OSI специфицированы и реализованы различными производителями, но распространены пока мало. Наиболее популярными протоколами стека OSI являются прикладные протоколы. К ним относятся: протокол передачи файлов FTAM, протокол эмуляции терминала VTP, протоколы справочной службы X.500, электронной почты X.400 и ряд других.

Протоколы стека OSI отличаются сложностью и неоднозначностью спецификаций . Эти свойства стали результатом общей политики разработчиков стека, стремившихся учесть в своих протоколах все случаи и все существующие технологии. К этому нужно еще добавить и последствия большого количества политических компромиссов, неизбежных при принятии международных стандартов по такому злободневному вопросу, как построение открытых вычислительных сетей.

Из-за своей сложности протоколы OSI требуют больших затрат вычислительной мощности центрального процессора, что делает их наиболее подходящими для мощных машин, а не для сетей персональных компьютеров.

Стек OSI - независимый от производителей международный стандарт . Его поддерживает правительство США в своей программе GOSIP, в соответствии с которой все компьютерные сети, устанавливаемые в правительственных учреждениях США после 1990 года, должны или непосредственно поддерживать стек OSI , или обеспечивать средства для перехода на этот стек в будущем. Тем не менее, стек OSI более популярен в Европе, чем в США, так как в Европе осталось меньше старых сетей, работающих по собственным протоколам. Большинство организаций пока только планируют переход к стеку OSI , и очень немногие приступили к созданию пилотных проектов. Из тех, что работают в этом направлении, можно назвать Военно-морское ведомство США и сеть NFSNET. Одним из крупнейших производителей, поддерживающих OSI , является компания AT&T, ее сеть Stargroup полностью базируется на этом стеке.

Стек TCP/IP

Стек TCP/IP был разработан по инициативе Министерства обороны США более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Большой вклад в развитие стека TCP/IP , который получил свое название от популярных протоколов IP и TCP, внесли специалисты из университета Беркли, реализовавшие протоколы стека в версии ОС UNIX. Популярность этой операционной системы привела к широкому распространению протоколов TCP, IP и других протоколов стека. Сегодня этот стек используется для связи компьютеров всемирной информационной сети Internet, а также в огромном количестве корпоративных сетей.

Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей - это Ethernet, Token Ring , FDDI , для глобальных - протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP, PPP, протоколы территориальных сетей X.25 и ISDN .

Основными протоколами стека, давшими ему название, являются протоколы IP и TCP. Эти протоколы в терминологии модели OSI относятся к сетевому и транспортному уровням, соответственно. IP обеспечивает продвижение пакета по составной сети, а TCP гарантирует надежность его доставки.

За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP вобрал в себя большое количество протоколов прикладного уровня. К ним относятся такие популярные протоколы, как протокол пересылки файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы службы WWW и многие другие.

Сегодня стек TCP/IP представляет собой один из самых распространенных стеков транспортных протоколов вычислительных сетей.

Действительно, только в сети Internet объединено около 10 миллионов компьютеров по всему миру, которые взаимодействуют друг с другом с помощью стека протоколов TCP/IP .

Стремительный рост популярности Internet привел и к изменениям в расстановке сил в мире коммуникационных протоколов - протоколы TCP/IP , на которых построен Internet, стали быстро теснить бесспорного лидера прошлых лет - стек IPX/SPX компании Novell. Сегодня в мире общее количество компьютеров, на которых установлен стек TCP/IP , превысило количество компьютеров, на которых работает стек IPX/SPX , и это говорит об изменении отношения администраторов локальных сетей к протоколам, используемым на настольных компьютерах, так как именно на них раньше почти везде работали протоколы компании Novell, необходимые для доступа к файловым серверам NetWare . Процесс продвижения стека TCP/IP на лидирующие позиции в любых типах сетей продолжается, и сейчас в комплекте поставки любой промышленной операционной системы обязательно имеется программная реализация этого стека.

Хотя протоколы TCP/IP неразрывно связаны с Internet, и каждый из многомиллионной армады компьютеров Internet работает на основе этого стека, существует большое количество локальных, корпоративных и территориальных сетей, непосредственно не являющихся частями Internet, в которых также используются протоколы TCP/IP . Чтобы отличать эти сети от Internet, их называют сетями TCP/IP или просто IP-сетями.

Поскольку стек TCP/IP изначально создавался для глобальной сети Internet, он имеет много особенностей, которые обеспечивают ему преимущество перед другими протоколами, когда речь заходит о построении сетей, включающих глобальные связи. В частности, очень полезным свойством, благодаря которому этот протокол может применяться в больших сетях, является его способность фрагментировать пакеты. Действительно, сложная составная сеть часто состоит из сетей, построенных на совершенно разных принципах. В каждой из этих сетей может быть установлена собственная величина максимальной длины единицы передаваемых данных (кадра). В таком случае при переходе из одной сети, имеющей большую максимальную длину, в другую, с меньшей максимальной длиной, может возникнуть необходимость разделения передаваемого кадра на несколько частей. Протокол IP стека TCP/IP эффективно решает эту задачу.

Другой особенностью технологии TCP/IP является гибкая система адресации, позволяющая более просто по сравнению с другими протоколами аналогичного назначения включать в интерсеть (объединенную или составную сеть) сети других технологий. Это свойство также способствует применению стека TCP/IP для построения больших гетерогенных сетей.

В стеке TCP/IP очень экономно используются возможности широковещательных рассылок. Это свойство просто необходимо при работе на медленных каналах связи, характерных для территориальных сетей.

Однако платой за преимущества здесь оказываются высокие требования к ресурсам и сложность администрирования IP-сетей. Для реализации мощных функциональных возможностей протоколов стека TCP/IP требуются большие вычислительные затраты. Гибкая система адресации и отказ от широковещательных рассылок приводят к наличию в IP-сети различных централизованных служб типа DNS, DHCP и т. п. Каждая из этих служб упрощает администрирование сети и конфигурирование оборудования, но в то же время сама требует пристального внимания со стороны администраторов.

Можно приводить и другие доводы за и против, однако факт остается фактом - сегодня TCP/IP самый популярный стек протоколов , широко используемый как в глобальных, так и в локальных сетях.

Стек IPX/SPX

Этот стек является оригинальным стеком протоколов фирмы Novell, разработанным для сетевой операционной системы NetWare еще в начале 80-х годов. Протоколы сетевого и сеансового уровней Internetwork Packet Exchange ( IPX и Sequenced Packet Exchange, SPX ), которые дали название стеку, являются прямой адаптацией протоколов XNS фирмы Xerox, распространенных в гораздо меньшей степени, чем стек IPX/SPX .

Популярность стека IPX/SPX непосредственно связана с операционной системой Novell NetWare , которая долгое время сохраняла мировое лидерство по числу установленных систем, хотя в последнее время ее популярность намного снизилась, и по темпам роста она заметно отстает от Microsoft Windows NT.

Многие особенности стека IPX/SPX обусловлены ориентацией ранних версий ОС NetWare (до версии 4.0) на работу в локальных сетях небольших размеров, состоящих из персональных компьютеров со скромными ресурсами. Понятно, что для таких компьютеров компании Novell нужны были протоколы, на реализацию которых требовалось бы минимальное количество оперативной памяти (ограниченной в IBM-совместимых компьютерах под управлением MS-DOS объемом 640 Кбайт) и которые быстро работали бы на процессорах небольшой вычислительной мощности. В результате протоколы стека IPX/SPX до недавнего времени хорошо работали в локальных сетях и не очень - в больших корпоративных сетях, так как они слишком перегружали медленные глобальные связи широковещательными пакетами, которые интенсивно используются несколькими протоколами этого стека (например, для установления связи между клиентами и серверами). Это обстоятельство, а также тот факт, что стек IPX/SPX является собственностью фирмы Novell, и на его реализацию нужно получать лицензию (то есть открытые спецификации не поддерживались), долгое время ограничивали его поле деятельности только сетями

Методологической основой стандартизации в компьютерных сетях является многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. Именно на этом подходе базируется стандартная модель взаимодействия открытых систем OSI (Open System Interconnection). Она была создана в начале 1980-х годов на основе технических предложений Международного института стандартов ISO и сыграла важную роль в развитии компьютерных сетей.

Модель OSI определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень. Модель ISO/OSI была разработана на основе большого практического опыта, полученного при создании компьютерных сетей, в основном глобальных, в 1970-е годы.

В модели OSI (рис. 1.1) средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, канальный, физический и сетевой. Самый верхний уровень – прикладной. На данном этапе пользователь взаимодействует с вычислительной системой. Самый нижний уровень – физический – обеспечивает обмен сигналами между устройствами. Обмен данными в системах связи происходит путем перемещения данных с верхнего уровня на нижний, затем транспортировки по линиям связи и, наконец, обратного воспроизведения данных в компьютере клиента в результате их перемещения с нижнего уровня на верхний.

Для обеспечения необходимой совместимости на каждом из семи уровней архитектуры компьютерной сети действуют специальные стандартные протоколы. Они представляют собой формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах сети.

Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для обеспечения взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов. Следует четко различать модель OSI и стек протоколов OSI. Модель OSI является концептуальной схемой взаимодействия открытых систем, а стек протоколов OSI представляет собой набор вполне конкретных спецификаций протоколов для семи уровней взаимодействия, которые определены в модели OSI

Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней – как правило, чисто программными средствами.

Модули, реализующие протоколы соседних уровней и находящиеся в одном узле сети, должны взаимодействовать друг с другом также в соответствии с четко определенными правилами и при помощи стандартизованных форматов сообщений.

Эти правила принято называть межуровневым интерфейсом. Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему. В сущности, протокол и интерфейс – близкие понятия, но традиционно в сетях за ними закреплены разные области действия: протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах сети, а интерфейсы – правила взаимодействия модулей соседних уровней в одном узле.

