Понятие сетевого протокола

Протокол – это четко сформулированные правила, которыми руководствуются компьютерные системы при установке связи с другими устройствами.

Для того, чтобы два ком­пьютера могли общаться между собой, они должны пользоваться одним протоколом.

Протокол реализуется, как правило, в виде фонового процесса. Например, это может быть рези­дентная программа, работающая под управлением OC UNIX. В Windows протоколы работают как потоки в привилегированной подсистеме, являясь как бы частью исполняющей системы.

Некоторые сетевые программы позволяют пользователям работать с несколькими протоколами. Это значительно повышает эффективность работы в сложных сетях.

Протокол выполняет основную черновую работу по поиску других систем и установлению связи с ними, а сетевой редиректор обеспечивает предоставление ресурсов, имеющихся в сети, и, кроме того, выступает как компонент, который непосредственно взаимодействует с ядром Windows.

Есть три основных момента, касающихся протоколов:

Существует множество протоколов. Существование различных сетевых протоколов обусловлено целым рядом причин. Каждый из этих протоколов имеет свою область применения. Один протокол может хорошо работать с се­тью определенного типа, но быть полностью непригодным для другой сети, которая на первый взгляд ничем не отличается от предыдущей. Есть, однако, несколько ключевых аспектов, кото­рые касаются всех протоколов без исключения. Потребность в памяти, использование полосы пропускания, уровень функциональности, масштабируемость – все это очень важно. Допустим, при работе в сети нужно только читать и записывать файлы, находящиеся на относи­тельно небольшом файл-сервере. Это значит, что основными критериями в этом случае являются скорость транспортировки и простота эксплуатации. Чтобы этого добиться, можно выбрать про­токол, использующий память небольшого объема и не вызывающий дополнительных расходов ресурсов сети. В другой сети, к примеру, пользователям может потребоваться регистрация для того, чтобы получить доступ к хостам и передавать большие объемы данных. Для этого нужен протокол, богатый функциональными возможностями, что более важно, чем требуемый для него объем памяти или производительность;

Протоколы работают на разных уровнях модели OSI. Функции протокола определя­ются уровнем, на котором он работает;

Несколько протоколов могут работать совместно. Это так называемый стек, или на­бор, протоколов. Уровни в стеке протоколов соответствуют уровням модели OSI. В совокупно­сти протоколы дают полную характеристику функциям и возможностям стека.

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 протоколами.

Протоколы в многоуровневой архитектуре

Процесс, который называется привязка, позволяет с достаточной гибкостью настраивать сеть, т. е. сочетать протоколы и платы сетевых адаптеров. Например, два разных стека могут быть привязаны к одной плате и наоборот. Протокол привязки определяет очередность, с которой операционная система выполняет протоколы. При попытке соединения будет использован первый протокол в списке привязки. Если попытка будет неудачной, то ПК ее повторит, используя следующий по списку протокол. Кроме того, стек протоколов должен быть привязан к компонентам верхнего и нижнего уровней.

Независимо от внутренней конструкции каждого конкретного протокола, все они имеют опреде­ленные внутренние функции и свойства:

Инициализация связи. Каждый протокол имеет средства для идентификации рабочей станции по имени или номеру. Эта схема доступна как уровню, так и прикладной программе. Обмен информацией между определенными узлами активизируется после идентификации адресата (обычно сервера) рабочей станцией, начавшей диалог. Сторона-инициатор также устанавливает тип диалога – дейтограмму или сеанс. Дейтаграмма – это передача сообщения без установления логической связи. При этом не требуется подтверждения о приеме от принимающей стороны. Если подтверждение необходимо, то адресат сам должен послать специальное сообщение. При этом также надо придерживаться определенного протокола. Каждая дейтаграмма является самостоятельным сообщением, и при наличии нескольких их доставка не гарантируется. Зато скорость передачи дейтограмм гораздо выше, чем в сеансах. В сеансе, в отличие от дейтаграмм, предполагается создание логической связи для обмена сообщениями и гарантируется доставка сообщений. Если дейтограммы могут передаваться в произвольные моменты времени, то сеанс должен быть сначала установлен, после этого происходит обмен сообщениями, затем сеанс должен быть закрыт;

Отправка и получение данных. Каждый протокол предоставляет средства для отправки и получения сообщений. Протокол накладывает ограничения на длину сообщений, кроме того, он определяет статус диалога;

Завершение обмена. Протокол предоставляет средства для завершения диалога.

В соответствии с возложенными задачами, протоколы делятся на три типа:

прикладной;

транспортный;

сетевой.

