Сетевые протоколы и стандарты

1.1 Эталонная модель OSI

Сетевая модель OSI (open systems interconnection basic referens model - базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем, сокр. ЭМВОС) - абстрактная сетевая модель для коммуникаций и разработки сетевых протоколов. Она была разработана и утверждена ISO(International Organization for Standardization, Международная организация по стандартизации) в тесном взаимодействии с ССITТ (Международный консультационный комитет по телефонии и телеграфии Comite for International Telegraph and Telephone) в 1984 г. Данная модель предлагает взгляд на компьютерную сеть с точки зрения измерений. Каждое измерение обслуживает свою часть процесса взаимодействия. Благодаря такой структуре совместная работа сетевого оборудования и программного обеспечения становится гораздо проще и прозрачнее.

В настоящее время основным используемым стеком протоколов является TCP/IP, разработанный ещё до принятия модели OSI и вне связи с ней.

Модель OSI определяет принципиальную схему обмена данными между компьютерами, но сама не является способом такого обмена. Обмен данными становится возможным благодаря коммуникационным протоколам. Протокол передачи данных можно сравнить с набором правил и соглашений, которые описывают способ передачи данных между двумя и более объектами в сети. Протокол реализует функции одного или нескольких уровней OSI. Витаминюк А.И.- Создание, обслуживание и администрирование сетей на 100% - 2010год. Санкт-Петербург 232с

Существует большое количество протоколов обмена данными. В частности, это протоколы локальных и распределенных сетей, сетевые протоколы и протоколы маршрутизации. Протоколы локальных сетей работают на физическом и канальном уровнях модели OSI и определяют правила обмена данными в различных средах передачи, применяемых в локальных сетях. Протоколы распределенных сетей работают на трех самых нижних уровнях модели OSI и определяют правила обмена данными по различным глобальным линиям связи. Протоколы маршрутизации работают на сетевом уровне и отвечают за обмен информацией между маршрутизаторами, с тем, чтобы последние могли выбрать наилучший путь для передаваемых по сети данных. Наконец, к сетевым протоколам относятся различные протоколы высокого уровня, присутствующие в некотором наборе протоколов (часто такие наборы называются стеками). Работа многих протоколов основывается на других протоколах. Например, протоколы маршрутизации для обмена данными между маршрутизаторами часто используют сетевые протоколы. Такой принцип построения сети на базе уже существующих уровней является основополагающим в модели OSI.

В соответствии с моделью взаимодействия открытых систем OSI, все протоколы взаимодействия систем подразделяются на семь уровней: физический, канальный (звена данных), сетевой, транспортный, сеансовый, представительский и прикладной. Все эти семь уровней можно разделить на две категории: верхние и нижние. Верхние уровни модели OSI работают с приложениями и обычно реализуются только на уровне программного обеспечения. Самый верхний уровень, уровень приложений, наиболее близок к конечному пользователю. Процессы, протекающие на уровне пользователя и приложения, взаимодействуют с прикладным программным обеспечением, содержащим коммуникационные компоненты. “Верхним уровнем” иногда называют уровень, находящийся выше того уровня, о котором идет речь. Нижние уровни модели OSI решают задачи транспортировки данных. Физический и канальный уровни реализуются в виде аппаратных средств и программного обеспечения. Самый нижний уровень, физический, находится ближе всего к физической сетевой среде (например, к сетевым кабелям) и непосредственно отвечает за размещение информации на носителе.

Каждый уровень модели OSI взаимодействует с другими уровнями для того, чтобы воспользоваться предоставляемыми ими службами. Эти службы дают возможность определенному уровню OSI взаимодействовать с таким же уровнем другой компьютерной системы. Говоря о службах уровней, необходимо дать определение трем базовым элементам: пользователь службы, провайдер службы и точка доступа к службе. В данном контексте пользователь службы представляет собой уровень OSI, который запрашивает службы смежного уровня OSI, а провайдером службы является уровень OSI, который предоставляет пользователю доступ к службе. Уровни OSI могут предоставлять службы нескольким пользователям. Точка доступа к службе (Service Access Point -- SAP) является тем уровнем, на котором один уровень OSI может запрашивать службы другого уровня.

На семи уровнях OSI используются различные формы управляющей информации для обмена данными с такими же уровнями других компьютерных систем. Эта управляющая информация состоит из особых запросов и инструкций, которыми обмениваются одноименные уровни OSI.

Описать сложный объект можно, представив его в виде отдельных взаимодействующих частей. Этот способ описания называется - декомпозиция. Модель OSI -- это пример декомпозиции некой сетевой системы, охватывающей все уровни сетевого взаимодействия.

