Протоколы сетевого взаимодействия

Модель OSI представляет собой стандартизированный каркас и общие рекомендации, требования же к конкретным компонентам сетевого программного обеспечения задаются протоколами.

Протокол является стандартом в области сетевого програм­много обеспечения и определяет совокупность функциональных и эксплуатационных требований к какому-либо его компоненту, которых придерживаются производи гели этого компонента. Требования протокола могут отличаться от требований эталон­ной модели OSI.

Международный институт инженеров по электротехнике и ра­диоэлектронике (IEEE) разработал стандарты дня протоколов пере­дачи данных в локальных сетях. Эти стандарты описывают методы доступа к сетевым каналам данных и называются IEEE 802.

Протоколы сетевого взаимодействия можно классифициро­вать по степени близости к физической среде передачи дан­ных:

§ протоколы нижнего уровня, распространяемые на каналь­ный и физический уровни модели OSI;

§ протоколы среднего уровня, распространяемые на сетевой, транспортный и сеансовый уровни OSI;

§ протоколы верхнего уровня, распространяемые на уровень представления и прикладной уровень модели OSI.

Каждая из реализаций протоколов вышестоящих уровней использует в процессе своей работы реализации протоколов нижестоящих уровней.

Протоколы нижнего уровня OSIсоответствуют уровню се­тевых аппаратных средств и нижнему уровню сетевого про­граммного обеспечения. Среди наиболее распространенных стандартов данного уровня можно выделить:

§ стандарт NDIS (Network Driver Interface Specification спецификация интерфейса сетевых драйверов), разработанный совместно фирмами Microsoft и 3Com;

§ стандарт ODI (Open DataLink Interface - открытый интер­фейс связи), разработанный совместно фирмами Novell и Apple Computer.

Данные стандарты позволяют реализовывать протоколы среднего уровня независимо от сетевых аппаратных средств и обеспечиваю! совместное функционирование разнотипных про­токолов среднего уровня. Универсальный интерфейс канально­го уровня представлен на рис. 7.5. Производители сетевых ап­паратных средств, как правило, разрабатывают драйверы, удовлетворяющие обоим стандартам.

Драйвер сетевого адаптера является последним программным компонентом перед физическим уровнем модели OSI и называ­ется подуровнем управления доступом к среде MAC (Media Access Control):

Рис. 7.5. Универсальный интерфейс канального уровня

- подуровень МАС ориентирован на выполнение таких функ­ций, как непосредственное управление доступом к передающей среде, проверка пакетов сообщений на наличие ошибок;

- подуровень LLC (Logical Linc Control) считается независи­мым от особенностей физической передающей среды и исполь­зуемых методов доступа к каналам передачи данных. Стандар­ты по разработке интерфейсов для связи реализаций протоколов среднего уровня модели OSI с драйверами сетевых аппаратных средств как раз относятся прежде всего к подуровню LLC.

Протоколы среднего уровня распространяются на сетевой, транспортный и сеансовый уровни эталонной модели. По типу межкомпьютерного обмена эти протоколы можно классифици­ровать на сеансовые (протоколы виртуального соединения) и дейтаграммные протоколы.

Сеансовые протоколы определяют организацию передачи информации между компьютерами по так называемому вирту­альному каналу в три этапа: установление виртуального канала (установка сеанса); реализация непосредственного обмена инфор­мацией; уничтожение виртуального канала (разъединение).

В сеансовых протоколах порядок следования пакетов при передаче соответствует их исходному порядку в сообщении, а передача осуществляется с подтверждением доставки, а в слу­чае потери отправленных пакетов они передаются повторно.

При использовании дейтаграммных протоколов пакеты со­общений передаются так называемыми дейтаграммами неза­висимо друг от друга, поэтому порядок доставки пакетов каж­дого сообщения может не соответствовать их исходному порядку в сообщении. При этом пакеты сообщений передаются без подтверждения.

Таким образом, с точки зрения достоверности, сеансовые протоколы являются более предпочтительными, зато скорость передачи при использовании дейтаграммных протоколов гораз­до выше.

Любой протокол среднего уровня предусматривает такие этапы реализации межкомпьютерного обмена, как инициализа­ция связи, непосредственный информационный обмен, заверше­ние обмена.

