Стеки коммуникационных протоколов

Важно различать модель OSI и стек протокола OSI.

Модель – концептуальная схема взаимодействия.

Стек – набор конкретных протоколов.

В отличие от других стеков, стек OSI полностью соответствует модели, т.е. 7 уровням взаимодействия.

На физическом и канальном уровнем стек OSI поддерживает протоколы разработанные вне стека OSI (см. рис.) Сетевой уровень включает протоколы CONP и CLNP – Connected Oriented Network Protocol и Connectionless NP. CONP / CLNP – с / без установления соединения.

Протоколы маршрутизации – End-Intermidiate, itermidiate-intermidiate.

ES-IS – компьютер – маршрутизатор, IS-IS – взаимодействие между маршрутизаторами.

На сеансовом и транспортном уровне пользователи определяют классы обслуживания и получают транспортный сервис независимо от протоколов сетевого уровня (с/без установлением соединения).

На прикладном уровне обеспечивается передача файлов – эмуляция терминала, служба сетевых каталогов, электронная почта.

Стек IPX/SPX

Этот стек является оригинальным стеком протоколов фирмы Novell, разработанным для сетевой операционной системы NetWare еще в начале 80-х годов. Протоколы сетевого и сеансового уровней Internetwork Packet Exchange (IPX и Sequenced Packet Exchange, SPX), которые дали название стеку, являются прямой адаптацией протоколов XNS фирмы Xerox, распространенных в гораздо меньшей степени, чем стек IPX/SPX.

Популярность стека IPX/SPX непосредственно связана с операционной системой Novell NetWare, которая долгое время сохраняла мировое лидерство по числу установленных систем, хотя в последнее время ее популярность намного снизилась, и по темпам роста она заметно отстает от Microsoft Windows NT.

Многие особенности стека IPX/SPX обусловлены ориентацией ранних версий ОС NetWare (до версии 4.0) на работу в локальных сетях небольших размеров, состоящих 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 (ограниченной в IBM-совместимых компьютерах под управлением MS-DOS объемом 640 Кбайт) и которые быстро работали бы на процессорах небольшой вычислительной мощности. В результате протоколы стека IPX/SPX до недавнего времени хорошо работали в локальных сетях и не очень — в больших корпоративных сетях, так как они слишком перегружали медленные глобальные связи широковещательными пакетами, которые интенсивно используются несколькими протоколами этого стека (например, для установления связи между клиентами и серверами). Это обстоятельство, а также тот факт, что стек IPX/SPX является собственностью фирмы Novell, и на его реализацию нужно получать лицензию (то есть открытые спецификации не поддерживались), долгое время ограничивали его поле деятельности только сетями NetWare. Однако с момента выпуска версии NetWare 4.0 специалисты Novell внесли и продолжают вносить в протоколы серьезные изменения, направленные на их адаптацию для работы в корпоративных сетях. Сейчас стек IPX/SPX реализован не только в NetWare, но и в нескольких других популярных сетевых ОС, например SCO UNIX, Sun Solaris, Microsoft Windows NT.

Стек NetBIOS/SMB

Этот стек широко применяется в продуктах компаний IBM и Microsoft. На его физическом и канальном уровнях 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 компании 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.

Протокол NetBEUI выполняет много полезных сетевых функций, которые можно отнести к сетевому, транспортному и сеансовому уровням модели OSI, однако он не обеспечивает возможность маршрутизации пакетов. Это ограничивает применение протокола NetBEUI локальными сетями, не разделенными на подсети, и делает невозможным его использование в составных сетях.

Некоторые ограничения NetBEUI снимаются в реализации этого протокола NBF (NetBEUI Frame), которая включена в операционную систему Microsoft Windows NT.

Протокол SMB (Server Message Block) выполняет функции сеансового, представительного и прикладного уровней. На основе SMB реализуется файловая служба, а также службы печати и передачи сообщений между приложениями.

Стеки протоколов SNA компании IBM, DECnet корпорации Digital Equipment и AppleTalk/AFP компании Apple применяются в основном в операционных системах и сетевом оборудовании этих фирм.

На рис. 9.3 показано соответствие некоторых наиболее популярных протоколов уровням модели OSI. Часто это соответствие весьма условно, так как модель OSI — это только руководство к действию, причем достаточно общее, а конкретные протоколы разрабатывались для решения специфических задач, причем многие из них появились до разработки модели OSI. В большинстве случаев разработчики стеков отдавали предпочтение скорости работы сети в ущерб модульности: ни один стек, кроме стека OSI, не разбит на семь уровней. Чаще всего в стеке явно выделяются 3–4 уровня: уровень сетевых адаптеров, в котором реализуются протоколы физического и канального уровней, сетевой уровень, транспортный уровень и уровень служб, объединяющий функции сеансового, представительного и прикладного уровней.