Понятие открытой системы

Если разные производители оборудования создают устройства в соответствии с требованиями открытости, то эти устройства могут свободно взаимодействовать друг с другом вне зависимости от того, кто их разработал и произвел. Открытые спецификации и стандарты, которые используются в индустрии компьютерных сетей, общедоступны. В соответствии с этими стандартами разные компании могут создавать совместимое оборудование и программное обеспечение. Конечно, идеальным вариантом была бы полная открытость систем, но зачастую это невозможно. Поэтому если хотя бы внешние интерфейсы какой-либо системы соответствуют принципам открытости, то взаимодействие других систем с такой «частично открытой» системой значительно облегчается. Очевидно, что если корпорация будет создавать операционную систему, не содержащую подобных интерфейсов, эта ОС превратится в некую «вещь в себе». Приложения для такой ОС сможет разрабатывать только компания, которой принадлежит операционная система. Так и в случае с компьютерными сетями: чем система открытее, тем другим системам легче с ней взаимодействовать. Именно принцип открытости позволяет строить компьютерные сети из оборудования разных производителей. Именно из-за открытости возможна модернизация сети, ее быстрое и простое соединение с другими сетями и унификация. Да и в управлении такая сеть будет проще. Например, Интернет -- это открытая система, построенная в соответствии с идеологией открытых систем и соответствующая модели OSI. Брейман А.Д Сети ЭВМ и телекоммуникации. Глобальные сети Москва 2006год. 117с

Семь уровней модели OSI

Физический уровень

По-английски нижний уровень модели OSI называется Physical Layer.

Задача физического уровня - передавать биты данных по физическим линиям связи. Спецификации физического уровня определяют параметры сред передачи данных - это, например, полоса пропускания, затухание, волновое сопротивление, активное сопротивление, задержки при распространении сигнала и так далее. Помимо физических характеристик сред эти спецификации определяют физические характеристики сигналов. К этому же уровню относятся спецификации интерфейсных разъемов кабелей. Характеристики кабелей имеют отношение к физическому уровню модели OSI. Устройствам физического уровня нет дела, что за данные они передают. Для них главное -- сгенерировать, передать и распознать некую последовательность импульсов через физическую среду передачи данных. Переданные биты затем будут обработаны и в виде неких данных «пойдут» к более высоким уровням OSI.

Канальный уровень

Канальный уровень, он же Data Link Layer, - это уровень более «интеллектуальный», чем физический. Канальный уровень оперирует самими данными. Он разбивает поток данных, поступающих с высшего уровня, на куски, которые называются кадрами (frame). Каждый кадр оформляется особым образом. При этом помимо полезных данных передаются контрольные данные, в кадр включаются адреса принимающего и передающего оборудования и так далее. Если получатель получит поврежденный кадр (целостность кадров проверяется путем подсчета контрольной суммы), канальный уровень повторит передачу.

Протоколы канального уровня, в случае с использованием разделяемой среды передачи данных, следят за тем, чтобы линия передачи была свободна в момент передачи. Примером протокола канального уровня можно привести протокол Ethernet. На канальном уровне работают, например, мосты, коммутаторы, сетевые адаптеры. Каждое сетевое устройство, так или иначе, работает на всех уровнях OSI, на канальном уровне устройства, наиболее функциональны. Протокол канального уровня - это весьма интеллектуальная система, которая способна эффективно заниматься доставкой сообщений между двумя компьютерами (или между двумя другими устройствами). И все же «способностей» канального уровня не хватает для обеспечения работы сложной сети. Нужен еще один уровень!

Сетевой уровень

Сетевой уровень, или Network Layer, расположен над канальным уровнем и служит для построения единой транспортной системы, основой которой могут стать сети, использующие различные принципы передачи данных.

Сеть, в терминах сетевого уровня модели OSI, - это совокупность компьютеров, объединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для передачи данных один из протоколов канального уровня, определенного для этой топологии.

Сетевой уровень заведует доставкой данных между сетями. Ему нет дела до подробностей передачи данных на канальном уровне: ведь протоколы сетевого уровня оперируют адресами, отличными от тех, которые используются протоколами канального уровня. Одним из самых характерных устройств сетевого уровня является маршрутизатор. Руководствуясь адресами этого уровня, он осуществляет маршрутизацию трафика и выбирает самые рациональные пути его прохождения.

Если канальный уровень оперирует кадрами (frame), то сетевой имеет дело с пакетами (packet). Примером протокола сетевого уровня является IP, входящий в стек TCP/IP. К сетевому уровню относится также протокол IPX стека IPX/SPX. Это так называемые маршрутизируемые протоколы (Routed Protocols) - протоколы, которые занимаются доставкой информации в сети. К этому же уровню относятся специфические протоколы, с помощью которых маршрутизаторы управляют трафиком. Эти так называемые протоколы маршрутизации (Routing Protocols) служат для сбора и анализа информации о топологии сети. Они, не перенося по сети данные, которые могут быть полезны пользователю, тем не менее, играют важную роль.

Транспортный уровень

Протоколы транспортного уровня (Transport Layer) обеспечивают надежную передачу данных для протоколов более высоких уровней или для приложений. При этом можно выбирать уровень надежности, то есть сложности процедур, который бы обеспечил более высокому уровню достаточный уровень сервиса. К примеру, в качестве приоритетных задач можно выбрать обнаружение и исправление ошибок, или высокую срочность доставки, или восстановление аварийно прерванной связи.

Тип сервиса протокола транспортного уровня для различных сетей может быть разным. Локальная сеть, чьи линии связи надежны, может обойтись методами восстановления потерянных данных более низких уровней, не тратя вычислительные ресурсы на реализацию сложных методов коррекции ошибок на транспортном уровне. С другой стороны, какая-нибудь медленная и ненадежная линия связи глобальной сети может потребовать пристального наблюдения за ошибками именно со стороны протоколов транспортного уровня. Максимов Н.В., Попов И.И. Компьютерные сети 2008год.

