3. протоколы. Назначение. Работа. Маршрутизируемые протоколы. Протоколы на многоуровневой архитектуре. Стандартные сети. Привязка. Прикладные протоколы. Транспортные протоколы. Сетевые протоколы. Характеристика основных протоколов.

Протокол передачи данных  — набор соглашений интерфейса логического уровня, которые определяют обмен данными между различными программами. Эти соглашения задают единообразный способ передачи сообщений иобработки ошибок при взаимодействии программного обеспечения разнесённой в пространстве аппаратуры, соединённой тем или иным интерфейсом.

Стандартизированный протокол передачи данных также позволяет разрабатывать интерфейсы (уже на физическом уровне), не привязанные к конкретной аппаратной платформе и производителю (например, USB, Bluetooth).

Сетево́й протоко́л — набор правил и действий (очерёдности действий), позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами.

Разные протоколы, зачастую, описывают лишь разные стороны одного типа связи. Названия «протокол» и «стек протоколов» также указывают на программное обеспечение, которым реализуется протокол.

Новые протоколы для Интернета определяются IETF, а прочие протоколы — IEEE или ISO. ITU-T занимается телекоммуникационными протоколами и форматами.

Наиболее распространённой системой классификации сетевых протоколов является так называемая модель OSI, в соответствии с которой протоколы делятся на 7 уровней по своему назначению — от физического (формирование и распознавание электрических или других сигналов) до прикладного (интерфейс программирования приложений для передачи информации приложениями).

Сетевые протоколы предписывают правила работы компьютерам, которые подключены к сети. Они строятся по многоуровневому принципу. Протокол некоторого уровня определяет одно из технических правил связи. В настоящее время для сетевых протоколов используется модель OSI (Open System Interconnection — взаимодействие открытых систем, ВОС).

Модель OSI — это 7-уровневая логическая модель работы сети. Модель OSI реализуется группой протоколов и правил связи, организованных в несколько уровней:

• на физическом уровне определяются физические (механические, электрические, оптические) характеристики линий связи;

• на канальном уровне определяются правила использования физического уровня узлами сети;

• сетевой уровень отвечает за адресацию и доставку сообщений;

• транспортный уровень контролирует очередность прохождения компонентов сообщения;

• задача сеансового уровня — координация связи между двумя прикладными программами, работающими на разных рабочих станциях;

• уровень представления служит для преобразования данных из внутреннего формата компьютера в формат передачи;

• прикладной уровень является пограничным между прикладной программой и другими уровнями — обеспечивает удобный интерфейс связи сетевых программ пользователя.

Маршрутизирующий протокол (протокол маршрутизации) - это протокол, который поддерживает маршрутизируемые протоколы и предоставляет механизмы обмена маршрутной информацией. Протокол маршрутизации позволяет маршрутизаторам обмениваться информацией друг с другом для обновления записей и поддержки таблиц маршрутизации. Протоколы маршрутизации это протоколы обмена маршрутной информацией. Примеры протоколов маршрутизации стека TCP/IP:

- протокол маршрутной информации (Routing Information Protocol - RIP)

- усовершенствованный протокол маршрутизации внутреннего шлюза (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol - EIGRP);

- открытый протокол предпочтения кратчайшего пути (Open Shortest Path First - OSPF).

Основываясь на этих двух определениях можно дать определение маршрутизации.

Маршрутизация - это процесс, при котором осуществляется передача пакетов маршрутизируемого протокола, при помощи протокола маршрутизации от логического отправителя логическому получателю.

Маршрутизация является функцией третьего уровня модели OSI. Она основана на иерархической схеме, которая позволяет группировать отдельные адреса и работать с группами как с единым целым до тех пор, пока не потребуется установить индивидуальный адрес для окончательной доставки данных (Рисунок 2.2).

Модули, которые реализуют протоколы соседних уровней и находящиеся в одном узле, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными нормами и с помощью стандартизованных форматов сообщений. Эти правила называют интерфейсом. Интерфейс – это набор сервисов, которые предоставляются данным уровнем соседнему уровню. На самом деле протокол и интерфейс определяют одно и то же понятие, но традиционно в сетях за ними закрепили различные области действия: протоколы назначают правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах, а интерфейсы определяют модули соседних уровней в одном узле.

Средства любого из уровней должны отрабатывать, во-первых, свой собственный протокол, а во-вторых, интерфейсы с соседними уровнями.