Рис. 9.3. Соответствие популярных стеков протоколов модели OSI

Стек IPX/SPX

Стек протоколов, разработанных фирмой NOVELL, одна из первых фирм, которая производила локальные сети.

Interact Pack Exchange(IPX) / Sequenced PX (SPX)

На прикладном уровне представительских сеансов работают Netware Core Protocol и Service Advertising Protocol.

Особенности стека обусловлены ориентацией ранних сетей Netware на ЛВС малого размера состоящих из рабочих станций малой мощности. На реализацию протоколов отводилось немного места в ОЗУ, поэтому несколько уровней объединены в один протокол. Семиуровневая модель просматривается слабо.

Стек NetBIOS / SMB

Разработан совместно Microsoft и IBM. Стек NetBIOS разработан как сетевое расширение BIOS, дальнейшем заменен протоколом NETBEUI. Протокол разрабатывался для ЛВС с количеством станций до 200. Недостаток стека протокола в том, что не обеспечивается маршрутизация пакетов, нельзя использовать в составных сетях. Протокол SMB – также включает в себя протокол представительского сеанса, на основе этого протокола есть сетевая FS и другие сетевые службы.

Стек TCP/IP

На прикладном уровне объединяются три уровня – прикладной, представительский, сеансовый. Функции этих уровней выполняют протоколы HTTP, SNMP, FTP, Telnet, SMTP.

Транспортный уровень может представлять прикладному уровню два типа сервиса – TCP сервис (обеспечивает гарантированную доставку с подтверждением), UDP сервис (обеспечивает доставку по возможности). TCP сервис устанавливает логическое соединение, нумерует пакеты, и получают квитанции об получении. В случае потери пакета, он может быть передан повторно. На приемном конце уничтожает дублированные пакеты и представляет верхнему уровню пакеты в той последовательности, в которой они переданы. Разрешена передача в дуплексном режиме. UDP – используется для доставки сообщений без установления логического сообщения. В этом случае задача гарантированной доставки может быть поставлена на прикладном уровне.

Сетевой уровень – получает и выполняет запрос на передачу порции данных по составной сети (основной протокол – IP). Основная задача протокола – продвижение пакетов от одного маршрутизатора к другому, до тех пор, пока он не дойдет до сети назначения и далее – хоста. Протокол IP разворачивается не только на хостах, но и коммуникационном оборудовании (шлюзах и т.д.). IP – дейтаграммный протокол, работающий без установления соединения, по так называемому принципу доставки с максимальными усилиями. К сетевому уровню также относятся RIP и OSPF – протоколы маршрутизации, строят таблицы маршрутизации, на основе которых IP передает пакеты по сети.

ICMP – протокол обмена межсетевыми управляющими сообщениями, передает источнику информацию об ошибках, при передачи пакета по сети.

IGMP – протокол передачи пакетов на несколько адресов сразу (циркулярная передача).

Канальные и физические реализуют функции доступа к среде передачи, формирование кадров, кодирование, синхронизацию и т.д., особенностью стека TCP/IP является то, что на канальном и физическом уровне требование к физической среде не регламентируются, т.е. возможно подключение любой новой среды, с учетом определенных соглашений.

Для спецификаций соглашений и их опций существуют документы их определяющие, одним из них является RFC (Request for Commentary) – все протоколы там, с рисунками кадров, с каждым определением бита.

Включение новой технологии осуществляется независимо от того, сколькими уровнями взаимодействия она описывается.

Особенности протокола TCP/IP:

1) Способность фрагментировать пакеты. Если составная сеть построена на разных принципах, то длины передаваемых кадров, понятные для сетей могут быть разными. Возможно при переходе из сети в сеть делить или объединять пакеты.

2) Гибкая система адресации, позволяющая адресоваться в сетях с различными топологиями.

3) Экономное расходование системных ресурсов (использование широковещательных пакетов).

4) Сложность администрирования и управления. Отсутствие широковещательных рассылок требует иметь в сетях специальные централизованные службы DNS, DHCP.

5) Протокол TCP/IP был разработан до модели OSI, поэтому его соответствие модели OSI условно.

Краткие выводы:

Соответствие стеков протокол модели OSI условное.

Несоответствие компонент вызвано увеличением требований по скорости работы в ущерб модульности.

Как правило, ни один стек протоколов, кроме OSI не имеет семи уровней. Межсетевое взаимодействие осуществляется на трех, четырех уровнях:

1) физический и канальный (сетевой адаптер)

2) сетевой уровень (маршрутизатор),

3) транспортный уровень(программная реализация передача данных)

4) уровень сетевой службы (сеансовое представление сетевой)

Дата добавления: 2015-07-11