Рассмотрим, как в семиуровневой модели OSI проходит обмен данными между двумя пользователями сети, находящимися в разных городах:

на прикладном уровне с помощью специальных приложений пользователь создает документ (сообщение, рисунок и т.п.);

на представительном уровне операционная система (ОС) его компьютера фиксирует, где находятся созданные данные (в оперативной памяти, в файле на жестком диске и т.п.), и обеспечивает взаимодействие со следующим уровнем;

на сеансовом уровне компьютер пользователя взаимодействует с локальной или глобальной сетью. Протоколы этого уровня проверяют права пользователя «на выход в эфир» и передают документ протоколам транспортного уровня;

на транспортном уровне документ преобразуется в ту форму, в которой положено передавать данные в используемой сети. Так, документ может быть поделен на небольшие пакеты стандартного размера.

сетевой уровень определяет маршрут движения данных в сети. Например, если на транспортном уровне данные были «нарезаны» на пакеты, то на сетевом уровне каждый пакет должен получить адрес, по которому он будет доставлен независимо от прочих;

канальный уровень необходим для того, чтобы промодулировать сигналы, циркулирующие на физическом уровне, в соответствии с данными, полученными с сетевого уровня. В компьютере эти функции выполняют сетевая карта или модем;

реальная передача данных происходит на физическом уровне. Здесь нет ни документов, ни пакетов, ни даже байтов, есть только биты, то есть элементарные единицы представления данных. Средства физического уровня находятся за пределами компьютера. В локальных сетях с использованием телефонных модемов это линии телефонной связи, коммутационное оборудование телефонных станций и т.п.

На компьютере получателя информации происходит обратный процесс преобразования – от битовых сигналов до документа путем постепенного перехода направлении с нижнего на верхний уровень взаимодействия.

Для решения сложных задач используется универсальный прием декомпозиция , т.е. разбиение сложной задачи на несколько простых задач – модулей .

Декомпозиция состоит в четком определении каждого модуля, а также порядка и взаимодействия.

Наиболее эффективная концепция декомпозиции – многоуровневый подход . После представления исходной задачи в виде множества модулей, эти модули группируют и упорядочивают по уровням. Уровни, в свою очередь, образуют иерархию. Группа модулей, составляющая каждый уровень, для решения своих задач должна обращаться с запросами только к модулям соседнего нижележащего уровня. С другой стороны, результаты работы каждого из модулей могут быть переданы только модулем соседнего вышележащего уровня.

Межуровневый интерфейс (интерфейс услуг) определяет набор функций, которые нижележащий уровень передает вышележащему уровню.

В сетевом взаимодействии участвуют две стороны. Для взаимодействия двух сторон необходимо организовать согласованную работу двух иерархий аппаратных и программных средств на двух разных компьютерах. Оба узла должны принять множество соглашения.

Схема взаимодействия двух узлов

Каждый уровень поддерживает интерфейсы двух типов:

1 – интерфейсы услуг с выше- и нижележащими уровнями ;

2 – интерфейсы со средствами взаимодействия другой стороны (протокол ) .

Протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах, а интерфейсы – соседних уровней в одном узле.

Стек протоколов – иерархически организованный набор протоколов, достаточных для организации взаимодействия узлов в сети.

Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств. А протоколы верхних уровней – только программными средствами.

Протокольные сущности одного уровня двух взаимодействующих сторон обмениваются сообщениями в соответствии с определенным для них протоколом. Сообщения состоят из заголовка и поля данных . Работа каждого протокольного модуля состоит в интерпретации заголовков, поступающих к нему сообщений и выполнении связанных с этим действий. Заголовки сообщений разных протоколов имеют разную структуру.

Модель OSI

Назначение модели OSI состоит в обобщенном представлении средств сетевого взаимодействия. Она определяет:

– уровни взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов;

– стандартные названия уровней;

– функции, которые должен выполнять каждый уровень.

В модели OSI средство взаимодействия делится на 7 уровней:

1 – прикладной;

2 - представления;

3 – сеансовый;

4 – транспортный;

5 – сетевой;

6 – канальный;

7 – физический.

Приложение A обращается с запросом к прикладному уровню, например к файловой службе. На основании этого запроса ПО прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата. После формирования сообщения прикладной уровень отправляет его вниз. Протокол уровня представления н основе полученной информации из заголовка выполняет требуемые действия и добавляет к сообщению собственную информацию, т.е. новый заголовок. Далее сообщение передается сеансовому уровню и так далее до физического уровня. Физический уровень передает сообщение адресату по линии связи. Когда сообщение приходит на компьютер-адресат, он принимает его и перемещает вверх по уровням. Каждый уровень анализирует заголовок своего уровня, выполняет соответствующие функции, удаляет заголовок и передает сообщение вверх.

Физический уровень передает потоки битов по физическим каналам. Функции выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.

Канальный уровень выполняет функции:

Установление логического соединения между логическими узлами;

Согласование скоростей передатчика и приемника информации;

Обеспечение надежной передачи обнаружения и коррекции ошибок.

Уровень формирует из пакетов собственные протокольные единицы-кадры, состоящие из поля данных и заголовка. Важнейшей информацией заголовка кадра является адрес назначения .

Кроме того этот уровень может обеспечить надежность передачи, например, путем фиксирования границ кадра, помещая специальную последовательность битов в его начало и конец.

В сетях, построенных на основе разделяемой среды, канальный уровень проверяет доступность разделяемой среды.

Сетевой уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей. Технология, позволяющая соединять в единую сеть множество сетей – технология межсетевого взаимодействия . Функции сетевого уровня реализуются группой протоколов или маршрутизаторами. Маршрутизатор имеет несколько сетевых интерфейсов, к каждому из которых может быть подключена одна сеть. Данные, которые необходимо передать поступают от транспортного уровня. На сетевом уровне данные снабжаются заголовком и формируется пакет. Для того чтобы протоколы сетевого уровня могли доставлять пакеты любому узлу составной сети, эти узлы должны иметь уникальные адреса в пределах данной сети – сетевой адрес .

Транспортный уровень обеспечивает передачу данных с определенной степенью надежности. Модель OSI определяет 5 классов транспортного сервиса. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг (срочность, возможностью восстановления прерванной связью, способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи).

Сеансовый уровень управляет взаимодействием сторон, т.е. фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент и предоставляет средства синхронизации сеанса.

Уровень представления обеспечивает представление передаваемой по сети информации, не меняя при этом её содержания. На этом уровне могут проходить шифрование и дешифрование данных.

Прикладной уровень – это набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи в сети получают доступ к разделяемым ресурсам. Единица данных этого уровня – сообщение.

Технологии доступа

Для упрощения и удешевления аппаратных и программных решений разработчики первых локальных сетей остановились на совместном использовании общей среды передачи данных.

Использование разделяемых сред позволяет упростить логику передачи данных. Недостаток – плохая масштабируемость.

Локальные сети, являясь пакетными сетями, используют принцип временного мультиплексирования, т.е. разделяют передающую среду во времени.

Алгоритм управления доступом к среде является одной из важнейших характеристик технологий локальной сети.

Технология Ethernet

Основная среда – коаксиальный кабель .

На уровне MAC, который обеспечивает доступ к среде и передачу кадра, для идентификации сетевых интерфейсов узлов сети используются регламентированные уникальные шестибайтовые адреса – MAC-адреса (каждый сетевой адаптер имеет, по крайней мере, один MAC-адрес). Обычно он записывается в виде шести пар шестнадцатеричных цифр, разделенных тире или двоеточием, например: 11-AO-17-3D-BC-01.

Помимо отдельных интерфейсов MAC-адрес может определять группу интерфейсов или даже все интерфейсы сети. Первый бит старшего байта адреса назначения – признак того, является адрес индивидуальным или групповым. Если этот бит = 0, то адрес индивидуальный, т.е. идентифицирует один сетевой интерфейс. Если =1 – групповым. Групповой адрес связан только с интерфейсами, сконфигурируемым как члены группы, номер которой указан в групповом адресе. Если сетевой интерфейс включен в группу, то наряду с уникальным MAC-адресом ассоциируется также групповой адрес. Второй бит старшего байта определяет способ назначения адреса. Если бит=0, то централизованный, если = 1 – локальный. В три старших байта адреса производитель помещает выданный идентификатор. За уникальность младших трех байтов адреса отвечает производитель оборудования.

Сетевые адаптеры Ethernet могут работать в режиме неразборчивого захвата , т.е. сетевые адаптеры захватывают все кадры, поступающие на интерфейс независимо от их MAC-адресов назначения (используется в случае мониторинга адреса).

Формат кадра

Доступ к среде и передача данных в технологии Ethernet

Метод доступа в сетях Ethernet на разделяемой проводной среде носит название CSMA/CD .

Все компьютеры в сети на разделяемой среде имеют возможность немедленно получить данные, которые любой из компьютеров начал передавать в общую среду В таком случае говорят, что среда, к которой подключены все станции, работают в режиме коллективного доступа. Чтобы получить возможность передавать кадр, интерфейс отправитель должен убедиться, что разделяемая среда свободна. Это достигается прослушиванием основной гармоники сигналов или несущей частоты . Признаком «незанятости» среды является отсутствие на ней несущей частоты. Если среда свободна, то узел готов к передаче данных. Все станции, подключенные к кабелю, начинают записывать байты передаваемого кадра в свои встроенные буферы. Та станция, которая узнает свой адрес в заголовке кадра, продолжает записывать в его содержимое свой буфер. А остальные станции прием кадра прекращает. Станция назначения обрабатывает полученные данные и передает их вверх по своему стеку. Кадр Ethernet содержит не только адрес назначения, но и адрес источника, поэтому станция получатель знает, кому нужно послать ответ. После окончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу, которая занимает 9,6 мкс и которая нужна для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние, а также для предотвращения монопольного захвата среды одной из станций. После окончания паузы узлы имеют право начать передачу своего кадра, т.к. среда свободна.