К протоколам транспортного уровня относятся протоколы TCP и UDP стека TCP/IP и SPX протокола IPX/SPX. Как правило, функции транспортного уровня целиком реализованы программными средствами - в отличие от трех низших уровней, в реализации которых важное место занимают технические средства.

Физический, канальный, сетевой и транспортный - это четыре нижних уровня сетевой системы. Это транспортные уровни, обеспечивающие исключительно транспортные функции сети. Они не задумываются о характере передаваемых данных. А вот оставшиеся три уровня системы OSI являются исключительно программными надстройками над сетевой транспортной системой. Их основная задача - предоставление сетевых услуг приложениям.

Сеансовый уровень

Сеансовый уровень (Session Layer) служит для управления ходом взаимодействия процессов. Он, к примеру, может применяться для синхронизации двух «общающихся» сторон. Как правило, этот уровень существует лишь формально, и его функции включают в себя протоколы следующего за ним уровня - уровня представлений.

Уровень представлений

Уровень представлений (Presentation Layer) работает с передаваемыми данными на уровне формы представления передаваемой информации. Это означает, что уровень представлений нужен, чтобы обеспечить взаимодействие, понимание уровней приложений. Он заключает в себе некие «переводчики» для разных «языков» более высокого уровня. Уровень представлений, не изменяя содержания передаваемых данных, может определенным образом обрабатывать их форму. Например, такая обработка может заключаться в перекодировке данных или в их шифровании. В качестве протокола уровня представлений можно назвать протокол SSL стека TCP/IP. Этот протокол служит для шифрования данных. За уровнем представлений идет высший уровень модели OSI --уровень процессов и приложений, или прикладной уровень.

Прикладной уровень ( уровень процессов и приложений)

Прикладной уровень (Application Layer) - это набор протоколов, позволяющих пользователям работать с ресурсами сети. В качестве единицы данных протоколов прикладного уровня выступают сообщения (message).

В качестве примеров протокола уровня процессов и приложений можно привести протоколы SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), FTP (File Transfer Protocol) из стека TCP/IP и так далее. Например, можно взять протокол FTP: он служит для передачи файлов. Существуют специальные программы - FTP-клиенты, обладающие графическим интерфейсом и позволяющие в привычной для пользователя среде Windows оперировать ресурсами FTP-серверов. Команды пользователя, преобразуются в команды протоколов FTP, которые передаются FTP-серверу. При желании можно воспользоваться простой коммуникационной программой и вводить FTP- команды вручную.

1.2 Internet и стек протоколов TCP/IP

Глобальная сеть Internet реализована на основе стека сетевых протоколов TCP/IP, обеспечивающих передачу данных между разнородными локальными и территориальными сетями, а также коммуникационными системами и устройствами. Появлению сети Internet и стека протоколов TCP/IP предшествовала в середине 1960-х годов разработка под эгидой агентства DARPA ( Defence Advanced Research Project Agency - Управление перспективных исследований Министерства обороны США ) сети, получившей название ARPANET ( Advanced Research Project Agency NETwork ). Экспериментальная сеть из четырёх узлов была запущена в конце 1969 года, а к концу 1972 года в сети насчитывалось более 30 узлов. В 1974 году были разработаны модели и протоколы TCP/IP для управления обменом данными в интерсетях, а 1 января 1983 года сеть ARPANET полностью перешла на протокол TCP/IP. В конце 1970-х годов Национальный научный фонд США (National Science Foundation, NSF) начал разработку межуниверситетской сети, получившей название NSFNet, которая имела гораздо большую пропускную способность, чем ARPANET. В середине 1980-х годов произошло объединение сетей NSFNet и ARPANET, за которым закрепилось название INTERNET (Интернет). В 1984 году была разработана система доменных имён (Domain Name System, DNS), а в 1989 году появилась концепция Всемирной паутины (World Wide Web,WWW) и были разработаны протокол передачи гипертекста HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) и язык разметки гипертекста HTML (Hyper Text Markup Language).

Благодаря отсутствию единого руководства и открытости технических стандартов Интернет объединил большинство существующих сетей и к началу 21 века стал популярным средством для обмена данными.

В настоящее время подключиться к Интернету можно через спутники связи, радио-каналы, кабельное телевидение, телефон, сотовую связь, специальные оптико-волоконные линии или электропровода.

Координация разработок и поддержка Интернета осуществляется следующими организационными структурами:

* Internet Activities Board (IAB) - центральный орган, включающий два подкомитета:

a) исследовательский - IRTF (Internet Research Task Force);

b) законодательный - IETF (Internet Engineering Task Force), выполняющий функцию анализа, разработки и принятия стандартов сети Internet, получивших название RFC (Request For Comments);

* Network Information Center (NIC) - орган, ответственный за распространение технической информации, работу по регистрации и подключению пользователей к Internet и за решение ряда административных задач, таких как распределение адресов в сети.

