13.6.1. Общее представление
Протокол в общем смысле представляет собой правила поведения, известные обеим взаимодействующим сторонам. То же самое представляют собой сетевые протоколы: правила поведения, известные обеим взаимодействующим сторонам. Что, в какой момент, в ответ на какое сообщение нужно сделать, какие данные
Для планомерного развития и стандартизации сетевых соединений, служб, технологии и устройств, необходимо некоторое всеобщее рамочное соглашение, определяющее основные принципы, параметры и термины, на основе которых можно будет разрабатывать конкретные решения. Такое рамочное соглашение, в общих чертах определяющее порядок приема и передачи информации на всех уровнях сетевого взаимодействия, получило название сетевой модели.
Известно несколько стеков протоколов, самыми широко распространенными из которых являются TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB. Мы ограничимся рассмотрением стека TCP/IP, поскольку на протоколах этого стека построен весь Интернет.
13.6.2. Стек протоколов TCP/IP
Уровень сетевых интерфейсов
Уровню сетевых интерфейсов не сопоставлен ни один протокол, но на нем реализована поддержка практически всех известных сегодня технологий и протоколов объединения компьютеров в сеть.
Уровень межсетевого взаимодействия
На уровне межсетевого взаимодействия решаются задачи маршрутизации данных. На этом уровне работают несколько протоколов.
□ IP (Internet Protocol - протокол межсетевого взаимодействия). Решает задачу передачи данных между сетями.
□ RIP (Routing Information Protocol - протокол маршрутной информации) и OSPF (Open Shortest Path First - выбор кратчайшего пути первым). Протоколы сбора и конфигурирования маршрутной информации, отвечающие за выбор оптимального маршрута передачи данных.
□ ICMP (Internet Control Message Protocol - протокол межсетевых управляющих сообщений). При помощи этого протокола собирается информация об ошибках доставки и длительности жизни пакетов, а также передаются тестирующие сообщения, подтверждающие наличие запрошенного узла в сети.
Транспортный уровень
Транспортный уровень предоставляет механизмы доставки данных.
□ TCP (Transmission Control Protocol - протокол управления передачей). Описывает правила создания логического соединения между удаленными процессами и механизм обработки ошибок доставки пакетов (механизм повторной передачи «сбойных» пакетов).
□ UDP (User Datagramm Protocol - протокол пользовательских датаграмм). Упрощенный вариант протокола доставки данных без установления логического соединения и проверки ошибок доставки пакетов.
Прикладной уровень
К прикладному уровню относятся протоколы, носящие прикладной характер. Большинство этих протоколов связано с соответствующими прикладными программами, работающими на их основе.
□ FTP (File Trancfer Protocol - протокол передачи файлов). В качестве транспортного протокола этот протокол использует TCP, что повышает надежность передачи файлов через большое количество промежуточных узлов.
□ TFTP (Trivial File Trancfer Protocol - простейший протокол передачи файлов). Этот протокол базируется на UDP и используется в локальных сетях.
□ SNMP (Simple Network Management Protocol - простой протокол управления сетью).
□ Telnet - протокол, используемый для эмуляции терминала удаленной станции.
□ SMTP (Simple Mail Transfer Protocol - простой протокол передачи сообщений). Передает сообщения электронной почты при помощи транспортного протокола TCP.
□ HTTP (Hiper Text Transfer Protocol - протокол передачи гипертекста). Базовый протокол Всемирной паутины, без которой сегодня невозможно представить себе Интернет. Именно он обеспечивает передачу страниц сайтов на наши компьютеры.
Кроме перечисленных базовых протоколов, в состав стека TCP/IP на прикладном уровне входит еще множество протоколов.
13.6.3. Сетевая модель OSI
Когда стек протоколов TCP/IP уже в полную силу обеспечивал функционирование самых разнообразных сетей, международная организация по стандартизации (International Organization for Standartization, ISO) разработала концептуальную модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection, OSI). Эта модель оказалась настолько удачной, что в настоящее время многие сетевые процессы и проблемы принято описывать именно в терминах модели OSI. В модели OSI три базовых понятия: уровень, интерфейс и протокол.
Уровни пронумерованы от 7-го (верхний уровень) до 1-го (нижний уровень). Чем выше уровень, тем более глобальны решаемые им задачи. Каждый вышестоящий уровень реализует свою функциональность, получая услуги от нижележащего уровня и управляя им. Управление и передача услуг осуществляются через стандартные интерфейсы, благодаря которым вышестоящий уровень изолируется от детализации того, как именно реализует услуги нижележащий уровень. Взаимодействие протоколов смежных уровней в одном узле осуществляется через интерфейсы.