Механизм прослушивания среды и паузы между кадрами не гарантируют исключения ситуации, когда две или более станции одновременно решают, что среда свободна. Говорят, что при этом происходит коллизия , т.к. содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле и происходит искажение информации. Для возникновения коллизии не обязательно, чтобы несколько станций начали передачу одновременно. Чтобы корректно обработать коллизию все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется факт обнаружения коллизий. Для повышения вероятности скорейшего обнаружения коллизии всеми станциями сети станция, которая обнаруживает коллизию, прерывает передачу своего кадра и отправляет в сеть специальную последовательность из 32 бит, называемую JAM-последовательностью. После этого передающая станция обязана прекратить передачу и сделать паузу.

Token Ring и FDDI

Основная среда передачи данных – витая пара . Для адресации станции используются MAC-адреса того же формата, что и Ethernet. Метод доступа Token Ring основан на передачи от узла к узлу специального токена (маркера доступа), при этом только узел, владеющий токеном, может передавать данные в кольцо. Существует лимит на период монопольного использования среды – время удержания токена , по истечении которого станция обязана передать токен своему соседу.

В технологии FDDI применяется двойное кольцо с целью обеспечения отказоустойчивости.

Технология ATM

Асинхронный режим передачи (ATM) является технологией, позволяющей по сети передавать различные типы трафика (голосовые, видео и цифровые данные). При этом обеспечивается достаточная пропускная способность для каждого из них и гарантируется своевременная доставка чувствительных к задержкам передачи данных.

Основой являются коммутируемые сети с трансляцией ячеек и установлением соединений.

ATM разбивает весь трафик на 5 классов: A, B, C, D и X. Первые четыре – трафик типовых приложений, которые отличаются устойчивым набором требований к задержкам и потерям пакетов, а также тем, генерируют они трафик с постоянной или переменной битовой скоростью. Класс X зарезервирован для уникальных приложений, набор характеристик и требований которых не относится ни к одному из первых четырех классов.

Данные передаются небольшими пакетами фиксированного размера – ячейки . А в сетях с разделяемой средой доступа передача осуществляется пакетами переменной длины – кадры .

Чтобы уменьшить время ожидания передачи ячейки, её размер должен быть мал. Однако маленький размер ячейки увеличивает накладные расходы на передачу из-за наличия большого количества интервалов между передачами ячеек. Размер ячейки ATM составляет 53 байта, из которых 48 байт отводится на данные, а 5 - на заголовок ячейки блока информации.

Для передачи пакетов по сети ATM от источника к месту назначения источник должен сначала установить соединение с получателем. Сети с установлением соединений могут резервировать для конкретного соединения полосу пропускания, гарантируя для каждого соединения определенную скорость передачи данных. При установлении соединения, коммутаторы определяют оптимальный маршрут для передачи данных. Когда соединение установлено, коммутаторы начинают передачу данных. Передача ячеек осуществляется с использованием адресных таблиц, в которых содержится информация об адресе порта, из которых поступают ячейки, идентификаторы виртуальных каналов и виртуальных путей.

Виртуальный канал – соединение между двумя конечными станциями ATM, которое устанавливается на время их взаимодействия. Он является двунаправленным, поэтому после установления соединения каждая конечная станция может, как посылать пакеты другой станции, так и получать от неё по этому каналу. Существует 3 типа виртуальных каналов:

1 – постоянные виртуальные каналы (PVC) – постоянное соединение между двумя конечными станциями, которое устанавливается вручную в процессе конфигурирования сети. Он проходит через все коммутаторы, расположенные между конечными станциями. После установки, для него резервируется определенная часть полосы пропускания и двум конечным станциям не требуется устанавливать или сбрасывать соединения;

2 – коммутируемые виртуальные каналы (SVC) – устанавливается динамически, когда две конечные станции обмениваются данными друг с другом. По окончании обмена через некоторый промежуток времени канал сбрасывается. Соединение устанавливается только в том случае, если сеть в состоянии поддерживать данное соединение;

3 – интеллектуальные постоянные виртуальные каналы (SPVC) – устанавливается вручную на этапе конфигурирования сети, при этом оператор сети указывает только конечные станции, для которых должно быть установлено соединение. Для каждого нового сеанса передачи данных, коммутатор определяет: по какому пути будут проходить ячейки.

Виртуальный путь – путь между двумя коммутаторами, которое существует постоянно, независимо от того, есть соединение или нет. Когда пользователь запрашивает виртуальный канал, коммутаторы определяют, какой виртуальный путь использовать для достижения конечных станций.

По одному и тому же виртуальному пути может передаваться одновременно трафик множества виртуальных каналов.

Стек протокола TCP/IP

Стек TCP/IP широко используется как в локальных, так и в глобальных сетях. Он имеет структуру, состоящую из четырех уровней:

Прикладной уровень соответствует трем верхним уровням модели OSI: прикладному, представления и сеансовому. Он объединяет сервисы, предоставляемые системой пользовательским приложениям.

К службам прикладного уровня относят:

- протокол передачи файлов FTP ;

- протокол передачи почты SMTP ;

- протокол передачи гипертекста HTTP и т.д.

Протоколы прикладного уровня развертываются на конечных узлах или хостах.

Транспортный уровень может предоставлять вышележащему уровню два типа сервиса:

1 – гарантированную доставку обеспечивает протокол управления передачей TCP ;

2 – доставку по возможности или с максимальными усилиями обеспечивает протокол пользовательских дейтаграмм UDP .

Для того чтобы обеспечить надёжную доставку данных, протокол TCP предусматривает установление логического соединения, что позволяет ему нумеровать пакеты, подтверждать их прием квитанциями, в случае потери организовывать повторные передачи, распознавать и уничтожать дубликаты и доставлять прикладному уровню пакеты в том порядке, в котором они были отправлены. Благодаря этому протоколу объекты на узле отправителя и узле получателя могут поддерживать обмен данными в дуплексном режиме.

Второй протокол, UDP, является простейшим дейтаграммным протоколом, когда задача надежного обмена не ставиться.

От прикладного протокола транспортный уровень принимает задание на передачу данных с тем или иным качеством прикладному уровню получателя. Программные модули протоколов прикладного уровня устанавливаются также на хостах.

Сетевой уровень [уровень интернета] обеспечивает перемещение пакетов в пределах составной сети, образованной соединением нескольких подсетей. Основной протокол – межсетевой протокол IP . В его задачу входит: продвижение пакетов между сетями от одного маршрутизатора к другому до тех пор, пока пакет не попадет в сеть назначения. Он развертывается не только на хостах, но и на всех маршрутизаторах.

Протокол IP – дейтаграммный протокол, работающий без установления соединений по принципу доставки с максимальными усилиями.

К сетевому уровню также относят протоколы, выполняющие вспомогательные функции:

Протоколы маршрутизации RIP и OSPF предназначены для изучения топологии сети, определения маршрутов и составления таблиц маршрутизации;

Протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP , предназначенный для передачи маршрутизаторам источнику сведений об ошибках, возникших при передаче пакетов.

Уровень сетевых интерфейсов отвечает только за организацию взаимодействия с подсетями разных технологий, входящими в составную сеть.

Задачу организации интерфейса между технологиями TCP/IP и любой другой промежуточной технологией сети можно свести к двум задачам:

1 – упаковка IP пакета в единицу передаваемых данных промежуточной сети;

2 – преобразование сетевых адресов в адреса технологий данной промежуточной сети.

Система DNS

См. Олифера (стр. 583)

Похожая информация.

Министерство Общего и Профессионального Образования Российской Федерации

Государственное Общеобразовательное Учреждение Высшего Профессионального

Образования Московский Государственный Технологический Университет

«Станкин»

Факультет «Информационных Технологий»

Семиуровневая модель OSI.
Стеки протоколов.

Выполнил: студент группы И-7-7

Ярповецкий-

Проверил:

МОСКВА-2008

История OSI………………………………………………………………………………………………..2

Краткое описание OSI………………………………………………………………………………..3

Уровни модели OSI……………………………………………………………………………………4

Пример связи тип OSI………………………………………………………………………………..5

Прикладной уровень (Application layer) ……………………………….…………………..7

Уровень представления (Presentation layer) …………………………………………….7

Сеансовый уровень (Session Layer) …………………………………………………………..8

Транспортный уровень (Transport Layer) ………………………………………………...8

Сетевой уровень (Network Layer) ……………………………………………………………..9

Канальный уровень (Data link Layer) ……………………………………………………….10

Физический уровень …………………………………………………………………...……..……13

Сетезависимые и сетенезависимые уровни……………………………………………...14

Стандартные стеки коммуникационных протоколов……………………….……...16

Модель OSI и стек TCP IP……………………………………………………………..…………....18

Инкапсуляция и обработка пакетов………………………………………………………….19

Список использованных материалов………………………………………….……………..20

История OSI

Обмен информацией между компьютерами различных схем является чрезвычайно сложной задачей.

К концу 70-х годов в мире существовало большое количество фирменных стеков коммуникационных протоколов, среди которых можно выделить, такие популярные в свое время стеки, как DECnet, TCP/IP и SNA. Однако это привело к проблеме с совместимостью устройств, использующих, выпущенных различными производителями и использующих разные протоколы.