Наиболее часто используемыми наборами протоколов средне­го уровня являются:

- набор протоколов SPX/IPX, используемый в локальных сетях, функционирующих под управлением сетевой операцион­ной системы NetWare;

- протоколы NetBIOS и NetBEUI, поддерживаемые большин­ством сетевых операционных систем и используемых только в локальных сетях;

- протоколы ТСР/IР, являющиеся стандартом для глобаль­ной сети Internet, используемые в локальных сетях и поддер­живаемые большинством сетевых операционных систем.

Набор протоколов 8РХ/1РХ используется в сетевой опера­ционной системе Netware фирмы Novell.

Протокол IPX (Internetwork Packet Exchange — межсетевой обмен пакетами) является дейтаграммным протоколом и соответ­ствует сетевому уровню эталонной модели. Применяется для вы­полнения функций адресации при обмене пакетами сообщений.

Протокол SPX (Swquenced Packet Exchange — последователь­ный обмен пакетами) является сеансовым протоколом и соот­ветствует транспортному и сеансовому уровням эталонной мо­дели. По степени близости к самому низкому уровню эталонной модели протокол SPX находится над протоколом IPX и исполь­зует этот протокол.

Драйвер, реализующий протокол SPX, использует в процес­се своей работы драйвер, реализующий протокол IРХ. Протокол IРХ является более быстродействующим, чем протокол SРХ. Важным недостатком протоколов SРХ и IРХ является несо­вместимость с протоколами ТСР/IР, используемыми в глобаль­ной сети Internet.

Для подключения локальной сети Netware к Internet ис­пользуется один из способов:

- непосредственная инсталляция на каждом сетевом компью­тере драйверов, реализующих набор протоколов ТСР/IР;

- подключение локальной сети к Internet через шлюз IPX-XP.

Протоколы NetBIOS и NetBEUI разработаны фирмой IВМ и предназначены только для локальных компьютерных сетей.

Протокол NetBIOS (Network Basic Input/Output System базовая система ввода-вывода) соответствует сетевому, транс­портному и сеансовому уровням эталонной модели. Реализация данного протокола обеспечивает прикладной интерфейс, ис­пользуемый для создания сетевых программных приложений.

Протокол NetBEUI (Extended User Interface NetBIOS рас­ширенный пользовательский интерфейс NetBIOS) является модификацией предыдущего протокола и распространяется только на сетевой и транспортный уровни.

Реализация протоколов NetBIOS и NetBEUI обеспечивает решение таких задач, как поддержка имен, поддержка сеансо­вого и дейтаграммного взаимодействия, получение информации о состоянии сети,

Достоинствами протоколов NetBIOS и NetBEUI являются: удобная адресация, высокая производительность, самонастрой­ка и хорошая защита от ошибок, экономное использование оперативной памяти. Недостатки NetBIOS и NetBEUI связаны с отношением к глобальным сетям: отсутствие поддержки функ­ций маршрутизации и низкая производительность.

Семейство протоколов ТСР/IР было разработано для объеди­нения различных компьютерных сетей в одну глобальную сеть, получившую название Internet.

Семейство протоколов ТСР/IР включает протоколы, отно­сящиеся как к средним, так и другим уровням модели OSI:

§ прикладной уровень и уровень представления: протокол передачи файлов FTP, протоколы электронной почты SМТР, РОРЗ. IМАР4, протоколы удаленного доступа SLIP, РРР, Telnet, протокол сетевой файловой системы NPS, протокол управления сетями SNMP, протокол передачи гипертекста НТTР и др.;

§ сеансовый и транспортные уровни: протоколы ТСР и UDP;

§ сетевой уровень: протоколы IР, ICMP, IGMP;

§ канальный уровень: протоколы ARP, RARP.

Дейтаграммный протокол IР (Internet Protocol) является основным для сетевого уровня и обеспечивает маршрутизацию предаваемых пакетов сообщений.

Протокол ICMP (Internet Control Message Protocol) отвечает за обмен сообщениями об ошибках и другой важной информацией с программными средствами сетевого уровня на другом компьютере, маршрутизаторе или шлюзе.

Протокол IGMP (Internet Group Management Protocol) исполь­зуется для отправки 1Р-пакетов множеству компьютеров в сети.