Структура сети Internet может быть представлена как множество компьютеров, называемых хостами, подключенных к некоторой единой интерсети, представляющей собой совокупность физических сетей, называемых подсетями, соединенных маршрутизаторами. В качестве подсетей могут выступать локальные сети, работающие под управлением некоторых аппаратно зависимых протоколов (Ethernet, Token Ring), или коммуникационные системы произвольной физической природы (модемные коммутируемые или выделенные линии, сети Х.25, Frame Relay, FDDI, ATM и др.). При этом все функции протокола IP выполняют хосты и маршрутизаторы, называемые узлами сети.

Протоколы Internet образуют наиболее распространенный сегодня набор протоколов, поскольку они могут быть использованы для обмена данными между любыми соединенными сетями и одинаково хорошо подходят как для локальных, так и для глобальных сетей. В набор протоколов Internet входят протоколы обмена данными, из которых двумя наиболее известными являются протокол управления передачей(Transmission Control Protocol -- TCP) и Internet-протокол (Internet Protocol -- IP). В набор протоколов Internet входят не только протоколы нижнего уровня (такие, как TCP и IP), но и общие приложения, например, электронная почта, эмуляция терминала и передача файлов.

Первые версии протоколов Internet появились в середине 1970-х гг. XX века, когда управление перспективных исследовательских программ (Defence Advanced Research Projects Agency -- DARPA) заинтересовалось созданием сети с коммутацией пакетов, которая могла бы осуществлять обмен данными между разнородными вычислительными системами, установленными в исследовательских институтах. Для обеспечения связи между неоднородными сетями, DARPA финансировало исследования Стэнфордского университета, а также компании Bolt ( Beranek, and Newman (BBN). Результатом их работы стал набор протоколов Internet, работа над которым завершилась в конце 1970-х гг.

Протокол TCP/IP был включен туда позже, вместе с BSD UNIX, и с тех пор стал основой Internet и World Wide Web (WWW). Протоколы Internet (включая новые и обновленные протоколы) и политики специфицированы в документах RFC (Request For Comments), которые были опубликованы, рецензированы и проанализированы сообществом Internet. В новых RFC содержатся более подробные описания этих протоколов.

Стек протоколов TCP/IP (англ. Transmission Control Protocol/Internet Protocol -протокол управления передачей) - набор сетевых протоколов разных уровней модели сетевого взаимодействия DOD, используемых в сетях. Основным протоколом стека TCP/IP является протокол IP. Протоколы работают друг с другом в стеке (англ. stack, стопка) -- это означает, что протокол, располагающийся на уровне выше, работает «поверх» нижнего, используя механизмы инкапсуляции. Например, протокол TCP работает поверх протокола IP.

Стек протоколов TCP/IP поддерживает все стандартные протоколы физического и канального уровней различных сетевых технологий: Ethernet,

Token Ring, FDDI, PPP и другие.

Стек протоколов TCP/IP основан на модели сетевого взаимодействия UDOD и включает в себя протоколы четырёх уровней:

a) прикладного (application),

b) транспортного (transport),

c) сетевого (network),

d) канального (data link).

Протоколы этих уровней полностью реализуют функциональные возможности модели OSI. На стеке протоколов TCP/IP построено всё взаимодействие пользователей в IP-сетях. Стек является независимым от физической среды передачи данных.

На первом уровне ( Network interface - сетевой интерфейс ) находится аппаратно зависимое программное обеспечение, реализующее передачу данных в той или иной среде. Среда передачи данных может быть реализована различными способами: от простого двухточечного звена до сложной многоузловой коммуникационной структуры сети X.25 или Frame Relay.

Протоколы сетевого уровня:

SLIP (Serial Line IP) - первый стандарт канального уровня для выделенных линий. Разработан специально для стека протоколов TCP/IP, который благодаря простоте может использоваться как для коммутируемых, так и для выделенных каналов. SLIP поддерживается только протоколом сетевого уровня IP.

HDLC ( High-level Data Link Control Procedure ) - высокоуровневый протокол управления каналом - стандарт ISO для выделенных линий, представляющий собой семейство протоколов LAP ( Link Access Protocol ), HDLC относится к бит-ориентированным протоколам.

PPP ( Point-to-Point Protocol ) - протокол двухточечного соединения, пришедший на смену протоколу SLIP и построенный на основе формата кадров протоколов семейства HDLC с дополнением собственных полей. PPP является стандартным протоколом интернета и так же , как протокол HDLC, представляет собой семейство протоколов.

На втором уровне ( Internet - межсетевой ) реализуется задача маршрутизации с использованием протокола IP. Вторая важная задача протокола IP - сокрытие аппаратно-программных особенностей среды передачи данных и предоставление вышележащим уровням единого унифицированного и аппаратно независимого интерфейса для доставки данных, что обеспечивает многоплатформенное применение приложений, работающих под TCP/IP.

Протоколы межсетевого ( канального ) уровня:

IP ( Internet Protocol ) - основной протокол стека TCP/IP, реализующий передачу пакетов по IP-сети от узла к узлу. Протокол IP:

a) Не гарантирует: доставку пакетов; целостность пакетов; сохранение порядка потока пакетов.

b) Не различает логические объекты ( процессы ), порождающие поток данных.