Иерархически организованный набор протоколов, который достаточен для организации взаимодействия узлов в сети, носит название стеков коммуникационных протоколов.

Коммуникационные протоколы можно выполнить как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней чаще всего реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней – обычно чисто программными средствами.

Программный модуль, который реализует некоторый протокол, часто для краткости также именуют протоколом. В данном случае соотношение между протоколом – формально определенной процедурой и протоколом – программным модулем, который выполняет эту процедуру, аналогично соотношению между алгоритмом решения некоторой задачи и программой, решающей эту задачу.

Один и тот же алгоритм можно запрограммировать с разной степенью эффективности. Аналогично и протокол может обладать несколькими программными средствами реализации. Исходя из этого при сравнении протоколов необходимо учитывать не только логику их работы, но и качество программных решений. Кроме того, на эффективность взаимодействия устройств в сети оказывает влияние качество всей совокупности протоколов, которые составляют стек, в частности, насколько рационально распределены функции между протоколами различных уровней и насколько хорошо определены интерфейсы между ними.

Протоколы организуются не только компьютерами, но и другими сетевыми устройствами, например концентраторами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами и т. д. В общем случае связь компьютеров в сети выполняется не напрямую, а через различные коммуникационные устройства. В зависимости от вида устройства в нем необходимы определенные встроенные средства, которые реализуют тот или иной набор протоколов.

 Протоколы в многоуровневой архитектуре Несколько одновременно работающих протоколов обеспечивают такие операции с информацией: 

 подготовку; 

 передачу; 

 прием; 

 другие действия.  Только при помощи разбиения на уровни работа протоколов может быть синхронизированна. 

В последнее время многоуровневая ( multitier ) архитектура пользуется все большей популярностью, поскольку имеет массу преимуществ перед файл-серверными или клиент-серверными приложениями. Такая архитектура в различных публикациях также называется многозвенной, или распределенной архитектурой. Суть многоуровневой архитектуры в том, что помимосервера БД и приложений-клиентов дополнительно присутствует еще один или несколько серверов приложений. Сервер приложений является промежуточным уровнем, обеспечивающим организацию взаимодействия клиентов и сервера БД. Сервер приложений также называют брокером данных ( broker - посредник). Чаще всего используют трехуровневую модель. Прежде, чем мы двинемся дальше, давайте разберемся, что же такое уровень. Имеется три основных уровня:

• Уровень данных. Этот уровень отвечает за хранение данных. Как правило, для этого уровня выделяется отдельный ПК, на котором устанавливают один из SQL -серверов, например, InterBase. Клиентские ПК непосредственно не имеют никакой связи с этим уровнем.

• Бизнес-уровень. Этот уровень предназначен для получения данных с уровня данных, выполнения окончательной проверки данных, и служит посредником между клиентами и данными. Как правило, сервера приложений находятся именно на этом уровне.

• Уровень представления данных. Этот уровень известен так же, как уровень графического интерфейса пользователя. На этом уровне полученные данныеотображаются в таких компонентах вывода данных, как DBGrid, DBEdit, DBMemo и проч. Разумеется, этот уровень находится на клиентских ПК.

Преимущества многоуровневых моделей

• Централизованная бизнес-логика. Как мы уже знаем, бизнес-логикой называют некоторые правила обработки данных. Например, удаляя запись из одной таблицы, требуется удалить связанные с ней записи других таблиц. В обычных файл-серверных или клиент-серверных приложениях, часть бизнес-логики ложилась на клиентское приложение. При необходимости изменения каких-то правил, приходилось переделывать клиентское приложение, затем тратить усилия на его распространение на клиентские ПК. Теперь же эта бизнес-логика хранится на уровне сервера приложений, и при ее изменении клиенты сразу получают возможность работать по новым правилам.

• Архитектура "тонкого" клиента.Как известно, для получения данных из БД приложения используют один из механизмов доступа к данным - BDE, ADO, ODBC, IBX, dbExpress и т.п. Все это приводит к тому, что на ПК каждого клиента приходится устанавливать и настраивать соответствующие драйверы, а это сильно усложняет процесс распространения приложения. В многозвенной архитектуре механизмы доступа к данным располагаются на сервере приложений. Только там нужно устанавливать эти драйверы (например, BDE ). Клиентские же машины не нуждаются в них, за что и называются "тонкими".