Одним из вариантов решения этой проблемы являлась разработка и последующий всеобщий переход на единый, общий для всех систем стек протоколов, созданный с учетом опыта разработки уже сущест­вующих стеков. Такой академический подход к созданию нового стека начался с разработки модели OSI (базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем, Open Systems Interconnection Basic Reference Model) и занял семь лет (с 1977 по 1984 год). Она разрабатывалась в качестве универсального языка для сетевых спе­циалистов, в связи с чем ее иногда называют справочной моделью. Серьезное участие в разработке OSI приняли ISO (International Standards Organization) и ITU (International Telecommunication Union)

В 1984 году шестилетняя работа ISO над эталонной моделью архитектуры сети передачи данных завершилась публикацией международного стандарта 7498, кото­рый был использован Международным союзом по телекоммуникациям при раз­работке стандарта ITU-T Х.200. Оба документа имеют общее название - эталон­ная модель взаимодействия открытых систем, или модель OSI.

С тех пор ее используют практически все производители сетевых продуктов. Как и любая универсальная модель, OSI довольно громоздка, избыточна и не отличается гибкостью. Поэтому реальные сетевые средства, предлагаемые рядом фирм, не всегда придерживаются принятого разделения функций.

Краткое описание OSI

Назначение моде­ли OSI состоит в обобщенном представлении средств сетевого взаимодействия.

Модель OSI не содержит описаний реализаций конкретного набора протоколов.

Модель OSI определяет:

· уровни взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов

· стандартные названия уровней

· функции, которые должен выполнять каждый уровень.

Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые опера­ционной системой, системными утилитами, системными аппаратными средствами. Мо­дель не включает средства взаимодействия приложений конечных пользователей. Важно различать уровень взаимодействия приложений и прикладной уровень семиуровневой модели.

Приложения могут реализовывать собственные протоколы взаимодействия, ис­пользуя для этих целей многоуровневую совокупность системных средств. Именно для этого в распоряжение программистов предоставляется прикладной программ­ный интерфейс (Application Program Interface, API). В соответствии с идеальной схемой модели OSI приложение может обращаться с запросами к самому верх­нему уровню - уровню приложений, однако на практике многие стеки коммуни­кационных протоколов предоставляют возможность программистам напрямую обращаться к сервисам, или службам, расположенным ниже уровней.

Например, некоторые СУБД имеют встроенные средства удаленного доступа к файлам. В этом случае приложение, выполняя доступ к удаленным ресурсам, не использует системную файловую службу; оно обходит верхние уровни моде­ли OSI и обращается непосредственно к ответственным за транспортировку

Уровни модели OSI

В модели OSI определена полная архитектура системы передачи данных, состоящая из семи уровней. Какой-либо специфической причины, определившей наличие именно такого количества уровней, не существует, просто выполняемые моделью функции были условно разделены на семь групп. Три нижних уровня ответствуют физическому, канальному и пакетному уровням сети Х.25. Другая пакетная сеть, Frame Relay, соответствует двум нижним уровням модели ОSI. Оптимизация функций, позволяющая Frame Relay работать на уровне 2, существенно увеличивает пропускную способность этой пакетной сети по сравнению с пропускной способностью сети Х.25, о чем будет рассказано далее.

Протоколы существуют, продолжая разрабатываться, и для систем других видов: факсимильной связи, интегрированных сетей передачи речевых сигналов и цифровых данных, а также видеотекста.

Ниже приведены официальные названия всех семи уровней, начиная с верхнего.

№ уровня Наименование Уровень приложений Предоставление услуг на уровне конечного пользователя: почта, теледоступ и прочее Уровень представления данных Интерпретация и сжатие данных Уровень сессии Идентификация и проверка (сеансовый) полномочий Транспортный уровень Обеспечение корректной сквозной пересылки данных Сетевой уровень Маршрутизация и ведение учета Канальный уровень Передача и прием пакетов, определение аппаратных адресов Физический уровень Собственно кабель или физический носитель

При этом вышестоящие уровни выполняют более сложные, глобальные задачи, для чего используют в своих целях нижестоящие уровни, а также управляют ими. Цель нижестоящего уровня – предоставление услуг вышестоящему уровню, причем вышестоящему уровню не важны детали выполнения этих услуг. Нижестоящие уровни выполняют более простые и конкретные функции.

Физический и канальный уровни модели OSI реализуются аппаратным и программным обеспечением ; остальные пять высших уровней в большинстве случаев реализуются программным обеспечением.

В идеале каждый уровень взаимодействует только с теми, которые находятся рядом с ним (выше и ниже него). Верхний уровень соответствует прикладной задаче, работающему в данный момент приложению, нижний – непосредственной передаче сигналов по каналу связи.

Справочная модель OSI описывает, каким образом информация проделывает путь через среду сети (например, витую пару или оптоволокно) от одной прикладной до другой прикладной программы, установленной на другом компьютере. Так как информация, которая должна быть отослана, проходит вниз через уровни системы, по мере этого продвижения она становится все менее доступной для понимания и все больше похожей на ту информацию, которую понимают компьютеры, а именно единицы и нули.

При поступлении данных от приложения на каждом уровне к ним добавляется соответствующий заголовок. Данные с последовательностью заголовков пере­даются по каналу связи к месту назначения, где заголовки удаляются по мере пе­редачи данных от уровня к уровню принимающей системы. На рис.1 показано соотношение семи уровней с системой, три уровня которой соответствуют уров­ням сети Х.25. (В этом случае заголовок пакета обозначен символами NH и соот­ветствует сетевому уровню.) Ис­ключив функционирование третьего уровня, можно существенно увеличить про­пускную способность пакетной сети.

Рис. 1. Семиуровневая модель OSI

Пример связи тип OSI

Предположим, что Система А должна отправить в Систему В определенный текст, который в данном случае будет играть роль данных или информации

Сначала этот текст передается из прикладной программы Системы А в верхний (прикладной) уровень системы. Прикладной уровень Системы А должен передать данную информацию в прикладной уровень Системы В.

Уровневая модель OSI исключает прямую связь между соответствующими уровнями других систем. Следовательно, каждый уровень Системы А должен полагаться на услуги, предоставляемые ему смежными уровнями Системы А, поэтому он помещает управляющую информацию в форме кодированного заголовка перед фактическим текстом (данными), который должен быть передан. Этот информационный блок передается в нижестоящий Уровень 6 Системы А, который может дополнить его своей управляющей информацией.

Рис. 2. Путь информации от абонента к абоненту

Таким образом, размеры сообщения увеличиваются по мере того, как оно проходит вниз через уровни до тех пор, пока не достигнет сети, где оригинальный текст и вся связанная с ним управляющая информация разных уровней перемещаются к Системе В, где они принимаются Уровнем 1 Системы В. Уровень 1 Системы В отделяет заголовок уровня 1 и считывает его, после чего он знает, как обрабатывать данный информационный блок. Слегка уменьшившийся в размерах информационный блок (уже без информации 1 Уровня) передается в Уровень 2, который соответственно отделяет заголовок Уровня 2, анализирует его, чтобы узнать о действиях, которые он должен выполнить, и передает оставшиеся данные на Уровень 3.... Когда информационный блок пройдя через все уровни Системы В, доходит до прикладной программы Системы В, он должен содержать только оригинальный текст.

Рис. 3 иллюстрирует процесс передачи данных и управляющей информации между Уровнями

Рис. 3. Вложенность сообщений различных уровней

7. Прикладной уровень (Application layer )

Прикладной уровень - это самый близкий к пользователю уровень OSI. Он отличается от других уровней тем, что не обеспечивает услуг ни одному из других уровней OSI; однако он обеспечивает ими прикладные процессы, лежащие за пределами масштаба модели OSI.

Он обеспечивает услуги, непосредственно поддерживающие приложения пользователя, например, программные средства передачи файлов, доступа к базам данных , средства электронной почты, службу регистрации на сервере. Этот уровень управляет всеми остальными шестью уровнями. Например, если пользователь работает с электронными таблицами Excel и решает сохранить рабочий файл в своей директории на сетевом файл-сервере, то прикладной уровень обеспечивает перемещение файла с рабочего компьютера на сетевой диск прозрачно для пользователя.

Прикладной уровень идентифицирует и устанавливает наличие предполагаемых партнеров для связи, синхронизирует совместно работающие прикладные программы, а также устанавливает соглашение по процедурам устранения ошибок и управления целостностью информации. Прикладной уровень также определяет, имеется ли в наличии достаточно ресурсов для предполагаемой связи.

К числу наиболее распространенных протоколов верхних уровней относятся:

· FTP - протокол переноса файлов

· TFTP - упрощенный протокол переноса файлов

· X.400 - электронная почта

· SMTP - простой протокол почтового обмена

· CMIP - общий протокол управления информацией

· SNMP - простой протокол управления сетью

· NFS - сетевая файловая система

· FTAM - метод доступа для переноса файлов

Единица данных – Сообщение (message)

6. Уровень представления (Presentation layer )

Протоколы уровня представления обычно являются составной частью функций трех верхних уровней модели.

Уровень представления отвечает за возможность диалога между приложениями на разных машинах. Этот уровень обеспечивает, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой для прикладного уровня другой системы. При необходимости представительный уровень осуществляет трансляцию между множеством форматов представления информации путем использования общего формата представления информации.

Кроме того уровень Представления занят не только форматом и представлением фактических данных пользователя, но также структурами данных, которые используют программы. Поэтому кроме трансформации формата фактических данных (если она необходима), представительный уровень согласует синтаксис передачи данных для прикладного уровня.

С помощью средств данного уровня протоколы прикладных уровней могут преодолеть синтаксические различия в представлении данных или же раз­личия в кодах символов, например кодов ASCII и EBCDIC. На этом уровне могут выполняться шифрование и дешифрирование данных, благодаря которым сек­ретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных служб.

