59. Логическое взаимодействие сетевых устройств по I-ому протоколу.

Протокол — формальное описание сообщений и правил, по которым сетевые устройства (вычислительные системы) осуществляют обмен информацией. Таким образом, протокол обеспечивает взаимодействие в сети между различными машинами на одном уровне. Любой из уровней может содержать произвольное число протоколов, но общаться могут лишь протоколы одного уровня. Также под протоколом будут пониматься правила взаимодействия одноименных, или одноранговых, уровней.

Интерфейс — правила взаимодействия вышестоящего уровня с нижестоящим.

Служба или сервис — набор операций, предоставляемых нижестоящим уровнем вышестоящему.

Стек протоколов — перечень разноуровневых протоколов, реализованных в системе. Стек может быть произвольной глубины, т.е. в нем, возможно, не будут представлены протоколы некоторых уровней модели ISO/OSI.

11. Семейство протоколов tcp/ip. Соответствие модели iso/osi

Рассмотрим еще одну модель организации сетевого взаимодействия — семейство протоколов TCP/IP (Рис. 60.). Это классическая четырехуровневая модель организации сетевого взаимодействия. Протоколы семейства TCP/IP основаны на сети коммутации пакетов. Изначально данные протоколы были разработаны как стандарт военных протоколов министерства обороны США в агентстве перспективных разработок МО США DARPA. Это агентство разработало сеть ARPA-net, которая в своем развитии легла в основу современной сети Internet (поскольку это семейство протоколов было интегрировано в ОС BSD Unix).

60. Семейство протоколов tcp/ip.

Попытаемся сопоставить модели TCP/IP и ISO/OSI.

Уровень доступа к сети. Этот уровень соответствует физическому и канальному уровням модели ISO/OSI. На нем решаются проблемы сетевого адаптера, драйвера сетевого адаптера и проблемы среды передачи данных.

Межсетевой уровень (или internet-уровень). В некотором смысле ему соответствует сетевой уровень модели ISO/OSI. Т.е. на этом уровне решаются проблемы адресации и маршрутизации по сети.

Транспортный уровень. Он покрывает сеансовый и транспортный уровни модели ISO/OSI. На этом уровне имеется возможность использования протоколов, которые устанавливают виртуальное соединение или не устанавливают его.

Уровень прикладных программ. Он разрешает проблемы уровня представления и уровня прикладных программ модели ISO/OSI.

Эти уровни модели TCP/IP являются пакетными: на каждом уровне система оперирует порциями данных, обладающими характеристиками соответствующего уровня (Рис. 61.). Имея содержательную информацию на прикладном уровне, двигаясь от верхнего уровня модели к нижнему, эта информация при необходимости дробится на пакеты фиксированного размера, и к каждому из них добавляется заголовочная информация.

61. Взаимодействие между уровнями протоколов tcp/ip.

Остановимся на каждом из уровней модели TCP/IP более подробно.

На уровне доступа к сети протоколы обеспечивают систему средствами для передачи данных другим устройствам в сети. В качестве примера можно привести протокол Ethernet, являющегося разработкой исследовательского центра компании Xerox (1976 г.), который основывается на единой шине (это широковещательная сеть). Для сетевых устройств обеспечивается множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection — CSMA/CD). Термины широковещательный и множественный доступ означают, что любой пакет, «выкинутый» в сеть, виден всем абонентам этой сети. Каждый абонент «слушает» сеть, и тот, кому предназначен пакет, забирает его. Контроль несущей означает, что каждый абонент, «слушая» сеть, распознает, свободна она или занята. Как только сеть становится свободной, устройство может «закидывать» очередную порцию данных. При этом устройство «слушает» как свою передачу, так и передачи других абонентов. «Бросая» в сеть, устройство способно распознать искажения, которые означают, что какое-то еще устройство также пытается послать данные в сеть. В этом случае обычно реализуется следующая стратегия: оба абонента прекращают вещание и берут тайм-аут на некоторый случайный промежуток времени (чтобы минимизировать повторные коллизии), а затем повторяют свои попытки. Данная сеть обладает типичными недостатками широковещательной сети: при интенсивной работе часто возникает ситуация, когда линия занята. Также при интенсивной работе возрастает частота конфликтов, что ведет к снижению производительности системы.

В качестве физической среды передачи данных используются самые разные источники: это может быть «толстый» Ethernet, «тонкий» Ethernet, витая пара, оптоволокно, радиосигнал.

Межсетевой уровень. Протокол IP — это один из основных протоколов. Данный протокол реализует следующие функции:

• формирование дейтаграмм;

• поддержание системы адресации;

• обмен данными между транспортным уровнем и уровнем доступа к сети;

• организация маршрутизации дейтаграмм;

• разбиение и обратная сборка дейтаграмм.

Основная функция этого протокола — поддержание системы адресации, позволяющей объединять различные (или гетерогенные) сети в единое целое (т.е. это межсетевая адресация — internet-адресация), а также поддержание маршрутизации. IP-адрес — это 32-разрядное число, которое кодирует информацию о конкретной сети и компьютере внутри этой сети. Имеются три категории содержательных IP-адресов сетей (Рис. 62.).