Лекции 6-7. Протоколы и стеки протоколов
Цель обзорной лекции:изучить протоколы и спецификации стандартов IEEE802.
Согласованный набор протоколов разных уровней, достаточный для организации межсетевого взаимодействия, называется стеком протоколов. Для каждого уровня определяется набор функций–запросов для взаимодействия с выше лежащим уровнем, который называется интерфейсом. Правила взаимодействия двух машин могут быть описаны в виде набора процедур для каждого из уровней, которые называются протоколами.
Существует достаточно много стеков протоколов, широко применяемых в сетях. Это и стеки, являющиеся международными и национальными стандартами, и фирменные стеки, получившие распространение благодаря распространенности оборудования той или иной фирмы. Примерами популярных стеков протоколов могут служить стек IPX/SPX фирмы Novell, стек TCP/IP, используемый в сети Internet и во многих сетях на основе операционной системы UNIX, стек OSI международной организации по стандартизации, стек DECnet корпорации Digital Equipment и некоторые другие.
Стеки протоколов разбиваются на три уровня:
- сетевые;
- транспортные;
- прикладные.
Сетевые протоколы
Сетевые протоколы предоставляют следующие услуги: адресацию и маршрутизацию информации, проверку на наличие ошибок, запрос повторной передачи и установление правил взаимодействия в конкретной сетевой среде. Ниже приведены наиболее популярные сетевые протоколы.
- DDP(Datagram Delivery Protocol – Протокол доставки дейтаграмм).Протокол передачи данных Apple, используемый в Apple Talk.
- IP(Internet Protocol – Протокол Internet). Протокол стека TCP/IP, обеспечивающий адресную информацию и информацию о маршрутизации.
- IPX(Internetwork Packet eXchange – Межсетевой обмен пакетами) в NWLink.Протокол Novel NetWare, используемый для маршрутизации и направления пакетов.
- NetBEUI(NetBIOS Extended User Interface – расширенный пользовательский интерфейс базовой сетевой системы ввода вывода).Разработанный совместно IBM и Microsoft, этот протокол обеспечивает транспортные услуги для NetBIOS.
Транспортные протоколы
Транспортные протоколы предоставляют следующие услуги надежной транспортировки данных между компьютерами. Ниже приведены наиболее популярные транспортные протоколы.
- ATP(Apple Talk Protocol – Транзакционный протокол Apple Talk) иNBP(Name Binding Protocol – Протокол связывания имен). Сеансовый и транспортный протоколы Apple Talk.
- NetBIOS (Базовая сетевая система ввода вывода).NetBIOS Устанавливает соединение между компьютерами, а NetBEUI предоставляет услуги передачи данных для этого соединения.
- SPX(Sequenced Packet eXchange – Последовательный обмен пакетами) в NWLink.Протокол Novel NetWare, используемый для обеспечения доставки данных.
- TCP(Transmission Control Protocol – Протокол управления передачей).Протокол стека TCP/IP, отвечающий за надежную доставку данных.
Прикладные протоколы
Прикладные протоколы отвечают за взаимодействие приложений. Ниже приведены наиболее популярные прикладные протоколы.
- AFP(Apple Talk File Protocol – Файловый протокол Apple Talk).Протокол удаленного управления файлами Macintosh.
- FTP(File Transfer Protocol – Протокол передачи файлов). Протокол стека TCP/IP,используемый для обеспечения услуг по передачи файлов.
- NCP(NetWare Core Protocol – Базовый протокол NetWare). Оболочка и редиректоры клиента Novel NetWare.
- SNMP(Simple Network Management Protocol – Простой протокол управления сетью).Протокол стека TCP/IP, используемый дляуправления и наблюдения за сетевыми устройствами.
- HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) – протокол передачи гипертекста и другие протоколы.
Стек OSI
Следует различать стек протоколов OSI и модель OSI рис.3.1. Стек OSI – это набор вполне конкретных спецификаций протоколов, образующих согласованный стек протоколов. Этот стек протоколов поддерживает правительство США в своей программе GOSIP. Стек OSI в отличие от других стандартных стеков полностью соответствует модели взаимодействия OSI и включает спецификации для всех семи уровней модели взаимодействия открытых систем
Рис. 0.3 Стек OSI
На физическом и канальном уровнях стек OSI поддерживает спецификации Ethernet, Token Ring, FDDI, а также протоколы LLC, X.25 и ISDN.
На сетевом уровне реализованы протоколы, как без установления соединений, так и с установлением соединений.