При­мером такого протокола является протокол SSL (Secure Socket Layer - слой за­щищенных сокетов), который обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.

5. Сеансовый уровень (Session Layer)

Сеансовый уровень устанавливает, управляет и завершает сеансы взаимодействия между прикладными задачами. Сеансы состоят из диалога между двумя или более объектами представления. Сеансовый уровень синхронизирует диалог между объектами представительного уровня и управляет обменом информации между ними.

Существует три режима установки сеансов: симплексный (передача данных в одном направлении), полудуплексный (передача данных поочередно в двух направлениях) и полнодуплексный (передача данных одновременно в двух направлениях).

Сеансовый уровень может также вставлять в поток данных специальные контрольные точки, которые позволяют в ходе длин­ных передач сохранять информацию о состоянии этих передач в виде контрольных точек, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контроль­ной точке, а не начинать все с начала.

Этот же уровень распознает логические имена абонентов, контролирует предоставленные им права доступа.

На практике немногие приложения ис­пользуют сеансовый уровень, и он редко реализуется в виде отдельных протоко­лов. Функции этого уровня часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.

4. Транспортный уровень (Transport Layer)

Граница между сеансовым и транспортным уровнями может быть представлена как граница между протоколами прикладного уровня и протоколами низших уровней. В то время как прикладной, представительный и сеансовый уровни заняты прикладными вопросами, четыре низших уровня решают проблемы транспортировки данных.

Транспортный уровень обеспечивает доставку пакетов без ошибок и потерь, а также в нужной последовательности.

Модель OSI определяет пять классов транспортного сервиса от низшего класса 0 до высшего класса 4. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг срочностью, воз­можностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплекси­рования нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол, а главное - способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.

Выбор класса сервиса транспортного уровня определяется, с одной стороны, тем, в какой степени задача обеспечения надежности решается самими приложения­ми и протоколами более высоких, чем транспортный, уровней. С другой сто­роны, этот выбор зависит от того, насколько надежной является система транс­портировки данных в сети, обеспечиваемая уровнями, расположенными ниже транспортного, - сетевым, канальным и физическим.

Здесь же производится разбивка передаваемых данных на блоки, помещаемые в пакеты, и восстановление принимаемых данных из пакетов. Доставка пакетов возможна как с установлением соединения (виртуального канала), так и без.

Все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программ­ными средствами конечных узлов сети - компонентами их сетевых операцион­ных систем.

Наиболее распространенные протоколы транспортного уровня включают:

· TCP - протокол управления передачей

· NCP - NetWare Core Protocol

· SPX - упорядоченный обмен пакетами

· TP4 - протокол передачи класса 4

3. Сетевой уровень (Network Layer)

(3) , (4)

Сетевой уровень - это комплексный уровень, который отвечает за адресацию пакетов и перевод логических имен (логических адресов, например, IP-адресов или IPX-адресов) в физические сетевые MAC-адреса (и обратно), отвечает за деление пользователей на группы, обеспечивает прозрачную передачу пакетов на транспортный уровень и возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным "подсетям", которые могут находиться в разных географических пунктах.

Т. к. две конечные системы, желающие организовать связь, может разделять значительное географическое расстояние и множество подсетей, сетевой уровень является доменом маршрутизации. Протоколы маршрутизации выбирают оптимальные маршруты через последовательность соединенных между собой подсетей. Традиционные протоколы сетевого уровня передают информацию вдоль этих маршрутов.

Технология, позволяющая соединять в единую сеть множество сетей, в общем случае по­строенных на основе разных технологий, называется технологией межсетевого взаимодействия

Сети, использующие собствен­ные технологии, могут связывать ме­жду собой любых пользователей своей сети, и не способны обеспечить передачу данных в другую сеть. Причинами такого положения вещей являются собственные форматы кадров каждой технологии и собственные стеки протоколов.

Чтобы связать между собой сети, построенные на основе столь отличающихся технологий, нужны дополнительные средства, и такие средства предоставляет сетевой уровень.

Функции сетевого уровня реализуются:

□ группой протоколов;

□ специальными устройствами - маршрутизаторами.

Для того чтобы протоколы сетевого уровня могли доставлять пакеты любому узлу составной сети, эти узлы должны иметь адреса, уникальные в пределах данной составной сети. Такие адреса называются сетевыми, или глобальными. Каждый узел составной сети, который намерен обмениваться данными с другими узлами составной сети, должен иметь сетевой адрес наряду с адресом, назначенным ему на канальном уровне. Например, на рис. 4.

Рис. 4. Пример составной сети

Сеть, используя свою канальную технологию, доставляет кадр с инкапсулированным в него пакетом по заданному адресу. Маршрутизатор извлекает пакет из прибыв­шего кадра и после необходимой обработки передает пакет для дальнейшей транспортировки в следующую сеть, предварительно упаковав его в новый кадр канального уровня в общем случае другой технологии. Таким образом, сетевой уровень играет роль координатора, организующего совместную работу сетей, по­строенных на основе разных технологий.

В общем случае функции сетевого уровня шире, чем обеспечение обмена в пре­делах составной сети. Так, сетевой уровень решает задачу создания надежных и гибких барьеров на пути нежелательного трафика между сетями.

На сетевом уровне определяются два вида протоко­лов.

Первый вид - маршрутизируемые протоколы - реализуют продвижение пакетов через сеть. Именно эти протоколы обычно имеют в виду, когда говорят о протоколах сетевого уровня. Второй вид - маршрутизирующие протоколы. С помощью этих протоколов маршрутизаторы собирают информацию о топологии межсетевых соединений, на основании которой осу­ществляется выбор маршрута продвижения пакетов.

Наиболее часто на сетевом уровне используются протоколы:

· IP - протокол Internet

· IPX - протокол межсетевого обмена

· X.25 (частично этот протокол реализован на уровне 2)

· CLNP - сетевой протокол без организации соединений

2. Канальный уровень (Data link Layer)

Канальный уровень (другое название информационно-канальный уровень) обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный уровень отвечает за формирование пакетов (кадров) стандартного для данной сети (Ethernet, Token-Ring, FDDI) вида, включающих начальное и конечное управляющие поля. Здесь же производится управление доступом к сети, обнаруживаются ошибки передачи путем подсчета контрольных сумм , и производится повторная пересылка приемнику ошибочных пакетов.

Можно сказать, что канальные протоколы находятся на более высоком уровне по сравнению с физическими протоколами. Однако вся информация, использую­щаяся в протоколе канального уровня, в действительности содержится в потоке битов, передаваемом через последовательный интерфейс. Концептуально мы рас­сматриваем поля канальных протоколов как вложенные (содержащиеся внутри) в поток битов протоколов физического уровня или расположенные в них в ви­де слоев.

Чтобы в локальных сетях поддерживались различные методы доступа, комитет по стандартам IEEE 802 разделил канальный уровень модели OSI на два подуровня (рис. 5): управления логической связью (Logical Link Control, LLC) к управления доступом к среде (Media Access Control, MAC). Процедуры управления LLC оп­ределены рабочей группой 802.2 такими же, как и для протокола HDLC (High-level Data Link Control - высокоуровневый протокол управления каналом пере­дачи данных) стандарта ITU Х.25 в сбалансированном режиме (LAPB). Сбалан­сированный режим предназначен для равноструктурированых сетей, в которых каждая станция может инициировать обмен данными с любой другой станцией.

Рис. 5. Канальный уровень

Верхний подуровень (LLC – Logical Link Control) осуществляет управление логической связью, то есть устанавливает виртуальный канал связи. Строго говоря, эти функции не связаны с конкретным типом сети, но часть из них все же возлагается на аппаратуру сети (сетевой адаптер). Другая часть функций подуровня LLC выполняется программой драйвера сетевого адаптера. Подуровень LLC отвечает за взаимодействие с уровнем 3 (сетевым). Нижний подуровень (MAC – Media Access Control) обеспечивает непосредственный доступ к среде передачи информации (каналу связи). Он напрямую связан с аппаратурой сети. Именно на подуровне MAC осуществляется взаимодействие с физическим уровнем. Здесь производится контроль состояния сети, повторная передача пакетов заданное число раз при коллизиях , прием пакетов и проверка правильности передачи.

Помимо модели OSI существует также модель IEEE Project 802, принятая в феврале 1980 года (отсюда и число 802 в названии), которую можно рассматривать как модификацию, развитие, уточнение модели OSI. Стандарты, определяемые этой моделью (так называемые 802-спецификации) относятся к нижним двум уровням модели OSI и делятся на двенадцать категорий, каждой из которых присвоен свой номер:

802.1 - задает стандарты управления сетью на MAC-уровне, включая алгоритм Spanning Tree. Этот алгоритм используется для обеспечения единственности пути (отсутствия петель) в многосвязных сетях на основе мостов и коммутаторов с возможностью его замены альтернативным путем в случае выхода из строя. Документы также содержат спецификации сетевого управления и межсетевого взаимодействия.

802.2 - определяет функционирование подуровня LLC на канальном уровне модели OSI. LLC обеспечивает интерфейс между методами доступа к среде и сетевым уровнем. Прозрачные для вышележащих уровней функции LLC включают кадрирование, адресацию, контроль ошибок. Этот подуровень используется в спецификации 802.3 Ethernet, но не включен в спецификацию Ethernet II.

802.3 - описывает физический уровень и подуровень MAC для сетей с немодулированной передачей (baseband networks), использующих шинную топологию и метод доступа CSMA/CD. Этот стандарт был разработан совместно с компаниями Digital, Intel, Xerox и весьма близок к стандарту Ethernet. Однако стандарты Ethernet II и IEEE 802.3 не полностью идентичны и для обеспечения совместимости разнотипных узлов требуется применять специальные меры. 802.3 также включает технологии Fast Ethernet (100BaseTx, 100BaseFx, 100BaseFl).

