Соответствие основных стеков протоколов модели ВОС/OSI
| Номер уровня | Уровень модели ВОС/OSI | Стек протоколов | |||
| IBM/Microsoft | TCP/IP | Novell | ВОС/OSI | ||
| 7 | Прикладной | SMB | Telnet, FTP, SNMP, SMTP, WWW | NCP, SAP | X.400, X.500, FTAM |
| 6 | Представления | SMB | Telnet, FTP, SNMP, SMTP, WWW | NCP, SAP | Протокол представления OSI |
| 5 | Сеансовый | NetBIOS | TCP | NCP, SAP | Сеансовый протокол OSI |
| 4 | Транспортный | NetBIOS | TCP | SPX | Транспортный протокол OSI |
| 3 | Сетевой | IP | IP, RIP, OSPF | IPX, RIP, NLSP | ES-ES, IS-IS |
| 2 | Канальный | Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, SLIP, 100VG-AnyLAN, X.25, ATM, LAP-B, LAP-D, PPP | Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, SLIP, 100VG-AnyLAN, X.25, ATM, LAP-B, LAP-D, PPP | Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, SLIP, 100VG-AnyLAN, X.25, ATM, LAP-B, LAP-D, PPP | Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, SLIP, 100VG-AnyLAN, X.25, ATM, LAP-B, LAP-D, PPP |
| 1 | Физический | Медный кабель, витая пара, оптическое волокно | |||
Стек протоколов TCP/IP вобрал в себя большое число протоколов прикладного уровня. К ним относятся: протокол пересылки файлов FTP, протокол эмуляции терминала Telnet, почтовый протокол SMTP, гипертекстовые сервисы службы WWW и др. В настоящее время стек протоколов TCP/IP является одним из самых распространенных стеков транспортных протоколов в вычислительных локальных и глобальных, а также магистральных телекоммуникационных сетях.
Стремительный рост популярности Интернета привел к тому, что протоколы TCP/IP в значительной мере вытесняют стек протоколов IPX/SPX компании Novell, используемый для доступа к файловым серверам NetWare. Существует также большое количество локальных, ведомственных, корпоративных и региональных сетей, в которых также используют протоколы TCP/IP (так называемые IP-сети).
|
|
|
Протокол IP (Internet Protocol) работает на сетевом уровне. Это дейтаграммный протокол, не ориентированный на установление соединения. Пакеты IP называются также дейтаграммами IP. В протоколе IP используется коммутация пакетов, а выбор маршрутов выполняется с помощью динамических таблиц маршрутизации, которые анализируются и корректируются в зависимости от состояния каждого сетевого сегмента при прохождении каждого маршрутизатора.
К каждому пакету добавляется заголовок IP, включающий информацию об источнике и получателе. Если в сети возникает необходимость разделить пакеты на части и собрать их при поступлении к получателю или в промежуточной точке, то в IP применяют последовательную нумерацию. Протокол IP контролирует ошибки, анализируя контрольную сумму в заголовке.
Протокол TCP (Transmission Control Protocol) – протокол управления передачей относится к транспортному уровню стека TCP/IP. Он обеспечивает адресацию служб на сетевом уровне с помощью сервиса, а для протоколов высокого уровня – надежный дуплексный транспортный сервис, ориентированный на установление соединения. Работает он совместно с протоколом IP и обеспечивает передачу пакетов в интерсети. Каждому виртуальному каналу TCP присваивает идентификатор соединения (порт). Данный протокол предусматривает фрагментацию сообщения и его сборку с помощью последовательной нумерации фрагментов. Благодаря использованию подтверждений с помощью протокола TCP лучше контролируются ошибки.
|
|
|
Протокол UDP (User Datagram Protocol) – протокол передачи пользовательских дейтаграмм не ориентирован на установление соединения, работающий на транспортном уровне. Для обеспечения доставки дейтаграмм он использует адрес порта, являющегося указателем процесса, а не идентификатором соединения, как в TCP. Меньшие непроизводительные потери делают этот протокол более эффективным, чем TCP.