Главная > РассказГлава 5 Протоколы локальных сетей По прочтении этой главы и после выполнения практических заданий вы сможете:
| Протокол | Соответствующая операционная система |
| Первые версии операционных систем Microsoft Windows |
|
| UNIX, Novel NetWare, современные версии операционных систем Microsoft Windows, операционные системы мэйнфреймов IBM |
|
| Операционные системы мэйнфреймов и миникомпьютеров IBM |
|
| Клиентские системы, взаимодействующие с мэйнфреймами IBM, настроенными на работу с протоколом SNA |
Для того чтобы компьютеры под управлением Windows-систем могли обращаться к NetWare, можно также использовать два типа драйверов, позволяющих работать с несколькими протоколами: Open Datalink Interface (ODI) и Network Driver Interface Specification (NDIS). Когда в сети NetWare развернуты несколько протоколов (например, IPX/SPX и TCP/IP), серверы и клиенты зачастую используют драйвер Open
Datalink
Interface
,
ODI
(открытый канальный интерфейс). Этот драйвер обеспечивает обмен данными с файл-серверами NetWare, мэйнфреймами и Мини-компьютерами, а также с Интернетом. ODI-драйверы можно применять в сетевых клиентах, работающих в среде MS-DOS и Microsoft Windows. В ранних версиях Windows (Windows 3.11, Windows 95, Windows 98 и Windows NT) компания Microsoft реализовала GDI-драйвер как 1б-разрядное приложение, которое не могло в полной мере использовать быстродействие и возможности 32-разрядной системы Windows 95 и более поздних версий. Начиная с Windows 95, для подключения к серверам NetWare по протоколу IPX/SPX применяются более совершенные решения компании Microsoft – протокол NetWare
Link
(NWLink
)
IPX
/
SPX
и драйвер Network
Driver
Interface
Specification
,
NDIS
(спецификация стандартного интерфейса сетевых адаптеров). В практических заданиях 5-1 и 5-2 рассказывается о том, как настроить системы Windows 2000 и Windows XP Professional для работы с протоколом NWLink. Как показано на рис. 5.3, драйверы NDIS (Microsoft) и ODI (Novell) работает на подуровне LLC Канального уровня, однако в отдельный момент времени к сетевому адаптеру может быть привязан только один из этих драйверов. 
Совет
На большинстве Windows-систем при конфигурировании протокола NWLink IPX/SPX по умолчанию устанавливается такой режим, когда операционная система автоматически распознает тип фрейма Ethernet, используемый в уже существующей сети. В последних системах Windows (например, Windows 2000 и Windows XP) при выборе ручной настройки и отмене автоматического распознавания система по умолчанию задает тип фрейма 802.2 (если вы сами не укажите другой тип). Эмуляция
IPX
/
SPX
Протокол NWLink эмулирует работу IPX/SPX, поэтому любая использующая его система Windows работает как компьютер или устройство, настроенное на работу с IPX/SPX. NDIS – это спецификация программного драйвера, используемая протоколом NWLink и позволяющая ему и другим сетевым протоколам взаимодействовать с сетевым адаптером компьютера. При этом используется процедура установления связи между протоколом и адаптером, называемая привязкой. Привязка
(binding) некоторого протокола к определенному адаптеру позволяет этому адаптеру работать и обеспечивать интерфейс с сетевой средой. Привязка к драйверу
NDIS
Драйвер NDIS компании Microsoft может привязывать к одному сетевому адаптеру один или несколько протоколов, благодаря чему все эти протоколы смогут работать через данный адаптер. Если протоколов несколько, то между ними устанавливается определенная иерархия, и если в сети развернуто несколько протоколов, то сетевой адаптер в первую очередь попытается прочитать фрейм или пакет, используя протокол, находящийся на верхней ступени этот иерархии. Если форматирование фрейма или пакета соответствует другому протоколу, то адаптер попробует прочитать его с помощью следующего протокола, указанного в иерархии, и т. д. Совет
С помощью драйвера NDIS один протокол можно привязать к нескольким сетевым адаптерам компьютера (например, в сервере). При наличии нескольких адаптеров можно распределить между ними сетевую нагрузку и ускорить реакцию сервера на запросы при большом количестве пользователей. Кроме того, несколько адаптеров используются в том случае, если сервер также выполняет функции маршрутизатора. Привязка одного протокола к нескольким адаптерам позволяет также снизить объем занимаемой памяти, поскольку серверу не понадобится загружать в нее несколько экземпляров одного протокола. Нужно заметить, что пользователь может сам организовывать иерархию протоколов, привязанных к адаптеру. Эта иерархия называется порядком привязки. Например, если первым в иерархии указан протокол IPX/SPX, а вторым – TCP/IP, то фрейм или пакет TCP/IP сначала интерпретируется как данные в формате IPX/SPX. Сетевой адаптер быстро определяет ошибку и повторно читает фрейм или пакет в формате TCP/IP, распознавая его правильно. Порядок привязки протоколов можно задавать в большинстве операционных систем Microsoft Windows (например, в Windows 2000 и Windows ХР). На рис. 5.4 изображен порядок привязки на компьютере, работающем под управлением Windows XP Professional. На этом рисунке протоколы, перечисления ниже строки File
and
Printer
Sharing
for
Microsoft
Networks
,
отображают nil док привязки протоколов, используемых для доступа к общим файлам и принтерам. Под строкой Client
for
Microsoft
Networks
показан порядок привязки протоколов, необходимых для доступа к сетевым серверам. В практических заданиях 5-3 и 5-4 вы узнаете о том, как установить порядок привязки протоколов в системах Windows 2000 и Windows XP Professional. 
Другие протоколы, и
спользуемые вместе с серверами
NetWare
Помимо IPX/SPX, операционная система Novell NetWare допускает использование и некоторых других протоколов при решении определенных задач (например, протокол RIP позволяет собирать информацию о маршрутизации; см. главу 4).
Серверы NetWare можно настроить для работы в качестве маршрутизаторов, которые будут применять протокол RIP для обновления таблиц маршрутизации (впрочем, при этом необходимы также ручные настройки, выполняемые сетевым администратором, отвечающим за маршрутизацию). В табл. 5,2 перечислены протоколы, которые можно использовать в серверах NetWare. Примечание
Как уже говорилось ранее в этой книге, не рекомендуется включать протокол RIP на серверах NetWare и Windows 2000/Server 2003, поскольку он создает в сети дополнительный трафик. Предпочтительнее, чтобы все задачи по маршрутизации выполняли специализированные сетевые маршрутизаторы. Таблица 5.2.