Протокол ТСР (Transmission Control Protocol) является про­токолом сетевого уровня и обеспечивает надежную передачу данных между двумя компьютерами путем организации вирту­ального канала обмена и использования его для передачи боль­ших массивов данных.

Протокол UDP (User Datagram Protocol) реализует гораздо более простой сервис передачи, обеспечивая надежную достав­ку данных без установления логического соединения.

Протоколы верхнего уровня соответствуют уровню пользо­вателей и прикладных программ и распространяются на уровень представления и прикладной уровень эталонной модели сетево­го взаимодействия. Наиболее распространенными являются следующие высокоуровневые протоколы:

- протоколы перенаправления запросов и обмена сообщения­ми SМВ, NСР;

- протокол управления сетями SNМР;

- протокол сетевой файловой системы NFS;

- протокол вызова удаленных процедур RPC:

- протоколы, повышающие эффективность использования протоколов ТСР/IР среднего уровня DNS, DHSP;

- протоколы удаленного доступа к компьютерным ресурсам SLIP, РРР, Теlnet;

— протокол передачи файлов FТР;

— протокол передачи гипертекста НТТР; протоколы электронной почты SМТР, РОРЗ, IМАР4;

- протокол организации электронных конференций и систе­мы новостей NNТР.

Протокол SМВ (Server Message Blocks блоки серверных сообщений), разработанный совместно корпорациями Microsoft, Intel и IВМ, используется в сетевых операционных системах Windows, LAN Manager, LAN Server. Данный протокол определяет серии команд, используемых для передачи инфор­мации между сетевыми компьютерами.

Протокол NCP (Netware Core Protocol - протокол ядра Netware) разработан фирмой Novell и используется в сетевых ОС Netware.

Протокол SNМР (Simple Network Management Protocol простой протокол управления сетью) осуществляет гибкое и полное управление сетью, предполагая выполнение администратором следующих функций: управление конфигурацией, управ­ление доступом к общим сетевым ресурсам, управление произ­водительностью, управление подготовкой к восстановлению, управление восстановлением. При этом любая из функций управ­ления должна обеспечивать решение трех базовых задач:

- получение информации о состоянии управляемого объек­та;

- анализ полученной информации и выработка управляющих воздействий;

- передача управляющих воздействий на исполнение.

Протокол NFS (Network File System — сетевая файловая система) предназначен для предоставления универсального интерфейса работы с файлами для различных операционных систем, сетевых архитектур и протоколов среднего уровня.

Протокол RPC (Remote Procedure Call — сервис вызова уда­ленных процедур) предназначен для организации межпрограм­мных взаимодействий для сети «клиент-сервер» и обеспечивает связь между процессами-клиентами и процессами-серверами, функционирующими на разных компьютерах сети.

Протокол DNS (Domain Name Systems — система доменных имен) предназначен для установления соответствия между смысловыми символьными именами и IР-адресами компьюте­ров.

Протокол DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol — про­токол динамической конфигурации компьютеров) позволяет автоматически назначать IР-адреса подключаемых к сети ком­пьютеров и изменять их при перемещении из одной подсети в другую.

Протокол SLIP (Serial Line Internet Protocol - протокол Internet последовательного соединения) обеспечивает работу про­токолов ТСР/IР при коммутируемом телефонном соединении.

Протокол РРР (Point-to_Point Protocol — протокол «точка-точка») обеспечивает установление соединения и реализацию непосредственного обмена информацией, а также (по сравнению со SLIP) позволяет решать следующие задачи:

§ конфигурация и проверка качества связи; подтверждение подлинности (аутентификация) удаленного пользователя;

§ динамическое присвоение адресов IР и управление этими адресами;

§ обнаружение и коррекция ошибок и др.

Протокол РРТР (Point-To-Point Tunneling Protocol - туннельный протокол «точка-точка») ориентирован на поддержку мультипротокольных виртуальных частных сетей (Virtual Private Networks), предоставляя возможность удаленным пользователям иметь безопасный доступ к корпоративным сетям по Internet.

Протокол Теlnet является общепризнанным стандартом уда­ленного дистанционного управления в Internet, позволяющим в режиме командной строки запускать и выполнять программы на компьютере, с которым установлено удаленное соединение.