Контрольные вопросы

1. Что за сеть FDDI?

2. Цели разработчиков FDDI?

3. Физическая среда FDDI?

4. Технологические особенности FDDI?

5. Работа первичного кольца FDDI?

6. Обеспечение отказоустойчивости сети FDDI?

7. Типы трафика FDDI?

8. Синхронная и асинхронная передача в сетях FDDI?

9. Стек протоколов FDDI?

10. Порты FDDI?

11. 4 свойства отказоустойчивости FDDI?

12. Какова роль станций классов А и Б при ликвидации сбоя в сетях FDDI?

13. Чем отличается передача кадров в сетях Token Ring от сетей FDDI?

14. Преимущества и недостатки сетей FDDI;

15. Чем отличаются станции классов А и В в сетях FDDI?

16. Как обнаруживается сбой в сети FDDI?

17. Какова роль станций классов А и Б при ликвидации сбоя в сетях FDDI?

18. Оборудование FDDI?

19. Что такое CDDI?

20. Что такое Fibre Channel?

21. Стек протоколов Fibre Channel.

22. Перечислит топологии Fibre Channel.

23. Что такое топология 'арбитражная петля' (Arbitrated Loop)?

24. Что такое топология 'коммутирующая структура(решетка)' (Fabric).?

25. Что такое топология 'точка-точка' (Point-to-Point?

26. Оборудование Fibre Channel?

27. Типы портов Fibre Channel.

28. Перечислить классы сервиса Fibre Channel.

29. Класс 1 Fibre Channel?

30. Класс 2 Fibre Channel?

31. Класс 3 Fibre Channel?

Лекция 7 Понятие сетевого протокола

Протокол – это четко сформулированные правила, которыми руководствуются компьютерные системы при установке связи с другими устройствами.

Для того, чтобы два ком­пьютера могли общаться между собой, они должны пользоваться одним протоколом.

Протокол реализуется, как правило, в виде фонового процесса. Например, это может быть рези­дентная программа, работающая под управлением OC UNIX. В Windows протоколы работают как потоки в привилегированной подсистеме, являясь как бы частью исполняющей системы.

Некоторые сетевые программы позволяют пользователям работать с несколькими протоколами. Это значительно повышает эффективность работы в сложных сетях.

Протокол выполняет основную черновую работу по поиску других систем и установлению связи с ними, а сетевой редиректор обеспечивает предоставление ресурсов, имеющихся в сети, и, кроме того, выступает как компонент, который непосредственно взаимодействует с ядром Windows.

Есть три основных момента, касающихся протоколов:

Существует множество протоколов. Существование различных сетевых протоколов обусловлено целым рядом причин. Каждый из этих протоколов имеет свою область применения. Один протокол может хорошо работать с се­тью определенного типа, но быть полностью непригодным для другой сети, которая на первый взгляд ничем не отличается от предыдущей. Есть, однако, несколько ключевых аспектов, кото­рые касаются всех протоколов без исключения. Потребность в памяти, использование полосы пропускания, уровень функциональности, масштабируемость – все это очень важно. Допустим, при работе в сети нужно только читать и записывать файлы, находящиеся на относи­тельно небольшом файл-сервере. Это значит, что основными критериями в этом случае являются скорость транспортировки и простота эксплуатации. Чтобы этого добиться, можно выбрать про­токол, использующий память небольшого объема и не вызывающий дополнительных расходов ресурсов сети. В другой сети, к примеру, пользователям может потребоваться регистрация для того, чтобы получить доступ к хостам и передавать большие объемы данных. Для этого нужен протокол, богатый функциональными возможностями, что более важно, чем требуемый для него объем памяти или производительность;

Протоколы работают на разных уровнях модели OSI. Функции протокола определя­ются уровнем, на котором он работает;

Несколько протоколов могут работать совместно. Это так называемый стек, или на­бор, протоколов. Уровни в стеке протоколов соответствуют уровням модели OSI. В совокупно­сти протоколы дают полную характеристику функциям и возможностям стека.