Протоколы, используемые вместе с серверами
NetWare
| Аббре виатура | Полное название | Описание | Уровень модели OSI |
| Internetwork Packet Exchange | Используется как основной протокол передачи данных для приложений Ethernet. Можно применять любые типы фреймов: Ethernet 802.2, Ethernet 802.3, Ethernet II и Ethernet SNAP | Сетевой и Транспортный |
|
| Link Support Layer | Используется вместе с ODI-драйвером для поддержки нескольких протоколов на одном сетевом адаптере | Канальный |
|
| Multiple Link Interface Driver | Соединяет два или несколько каналов в одну телекоммуникационную линию (например, два терминальных адаптера ISDN). В сетях Ethernet протокол MLID в сочетании с сетевым адаптером рабочей станции позволяет определить уровень конфликтов в сети, в сетях с маркерным кольцом он координирует передачи маркера | Канальный (подуровень MAC) |
|
| NetWare Core Protocol | Часть операционной системы, обеспечивает обмен данными между клиентами и серверами при обращении к приложениям или открытым файлам, находящимся на сервере NetWare | Сеансовый, Представительский и Прикладной |
|
| NetWare Link Services Protocol | Обеспечивает пакеты IPX информацией о маршрутизации | ||
| Routing Information Protocol | Собирает информацию о маршрутизации для серверов, которые обеспечивают работу служб маршрутизации | ||
| Service Advertising Protocol | Позволяет клиентам NetWare идентифицировать серверы и сетевые службы, имеющиеся на них. Серверы генерируют широковещательные пакеты SAP каждые 60 с, а клиенты используют их для обнаружения ближайшего сервера | Сеансовый Представительский Прикладной |
|
| Sequenced Packet Exchange | Предоставляет прикладным программам механизм передачи данных, ориентированный на соединения | Транспортный |
В локальных сетях основная роль в организации взаимодействия узлов принадлежит протоколу канального уровня, который ориентирован на вполне определенную топологию ЛКС. Так, самый популярный протокол этого уровня - Ethernet - рассчитан на топологию "общая шина", когда все узлы сети параллельно подключаются к общей для них шине, а протокол Token Ring - на топологию "звезда". При этом применяются простые структуры кабельных соединений между РС сети, а для упрощения и удешевления аппаратных и программных решений реализовано совместное использование кабелей всеми РС в режиме разделения времени. Такие простые решения, характерные для разработчиков первых ЛКС во второй половине 70-х годов ХХ века, наряду с положительными имели и отрицательные последствия, главные из которых - ограничения по производительности и надежности.
Поскольку в ЛКС с простейшей топологией (общая шина, кольцо, звезда) имеется только один путь передачи информации - моноканал, производительность сети ограничивается пропускной способностью этого пути, а надежность сети - надежностью пути. Поэтому по мере развития и расширения сфер применения локальных сетей с помощью специ-альных коммуникационных устройств (мостов, коммутаторов, маршрутизаторов) эти ограничения постепенно снимались. Базовые конфигурации ЛКС (шина, кольцо) превратились в элементарные звенья, из которых формируются более сложные структуры локальных сетей, имеющие параллельные и резервные пути между узлами.
Однако внутри базовых структур локальных сетей продолжают работать все те же протоколы Ethernet и Token Ring. Объединение этих структур (сегментов) в общую, более сложную локальную сеть осуществляется с помощью дополнительного оборудования, а взаимодействие РС такой сети - с помощью других протоколов.
В развитии локальных сетей, кроме отмеченных, наметились и другие тенденции:
отказ от разделяемых сред передачи данных и переход к использованию активных коммутаторов, к которым РС сети присоединяются индивидуальными линиями связи;
появление нового режима работы в ЛКС при использовании коммутаторов - полнодуплексного (хотя в базовых структурах локальных сетей РС работают в полудуплексном режиме, т. к. сетевой адаптер станции в каждый момент времени либо передает свои данные, либо принимает другие, но не делает это одновременно). Сегодня каждая технология ЛКС приспособлена для работы как в полудуплексном, так и в полнодуплексном режимах. Стандартизация протоколов ЛКС осуществлена комитетом 802, организованном в 1980 в институте IEEE. Стандарты семейства IEEE 802.Х охватывают только два нижних уровня модели ВОС - физический и канальный. Именно эти уровни отражают специфику локальных сетей, старшие уровни, начиная с сетевого, имеют общие черты для сетей любого класса.
В локальных сетях канальный уровень разделен на два подуровня:
логической передачи данных (LLC - Logical Link Control);
управления доступом к среде (МАС - Media Access Control).
Протоколы подуровней МАС и LLC взаимно независимы, т.е. каждый протокол подуровня МАС может работать с любым протоколом подуровня LLC, и наоборот.
Подуровень МАС обеспечивает совместное использование общей передающей среды, а подуровень LLC организует передачу кадров с различным уровнем качества транспортных услуг. В современных ЛКС используются несколько протоколов подуровня МАС, реализующих различные алгоритмы доступа к разделяемой среде и определяющих специфику технологий Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.
Протокол LLC . Для ЛКС этот протокол обеспечивает необходимое качество транспортной службы. Он занимает положение между сетевыми протоколами и протоколами подуровня МАС. По протоколу LLC кадры передаются либо дейтаграммным способом, либо с помощью процедур с установлением соединения между взаимодействующими станциями сети и восстановлением кадров путем их повторной передачи при наличии в них искажений.
Технология Ethernet (стандарт 802.3) . Это самый распространенный стандарт локальных сетей. По этому протоколу в настоящее время работают большинство ЛКС. Имеется несколько вариантов и модификаций технологии Ethernet, составляющих целое семейство технологий. Из них наиболее известными являются 10-мегабитный вариант стандарта IEEE 802.3, а также новые высокоскоростные технологии Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Все эти варианты и модификации отличаются типом физической среды передачи данных.