Транспортный протокол стека OSI скрывает различия между сетевыми сервисами с установлением соединения и без установления соединения, так что пользователи получают нужное качество обслуживания независимо от нижележащего сетевого уровня. Чтобы обеспечить это, транспортный уровень требует, чтобы пользователь задал нужное качество обслуживания. Определены 5 классов транспортного сервиса, от низшего класса 0 до высшего класса 4, которые отличаются степенью устойчивости к ошибкам и требованиями к восстановлению данных после ошибок.
Сервисы прикладного уровня включают передачу файлов, эмуляцию терминала, службу каталогов и почту. Из них наиболее перспективными являются служба каталогов (стандарт Х.500), электронная почта (Х.400), протокол виртуального терминала (VT), протокол передачи, доступа и управления файлами (FTAM), протокол пересылки и управления работами (JTM). В последнее время ISO сконцентрировала свои усилия именно на сервисах верхнего уровня.
Лекции 8-9. Архитектура стека протоколов TCP/IP
Набор многоуровневых протоколов, или как называют стек TCP/IP, предназначен для использования в различных вариантах сетевого окружения. Стек TCP/IP с точки зрения системной архитектуры соответствует эталонной модели OSI (Open Systems Interconnection – взаимодействие открытых систем) и позволяет обмениваться данными по сети приложениям и службам, работающим практически на любой платформе, включая Unix, Windows, Macintosh и другие.
Рис. 0.4 Соответствие семиуровневой модели OSI и четырехуровневой модели TCP/IP
Реализация TCP/IP фирмы Microsoft [1] соответствует четырехуровневой модели вместо семиуровневой модели, как показано на рис. 3.2. Модель TCP/IP включает большее число функций на один уровень, что приводит к уменьшению числа уровней. В модели используются следующие уровни:
- уровень Приложения модели TCP/IP соответствует уровням Приложения, Представления и Сеанса модели OSI;
- уровень Транспорта модели TCP/IP соответствует аналогичному уровню Транспорта модели OSI;
- межсетевой уровень модели TCP/IP выполняет те же функции, что и уровень Сети модели OSI;
- уровень сетевого интерфейса модели TCP/IP соответствует Канальному и Физическому уровням модели OSI.
Уровень Приложения
Через уровень Приложения модели TCP/IP приложения и службы получают доступ к сети. Доступ к протоколам TCP/IP осуществляется посредством двух программных интерфейсов (API – Application Programming Interface):
- Сокеты Windows;
- NetBIOS.
Интерфейс сокетов Windows, или как его называют WinSock, является сетевым программным интерфейсом, предназначенным для облегчения взаимодействия между различными TCP/IP – приложениями и семействами протоколов.
Интерфейс NetBIOS используется для связи между процессами (IPC – Interposes Communications) служб и приложений ОС Windows. NetBIOS выполняет три основных функции:
- определение имен NetBIOS;
- служба дейтаграмм NetBIOS;
- служба сеанса NetBIOS.
В таблице 3.1 приведено семейство протоколов TCP/IP.
Таблица 0.1
| Название протокола | Описание протокола |
| WinSock | Сетевой программный интерфейс |
| NetBIOS | Связь с приложениями ОС Windows |
| TDI | Интерфейс транспортного драйвера (Transport Driver Interface) позволяет создавать компоненты сеансового уровня. |
| TCP | Протокол управления передачей (Transmission Control Protocol) |
| UDP | Протокол пользовательских дейтаграмм (User Datagram Protocol) |
| ARP | Протокол разрешения адресов (Address Resolution Protocol) |
| RARP | Протокол обратного разрешения адресов (Reverse Address Resolution Protocol) |
| IP | Протокол Internet(Internet Protocol) |
| ICMP | Протокол управляющих сообщений Internet (Internet Control Message Protocol) |
| IGMP | Протокол управления группами Интернета (Internet Group Management Protocol), |
| NDIS | Интерфейс взаимодействия между драйверами транспортных протоколов |
| FTP | Протокол пересылки файлов (File Transfer Protocol) |
| TFTP | Простой протокол пересылки файлов (Trivial File Transfer Protocol) |
Уровень транспорта
Уровень транспорта TCP/IP отвечает за установления и поддержания соединения между двумя узлами. Основные функции уровня:
- подтверждение получения информации4
- управление потоком данных;
- упорядочение и ретрансляция пакетов.
В зависимости от типа службы могут быть использованы два протокола:
- TCP (Transmission Control Protocol – протокол управления передачей);
- UDP (User Datagram Protocol – пользовательский протокол дейтаграмм).
TCP обычно используют в тех случаях, когда приложению требуется передать большой объем информации и убедиться, что данные своевременно получены адресатом. Приложения и службы, отправляющие небольшие объемы данных и не нуждающиеся в получении подтверждения, используют протокол UDP, который является протоколом без установления соединения.