Данные, передаваемые из одной локальной сети в другую по одному из возможных маршрутов, называются маршрутизированными. Протоколы, которые поддерживают передачу данных между сетями по нескольким маршрутам, называются маршрутизируемыми протоколами.

Протоколы в многоуровневой архитектуре

Процесс, который называется привязка, позволяет с достаточной гибкостью настраивать сеть, т. е. сочетать протоколы и платы сетевых адаптеров. Например, два разных стека могут быть привязаны к одной плате и наоборот. Протокол привязки определяет очередность, с которой операционная система выполняет протоколы. При попытке соединения будет использован первый протокол в списке привязки. Если попытка будет неудачной, то ПК ее повторит, используя следующий по списку протокол. Кроме того, стек протоколов должен быть привязан к компонентам верхнего и нижнего уровней.

Независимо от внутренней конструкции каждого конкретного протокола, все они имеют опреде­ленные внутренние функции и свойства:

Инициализация связи. Каждый протокол имеет средства для идентификации рабочей станции по имени или номеру. Эта схема доступна как уровню, так и прикладной программе. Обмен информацией между определенными узлами активизируется после идентификации адресата (обычно сервера) рабочей станцией, начавшей диалог. Сторона-инициатор также устанавливает тип диалога – дейтограмму или сеанс. Дейтаграмма – это передача сообщения без установления логической связи. При этом не требуется подтверждения о приеме от принимающей стороны. Если подтверждение необходимо, то адресат сам должен послать специальное сообщение. При этом также надо придерживаться определенного протокола. Каждая дейтаграмма является самостоятельным сообщением, и при наличии нескольких их доставка не гарантируется. Зато скорость передачи дейтограмм гораздо выше, чем в сеансах. В сеансе, в отличие от дейтаграмм, предполагается создание логической связи для обмена сообщениями и гарантируется доставка сообщений. Если дейтограммы могут передаваться в произвольные моменты времени, то сеанс должен быть сначала установлен, после этого происходит обмен сообщениями, затем сеанс должен быть закрыт;

Отправка и получение данных. Каждый протокол предоставляет средства для отправки и получения сообщений. Протокол накладывает ограничения на длину сообщений, кроме того, он определяет статус диалога;

Завершение обмена. Протокол предоставляет средства для завершения диалога.

В соответствии с возложенными задачами, протоколы делятся на три типа:

прикладной;

транспортный;

сетевой.

Прикладные протоколы:

APPC – одноранговый SNA-протокол фирмы IBM, используемый в основном на AS/400;

FTAM – протокол OSI доступа к файлам;

Х.400 – протокол для международного обмена электронной почтой;

Х.500 – протокол служб файлов и каталогов на нескольких системах;

SMTP – протокол Интернета для обмена электронной почтой;

FTP – протокол Интернета для передачи файлов;

SNMP – протокол Интернета для мониторинга сети сетевых компонентов;

Telnet – протокол Интернета для регистрации на удаленных хостах и обработки данных на них;

Microsoft SMBs (блоки сообщений сервера) и клиентские оболочки или редиректоры;

NCP и клиентские оболочки или редиректоры фирмы Novell;

Apple Talk и Apple Share – набор сетевых протоколов фирмы Apple;

AFP – протокол удаленного доступа к файлам фирмы Apple;

DAP – протокол доступа к файлам сетей DECnet.

Транспортные протоколы:

TCP – TCP/IP-протокол для гарантированной доставки данных, разбитых на последователь­ность фрагментов;

SPX – часть набора протоколов IPX/SPX для разбитых на последовательность фрагментов, фирмы Novell;

NWlink – реализация протокола IPX/SPX от фирмы Microsoft;

NetBEUI (NetBIOS – расширенный интерфейс пользователя) – устанавливает сеансы связи между компьютерами (NetBIOS) и предоставляет верхним уровням транспортные услуги (NetBEUI);

ATP, NBP – протоколы связи и транспортировки фирмы Apple.