Прикладные протоколы:

APPC – одноранговый SNA-протокол фирмы IBM, используемый в основном на AS/400;

FTAM – протокол OSI доступа к файлам;

Х.400 – протокол для международного обмена электронной почтой;

Х.500 – протокол служб файлов и каталогов на нескольких системах;

SMTP – протокол Интернета для обмена электронной почтой;

FTP – протокол Интернета для передачи файлов;

SNMP – протокол Интернета для мониторинга сети сетевых компонентов;

Telnet – протокол Интернета для регистрации на удаленных хостах и обработки данных на них;

Microsoft SMBs (блоки сообщений сервера) и клиентские оболочки или редиректоры;

NCP и клиентские оболочки или редиректоры фирмы Novell;

Apple Talk и Apple Share – набор сетевых протоколов фирмы Apple;

AFP – протокол удаленного доступа к файлам фирмы Apple;

DAP – протокол доступа к файлам сетей DECnet.

Транспортные протоколы:

TCP – TCP/IP-протокол для гарантированной доставки данных, разбитых на последователь­ность фрагментов;

SPX – часть набора протоколов IPX/SPX для разбитых на последовательность фрагментов, фирмы Novell;

NWlink – реализация протокола IPX/SPX от фирмы Microsoft;

NetBEUI (NetBIOS – расширенный интерфейс пользователя) – устанавливает сеансы связи между компьютерами (NetBIOS) и предоставляет верхним уровням транспортные услуги (NetBEUI);

ATP, NBP – протоколы связи и транспортировки фирмы Apple.

Сетевые протоколы:

IP – TCP/IP-протокол для передачи пакетов;

IPX – протокол фирмы Novell для передачи и маршрутизации пакетов;

DDP – Apple Talk-протокол транспортировки данных.

Стандартные стеки коммуникационных протоколов

Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей явля­ется стандарти­зация коммуникационных протоколов. В настоящее время в сетях используется большое количе­ство стеков коммуникационных протоколов. Наибо­лее популярными являются стеки: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, DECnet, SNA и OSI. Все эти стеки, кроме SNA на нижних уровнях – физическом и канальном, – используют одни и те же хорошо стандартизованные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и некоторые другие, которые позволяют использовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим собственным протоколам. Эти протоколы часто не соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. В частности, функции сеансового и представи­тельного уровня, как правило, объединены с прикладным уровнем. Такое несоот­ветствие связано с тем, что модель OSI появилась как ре­зультат обобщения уже существующих и реально используемых стеков, а не наоборот.

Рис. 7.1 Соответствие популярных стеков протоколов модели OSI

Стек OSI

Следует четко 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. В отличие от других стеков протоколов, стек OSI полностью соответствует модели OSI, он включает спецификации протоколов для всех семи уровней взаимодействия, определенных в этой модели. На нижних уровнях стек OSI поддерживает Ethernet, Token Ring, FDDI, протоколы глобальных сетей, Х.25 и ISDN, – то есть использует разработан­ные вне стека протоколы нижних уровней, как и все другие стеки. Протоколы сете­вого, транспортного и сеансового уровней стека OSI специфицированы и реа­лизованы различ­ными производителями, но распространены пока мало. Наиболее популярными протоколами стека OSI являются прикладные протоколы. К ним относятся: протокол передачи файлов FTAM, протокол эмуляции терминала VTP, протоколы справочной службы Х.500, электронной почты Х.400 и ряд других.

Протоколы стека OSI отличает большая сложность и неоднозначность специ­фикаций. Эти свой­ства явились результатом общей политики разработчиков стека, стремившихся учесть в своих протоколах все случаи жизни и все существующие и появляющиеся технологии. К этому нужно еще добавить и последствия большого количества политических компромиссов, неизбежных при принятии международ­ных стандартов по такому злободневному вопросу, как построение откры­тых вы­числительных сетей.

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 OSI – международный, независимый от производителей стандарт. Его поддерживает правительство США в своей программе GOSIP, в соответствии с которой все компьютерные сети, устанавливаемые в правительственных учреждениях США после 1990 года, должны или непосредственно поддерживать стек OSI, или обеспечивать средства для перехода на этот стек в будущем. Тем не менее, стек OSI более популярен в Европе, чем в США, так как в Европе осталось меньше старых сетей, работающих по своим собственным протоколам. Большинство организаций пока только планирует переход к стеку OSI, и очень немногие приступи­ли к созданию пилотных проектов. Из тех, кто работает в этом направлении, можно назвать Военно-морское ведомство США и сеть NFSNET. Одним из крупнейших производителей, поддерживающих OSI, является компания AT&T, ее сеть Stargroup полностью базируется на этом стеке.

Стек NetBIOS/SMB

Этот стек широко используется в продуктах компаний IBM и Microsoft. На физи­ческом и каналь­ном уровнях этого стека 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 фирмы 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. Этот протокол содержит много полезных сетевых функций, которые можно отнести к сетевому, транспортному и сеансовому уровням модели OSI, однако с его помощью невозможна маршрутиза­ция пакетов. Это ограничивает применение протокола NetBEUI локальными сетя­ми, не разделенными на подсети, и делает невозможным его использование в составных сетях. Некоторые ограничения NetBEUI снимаются реализацией этого протокола NBF (NetBEUI Frame), которая включена в операционную систему Microsoft Windows NТ.

Дата добавления: 2015-07-14