Эти задачи решают протоколы транспортного уровня TCP и UDP, реализующие различные режимы доставки данных. В отличие от IP протоколы транспортного уровня различают приложения и передают данные от приложения к приложению. В настоящее время на смену протоколу IP версии 4 ( IPv4 ) приходит протокол версии 6 ( IPv6 ). Крэйг Х. - TCP/IP. Сетевое администрирование Санкт-Петербург-Москва. 2008год. 814с

ICMP ( Internet Control Message Protocol ) - межсетевой протокол управляющих сообщений, используемый в основном для передачи сообщений об ошибках и исключительных ситуациях, возникших при передаче данных, а также выполняющие некоторые сервисные функции. ICMP является неотъемлемой частью IP , но при этом не делает протокол IP средством надёжной доставки сообщений. Для этих целей существует протокол TCP.

IGMP ( Internet Group Management Protocol ) - протокол управления группами Интернета, предназначенный для управления групповой ( multicast ) передачей данных в IP сетях версии 4. IGMP используется маршрутизаторами и IP-узлами для организации групп сетевых устройств, а также для поддержки потокового видео и онлайн-игр, обеспечивая эффективное использование сетевых ресурсов.

ADP ( Address Resolution Protocol - протокол разрешения адресов) - предназначен для определения физического адреса устройства ( MAC-адреса ) по его IP-адресу.

RARP ( Reverse Address Resolution Protocol - протокол обратного определения адреса ) - предназначен для определения IP-адреса устройства по его физическому адресу ( MAC-адресу ).

RIP ( Routing Information Protocol ) - протокол маршрутизации типа DVA, реализующий алгоритм обмена информацией о доступных сетях и расстояниях до них путём периодической рассылки широковещательных пакетов.

OSPF ( Open Shortest Path First ) - протокол маршрутизации типа LSA, реализующий алгоритм обмена информацией о состоянии каналов, путём периодического тестирования состояния каналов с соседними маршрутизаторами. Протокол OSPF разработанный для применения в сети Интернет и используется в других больших сетях (DECNet, NetWare, SNA, XNS).

На третьем уровне ( Transport - транспортный ) решаются задачи надёжной доставки пакетов и сохранение их порядка и целостности.

Протоколы транспортного уровня:

TCP ( Transmission Control Protocol ) - протокол управления передачей данных с установлением соединения, реализующий обмен данных между двумя узлами на основе некоторого соглашения об управлении потоком данных.

UDP ( User Datagram Protocol ) - дейтаграммный протокол передачи данных в виде независимых единиц - дейтаграмм ( datagram ).

RTP ( Real-time transport Protocol ) - предназначен для передачи трафика в реальном времени.

На четвёртом уровне ( Application - прикладной ) находятся прикладные задачи, запрашивающие сервис у транспортного уровня.

Протоколы прикладного уровня:

FTP ( File Transfer Protocol - протокол передачи файлов ) - предназначен для передачи файлов в сети и доступа к удалённым хостам. FTP функционирует поверх транспортного протокола TCP.

TFTP ( Trivial File Transfer Protocol - простой протокол передачи файлов ) - предназначен для первоначальной загрузки бездисковых рабочих станций.

BGP ( Border Gateway Protocol - протокол граничного шлюза ) - предназначен для обмена информацией о маршрутах между автономными системами.

HTTP ( Hyper Text Transfer Protocol - протокол передачи гипертекста ) - предназначен для передачи данных на основе клиент-серверной технологии. HTTP в настоящее время используется во всемирной паутине для получения информации с веб-сайтов.

DHCP ( Dynamic Host Configuration Protocol - протокол динамической конфигурации узла ) - предназначен для автоматического распределения между компьютерами IP-адресов и конфигурационных параметров, необходимых для работы в сети TCP/IP.

SNMP ( Simple Network Management Protocol - протокол простого управления сетями ) - предназначен для управления и контроля за сетевыми устройствами и приложениями в сети передачи данных путём обмена управляющей информацией.

DNS ( Domain Name System - система доменных имён ) - компьютерная распределённая иерархическая система для получения информации о доменах, чаще всего для получения IP-адреса по символьному имени хоста.

SIP ( Session Initiation Protocol ) - протокол установления сеанса, предназначенный для установления и завершения пользовательского интернет-сеанса, включающего обмен мультимедийным содержимым.

SMTP ( Simple Mail Transfer Protocol ) - простой протокол передачи почты, предназначенный для передачи электронной почты в сетях TCP/IP.

POP3 ( Post Office Protocol Version 3 ) - протокол почтового отделения версии 3. Обычно используется почтовым клиентом в паре с SMTP для получения сообщений электронной почты с сервера.

IMAP ( Internet Message Access protocol ) - протокол доступа к электронной почте Интернета.

TELNET ( TELetype NETwork ) - виртуальный текстовый терминал, предназначенный для реализации текстового интерфейса в сети с использованием транспортного протокола TCP.

PPTP ( Point-to-Point tunneling protocol ) - туннельный протокол типа точка-точка, позволяющий компьютеру устанавливать защищённое соединение с сервером за счёт создания специального туннеля в незащищённой сети.

Основными особенностями стека TCP/IP являются:

a) независимость от среды передачи данных;

b) негарантированная доставка пакетов;

1.3 Стеки протоколов

Стек протоколов - это иерархически организованный набор сетевых протоколов различных уровней, достаточный для организации и обеспечения взаимодействия узлов в сети. В настоящее время в сетях используется большое количество стеков коммуникационных протоколов. Наиболее популярными являются стеки: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, Novell NetWare, DECnet, XNS, SNA и OSI. Все эти стеки, кроме SNA, на нижних уровнях - физическом и канальном - используют одни и те же хорошо стандартизованные протоколы Ethemet, 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.