Сетевые протоколы:

IP – TCP/IP-протокол для передачи пакетов;

IPX – протокол фирмы Novell для передачи и маршрутизации пакетов;

DDP – Apple Talk-протокол транспортировки данных.

Стандартные стеки коммуникационных протоколов

Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей явля­ется стандарти­зация коммуникационных протоколов. В настоящее время в сетях используется большое количе­ство стеков коммуникационных протоколов. Наибо­лее популярными являются стеки: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, DECnet, SNA и OSI. Все эти стеки, кроме SNA на нижних уровнях – физическом и канальном, – используют одни и те же хорошо стандартизованные 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. 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.

Рис. 7.1 Соответствие популярных стеков протоколов модели OSI

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 планирует 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 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 NТ.

История NetBEUI

Протокол NetBEUI первоначально был разработан компанией IBM в 1985 году как улучшенная модификация Network Basic Input/Output System, NetBIOS (базовая сетевая система ввода/вывода). NetBIOS — это не протокол, а ме­тод взаимодействия прикладных программ с сетевыми устройствами, а так­же службы распознавания имен, используемых в сетях Microsoft. NetBIOS-имена даются различным объектам сети (таким как рабочие станции, серве­ры или принтеры). Например, имя пользователя может служить для иден­тификации его рабочей станции в сети, по имени HPLaser может осуществ­ляться доступ к сетевому принтеру, а сервер может иметь имя AccountServer. Подобные имена облегчают поиск нужных сетевых ресурсов. Они трансли­руются (преобразуются) в адреса, используемые в сетевых коммуникациях, с помощью NetBIOS-служб Name Query.

Область применения NetBEUI

Протокол NetBEUI разрабатывался в то время, когда компьютерные сети в первую очередь означали локальные сети для относительно небольшого количества компьютеров (от нескольких до двух сотен). В процессе проек­тирования не учитывались особенности корпоративных сетей с маршрутиза­цией пакетов. По этой причине протокол NetBEUI нельзя маршрутизировать и лучше всего его применять в небольших локальных сетях под управлением относительно старых операционных систем компаний Microsoft и IBM.

NetBEUI и эталонная модель OSI

Протокол NetBEUI соответствует нескольким уровням модели OSI. Для взаимодействия сетевых интерфейсов используются Физический и Каналь­ный уровни. В пределах Канального уровня для управления передачей, ко­дирования и адресации фреймов задействуются подуровни LLC (Logical Link Control) и MAC (Media Access Control). Также протокол реализует функции, относящиеся к Транспортному и Сеансовому уровням (обеспечение надеж­ности передачи, подтверждение приема пакетов, установка и завершение сеансов).

NetBIOS в Windows 2000

С самого начала система NetBIOS со своими расширениями и производны­ми составляла основу организации одноранговых Windows-сетей. В компа­нии Microsoft делались попытки преодолеть исходные ограничения NetBIOS, однако желание соблюсти обратную совместимость означало не­возможность полного отказа от NetBIOS и NetBEUI. Даже последние дос­тижения в технологиях организации сетей Windows, такие как протоколы CIFS и 8MB, основаны на ядре NetBIOS.

Windows 2000 — это первая операционная система Microsoft, в которой предпочтительным методом разрешения имен и адресов является служба DNS, а не производные NetBIOS. Но даже в этих условиях DNS-службы Windows 2000 можно интегрировать с WINS-службами, что гарантирует воз­можность взаимодействия со старыми системами Windows.

Более 15 лет система NetBIOS подвергалась бесчисленным обновлениям, инкапсуляциям, модификациям и усовершенствованиям. В ходе этого про­цесса она приобретала новые функции, которые наслаивались на нее, как на луковицу.