Все виды стандартов Ethernet используют один и тот же метод доступа к передающей среде - метод случайного доступа CSMA/CD. Он применяется исключительно в сетях с общей логической шиной, которая работает в режиме коллективного доступа и служит для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Такой метод доступа носит вероятностный характер: вероятность получения среды передачи в свое распоряжение зависит от загруженности сети. При значительной загрузке сети интенсивность коллизий возрастает и ее полезная пропускная способ-ность резко падает.
Полезная пропускная способность сети - это скорость передачи пользовательских данных, переносимых полем данных кадров. Она всегда меньше номинальной битовой скорости протокола Ethernet за счет служебной информации кадра, межкадровых интервалов и ожидания доступа к среде. Коэффициент использования сети в случае отсутствия коллизий и ожидания доступа имеет максимальное значение 0,96.
Технологией Ethernet поддерживаются 4 разных типа кадров, имеющих общий формат адресов. Распознавание типа кадров осуществляется автоматически.
Для всех стандартов Ethernet имеют место следующие характеристики и ограничения:
номинальная пропускная способность - 10 Мбит/с;
максимальное число РС в сети - 1024;
максимальное расстояние между узлами в сети - 2500 м;
максимальное число коаксиальных сегментов сети - 5;
максимальная длина сегмента - от 100 м (для 10Base-T) до 2000 м (для 10Base-F);
максимальное число повторителей между любыми станциями сети - 4.
Технология Token Ring (стандарт 802.5) . Здесь используется разделяемая среда передачи данных, которая состоит из отрезков кабеля, соединяющих все РС сети в кольцо. К кольцу (общему разделяемому ресурсу) применяется детерминированный доступ, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право предается с помощью маркера. Маркерный метод доступа гарантирует каждой РС получение доступа к кольцу в течение времени оборота маркера. Используется приоритетная система владения маркером - от 0 (низший приоритет) до 7 (высший). Приоритет для текущего кадра определяется самой станцией, которая может захватить кольцо, если в нем нет более приоритетных кадров.
В сетях Token Ring в качестве физической среды передачи данных применяется экранированная и неэкранированная витая пара и волоконно-оптический кабель. Сети работают с двумя битовыми скоростями - 4 и 16 Мбит/с, причем в одном кольце все РС должны работать с одной скоростью. Максимальная длина кольца - 4 км, а максимальное количество РС в кольце - 260. Ограничения на максимальную длину кольца связаны со временем оборота маркера по кольцу. Если в кольце 260 станций и время удержания маркера каждой станцией равно 10 мс, то маркер после совершения полного оборота вернется в активный монитор через 2,6 с. При передаче длинного сообщения, разбиваемого, например, на 50 кадров, это сообщение будет принято получателем в лучшем случае (когда активной является только РС-отправитель) через 260 с, что для пользователей не всегда приемлемо.
Максимальный размер кадра в стандарте 802.5 не определен. Обычно он принимается равным 4 Кбайтам для сетей 4 Мбит/с и 16 Кбайтам для сетей 16 Мбит/с.
В сетях 16 Мбит/с используется также и более эффективный алгоритм доступа к кольцу. Это алгоритм раннего освобождения маркера (ETR): станция передает маркер доступа следующей станции сразу же после окончания передачи последнего бита своего кадра, не дожидаясь возвращения по кольцу этого кадра и занятого маркера. В этом случае по кольцу будут передаваться одновременно кадры нескольких станций, что существенно повышает эффективность использования пропускной способности кольца. Конечно, и в этом случае в каждый данный момент ге-нерировать кадр в кольцо может только та РС, которая в этот момент владеет маркером доступа, а остальные станции будут лишь ретранслировать чужие кадры.
Технология Token Ring (технология этих сетей была разработана еще в 1984 г. фирмой IBM) существенно сложнее технологии Ethernet. В ней заложены возможности отказоустойчивости: за счет обратной связи кольца одна из станций (активный монитор) непрерывно контролирует наличие маркера, время оборота маркера и кадров данных, обнаруженные ошибки в сети устраняются автоматически, например, потерянный маркер может быть восстановлен. В случае выхода из строя активного монитора выбирается новый активный монитор и процедура инициализации кольца повторяется.
Стандарт Token Ring изначально предусматривал построение связей в сети с помощью концентраторов, называемых MAU, т.е. устройствами многостанционного доступа. Концентратор может быть пассивным (соединяет порты внутренними связями так, чтобы РС, подключенные к этим портам, образовали кольцо, а также обеспечивает обход какого-либо порта, если подключенный к этому порту компьютер выключается) или активным (выполняет функции регенерации сигналов и поэтому иногда называется повторителем).
Для сетей Token Ring характерна звездно-кольцевая топология: РС подключаются к концентраторам по топологии звезды, а сами концентраторы через специальные порты Ring In (RI) и Ring Out (RO) объединяются для образования магистрального физического кольца. Сеть Token Ring может строиться на основе нескольких колец, разделенных мостами, маршрутизирующие кадры адресату (каждый кадр снабжается полем с маршрутом прохождения колец).
Недавно технология Token Ring стараниями компании IBM получила новое развитие: предложен новый вариант этой технологии (HSTR), поддерживающий битовые скорости в 100 и 155 Мбит/с. При этом сохранены основные особенности технологии Token Ring 16 Мбит/с.
Технология FDDI . Это первая технология ЛКС, в которой для передачи данных используется волоконно-оптический кабель. Она появилась в 1988 г. и ее официальное название - оптоволоконный интерфейс распределенных данных (Fiber Distributed Data Interface, FDDI). В настоящее время в качестве физической среды, кроме волоконно-оптического кабеля, применяется неэкранированная витая пара.