Все протоколы, входящие в стек, разработаны одним производителем, то есть они способны работать максимально быстро и эффективно.

Важным моментом в функционировании сетевого оборудования, в частности сетевого адаптера, является привязка протоколов. Она позволяет использовать разные стеки протоколов при обслуживании одного сетевого адаптера. Например, можно одновременно использовать стеки TCP/IP и IPX/SPX. Если вдруг при попытке установления связи с адресатом с помощью первого стека произошла ошибка, то автоматически произойдёт переключение на использование протокола из следующего стека. Важным моментом в данном случае является очередность привязки, поскольку она однозначно влияет на использование того или иного протокола из разных стеков.

Вне зависимости от того, какое количество сетевых адаптеров установлено в компьютере, привязка может осуществляться как «один к нескольким», так и «несколько к одному», то есть один стек протоколов можно привязать сразу к нескольким адаптерам или несколько стеков к одному адаптеру.

Novell NetWare

NetWare - сетевая операционная система и набор сетевых протоколов, которые используются в этой системе для взаимодействия с компьютерами-клиентами, подключёнными к сети. В основе сетевых протоколов системы лежит стек протоколов XNS. В настоящее время NetWare поддерживает протоколы TCP/IP и IPX/SPX. Novell NetWare была популярна в 80-е и 90-е года по причине большей эффективности в сравнении с операционными системами общего назначения. Ныне это устаревшая технология.

XNS

Стек протоколов XNS (Xerox Network Services Internet Transport Protocol) разработан компанией Xerox для передачи данных по сетям Ethernet. Содержит 5 уровней.

Уровень 1 - среда передачи - реализует функции физического и канального уровня в OSI-модели:

* управляет обменом данными между устройством и сетью;

* маршрутизирует данные между устройствами одной сети.

Уровень 2 - межсетевой - соответствует сетевому уровню в OSI- модели:

* управляет обменом данными между устройствами, находящимися в разных сетях (обеспечивает дейтаграммный сервис в терминах IEEE- модели) ;

* описывает способ прохождения данных через сеть.

Уровень 3 - транспортный - соответствует транспортному уровню в OSI-модели:

* обеспечивает связь "end-to-end" между источником и приемником данных.

Уровень 4 - контрольный - соответствует сессионному и представительному уровню в OSI-модели:

* управляет представлением данных;

* управляет контролем над ресурсами устройств.

Уровень 5 - прикладной - соответствует высшим уровням в OSI- модели:

* обеспечивает функции обработки данных для прикладных задач.

TCP/IP

Стек протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) на сегодня является наиболее распространенным и функциональным. Он работает в локальных сетях любых масштабов. Данный стек является основным стеком в глобальной сети Интернет. Поддержка стека была реализована в компьютерах c операционной системой UNIX. В результате популярность протокола TCP/IP возросла. В стек протоколов TCP/IP входит достаточно много протоколов, работающих на различных уровнях, но свое название он получил благодаря двум протоколам - TCP и IP.

TCP (Transmission Control Protocol) - транспортный протокол, предназначенный для управлением передачей данных в сетях, использующих стек протоколов TCP/ IP. IP (Internet Protocol) - протокол сетевого уровня, предназначенный для доставки данных в составной сети с использованием одного из транспортных протоколов, например TCP или UDP.

Нижний уровень стека TCP/IP использует стандартные протоколы передачи данных, что делает возможным его применение в сетях с использованием любых сетевых технологий и на компьютерах с любой операционной системой.

Изначально протокол TCP/IP разрабатывался для применения в глобальных сетях, именно поэтому он является максимально гибким. В частности, благодаря способности фрагментации пакетов данные, несмотря на качество канала связи, в любом случае доходят до адресата. Кроме того, благодаря наличию IP-протокола становится возможной передача данных между разнородными сегментами сети.

Недостатком TCP/IP-протокола является сложность администрирования сети. Так, для нормального функционирования сети требуется наличие дополнительных серверов, например DNS, DHCP и т. д., поддержание работы которых и занимает большую часть времени системного администратора. Лимончелли Т., Хоган К., Чейлап С. - Сестемное и сетевое администрирование. 2-е изд. 2009год. 944с

IPX/SPX

Стек протоколов IPX/SPX (Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange) является разработкой и собственностью компании Novell. Он был разработан для нужд операционной системы Novell NetWare, которая еще до недавнего времени занимала одну из лидирующих позиций среди серверных операционных систем.

Протоколы IPX и SPX работают на сетевом и транспортном уровнях модели ISO/ OSI соответственно, поэтому отлично дополняют друг друга.

Протокол IPX может передавать данные с помощью датаграмм, используя для этого информацию о маршрутизации в сети. Однако для того, чтобы передать данные по найденному маршруту, необходимо сначала установить соединение между отправителем и получателем. Этим и занимается протокол SPX или любой другой транспортный протокол, работающий в паре с IPX.