В сетевой схеме Windows 2000 NetBIOS присутствует на нескольких уровнях. В некотором смысле Windows 2000 — это переходная операционная система, в которой предпринята попытка ослабить зависимость от NetBIOS и NetBEUI, характерную для более старых версий Windows. Способы разре­шения имен сетевых ресурсов в сетях Windows 2000 довольно разнообразны. Важны три таких способа: абсолютное игнорирование NetBIOS и применение только DNS, полное разделение NetBIOS и TCP/IP и их со­четание.

Зачем нужна система NetBIOS?

NetBIOS— это соглашение по присвоению имен, сетевой программный ин­терфейс приложения, а также набор протоколов для совместного использо­вания сетевых ресурсов. Имена NetBIOS могут присваиваться компьютерам, пользователям, процессам, а также любому из нескольких видов групп. Приложения могут запрашивать эти ресурсы по их NetBIOS именам, ис­пользуя функции NetBIOS-провайдера, реализованного в качестве библио­теки DLL в операционной системе Windows 2000. Среди приложений, ис­пользующих NetBIOS, — такие как функция сетевого просмотра в Windows Explorer, совместное использование файлов и печати Windows (в случае привязки к NetBIOS, что и происходит по умолчанию), Lotus Notes, Microsoft Exchange и другие сетевые протоколы, такие как менеджер ло­кальных сетей (LAN Manager).

Как работает NetBIOS?

Вообще говоря, NetBIOS поддерживает список уникальных имен сетевых ресурсов, обеспечивает службы установления, охраны и разрешения этих имен, осуществляет передачу сообщений между приложениями, исполь­зующими эти сетевые ресурсы; среди именованных ресурсов — файлы, службы (процессы), пользователи, компьютеры, домены и рабочие группы Windows. NetBIOS гарантирует правильность, актуальность и уникальность имен и обеспечивает программные интерфейсы приложений (API) доступом к этим ресурсам. Для обращения к именованному ресурсу приложение должно совершить запрос к интерфейсу NetBIOS или найти имена доступ­ных ресурсов. В зависимости от конфигураций NetBIOS на конкретных машинах эта система может предпринимать различные действия для разре­шения имен в адреса. Затем она может отправлять сообщения для запраши­вания именованного ресурса или открывать и поддерживать сеанс.

Регистрация и поддержка имен NetBIOS

Утверждение существования имени и его принадлежности конкретному компьютеру, пользователю, процессу или группе называется регистрацией. имени. Когда компьютер (в документации Microsoft NetBIOS он называется "конечным узлом") или пользователь подсоединяются к сети NetBIOS или когда запускается процесс с именем NetBIOS, они пытаются зарегистриро­вать свое имя посредством отсылки пакета запроса на регистрацию имени (Name Registration Request packet). В зависимости от конфигурации узла и сети, этот пакет может отсылаться как широковещательный или однона­правленный пакет WINS-серверу или обоими указанными способами. Если запрошенное имя уже затребовано другим узлом сети, то WINS-сервер (или существующий держатель имени) отказывает инициатору запроса в исполь­зовании этого имени, отправляя ему отрицательный ответ на запрос регист­рации имени (Name Registration Reply).

Регистрация и разрешение имен NetBIOS

Существует несколько методов регистрации и разрешения имен NetBIOS, и предпочтение одному из них отдается исходя из конфигурации клиента и доступности тех или иных типов служб.

Методы разрешения имен подразделяются на три основных категории: поиск по списку на локальной машине; отправление широковещательных запросов в локальную подсеть; направление запросов на серверы имен.

Локальные списки содержат кэш имен NetBIOS, файлы LMHOSTS и HOSTS. На широковещательные запросы имен отвечает искомый хост или агент WINS. WINS является сервером имен, типичным для NetBIOS, однако возможна настройка- DNS-серверов Microsoft на использование WINS для разрешения имен NetBIOS.

Несмотря на то, что точное сочетание методик регистрации и разрешения имен на каждом клиенте зависит от его конфигурации, есть некоторые тех­нические приемы, общие для всех клиентов.