Технология FDDI предназначена для использования на магистральных соединениях между сетями, для подключения к сети высокопроизводительных серверов, в корпоративных и городских сетях. Поэтому в ней обеспечена высокая скорость передачи данных (100 Мбит/с), отказоустойчивость на уровне протокола и большие расстояния между узлами сети. Все это сказалось на стоимости подключения к сети: для подключения клиентских компьютеров эта технология оказалась слишком дорогой.
Существует значительная преемственность между технологиями Token Ring и FDDI. Основные идеи технологии Token Ring восприняты и получили совершенствование и развитие в технологии FDDI, в частности, кольцевая топология и маркерный метод доступа.
В сети FDDI для передачи данных используются два оптоволоконных кольца, образующих основной и резервный пути передачи между РС. Станции сети подключаются к обоим кольцам. В нормальном режиме задействовано только основное кольцо. В случае отказа какой-либо части основного кольца оно объединяется с резервным кольцом, вновь образуя единое кольцо (это режим "свертывания" колец) с помощью концентраторов и сетевых адаптеров. Наличие процедуры "свертывания" при отказах - основной способ повышения отказоустойчивости сети. Существуют и другие процедуры для определения отказов в сети и восстановления ее работоспособности.
Основное отличие маркерного метода доступа к передающей среде, используемого в сети FDDI, от этого метода в сети Token Ring заключается в том, что в сети FDDI время удержания маркера является постоянной величиной только для синхронного трафика, который критичен к задержкам передачи кадров. Для асинхронного трафика, не критичного к небольшим задержкам передачи кадров, это время зависит от загрузки кольца: при небольшой загрузке оно увеличивается, а при большой - может уменьшаться до нуля. Таким образом, для асинхронного трафика метод доступа является адаптивным, хорошо регулирующим временные перегрузки сети. Механизм приоритетов кадров отсутствует. Считается, что достаточно разделить трафик на два класса - синхронный, который обслуживается всегда (даже при перегрузках кольца), и асинхронный, обслуживаемый при малой загрузке кольца. Станции FDDI применяют алгоритм раннего освобождения маркера, как это сделано в сети Token Ring со скоростью 16 Мбит/с.
В сети FDDI выделенный активный монитор отсутствует, все станции и концентраторы равноправны, при обнаружении отклонений от нормы они осуществляют повторную инициализацию сети и, если это не-обходимо, ее реконфигурацию.
Результаты сравнения технологии FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring приведены в табл.5.1 .
Технологии Fast Ethernet и 100VG-AnyLAN . Обе эти технологии не являются самостоятельными стандартами и рассматриваются как развитие и дополнение технологии Ethernet, реализованное соответственно в 1995 и 1998 годах. Новые технологии Fast Ethernet (стандарт 802.3и) и 100VG-AnyLAN (стандарт 802.3z) имеют производительность 100 Мбит/с и отличаются степенью преемственности с классическим Ethernet.
В стандарте 802.3и сохранен метод случайного доступа CSMA/CD и тем самым обеспечена преемственность и согласованность сетей 10 Мбит/с и 100 Мбит/с.
В технологии 100VG-AnyLAH используется совершенно новый метод доступа - Demand Priority (DP), приоритетный доступ по требованию. Эта технология существенно отличается от технологии Ethernet. Она поддерживает различные типы трафика в довольно узкой области и не нашла широкого распространения.
Отметим особенности технологии Fast Ethernet и ее отличия от технологии Ethernet:
структура физического уровня технологии Fast Ethernet - более сложная, что объясняется использованием трех вариантов кабельных систем: волоконно-оптический кабель, витая пара категории 5 (используются две пары), витая пара категории 3 (используются четыре пары). Отказ от коаксиального кабеля привел к тому, что сети этой технологии всегда имеют иерархическую древовидную структуру;
диаметр сети сокращен до 200 м, время передачи кадра минимальной длины уменьшено в 10 раз за счет увеличения скорости передачи в 10 раз;
технология Fast Ethernet может использоваться при создании магистралей локальных сетей большой протяженности совместно с коммутаторами (полудуплексный вариант работы для этой технологии является основным);
|
Таблица 17.1. Сравнение сетей различных топологий |
|||
|
Характеристики |
Тип технологии |
||
|
Пропускная способность Мбит/с | |||
|
Топология |
Двойное кольцо |
Шина, звезда |
Звезда, кольцо |
|
Метод доступа |
Маркерный, доля от времени оборота маркера |
Маркерный, приоритетная система резервирования |
|
|
Среда передачи данных |
Оптоволокно, неэкранированная витая пара |
Толстый коаксиал, тонкий коаксиал, витая пара, оптоволокно |
Экранированная и неэкранированная витая пара, оптоволокно |
|
Максимальная длина сети (без мостов) |
200 км (100 км на кольцо) | ||
|
Максимальное расстояние между узлами | |||
|
Максимальное количество узлов | |||
для всех трех спецификаций физического уровня, отличающихся типом применяемого кабеля, форматы кадров отличаются от форматов кадров технологий 10-мегабитного Ethernet;
признаком свободного состояния передающей среды является не отсутствие сигналов, а передача по ней специального символа в кодированном виде;
применяется метод кодирования 4В/5В, хорошо себя зарекомендовавший в технологии FDDI. В соответствии с этим методом каждые 4 бита передаваемых данных представляются 5 битами, т.е. из 32 комбинаций 5-битных символов для кодирования исходных 4-битных символов используются только 16 комбинаций, а из ос-тавшихся 16 комбинаций выбираются несколько кодов, которые используются как служебные. Один из служебных кодов постоянно передается в течение пауз между передачей кадров. Если он в линии связи отсутствует, то это свидетельствует об отказе физической связи;
кодирование и синхронизация сигналов осуществляются с помощью биполярного кода NRZ;
технология Fast Ethernet рассчитана на применение концентраторов-повторителей для образования связей в сети (то же самое имеет место для всех некоаксиальных вариантов Ethernet).