802.5 - описывает физический уровень и подуровень MAC для сетей с кольцевой топологией и передачей маркеров. Этому стандарту соответствуют сети IBM Token Ring 4/16 Мбит/с.

802.8 - отчет TAG по оптическим сетям. Документ содержит обсуждение использования оптических кабелей в сетях 80, а также рекомендации по установке оптических кабельных систем.

802.9 - отчет рабочей группы по интеграции голоса и данных (IVD). Документ задает архитектуру и интерфейсы устройств для одновременной передачи данных и голоса по одной линии. Стандарт 802.9, принятый в 1993 году, совместим с ISDN и использует подуровень LLC, определенный в 802.2, а также поддерживает кабельные системы UTP (неэкранированные кабели из скрученных пар).

802.10 - в этом отчете рабочей группы по безопасности ЛВС рассмотрены вопросы обмена данными, шифрования, управления сетями и безопасности в сетевых архитектурах, совместимых с моделью OSI.

802.11 - имя рабочей группы, занимающейся спецификацией 100BaseVG Ethernet 100BaseVG. Комитет 802.3, в свою очередь, также предложил спецификации для Ethernet 100 Мбит/с.

Отметим, что работа комитета 802.2 послужила базой для нескольких стандартов (80, 802.12). Отдельные комитеты (80выполняют в основном информационные функции для комитетов, связанных с сетевыми архитектурами.

Отметим также, что разные комитеты 802.X задают разный порядок битов при передаче. Например, 802.3 (CSMA/CD) задает порядок LSB, при котором передается сначала наименее значимый бит (младший разряд), 802.5 (token ring) использует обратный порядок - MSB, как и ANSI X3T9.5 - комитет, отвечающий за архитектурные спецификации FDDI. Эти два варианта порядка передачи известны как "little-endian" (канонический) и "big-endian" (неканонический), соответственно. Эта разница в порядке передачи имеет существенное значение для мостов и маршрутизаторов, связывающих различные сети.

На канальном уровне работают такие промежуточные сетевые устройства, как, например, коммутаторы.

Наиболее часто используемые на уровне 2 протоколы включают:

HDLC для последовательных соединений IEEE 802.2 LLC (тип I и тип II) обеспечивают MAC для сред 802.x Ethernet Token ring FDDI X.25 Frame relay

Физический уровень (2)

Физический уровень определяет электротехнические , механические, процедурные и функциональные характеристики активации , поддержания и дезактивации физического канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют такие характеристики, как уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, физические соединители и другие аналогичные характеристики.

Протоколы данного уровня описывают физический обмен данными или передачу битов по физической среде между DTE. На физическом уровне определяются способ кодировки битов для передачи, порядок их передачи устройству и схема соединения с устройством.

Функции физического уровня реализуются на всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются се­тевым адаптером или последовательным портом.

Примером протокола физического уровня может служить спецификация 10Base-T технологии Ethernet, которая определяет в качестве используемого кабеля неэкранированную витую пару категории 3 с волновым сопротивлением 100 Ом, разъем RJ-45, максимальную длину физического сегмента 100 метров, манчестерский код для представления данных в кабеле, а также некоторые другие характеристики среды и электрических сигналов.

Физический уровень не вникает в смысл информации, которую он передает. Для него эта информация представляет однородный поток битов, которые нужно доставить без искажений и в соответствии с заданной тактовой частотой (интер­валом между соседними битами).

На физическом уровне работают такие сетевые устройства, как трансиверы, репитеры и репитерные концентраторы.

Для того чтобы различные типы среды передачи поддерживались единым стан­дартом, комитет IEEE разделил физический уровень на три подуровня (рис. 6). Подуровень физического кодирования определяет метод кодирования, исполь­зуемый в различных типах среды. Подуровень привязки к физической среде пре­образовывает сообщения подуровня физического кодирования в сообщения для передающей среды. Третий подуровень, зависящий от физической среды, опреде­ляет физический соединитель и его электрические свойства, используемые для соединения со средой. Обратите внимание, что на указанном рисунке представле­ны два стека, включающие по три подуровня, что позволяет показать назначение каждого подуровня; к тому же посредством определения дополнительных групп, содержащих по три подуровня, можно разработать дополнительные независимые от среды интерфейсы. Таким образом, разделение физического уровня на поду­ровни обеспечивает гибкость ЛВС при работе с использованием новейших типов среды, которые будут разработаны в дальнейшем.

Рис. 6. Разделение физического уровня на подуровни для поддержки мультимедийных приложений в высокоскоростных ЛВС

Сетезависимые и сетенезависимые уровни

Функции всех уровней модели OSI могут быть отнесены к одной из двух групп: либо к функциям, зависящим от конкретной технической реализации сети, либо к функциям, ориентированным на работу с приложениями.

Три нижних уровня - физический, канальный и сетевой - являются сетезависимыми, то есть протоколы этих уровней тесно связаны с технической реализацией сети и используемым коммуникационным оборудованием. Например, переход на оборудование FDDI означает полную смену протоколов физического и канального уровней во всех узлах сети.

Три верхних уровня - прикладной, представительный и сеансовый - ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей построения сети. На протоколы этих уровней не влияют какие бы то ни было изменения в топологии сети, замена оборудования или переход на другую сетевую технологию. Так, переход от Ethernet на высокоскоростную технологию l00VG-AnyLAN не потребует никаких изменений в программных средствах, реализующих функции прикладного, представительного и сеансового уровней.

Транспортный уровень является промежуточным, он скрывает все детали функционирования нижних уровней от верхних. Это позволяет разрабатывать приложения, не зависящие от технических средств непосредственной транспортировки сообщений. На рис. 7 показаны уровни модели OSI, на которых работают различные элементы сети. Компьютер с установленной на нем сетевой ОС взаимодействует с другим компьютером с помощью протоколов всех семи уровней. Это взаимодействие компьютеры осуществляют опосредовано через различные коммуникационные устройства: концентраторы, модемы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, мультиплексоры. В зависимости от типа коммуникационное устройство может работать либо только на физическом уровне (повторитель), либо на физическом и канальном (мост), либо на физическом, канальном и сетевом, иногда захватывая и транспортный уровень (маршрутизатор). На рис. 8. показано соответствие функций различных коммуникационных устройств уровням модели OSI.

Рис. 7. Сетезависимые и сетенезависимые уровни модели OSI

Рис.8. Соответствие функций различных устройств сети уровням модели OSI

Стандартные стеки коммуникационных протоколов

Протокол – формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах.

Стек протоколов - иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети.

В настоящее время в сетях используется большое количество стеков коммуникационных протоколов. Наиболее популярными являются стеки:

Все эти стеки на нижних уровнях (физический и канальный) используют одни и те же стандартизированные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и некоторые другие, которые позволяют использовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим собственным протоколам.

Стандартные стеки протоколов (OSI , TCP )

1. Стек OSI представляет собой набор конкретных спецификаций протоколов. Он полностью соответствует модели OSI, включает протоколы для всех семи уровней взаимодействия. Наиболее популярными протоколами стека OSI являются прикладные протоколы: протокол передачи файлов (PTAM), эмуляции терминала (UTP), справочной службы (X.500), электронной почты (X.400).

Протокол – набор правил и процедур, регулирующих порядок осуществления связи.

2. Стек TCP / IP был разработан по инициативе министерства обороны США в 80-е годы для связи с экспериментальной сетью и другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды.

Сегодня стек TCP/IP используется для связи компьютеров всемирной информационной системы Internet, а также в огромном числе корпоративных сетей. Этот стек на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных – SLIP, PPP, протоколы терминальных сетей X.25, ISON.

Основными протоколами являются протоколы TCP и IP. Эти протоколы в модели OSI. Эти протоколы относятся к сетевому и транспортному уровням соответственно. IP обеспечивает продвижение пакета по составной сети, а TCP гарантирует надёжность его доставки.

Стеки коммуникационных протоколов (IPX / SPX , NetBIOS )

3. Стек IPX/SPX (IPX – Interwork Packed Exchange; SPX – Sequenced Packed Exchange).

Этот стек является оригинальным стеком протоколов фирмы Novell, разработанной для сетевой операционной системы NetWave в начале 80-х годов. Популярность стека связана непосредственно с операционной системой, которая ещё сохраняет лидерство по числу установленных систем.

На физическом и канальном уровнях в сетях Novell используются все популярные протоколы этих уровней (Ethernet, Token Ring, FDDI и другие). На сетевом уровне в стеке Novell работает протокол IPX, а также протоколы обмена маршрутной информацией RIP и NLSP (аналог протокола OSPF стека TCP/IP). IPX является протоколом, который занимается вопросами адресации и маршрутизации пакетов в сетях Novell. Маршрутные решения IPX основаны на адресных полях в заголовке его пакета, а также на информации, поступающей от протоколов обмена маршрутной информацией. Например, IPX использует информацию, поставляемую либо протоколом RIP, для передачи пакетов компьютеру назначения или следующему маршрутизатору. Протокол IPX поддерживает только дейтаграммный способ обмена сообщениями, за счет чего экономно потребляет вычислительные ресурсы. Протокол IPX обеспечивает выполнение трех функций: задание адреса, установление маршрута и рассылку дейтаграмм. Транспортному уровню модели OSI в стеке Novell соответствует протокол SPX, который осуществляет передачу сообщений с установлением соединений. На верхних прикладном, представительном и сеансовом уровнях работают протоколы NCP и SAP. Протокол NCP является протоколом взаимодействия сервера NetWare и оболочки рабочей станции. Этот протокол прикладного уровня реализует архитектуру клиент-сервер на верхних уровнях модели OSI. С помощью функций этого протокола рабочая станция производит подключение к серверу, отображает каталоги сервера на локальные буквы дисководов, просматривает файловую систему сервера, копирует удаленные файлы, изменяет их атрибуты и т. п., а также осуществляет разделение сетевого принтера между рабочими станциями.