При разрешении имени узел в первую очередь проверяет, не является ли оно его собственным именем.

Если на узле настроен стек протоколов TCP/IP, то имена, представляемые процессом разрешения, проверяются, чтобы узнать, действительно ли они являются именами NetBIOS. Если имя состоит более чем из 15 символов или содержит точку, оно разрешается с помощью службы DNS посредством запроса, направляемого интерфейсом Winsock, а не NetBIOS.

Большинство режимов регистрации и разрешения имен позволяют узлу проверять кэш имен NetBIOS и только после этого осуществляются попыт­ки регистрации и разрешения имени другими методами.

Имена NetBIOS

Система NetBIOS (Network Basic Input/Output System) является программным интерфейсом, с помощью которого приложения получают доступ к сетевому оборудованию компьютера, а значит, и сети.

У NetBIOS есть собственное пространство имен, которым NetBEUI пользуется для идентифика­ции компьютеров в сети, как IP пользует­ся IP-адресами, a IPX — аппаратными адресами. Имя, которое Вы присваиваете компьютеру в процессе установки Windows, на самом деле явля­ется NetBIOS-именем и в сети должно быть уникальным.

Длина имени NetBIOS равна 16 символам. Шестнадцатый символ зарезервирован Windows для кода ресурса, которому присвоено имя, - оставшиеся 15 символов (букв и цифр) назначаются пользователем. Коды позволяют различать имена компьютеров, контроллеров домена, пользова­телей, групп и других ресурсов. Если Вы назначаете ком­пьютеру имя короче 15 символов, сис­тема дополняет его пробелами, чтобы код ресурса всегда приходился на шестнадцатый символ.

Имена NetBIOS хранятся в простой двухмерной базе данных, без организации иерархии имен. Как IP, так и IPX используют иерархи­ческую систему адресов с разделением идентификаторов компьютера и сети, в которой он расположен. В имена NetBIOS идентификатор сети не вхо­дит, и потому этот протокол не является маршрутизируе­мым, т. е. не способен адресо­вать пакеты в другие сети и не поддер­живает таблицы маршрутизации. NetBEUI рабо­тает исключительно с идентификаторами компьютеров, а это означает, что все системы должны находиться в одной локальной сети.

Интерфейс NetBios в модели OSI

Интерфейс NetBios в модели OSI

Интерфейс NetBios в модели OSI

Интерфейс NetBios в модели OSI

Протокол NetBEUI

Сегодняшний протокол NetBEUI мало похож на своих прародителей. Рожденный как единый, одноуровневый протокол, он сейчас разбит на три уникальных составляющих:, API, SMB и транспортный протокол NBF .

NetBEUI – расширенный интерфейс NetBIOS. Это – небольшой, быстрый и эффективный протокол Транспортного уровня, который поставляется со всеми сетевыми продуктами фирмы Microsoft. Его преимуществами явля­ются небольшой размер стека, высокая скорость передачи данных и совместимость со всеми сетями Microsoft. Основным недостатком является то, что NetBEUI не поддерживает мар­шрутизацию, а значит, не подходит для использования в интерсетях.

NBF - протокол с интенсивным использованием широковещательной передачи, По­скольку предполагалось, что в сети будет всего несколько узлов и, что устройства будут появ­ляться там и исчезать произвольно, то считалось, что лучше обнаруживать устройства с по­мощью широковещательной передачи, чем с применением централизованного реестра. К со­жалению, в сегодняшних сетях с маршрутизаторами широковещательные пакеты рабо­тают не очень хорошо, так как маршрутизаторы не пропускают пакеты, не адресован­ные непосредственно другому сегменту сети. А поскольку структура имен NetBios - не ие­рархическая, то устройства не могут указывать на удаленные сетевые сегменты. Таким обра­зом, единственный способ заставить NetBios работать в больших сетях - соединить разные сегменты мостами в одну виртуальную сеть.