Технология Gigabit Ethernet . Появление этой технологии представляет собой новую ступень в иерархии сетей семейства Ethernet, обеспечивающую скорость передачи в 1000 Мбит/с. Стандарт по этой технологии принят в 1998г., в нем максимально сохранены идеи классической технологии Ethernet.
По поводу технологии Gigabit Ethernet следует отметить следующее:
на уровне протокола не поддерживаются (так же, как и у его предшественников): качество обслуживания, избыточные связи, тестирование работоспособности узлов и оборудования. Что касается качества обслуживания, то считается, что высокая скорость передачи данных по магистрали и возможность назначения пакетам приоритетов в коммутаторах вполне достаточны для обеспечения качества транспортного обслуживания пользователей сети. Поддержка избыточных связей и тестирование оборудования осуществляются протоколами более высоких уровней;
сохраняются все форматы кадров Ethernet;
имеется возможность работы в полудуплексном и полнодуплексном режимах. Первый из них поддерживает метод доступа CSMA/CD, а второй - работу с коммутаторами;
поддерживаются все основные виды кабелей, как и в предшествующих технологиях этого семейства: волоконно-оптический, коаксиальный, витая пара;
минимальный размер кадра увеличен с 64 до 512 байт, максимальный диаметр сети тот же - 200 м. Можно передавать несколько кадров подряд, не освобождая среду.
Технология Gigabit Ethernet позволяет строить крупные локальные сети, в которых серверы и магистрали нижних уровней сети работают на скорости 100 Мбит/с, а магистраль 1000 Мбит/с объединяет их, обеспечивая запас пропускной способности.
Технология Wi-Fi . Технология Wi-Fi (произносится "вай-фай", сокр. от англ. Wireless Fidelity - беспроводная надежность) - это стандарт на оборудование Wireless LAN, которое устанавливается там, где развертывание кабельной системы невозможно или экономически нецелесообразно. Мобильные устройства этого оборудования (смартфоны и ноутбуки), оснащенные клиентскими Wi-Fi приемо-передающими устройствами, могут подключаться к локальной сети и получать доступ в Internet через так называемые точки доступа (хост-порты).
Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента, но возможно подключение двух клиентов в режиме "точка-точка", и тогда точка доступа не используется, а клиенты со-единяются посредством сетевых адаптеров напрямую. Наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi - 1 Мбит/с. Стандарт Wi-Fi дает клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения с другими клиентами. Последние версии операционных систем этого стандарта содержат функцию, которая показывает пользователю все доступные сети и позволяет переключаться между ними.
Технология Wi-Fi применяется в основном для управления движущимися объектами, а также в тех случаях, когда невозможно прокладывать проводные сети Ethernet.
Преимущества Wi-Fi:
возможность развертывания сети без прокладки кабеля, что уменьшает стоимость ее создания и расширения;
Wi-Fi-устройства достаточно широко представлены на рынке, а устройства разных производителей могут взаимодействовать на базовом уровне сервисов;
для клиентских станций возможно перемещение в пространстве;
Wi-Fi - это набор глобальных стандартов, поэтому Wi-Fi-оборудование может работать в разных странах по всему миру.
В качестве недостатков Wi-Fi можно отметить следующие:
наличие ограничений в частотном диапазоне в различных странах;
довольно высокое по сравнению с другими стандартами потребление энергии;
ограниченный радиус действия (до 100 м);
возможность наложения сигналов от различных точек доступа, что затрудняет связь клиентов друг с другом;
недостаточно высокая информационная безопасность. Отметим, что Microsoft Windows полностью поддерживает Wi-Fi посредством драйверов.
До сих пор рассматривались протоколы, работающие на первых трех уровнях семиуровневой эталонной модели ВОС и реализующие соответствующие методы логической передачи данных и доступа к передающей среде. В соответствии с этими протоколами передаются пакеты между рабочими станциями, но не решаются вопросы, связанные с сетевыми фай-ловыми системами и переадресацией файлов. Эти протоколы не включают никаких средств обеспечения правильной последовательности приема переданных данных и средств идентификации прикладных программ, нуждающихся в обмене данными.
В отличие от протоколов нижнего уровня, протоколы верхнего уровня (называемые также протоколами среднего уровня, так как они реализуются на 4-м и 5-м уровнях модели ВОС) служат для обмена данными. Они предоставляют программам интерфейс для передачи данных методом дейтаграмм, когда пакеты адресуются и передаются без подтвержде-ния получения, и методом сеансов связи, когда устанавливается логическая связь между взаимодействующими станциями (источником и адресатом) и доставка сообщений подтверждается.
Здесь лишь коротко отметим протокол IPX/SPX, получивший некоторое применение в локальных сетях, особенно в связи с усложнением их топологии (вопросы маршрутизации перестали быть тривиальными) и расширением предоставляемых услуг. IPX/SPX - сетевой протокол NetWare, причем IPX (Internetwork Packet Exchange) - протокол межсетевого обмена пакетами, а SPX (Sequenced Packet Exchange) - протокол последовательного обмена пакетами.
Протокол IPX/SPX . Этот протокол является набором протоколов IPX и SPX. Фирма Nowell в сетевой операционной системе NetWare применяет протокол IPX для обмена дейтаграммами и протокол SPX для обмена в сеансах связи.
Протокол IPX/SPX относится к программно-реализованным протоколам. Он не работает с аппаратными прерываниями, используя функции драйверов операционных систем. Пара протоколов IPX/SPX имеет фиксированную длину заголовка, что приводит к полной совместимости разных реализаций этих протоколов.