4. Стек NetBIOS широко используется в продуктах компаний IBM, Microsoft . На верхних уровнях работают протоколы NetBEUI, SMB.

Протокол NetBIOS – Network Basic Input/Output System появился в 1984г как сетевое расширение стандартных функций базовой системы ввода/вывода, IBM PC для сетевой программы PC Network фирмы IBM. В дальнейшем этот протокол был заменён протоколом расширенного пользовательского интерфейса (NetBEUI).

Протокол NetBIOS работает на трех уровнях модели взаимодействия открытых систем: сетевом, транспортном и сеансовом. NetBIOS может обеспечить сервис более высокого уровня, чем протоколы IPX и SPX, однако не обладает способностью к маршрутизации. Таким образом, NetBIOS не является сетевым протоколом в строгом смысле этого слова. NetBIOS содержит много полезных сетевых функций, которые можно отнести к сетевому, транспортному и сеансовому уровням, однако с его помощью невозможна маршрутизация пакетов, так как в протоколе обмена кадрами NetBIOS не вводится такое понятие как сеть. Это ограничивает применение протокола NetBIOS локальными сетями, не разделенными на подсети. NetBIOS поддерживает как дейтаграммный обмен, так и обмен с установлением соединений. Протокол SMB, соответствующий прикладному и представительному уровням модели OSI, регламентирует взаимодействие рабочей станции с сервером. В функции SMB входят следующие операции:

Управление сессиями. Создание и разрыв логического канала между рабочей станцией и сетевыми ресурсами файлового сервера. Файловый доступ. Рабочая станция может обратиться к файл-серверу с запросами на создание и удаление каталогов, создание, открытие и закрытие файлов, чтение и запись в файлы, переименование и удаление файлов, поиск файлов, получение и установку файловых атрибутов, блокирование записей. Сервис печати. Рабочая станция может ставить файлы в очередь для печати на сервере и получать информацию об очереди печати. Сервис сообщений. SMB поддерживает простую передачу сообщений со следующими функциями: послать простое сообщение; послать широковещательное сообщение; послать начало блока сообщений; послать текст блока сообщений; послать конец блока сообщений; переслать имя пользователя; отменить пересылку; получить имя машины.

Модель OSI и стек TCP IP

Набор (стек) протоколов TCP/IP был специально разработан для глобальных сетей и для межсетевого взаимодействия. Он изначально ориентирован на низкое качество каналов связи, на большую вероятность ошибок и разрывов связей. Этот протокол принят во всемирной компьютерной сети Интернет, значительная часть абонентов которой подключается по коммутируемым линиям (то есть обычным телефонным линиям). Как и протокол IPX/SPX, протокол TCP/IP также поддерживает маршрутизацию. На его основе работают протоколы высоких уровней, такие как SMTP, FTP, SNMP. Недостаток протокола TCP/IP -более низкая скорость работы, чем у IPX/SPX. Однако сейчас протокол TCP/IP используется и в локальных сетях, чтобы упростить согласование протоколов локальных и глобальных сетей. В настоящее время он считается основным в самых распространенных операционных системах.

В стек протоколов TCP/IP часто включают и протоколы всех верхних уровней (рис. 9). И тогда уже можно говорить о функциональной полноте стека TCP/IP.

Уровни стека TCP/IP

1. Физический уровень описывает среду передачи данных (будь то кабель, оптоволокно или радиоканал), физические характеристики такой среды и принцип передачи данных.

2. Канальный уровень описывает, каким образом передаются пакеты данных через физический уровень, включая кодирование (т. е. специальные последовательности битов, определяющих начало и конец пакета данных).

3. Сетевой уровень изначально разработан для передачи данных из одной (под) сети в другую. Примерами такого протокола является X.25 и IPC в сети ARPANET. С развитием концепции глобальной сети в уровень были внесены дополнительные возможности по передаче из любой сети в любую сеть, независимо от протоколов нижнего уровня, а также возможность запрашивать данные от удалённой стороны.

4. Протоколы транспортного уровня могут решать проблему негарантированной доставки сообщений («дошло ли сообщение до адресата ?»), а также гарантировать правильную последовательность прихода данных.

5. На прикладном уровне работает большинство сетевых приложений. Эти программы имеют свои собственные протоколы обмена информацией, например, HTTP для WWW, FTP (передача файлов), SMTP (электронная почта), SSH (безопасное соединение с удалённой машиной), DNS (преобразование символьных имён в IP-адреса) и многие другие.

Существуют разногласия в том, как вписать модель TCP/IP в модель OSI, поскольку уровни в этих моделях не совпадают.

Упрощенно интерпретацию стека TCP/IP можно представить так:

7 Прикладной	HTTP, FTP, DNS (RIP, работающий поверх UDP и BGP, работающий поверх TCP, являются частью сетевого уровня)	Прикладной
6 Представительный
5 Сеансовый
4 Транспортный	TCP, UDP, RTP, SCTP, DCCP (протоколы маршрутизации, подобные OSPF, что работают поверх IP, являются частью сетевого уровня)	Транспортный
3 Сетевой	IP (вспомогательные протоколы, вроде ICMP и IGMP работают поверх IP, но являются частью сетевого уровня; ARP не работает поверх IP)
2 Канальный	Ethernet, Token ring, и подобные	Физический
1 Физический

Инкапсуляция и обработка пакетов

При продвижении пакета данных по уровням сверху вниз каждый новый уровень добавляет к пакету свою служебную информацию в виде заголовка и, возможно, трейлера (информации, помещаемой в конец сообщения). Эта операция называется инкапсуляцией данных верхнего уровня в пакете нижнего уровня. Служебная информация предназначается для объекта того же уровня на удаленном компьютере, ее формат и интерпретация определяются протоколом данного уровня.

Разумеется, данные, приходящие с верхнего уровня, могут на самом деле представлять собой пакеты с уже инкапсулированными данными еще более верхнего уровня.

С другой стороны, при получении пакета от нижнего уровня он разделяется на заголовок (трейлер) и данные. Служебная информация из заголовка (трейлера) анализируется и в соответствии с ней данные, возможно, направляются одному из объектов верхнего уровня. Тот в свою очередь рассматривает эти данные как пакет со своей служебной информацией и данными для еще более верхнего уровня, и процедура повторяется, пока пользовательские данные, очищенные от всей служебной информации, не достигнут прикладного процесса.

Возможно, что пакет данных не будет доведен до самого верхнего уровня, например, в случае, если данный компьютер представляет собой промежуточную станцию на пути между отправителем и получателем. В этом случае объект соответствующего уровня при анализе служебной информации заметит, что пакет на этом уровне адресован не ему (хотя с точки зрения нижележащих уровней он был адресован именно этому компьютеру). Тогда объект выполнит необходимые действия для перенаправления пакета к месту назначения или возврата отправителю с сообщением об ошибке, но в любом случае не будет продвигать данные на верхний уровень.

Список использованных материалов

1 – , – Компьютерные сети. 3-е изд. – М.: Питер, 2006.

2 – Г. Хелд - Технологии передачи данных. 7-е изд. – М.: Питер, 2003

3 – CISCO Internetworking Technology Overview – пер. Владимир Плешаков (Сервер Марк-ИТТ)

4 – ***** – Интернет Университет Информационных Технологий

5 – ***** – Аналитический портал для IT специалистов

6 – Unix. stat. ***** – документация по Unix

7 – Wikipedia. org - Интернет - Энциклопедия

8 – , – Сети и Телекоммуникации. 2-е изд. – М.: Академия, 2007

9 – – Лекции по курсу «Сети ЭВМ и Телекоммуникации»

Стек OSI

Следует четко различать модель OSI и стек OSI. В то время как модель OSI является концептуальной схемой взаимодействия открытых систем, стек OSI представляет собой набор вполне конкретных спецификаций протоколов. В отличие от других стеков протоколов стек OSI полностью соответствует модели OSI, он включает спецификации протоколов для всех семи уровней взаимодействия, определенных в этой модели. На нижних уровнях стек OSI поддерживает Ethernet, Token Ring, FDDI, протоколы глобальных сетей, Х.25 и ISDN, - то есть использует разработанные вне стека протоколы нижних уровней, как и все другие стеки. Протоколы сетевого, транспортного и сеансового уровней стека OSI специфицированы и реализованы различными производителями, но распространены пока мало. Наиболее популярными протоколами стека OSI являются прикладные протоколы. К ним относятся: протокол передачи файлов FTAM, протокол эмуляции терминала VTP, протоколы справочной службы Х.500, электронной почты Х.400 и ряд других.

Протоколы стека OSI отличает большая сложность и неоднозначность спецификаций. Эти свойства явились результатом общей политики разработчиков стека, стремившихся учесть в своих протоколах все случаи жизни и все существующие и появляющиеся технологии. К этому нужно еще добавить и последствия большого количества политических компромиссов, неизбежных при принятии международных стандартов по такому злободневному вопросу, как построение открытых вычислительных сетей.

Из-за своей сложности протоколы OSI требуют больших затрат вычислительной мощности центрального процессора, что делает их наиболее подходящими для мощных машин, а не для сетей персональных компьютеров.