К сожалению, стек протоколов IPX/SPX изначально ориентирован на обслуживание сетей небольшого размера, поэтому в больших сетях его использование малоэффективно: излишнее использование широковещательного вещания на низкоскоростных линиях связи недопустимо.

Стек OSI

На физическом и канальном уровнях стек OSI поддерживает протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI, а также протоколы LLC, X.25 и ISDN, то есть использует все разработанные вне стека популярные протоколы нижних уровней, как и большинство других стеков. Сетевой уровень включает сравнительно редко используемые протоколы Connectionoriented Network Protocol (CONP) и Connectionless Network Protocol (CLNP). Протоколы маршрутизации стека OSI это ES-IS (End System -- Intermediate System) между конечной и промежуточной системами и IS-IS (Intermediate System -- Intermediate System) между промежуточными системами. Транспортный уровень стека OSI скрывает различия между сетевыми сервисами с установлением соединения и без установления соединения, так что пользователи получают требуемое качество обслуживания независимо от нижележащего сетевого уровня. Чтобы обеспечить это, транспортный уровень требует, чтобы пользователь задал нужное качество обслуживания. Службы прикладного уровня обеспечивают передачу файлов, эмуляцию терминала, службу каталогов и почту. Из них наиболее популярными являются служба каталогов (стандарт Х.500), электронная почта (Х.400), протокол виртуального терминала (VTP), протокол передачи, доступа и управления файлами (FTAM), протокол пересылки и управления работами (JTM).

NetBIOS/SMB

Достаточно популярный стек протоколов, разработкой которого занимались компании IBM и Microsoft, соответственно, ориентированный на использование в продуктах этих компаний. Как и у TCP/IP, на физическом и канальном уровне стека NetBIOS/SMB работают стандартные протоколы, такие как Ethernet, Token Ring и другие, что делает возможным его использование в паре с любым активным сетевым оборудованием. На верхних же уровнях работают протоколы NetBIOS (Network Basic Input/Output System) и SMB (Server Message Block).

Протокол NetBIOS был разработан в середине 80-х годов прошлого века, но вскоре был заменен на более функциональный протокол NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface), позволяющий организовать очень эффективный обмен информацией в сетях, состоящих не более чем из 200 компьютеров.

Для обмена данными между компьютерами используются логические имена, присваиваемые компьютерам динамически при их подключении к сети. При этом таблица имен распространяется на каждый компьютер сети. Поддерживается также работа с групповыми именами, что позволяет передавать данные сразу нескольким адресатам.

Главные плюсы протокола NetBEUI - скорость работы и очень малые требования к ресурсам. Если требуется организовать быстрый обмен данными в небольшой сети, состоящей из одного сегмента, лучшего протокола для этого не найти. Кроме того, для доставки сообщений установленное соединение не является обязательным требованием: в случае отсутствия соединения протокол использует датаграммный метод, когда сообщение снабжается адресом получателя и отправителя и «пускается в путь», переходя от одного компьютера к другому.

Однако NetBEUI обладает и существенным недостатком: он полностью лишен понятия о маршрутизации пакетов, поэтому его использование в сложных составных сетях не имеет смысла. Пятибратов А.П.,Гудыно Л.П.,Кириченко А.А.Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы Москва 2009год. 292с

Что касается протокола SMB (Server Message Block), то с его помощью организуется работа сети на трех самых высоких уровнях - сеансовом, уровне представления и прикладном уровне. Именно при его использовании становится возможным доступ к файлам, принтерам и другим ресурсам сети. Данный протокол несколько раз был усовершенствован (вышло три его версии), что позволило применять его даже в таких современных операционных системах, как Microsoft Vista и Windows 7. Протокол SMB универсален и может работать в паре практически с любым транспортным протоколом, например TCP/IP и SPX.

DECnet

Стек протоколов DECnet (Digital Equipment Corporation net) содержит 7 уровней. Несмотря на разницу в терминологии, уровни DECnet очень похожи на уровни OSI-модели. DECnet реализует концепцию сетевой архитектуры DNA (Digital Network Architecture), разработанную фирмой DEC, согласно которой разнородные вычислительные системы (ЭВМ разных классов), функционирующие под управлением различных операционных систем, могут быть объединены в территориально-распределенные информационно-вычислительные сети.

SNA

Протокол SNA (System Network Architecture) компании IBM предназначен для удаленной связи с большими компьютерами и содержит 7 уровней. SNA основана на концепции главной (хост) -машины и обеспечивает доступ удаленных терминалов к мейнфреймам IBM. Основной отличительной чертой SNA является наличие возможности доступа каждого терминала к любой прикладной программе главной ЭВМ. Системная сетевая архитектура реализована на базе виртуального телекоммуникационного метода доступа (Virtual Telecommunication Access Method - VTAM) в главной ЭВМ. VTAM управляет всеми линиями связи и терминалами, причем каждый терминал имеет доступ ко всем прикладным программам.

1.4 Стандартизация сетей

Сетевой стандарт - это набор правил и соглашений, используемых при создании локальной сети и организации передачи данных с применением определенной топологии, оборудования, протоколов и т. д.

Стандартизация в области телекоммуникаций.

