. Назначение и функции протоколов

Мы уже неоднократно упоминали термин - протоколы для компьютерных сетей, конкретизируем это понятие. Протоколы – это правила и технические процедуры, позволяющие нескольким компьютерам при объединении в сеть общаться друг с другом. Другими словами протокол – это набор правил, которых должна придерживаться все компании, чтобы обеспечить совместимость производимого аппаратного и программного обеспечения. Идеология открытых систем предполагает использование стандартных аппаратных средств и программного обеспечения.

Отметим три основных момента, касающиеся протоколов.

1. Хотя для обмена данными между компьютерами используются различные протоколы, все сетевые коммуникационные протоколы должны обеспечивать выполнение определенного набора основных функций. Эти функции могут быть по-разному реализованы различными разработчиками, но они все должны иметь несколько общих основных характеристик.

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

3. Протоколы работают на разных уровнях OSI. Если, например, какой-то протокол работает на физическом уровне, то это означает, что он обеспечивает прохождение пакетов через плату сетевого адаптера и их поступление в сетевой кабель.

3. Несколько протоколов могут работать совместно. Это так называемый стек, комбинация или набор правил.

Протоколы делятся на три типа (см. рис. 3.13):

• Прикладной (включает протоколы прикладного, представительского и сеансового уровней).

• Транспортный (транспортный уровень).

• Сетевой (сетевой, канальный и физический уровни).

В компьютерной промышленности в качестве стандартных моделей протоколов разработано несколько стандартных стеков. Наиболее важные из них.TCP/IP, ISO/OSI, IPX/SPX, SNA и другие.

Рассмотрим кратко наиболее распространенные протоколы.

.Основные стандартные стеки коммуникационных протоколов

Набор протоколов OSI.

Набор протоколов OSI – полный стек протоколов, где каждый протокол соответствует конкретному уровню модели OSI. Следует 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.

Набор протоколов OSI использовался на практике, но на сегодня он обычно используется в качестве теоретического протокола для определения блоков, из которых должна состоять хорошая система, реализующая сетевой протокол. Большинство используемых в настоящее время сетевых протоколов содержат все основные функции, заданные в модели OSI, или часть их.

До того как модель OSI была признана в качестве подходящей для разработки протоколов, большинство разработчиков создавала свои собственные протоколы, мало заботясь о возможности взаимодействия с программными продуктами других производителей. Однако поскольку все большее и большее количество покупателей принимали идею открытых стандартов, то стандарты, являющиеся чьей-либо собственностью, стали проигрывать на рынке. Возможность взаимодействия становилась все более важной, и необходимость стандартной модели, такой как OSI, стали очевидна. Функции протокола четко разделены на отдельные группы, поэтому программисту, вместо того чтобы писать один монолитный кусок кода, имеется возможность создать несколько отдельных, небольших частей, каждый из которых обеспечивает выполнение определенной группы функций. Представим, что программисту удалось создать более эффективный способ отправки данных через сеть. Поскольку он придерживался модульной концепции при реализации набора протоколов, он может переписать и перекомпилировать только тот кусок кода, который обеспечивает выполнение функций канального и физического уровня. Однако, если бы он не использовал модель OSI, обновить реализацию протокола было бы намного сложнее, и возможно ему понадобилось бы переписать весь код.

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 протоколов управления передачей данных TCP/IP

Transmission Control Protocol/Internet Protocol

ТСР/IP (Протокол управления передачей данных /Internet протокол) – промышленный стандартный набор протоколов, которые обеспечивают связь в неоднородной среде, т.е. обеспечивают совместимость между компьютерами разных типов. Этот протокол используется для передачи данных в глобальных сетях и во многих локальных сетях. Если говорить точно, то можно говорить не о семействе, а о целом комплексе, стеке «протоколов Internet».

ТСР/IP относится к целому семейству (стеку) связанных между собой протоколов, разработанных для передачи информации по сети и одновременного обеспечения информацией о состоянии сети, и является программным компонентом сети. Каждая часть семейства ТСР/IP решает определенную задачу, например, отправления электронной почты, пересылку файлов, маршрутизацию сообщений или обработку сбоев в сети и т.д.

Совместимость – главное преимущество TCP/IP, поэтому большинство локальных вычислительных сетей поддерживает его. Кроме того, он обеспечивает доступ к ресурсам Internet. Поскольку TCP/IP поддерживает маршрутизацию, он обычно используется в качестве межсетевого протокола.

Обычно общее название ТСР/IP протокола используется при обсуждении всего семейства протоколов. В действительности лучше назвать каждый из сервисов своим именем, чтобы внести большую ясность. На рис. 3.13 приведены основные протоколы этого семейства и их соотношение с эталонной моделью взаимодействия открытых систем.