Стек OSI - международный, независимый от производителей стандарт. Его поддерживает правительство США в своей программе GOSIP, в соответствии с которой все компьютерные сети, устанавливаемые в правительственных учреждениях США после 1990 года, должны или непосредственно поддерживать стек OSI, или обеспечивать средства для перехода на этот стек в будущем. Тем не менее стек OSI более популярен в Европе, чем в США, так как в Европе осталось меньше старых сетей, работающих по своим собственным протоколам. Большинство организаций пока только планируют переход к стеку OSI, и очень немногие приступили к созданию пилотных проектов. Из тех, кто работает в этом направлении, можно назвать Военно-морское ведомство США и сеть NFSNET. Одним из крупнейших производителей, поддерживающих OSI, является компания AT&T, ее сеть Stargroup полностью базируется на этом стеке.

Стек TCP/IP

Стек TCP/IP был разработан по инициативе Министерства обороны США более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Большой вклад в развитие стека TCP/IP, который получил свое название по популярным протоколам IP и TCP, внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей версии ОС UNIX. Популярность этой операционной системы привела к широкому распространению протоколов TCP, IP и других протоколов стека. Сегодня этот стек используется для связи компьютеров всемирной информационной сети Internet, а также в огромном числе корпоративных сетей.

Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей - это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных - протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP, РРР, протоколы территориальных сетей Х.25 и ISDN.

Основными протоколами стека, давшими ему название, являются протоколы IP и TCP. Эти протоколы в терминологии модели OSI относятся к сетевому и транспортному уровням соответственно. IP обеспечивает продвижение пакета по составной сети, a TCP гарантирует надежность его доставки.

За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP вобрал в себя большое количество протоколов прикладного уровня. К ним относятся такие популярные протоколы, как протокол пересылки файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы службы WWW и многие другие.

Сегодня стек TCP/IP представляет собой один из самых распространенных стеков транспортных протоколов вычислительных сетей. Действительно, только в сети Internet объединено около 10 миллионов компьютеров по всему миру, которые взаимодействуют друг с другом с помощью стека протоколов TCP/IP.

Стремительный рост популярности Internet привел и к изменениям в расстановке сил в мире коммуникационных протоколов - протоколы TCP/IP, на которых построен Internet, стали быстро теснить бесспорного лидера прошлых лет - стек IPX/SPX компании Novell. Сегодня в мире общее количество компьютеров, на которых установлен стек TCP/IP, сравнялось с общим количеством компьютеров, на которых работает стек IPX/SPX, и это говорит о резком переломе в отношении администраторов локальных сетей к протоколам, используемым на настольных компьютерах, так как именно они составляют подавляющее число мирового компьютерного парка и именно на них раньше почти везде работали протоколы компании Novell, необходимые для доступа к файловым серверам NetWare. Процесс становления стека TCP/IP в качестве стека номер один в любых типах сетей продолжается, и сейчас любая промышленная операционная система обязательно включает программную реализацию этого стека в своем комплекте поставки.

Хотя протоколы TCP/IP неразрывно связаны с Internet и каждый из многомиллионной армады компьютеров Internet работает на основе этого стека, существует большое количество локальных, корпоративных и территориальных сетей, непосредственно не являющихся частями Internet, в которых также используют протоколы ТСРДР. Чтобы отличать их от Internet, эти сети называют сетями TCP/IP или просто IP-сетями.

Поскольку стек TCP/IP изначально создавался для глобальной сети Internet, он имеет много особенностей, дающих ему преимущество перед другими протоколами, когда речь заходит о построении сетей, включающих глобальные связи. В частности, очень полезным свойством, делающим возможным применение этого протокола в больших сетях, является его способность фрагментировать пакеты. Действительно, большая составная сеть часто состоит из сетей, построенных на совершенно разных принципах. В каждой из этих сетей может быть установлена собственная величина максимальной длины единицы передаваемых данных (кадра). В таком случае при переходе из одной сети, имеющей большую максимальную длину, в сеть с меньшей максимальной длиной может возникнуть необходимость деления передаваемого кадра на несколько частей. Протокол IP стека TCP/IP эффективно решает эту задачу.

Другой особенностью технологии TCP/IP является гибкая система адресации, позволяющая более просто по сравнению с другими протоколами аналогичного назначения включать в интерсеть сети других технологий. Это свойство также способствует применению стека TCP/IP для построения больших гетерогенных сетей.

В стеке TCP/IP очень экономно используются возможности широковещательных рассылок. Это свойство совершенно необходимо при работе на медленных каналах связи, характерных для территориальных сетей.

Однако, как и всегда, за получаемые преимущества надо платить, и платой здесь оказываются высокие требования к ресурсам и сложность администрирования IP-сетей. Мощные функциональные возможности протоколов стека TCP/IP требуют для своей реализации высоких вычислительных затрат. Гибкая система адресации и отказ от широковещательных рассылок приводят к наличию в IP-сети различных централизованных служб типа DNS, DHCP и т. п. Каждая из этих служб направлена на облегчение администрирования сети, в том числе и на облегчение конфигурирования оборудования, но в то же время сама требует пристального внимания со стороны администраторов.

Можно приводить и другие доводы за и против стека протоколов Internet, однако факт остается фактом - сегодня это самый популярный стек протоколов, широко используемый как в глобальных, так и локальных сетях.

Стек IPX/SPX

Этот стек является оригинальным стеком протоколов фирмы Novell, разработанным для сетевой операционной системы NetWare еще в начале 80-х годов. Протоколы сетевого и сеансового уровней Internetwork Packet Exchange (IPX) и Sequenced Packet Exchange (SPX), которые дали название стеку, являются прямой адаптацией протоколов XNS фирмы Xerox, распространенных в гораздо меньшей степени, чем стек IPX/SPX. Популярность стека IPX/SPX непосредственно связана с операционной системой Novell NetWare, которая еще сохраняет мировое лидерство по числу установленных систем, хотя в последнее время ее популярность несколько снизилась и по темпам роста она отстает от Microsoft Windows NT.

Многие особенности стека IPX/SPX обусловлены ориентацией ранних версий ОС NetWare (до версии 4.0) на работу в локальных сетях небольших размеров, состоящих из персональных компьютеров со скромными ресурсами. Понятно, что для таких компьютеров компании Novell нужны были протоколы, на реализацию которых требовалось бы минимальное количество оперативной памяти (ограниченной в IBM-совместимых компьютерах под управлением MS-DOS объемом 640 Кбайт) и которые бы быстро работали на процессорах небольшой вычислительной мощности. В результате протоколы стека IPX/SPX до недавнего времени хорошо работали в локальных сетях и не очень - в больших корпоративных сетях, так как они слишком перегружали медленные глобальные связи широковещательными пакетами, которые интенсивно используются несколькими протоколами этого стека (например, для установления связи между клиентами и серверами). Это обстоятельство, а также тот факт, что стек IPX/SPX является собственностью фирмы Novell и на его реализацию нужно получать лицензию (то есть открытые спецификации не поддерживались), долгое время ограничивали распространенность его только сетями NetWare. Однако с момента выпуска версии NetWare 4.0 Novell внесла и продолжает вносить в свои протоколы серьезные изменения, направленные на их адаптацию для работы в корпоративных сетях. Сейчас стек IPX/ SPX реализован не только в NetWare, но и в нескольких других популярных сетевых ОС, например SCO UNIX, Sun Solaris, Microsoft Windows NT.

Стек NetBIOS/SMB

Этот стек широко используется в продуктах компаний IBM и Microsoft. На физическом и канальном уровнях этого стека используются все наиболее распространенные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и другие. На верхних уровнях работают протоколы NetBEUI и SMB.

Протокол NetBIOS (Network Basic Input/Output System) появился в 1984 году как сетевое расширение стандартных функций базовой системы ввода/вывода (BIOS) IBM PC для сетевой программы PC Network фирмы IBM. В дальнейшем этот протокол был заменен так называемым протоколом расширенного пользовательского интерфейса NetBEUI - NetBIOS Extended User Interface. Для обеспечения совместимости приложений в качестве интерфейса к протоколу NetBEUI был сохранен интерфейс NetBIOS. Протокол NetBEUI разрабатывался как эффективный протокол, потребляющий немного ресурсов и предназначенный для сетей, насчитывающих не более 200 рабочих станций. Этот протокол содержит много полезных сетевых функций, которые можно отнести к сетевому, транспортному и сеансовому уровням модели OSI, однако с его помощью невозможна маршрутизация пакетов. Это ограничивает применение протокола NetBEUI локальными сетями, не разделенными на подсети, и делает невозможным его использование в составных сетях. Некоторые ограничения NetBEUI снимаются реализацией этого протокола NBF (NetBEUI Frame), которая включена в операционную систему Microsoft Windows NT.

Протокол SMB (Server Message Block) выполняет функции сеансового, представительного и прикладного уровней. На основе SMB реализуется файловая служба, а также службы печати и передачи сообщений между приложениями.

Стеки протоколов SNA фирмы IBM, DECnet корпорации Digital Equipment и AppleTalk/AFP фирмы Apple применяются в основном в операционных системах и сетевом оборудовании этих фирм.

На рис. 1.30 показано соответствие некоторых, наиболее популярных протоколов уровням модели OSI. Часто это соответствие весьма условно, так как модель OSI - это только руководство к действию, причем достаточно общее, а конкретные протоколы разрабатывались для решения специфических задач, причем многие из них появились до разработки модели OSI. В большинстве случаев разработчики стеков отдавали предпочтение скорости работы сети в ущерб модульности - ни один стек, кроме стека OSI, не разбит на семь уровней. Чаще всего в стеке явно выделяются 3-4 уровня: уровень сетевых адаптеров, в котором реализуются протоколы физического и канального уровней, сетевой уровень, транспортный уровень и уровень служб, вбирающий в себя функции сеансового, представительного и прикладного уровней.

Рис. 1.30. Соответствие популярных стеков протоколов модели OSI