Важнейшим аспектом развития современных телекоммуникационных систем является их стандартизация. Стандартизация необходима всем, кто связан с миром телекоммуникаций, включая производителей электронных компонентов, изготовителей аппаратуры, разработчиков сетей и конечных пользователей. Прежде всего, стандартизация означает массовость производства, что ведет к низким ценам и широкому распространению технологии. Выбор и утверждение стандарта это процесс не только технический, но и политический. Как правило, различные фирмы прорабатывают альтернативные варианты будущей технологии. От того, какой из них будет утвержден в качестве стандарта, зависят и объемы будущих прибылей. Поэтому, чтобы стандарт действительно стал общепризнанным, стандартизирующая организация должна быть чрезвычайно авторитетной, а сама процедура утверждения максимально открытой и беспристрастной.

Разработкой стандартов объединенных сетей занимаются самые разные организации путем проведения форумов, превращения неформальных обсуждений в формальные спецификации и распространения их после стандартизации. Большинство организаций, занимающихся стандартизацией, создают формальные стандарты путем проведения специальных мероприятий: формулирования организационных идей, обсуждения подходов, разработки черновых стандартов, голосования по всем или некоторым аспектам. После этого официально издается законченный стандарт.

Наиболее известные организации, занимающиеся стандартизацией объединенных сетей:

* Международная организация по стандартизации ( International Organization for Standardization -- ISO ). ISO является международной организацией, отвечающей за самые различные стандарты, включая многие из тех, которые относятся к сетям. Ее самым известным вкладом в стандартизацию сетей является разработка модели OSI и набора протоколов OSI.

* Американский национальный институт стандартов (American National Standards Institute - ANSI). Институт ANSI входит в состав ISO и является координатором групп по стандартизации, формируемых в США на общественных началах. В ANSI был разработан интерфейс распределенной передачи данных по оптоволоконным каналам (Fiber Distributed Data Interface -- FDDI) и другие коммуникационные стандарты.

* Ассоциация электронной промышленности (Electronic Industries Association - EIA). Ассоциация EIA разрабатывает стандарты передачи данных по электрическим сетям, в том числе и по компьютерным сетям. В EIA разработан широко используемый стандарт EIA/TIA-232 (ранее известный как RS-232).

* Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronic Engineers -- IEEE). IEEE является профессиональной организацией, разрабатывающей сетевые и другие стандарты. В IEEE разработаны широко используемые стандарты локальных сетей IEEE 802.3 и IEEE 802.5.

* Международный союз по телекоммуникациям, сектор стандартизации(International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector -ITU-T). Ранее он назывался Комитетом по международной телеграфии и телефонии (Comite for International Telegraph and Telephone - CCITT). В настоящее время ITU-T является международной организацией, разрабатывающей стандарты по телекоммуникациям. В частности, в ITU-T был разработан стандарт Х.25.

* Комитет по вопросам деятельности в Internet (Internet Activities Board -- IAB). Комитет IAB представляет собой группу исследователей объединенных сетей, обсуждающих вопросы, касающиеся сети Internet, и определяющих общую политику в Internet, принимая решения и формируя для этого рабочие группы. Комитет IAB выпустил некоторые документы Request For Comments (RFC), принятые в качестве стандартов сети Internet, включая протоколы TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) и SNMP (Simple Network Management Protocol). Олифер В.Г., Олифер Н.А. - Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. переработанное изд.2012год. 943с

В России вопросами стандартизации в качестве головного национального института занимался и продолжает заниматься Госстандарт (в сотрудничестве с отраслевыми институтами ЦНИИС, ЛОНИИС и др.).

Эталонная модель взаимодействия открытых систем (МВОС, OSI open system interconnection) это наиболее удачная попытка стандартизировать протоколы обмена информацией. Несмотря на то что были разработаны и другие модели, большинство разработчиков и поставщиков сетевых продуктов используют терминологию эталонной модели МВОС.

FDDI (Fiber Distributed Data Interface - оптоволоконный интерфейс распределения данных) - одна из первых высокоскоростных технологий ЛВС с пропускной способностью 100 Мбит/с, реализованная на волоконно-оптическом кабеле.

Стандарт FDDI разработан в середине 80-х годов прошлого века комитетом по стандартизации ХЗТ9.5 при Американском национальном институте стандартов (ANSI - American National Standards Institute). Он реализован с максимальным соответствием стандарту IEEE 802.5 - Token Ring. Небольшие отличия от этого стандарта определяются необходимостью обеспечения большей скорости передачи данных на большие расстояния. Благодаря большей пропускной способности и поддержке больших, чем электрические провода, расстояний, интерфейс FDDI часто используется в скоростных магистралях.

В FDDI используется архитектура двойного кольца, в которой фреймы перемещаются по кольцам, в противоположных направлениях (так называемая контрциркуляция). Двойное кольцо состоит из первичного и вторичного колец. В нормальном режиме данные передается по первичному кольцу, а вторичное не используется. Основное назначение двойного кольца состоит в обеспечении высокой надежности и безопасности.

В качестве основной среды передачи интерфейс FDDI использует оптоволоконный кабель, но он может работать и с электрическим кабелем.

Интерфейс FDDI позволяет располагать станции, соединенные многомодовым оптоволоконным кабелем, на расстоянии до 2 км друг от друга, а при использовании одномодового кабеля - на еще больших расстояниях.