Приведем название и краткую характеристику нескольких, наиболее распространенных протоколов:

• IP - Internet Protocol (межсетевой протокол, протокол Internetа), относящийся к сетевому (3-ему) уровню по иерархии протоколов 7 –уровневой модели ISO/OSI. IP - протокол считается наиболее важным во всем семействе TCP/IP, поскольку этот протокол используют все остальные. Протокол IP содержит спецификации, описывающие формат, адресацию и передачу IP-пакетов между сетями. Каждый IP-пакет, называемый дейтограммой, содержит информацию об адресах отправителя и получателя, т.н. IP-адреса, которые используются для маршрутизации пакетов данных в сети. Принципы формирования IP-адресов мы рассмотрим далее.

• ТСР - Transmission Control Protocol (коммуникационный протокол транспортного уровня), давший название всему семейству протоколов TCP/IP. Протокол ТСР гарантирует, что информационные пакеты, передаваемые с одного узла на другой, прибудут в пункт назначения в правильном порядке и содержащиеся в них данные останутся неизменными. Восстановление порядка следования пакетов – очень важный вопрос, так как в процессе маршрутизации два пакета, отправленные одним за другим, могут быть переданы, как мы покажем в дальнейшем, по разным маршрутам. Один из этих маршрутов может оказаться длиннее другого и это приведет к тому, что первый пакет достигнет узла назначения позже второго. Если это произойдет, то ТСР восстановит исходный порядок следования пакетов. ТСР дополняет каждый передаваемый пакет контрольной суммой, которая проверяется на узле назначения. Все поврежденные пакеты аннулируются и, так как с точки зрения передачи данных такая ситуация аналогична утере пакета, ТСР обеспечивает повторную его передачу.

• UDP – User Datagram Protocol (протокол пользовательских дейтограмм) - второй по распространенности транспортный протокол. Он предоставляет прикладным процессам ограниченный набор транспортных услуг, обеспечивая надежную доставку дейтограмм. В отличие от UDP протокол ТСР обеспечивает гарантированную доставку соединений в виде потоков байт.

• Telnet является протоколом эмуляции терминала и позволяет рассматривать все удаленные терминалы как стандартные “сетевые виртуальные терминалы”.

• FTP-File Transfer Protocol (протокол передачи файлов) позволяет пользователю просмотреть каталог удаленного компьютера, скопировать один или несколько файлов.

• SMTP- Simple Mail Transfer Protocol (простой протокол передачи почты) поддерживает передачу электронной почты между произвольными узлами сети Internet.

• ARP - Address Resolution Protokol (протокол разрешения адресов). Осуществляет преобразование (отображение) IP - адресов (числового составного адреса) в МАС - адреса (аппаратные адреса). Обратное преобразование осуществляется с помощью протокола RARP.

• RARP - Reverse Address Resolution Protokol (обратный протокол разрешения адресов).

• DNS – Domain Name System (система доменных имен).

• RIP – Robting Information Protokol (протокол машрутизации).

• HTTP - Hypertext Transfer Protocol (протокол передачи гипертекстов) применяется для передачи гипертекста в сети Internet.

• SNMР - Simple Network Management Protocol (протокол управления сетями).

• Gopher - (распределенная система управления базами данных).

На характеристиках наиболее распространенных протоколов TCP/IP мы остановимся позднее при рассмотрении сети Internet, а сейчас лишь отметим, что стек протоколов TCP/IP - это самый популярный стек протоколов, широко используемый как в глобальных, так и в локальных сетях, фактически сегодня именно он является стандартом для межсетевого взаимодействия.

Стек протоколов IPX/SPX

Этот стек протоколов является оригинальным стеком протоколов фирмы Novell, разработанным для сетевой операционной системы NetWare.

Многие особенности стека IPX/SPX обусловлены ориентацией ранних версий ОС NetWare на работу в локальных сетях небольшого размера, состоящей из персональных компьютеров со скромными ресурсами. Понятно, что для таких компьютеров компании Novell нужны были протоколы, на реализацию которых требовалось бы минимальное количество оперативной памяти. В результате протоколы стека IPX/SPX до недавнего времени хорошо работали в локальных сетях. Сейчас стек IPX/SPX реализован не только в NetWare, но и в нескольких других сетевых ОС, например Microsoft Windows NT, Sun Solaris, SCO UNIX.

Чаще всего протоколы устанавливаются автоматически при инсталяции операционной системы. Например, в Microsoft Windows NT Server протоколом по умолчанию является TCP/IP. Однако иногда надо установить новый протокол, изменить порядок следования протоколов в списке привязки или удалить протокол. Чтобы установить другие протоколы, обычно можно воспользоваться специальными утилитами, встроенными в ОС.