Лекция 3. Сетевые протоколы.

Протоколыэто правила и технические процедуры, позволяющие нескольким компьютерам общаться друг с другом.

Запомните три основных момента, касающихся протоколов:

1. Существует множество протоколов. И хотя все они участвуют в реализации связи, каждый протокол имеет различные цели, выполняет различные задачи, обладает своими преимуществами и ограничениями.

2. Функции протокола определяются уровнем, на котором они работают.

3. Несколько протоколов могут работать совместно. Это так называемый стек протоколов. В совокупности протоколы дают полную характеристику функциям и возможностям стека.

Работа протоколов

Передача данных по сети, с технической точки зрения, должна быть разбита на ряд последовательных шагов, каждому из которых соответствуют свои правила и процедуры, или протоколы. Таким образом, сохраняется строгая очередность в выполнении определенных действий.

Кроме того, эти действия (шаги) должны быть выполнены в одной и той же последовательности на каждом сетевом компьютере. На компьютере-отправителе эти действия выполняются сверху вниз, а на компьютере-получателе снизу вверх.

Компьютер-отправитель

Компьютер-отправитель в соответствии с протоколом выполняет следующие действия:

• разбивает данные на небольшие блоки, называемые пакетами, с которыми может работать протокол;

• добавляет к пакетам адресную информацию, чтобы компьютер-получатель мог определить, что эти данные предназначены именно ему;

• подготавливает данные к передаче через плату сетевого адаптера и далее по кабелю.

Компьютер-получатель

Компьютер-получатель в соответствии с протоколом выполняет те же действия, но в обратном порядке:

• принимает пакеты данных из сетевого кабеля;

• через плату сетевого адаптера передает пакеты в компьютер;

• удаляет из пакета всю служебную информацию, добавленную компьютером-отправителем;

• копирует данные из пакета в буфер для их объединения в исходный блок данных;

• передает приложению это блок данных в формате, который оно использует.

И компьютеру-отправителю, и компьютеру-получателю необходимо каждое действие выполнять одинаковым способом, с тем чтобы пришедшие по сети данные совпадали с отправленными.

Если, например, два протокола будут по-разному разбивать данные на пакеты и добавлять информацию (о последовательности пакетов, синхронизации и для проверки ошибок) тогда компьютер, использующий один из протоколов, не сможет успешно связаться с компьютером, на котором работает другой протокол.

Маршрутизируемые и немаршрутизируемые протоколы

Когда локальные сети достигли высокого уровня развития и объем передаваемой ими коммерческой информации возрос, ЛВС стали компонентами больших сетей.

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 (routable) протоколами. Так как маршрутизируемые протоколы могут использоваться для объединения нескольких локальных сетей в глобальную сеть, их роль постоянно возрастает.

Протоколы в многоуровневой архитектуре

Несколько протоколов, которые работают в сети одновременно, обеспечивают следующие операции с данными:

• подготовку;

• передачу;

• прием;

• последующие действия.

Работа различных протоколов должна быть скоординирована так, чтобы исключить конфликты или незаконченные операции. Этого можно достичь с помощью разбиения на уровни. Каждый уровень определяет различные протоколы для управления функциями связи или ее подсистемами. Каждому уровню присущ свой набор правил. Чем выше уровень, тем сложнее становятся решаемые им задачи и связанные с этими задачами протоколы.

Рассмотренная в лекции 16 модель OSIпредставляет собой некоторый абстрактный идеал, практически не применяемый в реальных условиях.

Стандартные стеки

В компьютерной промышленности в качестве стандартных моделей протоколов разработано несколько стеков. Вот наиболее важные из них:

• набор протоколов ISO/OSI;

• IBM System Network Architecture (SNA);

• Digital DECnet^TM;

• Novell NetWare;

• Apple Apple Talk^®;

• набор протоколов Интернета, TCP/IP.

Протоколы этих стеков выполняют работу, специфичную для своего уровня. Однако, коммуникационные задачи, которые возложены на сеть, приводят к разделению протоколов на три типа:

• прикладной;

• транспортный;

• сетевой.

Транспортный протокол можно рассматривать как зарегистрированную почтовую службу. Вы передаете конверт (данные) в почтовое отделение, а затем остается убедиться, что почта дошла до адресата. Аналогично, транспортный протокол гарантирует, что передаваемые данные доходят до заданного адресата, проверяя получаемую от него квитанцию. Он выполняет контроль и исправление ошибок без вмешательства более высокого уровня.

Протоколы устанавливаются и удаляются аналогично тому, как устанавливаются и удаляются драйверы. Чаще всего они устанавливаются автоматически при инсталляции операционной системы.

WindowsNTпоставляется с тремя сетевыми транспортными протоколами, каждый из которых предназначен для сетей различных размеров и с разными требованиями:

• NetBEUI

• NWLink

• TCP/IP

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)  самый сложный транспортный протокол для всемирных глобальных коммуникаций, таких как Internet. От других протоколов, ориентированных на конкретную сетевую среду, его отличает то, что он хорошо работает и в локальных, и в глобальных сетях.

Рассмотрим более подробно характеристики этого протокола.

Хорошее восстановление после отказов. Протокол создавался военной среды, поэтому сеть должна выжить даже при “отмирании” ее больших частей.

Возможность оперативного подключения новых подсетей. Это означает, что предусматривается возможность включения в объединенную сеть новых сетей без нарушения сетевого сервиса.

Способность обработки большого количества ошибок. Другими словами, это способность выдержать непредсказуемые уровни ошибок, обеспечивая при этом 100% надежную связь между пунктами (если, например, некоторые используемые каналы связи уничтожены ураганом, то потерянная информация будет транслироваться повторно и передаваться через другие пункты).

Независимость от конкретного производителя или типа сети. Эта сетевая архитектура должна поддерживать сети любого типа.

Незначительные непроизводительные потери при передаче данных. Подавляющее число пакетов данных, использующих протоколIP, имеют простой 20-байтовый заголовок фиксированной длины. Простые протоколы означают быструю передачу и коммутацию пакетов.

В настоящее время TCP/IPпревратился в большой пакет программного обеспечения, получивший собирательное название комплектаTCP/IP.

IP (Internet Protocol)

Наиболее фундаментальной частью Internetявляется так называемый межсетевой протоколIP. Если необходимо передать данные по объединенной сети (интерсети), то их нужно оформить в виде пакетаIP. Затем этот пакет маршрутизируется из одной части интерсети в другую. Рассмотрим, как протоколIPобеспечивает передачу сообщений из одной части интерсети в другую. Интерсеть состоит минимум из двухподсетей. На рис.

изображены два сегмента локальных сетей EthernetRomeиCarthage. В сегментеRomeимеется три компьютераА, В, С. Три других машины (F,G,H) расположены в сегментеCarthage. Каждый компонент одного сегмента “слышит” весь трафик данного сегмента. (Ethernet  наиболее популярный стандарт уровня каналов связи для организации локальных сетей. Ethernet реализует множественный доступ с контролем среды передачи данных и обнаружением конфликтов).

Подсети и маршрутизаторы

Большая часть архитектуры интерсети строится, исходя из принципа, что ПК А, В, С могут непосредственно взаимодействовать друг с другом, а машиныF,G,Hпередавать информацию между собой, но компьютеры А, В, Сне в состоянииобмениваться данными сF,G,Hбез помощи машины, оснащенной платамиEthernetDиE. МашинаD/Eбудет функционировать какмаршрутизаторустройство, обеспечивающее коммутацию между различными сетевыми сегментами. Поэтомуподсетьсовокупность машин, взаимодействующих друг с другом без помощи маршрутизации.