Протоколы стека TCP/IP верхнего уровня обычно реализуют приложения или службы для работы в Интернете, например передачу файлов или электронную почту. Протокол FTP (File Transfer Protocol) применяется для передачи файлов между узлами интерсети. Кроме того, он позволяет пользователям взаимодействовать с удаленной системой. Этот протокол работает на трех верхних уровнях модели ВОС/OSI. На сеансовом уровне он администрирует сеанс, устанавливает соединение, передает файлы и закрывает соединение. На уровне представления выполняет трансляцию файлов, на прикладном уровне предлагает сетевые службы, а именно файловые и средства коллективной работы. Одноранговый протокол FTP позволяет передавать файлы между разнородными узлами, поскольку использует общую файловую структуру, не зависящую от операционных систем.
|
|
|
Протокол Telnet используют для эмуляции удаленных терминалов. Эта служба позволяет пользователям обращаться к приложениям удаленной системы путем эмуляции одного из ее терминалов. Он поддерживает соединение между различными операционными системами, работает на верхних трех уровнях модели ВОС/OSI, на сеансовом уровне обеспечивает управление диалогом, используя полудуплексный метод, а на уровне представления он выполняет трансляцию, используя последовательность байтов и коды символов. На прикладном уровне предлагает функции поддержки удаленных операций.
Протокол SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – упрощенный протокол электронной почты маршрутизирует почтовые сообщения. Он работает на прикладном уровне и обеспечивает средства обмена сообщениями. SMTP не предусматривает пользовательского интерфейса для приема и передачи сообщений, однако его поддерживают многие приложения электронной почты Интернета. Для передачи почтовых сообщений в интерсети SMTP используются протоколы TCP и IP.
|
|
|
Стек протоколов TCP/IP имеет ряд преимуществ перед другими стеками. В частности, очень полезной является его способность фрагментировать пакеты, что оказывается необходимым в больших сетях, построенных по совершенно разным принципам. В каждой из таких сетей можно задать собственное значение максимальной длины единицы передаваемых данных (кадра). Тогда при переходе из одной сети, имеющей большую максимальную длину кадра, в сеть с меньшей длиной возникает необходимость деления передаваемого кадра на несколько частей, что весьма эффективно и обеспечивает протокол IP. Другой особенностью технологии TCP/IP является гибкая система адресации, позволяющая значительно упростить процедуру включения в интерсеть сети других технологий.
Протокол IР отвечает за адресацию сетевых узлов. В процессе функционирования протокол IР постоянно взаимодействует с протоколом межсетевых управляющих сообщений (ICMP – сокращение от Internet Control Massage Protocol), образуя с ним так называемый межсетевой модуль (IР-модуль). Естественно, что IР-модуль должен быть реализован как в шлюзах, так и в подключаемых к ним абонентских системах
(рис. 6.14).
При передаче информации из абонентской системы одной подсети в абонентскую систему другой подсети, например из абонентской системы 1 в абонентскую систему 2, осуществляются следующие процедуры. Абонентская система – отправитель средствами транспортного уровня делит полученный блок данных на сегменты, добавляя к каждому из них заголовок и порядковый номер. Сформированные таким образом дейтаграммы поступают на IР-модуль, где они упаковываются в IР-пакеты. Затем IР-пакеты обрабатываются модулем сетевых протоколов подсети А.
Рис. 6.14. Расположение IР-модулей в ведомственной корпоративной сети
Состав модуля сетевых протоколов определяется типом используемой подсети. Например, для подсети Ethernet такими протоколами являются IEEE 802.2 и 802.3. Модуль сетевых протоколов формирует соответствующий кадр данных, помещая в него IР-пакет. В соответствии с протоколом канального уровня подсети кадр передается шлюзу, подключенному к абонентской системе 1. Получив кадр данных, шлюз с помощью модуля сетевых протоколов извлекает из него IР-пакет, который затем обрабатывается IP-модулем. Затем с помощью модуля сетевых протоколов формируется новый кадр данных, при этом определяется адрес следующего шлюза или, как в данном случае, адрес получателя. Формат кадра данных и содержимое его заголовка определяются протоколами канального уровня подсети В и, естественно, могут отличаться от исходных. Достигнув адресата, кадр данных последовательно распаковывается, а именно: из него извлекается IР-пакет, дейтаграмма и исходный блок данных.