Протокол IPX применяется маршрутизаторами в сетевой операционной системе (СОС) NetWare. Он соответствует сетевому уровню модели ВОС и выполняет функции адресации, маршрутизации и переадресации в процессе передачи пакетов данных. Несмотря на отсутствие гарантий доставки сообщений (адресат не передает отправителю подтверждения о получении сообщения), в 95% случаев не требуется повторной передачи. На уровне IPX выполняются служебные запросы к файловым серверам, и каждый такой запрос требует ответа со стороны сервера. Этим и определяется надежность работы методом дейтаграмм, так как маршрутизаторы воспринимают реакцию сервера на запрос как ответ на правильно переданный пакет.
Протокол SPX работает на транспортном уровне модели ВОС, но имеет и функции, свойственные протоколам сеансового уровня. Он осуществляет управление процессами установки логической связи, обмена и окончания связи между любыми двумя узлами (рабочими станциями) ЛКС. После установления логической связи пакеты могут циркулировать в обоих направлениях с гарантией того, что они передаются без ошибок. Протокол SPX гарантирует очередность приема пакетов согласно очередности отправления.
Как было показано ранее, при обмене информацией в сети каждый уровень модели ВОС реагирует на свой заголовок. Иными словами, происходит взаимодействие между одноименными уровнями модели в различных абонентских ЭВМ. Такое взаимодействие должно выполняться по определенным правилам.
Протокол -- набор правил, определяющий взаимодействие двух одно именных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских ЭВМ.
Протокол -- это не программа. Правила и последовательность выполнения действий при обмене информацией, определенные протоколом, должны быть реализованы в программе. Обычно функции протоколов различных уровней реализуются в драйверах для различных вычислительных сетей.
В соответствии с семиуровневой структурой модели можно говорить о необходимости существования протоколов для каждого уровня.
Концепция открытых систем предусматривает разработку стандартов для протоколов различных уровней. Легче всего поддаются стандартизации протоколы трех нижних уровней модели архитектуры открытых систем, так как они определяют действия и процедуры, свойственные для вычислительных сетей любого класса.
Труднее всего стандартизовать протоколы верхних уровней, особенно прикладного, из-за множественности прикладных задач и в ряде случаев их уникальности. Если по типам структур, методам доступа к физической передающей среде, используемым сетевым технологиям и некоторым другим особенностям можно насчитать примерно десяток различных моделей вычислительных сетей, то по их функциональному назначению пределов не существует.
Основные типы протоколов
Проще всего представить особенности сетевых протоколов на примере протоколов канального уровня, которые делятся на две основные группы: байт-ориентированные и бит-ориентированные.
Байт-ориентированный протокол обеспечивает передачу сообщения по информационному каналу в виде последовательности байтов. Кроме информационных байтов
в канал передаются также управляющие и служебные байты. Такой тип протокола удобен для ЭВМ, так как она ориентирована на обработку данных, представленных в виде двоичных байтов. Дня коммуникационной среды байт-ориентированный протокол менее удобен, так как разделение информационного потока в канале на байты требует использования дополнительных сигналов, что в конечном счете снижает пропускную способность канала связи.
Наиболее известным и распространенным байт-ориентированным протоколом является протокол двоичной синхронной связи BSC (Binary Synchronous Communication), разработанный фирмой IBM, Протокол обеспечивает передачу двух типов кадров: управляющих и информационных. В управляющих кадрах передаются управляющие и служебные символы, в информационных -- сообщения (отдельные пакеты, последовательность пакетов). Работа протокола BSC осуществляется в три фазы: установление соединения, поддержание сеанса передачи сообщений, разрыв соединения. Протокол требует на каждый переданный кадр посылки квитанции о результате его приема. Кадры, переданные с ошибкой, передаются повторно. Протокол определяет максимальное число повторных передач.
Примечание. Квитанция представляет собой управляющий кадр, в котором содержится подтверждение приема сообщения (положительная квитанция) или отказ от приема из-за ошибки (отрицательная квитанция).
Передача последующего кадра возможна только тогда, когда получена положительная квитанция на прием предыдущего. Это существенно ограничивает быстродействие протокола и предъявляет высокие требования к качеству канала связи.
Бит-ориентированный протокол предусматривает передачу информации в виде потока битов, не разделяемых на байты. Поэтому для разделения кадров используются специальные последовательности -- флаги. В начале кадра ставится флаг открывающийся конце -- флаг закрывающий.
Бит-ориентированный протокол удобен относительно коммуникационной среды, так как канал связи как раз и ориентирован на передачу последовательности битов. Для ЭВМ он не очень удобен, потому что из поступающей последовательности битов приходится выделять байты для последующей обработки сообщения. Впрочем, учитывая быстродействие ЭВМ, можно считать, что эта операция не окажет существенного влияния на ее производительность. Потенциально бит-ориентированные протоколы являются более скоростными по сравнению с байт-ориентированными, что обусловливает их широкое распространение в современных вычислительных сетях.
Типичным представителем группы бит-ориентированных протоколов являются протокол HDLC (High-level Data Link Control -- высший уровень управления каналом связи) и его подмножества. Протокол HDLC управляет информационным каналом с помощью специальных управляющих кадров, в которых передаются команды. Информационные кадры нумеруются. Кроме того, протокол HDLC позволяет без получения положительной квитанции передавать в канал до трех -- пяти кадров. Положительная квитанция, полученная, например, на третий кадр, показывает, что два предыдущих приняты без ошибок и необходимо повторить передачу только четвертого и пятого кадров. Такой алгоритм работы и обеспечивает высокое быстродействие протокола.
Из протоколов верхнего уровня модели ВОС следует отметить протокол Х.400 (электронная почта) и FTAM (File Transfer, Access and Management -- передача файлов, доступ к файлам и управление файлами).