• Модель "портфеля" (briefcase model).Модель "портфеля" подразумевает возможность отложенной обработки данных. Представьте, что вам в выходные дни требуется проделать какую-то работу с данными. При использовании файл-серверной или клиент-серверной модели, вам для этой работы придется прибыть в офис, иначе вы не сможете получить доступа к данным. В многоуровневой модели вы можете сохранить на переносном ПК все необходимые вам данные в виде локального файла. Дома вы сможете загрузить этот файл, и провести необходимую работу с данными. Затем, прибыв в офис, вы сможете перенести эти изменения в реальную базу данных.

• Снижение трафика сети. За счет возможности отложенной обработки данных значительно снижается нагрузка на сеть.

Протокол - это набор правил и процедур, которые регулируют порядок осуществления связи. Естественно, все компьютеры, которые принимают участие в обмене, должны работать по тем самым протоколам, чтобы по завершении передачи вся информация возобновлялась в начальном виде. Существует несколько стандартных наборов (или, как их еще называют, стеков) протоколов, которые получили в настоящий момент наиболее широкое распространение: 1. набор протоколов ISO/OSI; 2. IBM System Network Architecture (SNA); 3. DigitalDecnet; 4. NovellNetware; 5. AppleAppletalk; 6. набор протоколов глобальной сети Internet, TCP/IP.

Прикладные протоколы

Протоколы прикладного уровня служат для передачи информации конкретным клиентским приложениям, запущенным на сетевом компьютере. В IP-сетях протоколы прикладного уровня опираются на стандарт TCP и выполняют ряд специализированных функций, предоставляя пользовательским программам данные строго определенного назначения. Ниже мы кратко рассмотрим несколько прикладных протоколов стека TCP/IP.

Протокол ftp

Как следует из названия, протокол FTP (File Transfer Protocol) предназначен для передачи файлов через Интернет. Именно на базе этого протокола реализованы процедуры загрузки и выгрузки файлов на удаленных узлах Всемирной Сети. FTP позволяет переносить с машины па машину не только файлы, но и целые папки, включающие поддиректории на любую глубину вложений. Осуществляется это путем обращения к системе команд FTP, описывающих ряд встроенных функций данного протокола.

Протоколы рорз и smtp

Прикладные протоколы, используемые при работе с электронной почтой, называются SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) и РОРЗ (Post Office Protocol), первый «отвечает» за отправку исходящей корреспонденции, второй — за доставку входящей. В функции этих протоколов входит организация доставки сообщений e-mail и передача их почтовому клиенту. Помимо этого, протокол SMTP позволяет отправлять несколько сообщений в адрес одного получателя, организовывать промежуточное хранение сообщений, копировать одно сообщение для отправки нескольким адресатам. И РОРЗ, и SMTP обладают встроенными механизмами распознавания адресов электронной почты, а также специальными модулями повышения надежности доставки сообщений.

Протокол http

Протокол HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) обеспечивает передачу с удаленных серверов на локальный компьютер документов, содержащих код разметки гипертекста, написанный на языке HTML или XML, то есть веб-страниц. Данный прикладной протокол ориентирован прежде всего на предоставление информации программам просмотра веб-страниц, веб-браузерам, наиболее известными из которых являются такие приложения, как Microsoft Internet Explorer и Netscape Communicator. Именно с использованием протокола HTTP организуется отправка запросов удаленным http-серверам сети Интернет и обработка их откликов; помимо этого HTTP позволяет использовать для вызова ресурсов Всемирной сети адреса стандарта доменной системы имен (DNS, Domain Name System), то есть обозначения, называемые URL (Uniform Resource Locator) вида http:/ /www.domain.zone/page (l).

Протокол telnet

Протокол TELNET предназначен для организации терминального доступа к удаленному узлу посредством обмена командами в символьном формате ASCII. Как правило, для работы с сервером по протоколу TELNET на стороне клиента должна быть установлена специальная программа, называемая telnet-клиентом, которая, установив связь с удаленным узлом, открывает в своем окне системную консоль операционной оболочки сервера. После этого вы можете управлять серверным компьютером в режиме терминала, как своим собственным (естественно, в очерченных администратором рамках). Например, вы получите возможность изменять, удалять, создавать, редактировать файлы и папки, а также запускать на исполнение программы на диске серверной машины, сможете просматривать содержимое папок других пользователей. Какую бы операционную систему вы ни использовали, протокол Telnet позволит вам общаться с удаленной машиной «на равных». Например, вы без труда сможете открыть сеанс UNIX на компьютере, работающем под управлением MS Windows.