Не так давно организация локальных сетей требовала обязательного использования правильного протокола. Такой выбор оказывал влияние на то, какие типы компьютеров можно к нему подключить. Сегодня подобная проблема практически исчезла. Современные сетевые заменили все, что существовали ранее. Это универсальное решение, которое можно использовать в любой операционной системе.
Сетевой протокол - это установленный язык, на котором происходит общение программ. Пересылка данных представляет собой перемещение какого-то потока битов по кабелю. Для того чтобы он доходил до целевого компьютера и представлялся в нем в виде данных, требуется определенный набор правил. Именно они и прописаны в стандартных протоколах. Про них обычно говорят, что они имеют уровень вложенности. Как это понимать? Есть физический уровень, который представляет собой перечень определений, к примеру, каким может быть сетевой кабель, толщина его жил и прочие параметры. Допустим, речь идет об исправном кабеле. Тогда пакеты данных будут отправляться по нему. Но какой из компьютеров будет их принимать? Тут в работу включается канальный уровень, при этом в заголовке пакетов указывается физический адрес каждой машины - определенное число, вшитое в Его называют MAC-адресом.
Канальный уровень совпадает с Ethernet. В пакете содержится набор определенных параметров, задающих его тип. Данные находятся в прямой зависимости от этого типа, а их содержание относится к сетевому уровню. Существует два самых распространенных протокола: ARP, который отвечает за преобразование IP-адресов в MAC, и сам IP-протокол. Можно привести структуру IP-пакета. Все данные, которые переносятся с его помощью, уже отправляются на конкретный сетевой адрес. В пакете имеется число в установленном формате, обозначающее тип протокола.
Самыми распространенными являются два типа: TCP и UDP. Между ними имеется определенное отличие, состоящее в том, что первый характеризуется максимальной степенью надежности, ведь при отправке пакета он постоянно отправляет запрос о его получении. Второй сетевой протокол - это удобный инструмент, к примеру, при прослушивании интернет-радио. При этом предполагается отправка пакетов без какой-либо проверки факта их получения. Если он дошел, то вы сможете прослушивать радио, а если нет - то нет смысла в проверке и контроле.
В пакете обязательно указан номер порта, куда осуществляется отправка. Обычно этот параметр определяется типом протокола на прикладном уровне - в зависимости от приложения, которому направлена информация. Можно использовать и нестандартные порты сервисов, никто этого не запрещает. Самыми известными сетевыми протоколами в данном случае являются HTTP и POP3. Получает определенная иерархия вложенности пакетов. В Ethernet-пакет вложен IP, далее TCP или UDP, а потом данные, ориентированные на конкретное приложение.
Сетевой протокол, в отличие от протоколов не привязывается к определенной аппаратуре. Их реализация происходит на уровне программного обеспечения, поэтому их можно установить и удалить в любой момент.
Данный сетевой протокол используется не только в сети интернет, но и внутри самой Он представляет транспортный и сетевой уровень, благодаря чему осуществляется передача данных блоками. Очень долгие годы его использовали только в UNIX-сетях, а теперь, когда интернет разросся довольно стремительно, сетевой протокол IP стал использоваться почти в каждом из видов локальных компьютерных сетей. На данный момент он служит в качестве основного протокола для большинства служб, работающих в операционных системах.
Старые сетевые протоколы требовали каких-то специфических знаний, а TCP/IP применяется такими пользователями, которые никогда даже не видели сетевые платы. Доступ к интернету при помощи модема или локальной сети обеспечивается при условии использования одного и того же протокола. А процесс его настройки полностью зависит от типа соединения, используемого при этом. Стоит отметить, что протоколы сетевого уровня отличаются от всех остальных, а параметры доступа к локальной сети либо с помощью модема тоже имеют определенные нюансы. Коммутируемое соединение лучше устанавливать с помощью программы автоматической конфигурации, которая поставляется самим провайдером. Иначе требуется вручную вводить все необходимые параметры. Можно рассмотреть основные сетевые протоколы.
Данный комплект был разработан компанией Novell с целью использования для собственной ОС NetWare. IPX частично схож с TCP/IP, то есть в него включены некоторые протоколы из данного пакета, но компания защитила его авторскими правами. Однако корпорация Microsoft создала свой протокол, совместимый с этим, предназначенный для операционных систем из семейства Windows. IPX представляет собой сетевой протокол, который в плане функционала аналогичен IP. SPX - это инструмент дл транспортного уровня, который предназначен для обеспечения обмена пакетными данными между отдельными машинами.
На данный момент этот протокол применяют только в сетях с серверами, где установлены старые версии операционной системы NetWare. Часто его используют в комплекте с какими-то другими наборами сетевых протоколов. Теперь компания Nowell полностью перешла на новый универсальный протокол TCP/IP.
Данный сетевой протокол применяется в сетях малых размеров. Его впервые представили в Windows NT 3.1, а также в нескольких последующих версиях этой системы, где он использовался по умолчанию. В последних версиях систем его место занял уже известный нам TCP/IP. Этот протокол довольно прост, ему не хватает многих функций, используемых в более продвинутых вариантах. Он не подходит для межсетевого обмена данными. Он может пригодиться для простой однако теперь он даже не представлен в качестве стандартного компонента ОС, его требуется устанавливать самостоятельно с диска.
NetBEUI - это удобное средство для создания прямого кабельного подключения, и в этом смысле это минимальный протокол, который требуется для формирования одноранговой сети в версиях Windows 9x.
Важно запомнить определенные моменты. На данный момент существует уже не один сетевой протокол. Все они предназначены для осуществления связи, однако у каждого из них совершенно разные задачи, есть преимущества и недостатки в сравнении с остальными. Использование каждого из них предполагает наличие определенных условий работы, которые обычно прописываются самим протоколом. При выборе того или иного решения стоит полагаться именно на этот параметр.