Универсальность данной схемы взаимодействия систем заключается в том, что одноименные модули в различных системах взаимодействуют между собой как бы напрямую аналогично взаимодействию протоколов в рамках эталонной модели взаимодействия открытых систем. Таким образом, различие в протоколах модуля сетевого управления не сказывается на IP-протоколах, и наоборот.
Протоколы ТСР и IP располагаются в середине эталонной модели взаимодействия открытых систем и тесно связаны с протоколами других уровней. Преимущества, которые дает стек протоколов TCP/IP для построения сетей, неразрывно связаны с высокими требованиями, предъявляемыми к ресурсам, и сложностью администрирования IP-сетей. Мощные функциональные возможности протоколов стека TCP/IP требуют для своей реализации больших вычислительных ресурсов и затрат. Реализация гибкой системы адресации и отказ от широковещательных рассылок приводят к необходимости наличия в IP-сети различных централизованных служб типа DNS, DHCP и т.п. Каждая из этих служб предназначена для облегчения администрирования сети, включая конфигурирование сетевого оборудования. Многочисленные преимущества Интернета сделали этот стек широко используемым как в глобальных, так и локальных сетях.
Стек протоколов IPX/SPX. Этот стек компании Novell разработан для сетевой операционной системы NetWare еще в начале 80-х гг. Протоколы сетевого и сеансового уровней Internetwork Packet Exchange (IPX) и Sequenced Packet Exchange (SPX) дали название этому стеку.
Многие особенности стека IPX/SPX обусловлены ориентацией ОС NetWare ранних версий на работу в локальных сетях небольших размеров, состоящих из персональных компьютеров со скромными ресурсами, из-за чего протоколы стека IPX/SPX хорошо работали в локальных и не очень хорошо – в больших корпоративных сетях, так как последние слишком перегружали медленные глобальные связи широковещательными пакетами, которые интенсивно используются несколькими протоколами этого стека (например, для установления связи между клиентами и серверами). Однако с момента выпуска ОС версии NetWare 4.0 компания Novell внесла и продолжает вносить в свои протоколы серьезные изменения, направленные на их адаптацию для работы в больших корпоративных сетях. Сейчас стек протоколов IPX/SPX реализован не только в NetWare, но и в некоторых других популярных ОС (например, SCO UNIX, Sun Solaris, Microsoft Windows NT).
Стек протоколов NetBIOS/SMB широко используется в продуктах компаний Microsoft и IBM. На физическом и канальном уровнях в качестве протоколов этого стека используются наиболее распространенные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI, NetBEUI, SMB (верхние уровни) и др.
Протокол этого стека NetBIOS (Network Basic Input/Output System) появился в 1984 г. как расширение стандартных функций базовой системы ввода/вывода IBM PC для сетевой программы PC Network компании IBM. В дальнейшем этот протокол был заменен 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, 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 ВОС/OSI, однако с его помощью невозможна маршрутизация пакетов. Это ограничивает его применение локальными сетями, не разделенными на подсети, и делает невозможным использование его в составных сетях. Некоторые ограничения NetBEUI снимаются реализацией протокола NBF (NetBEUI Frame), который включен в ОС Microsoft Windows NT.
Протокол SMB (Server Message Block) выполняет функции уровней представления и прикладного. На основе SMB реализуется файловая служба, 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 ОС и сетевом оборудовании этих производителей.
Разработчики стеков протоколов отдавали предпочтение быстроте работы сети в ущерб модульности, поэтому ни один стек, кроме ВОС/OSI, не разбит на семь уровней. Чаще всего в стеках протоколов явно выделяются 3–4 уровня: уровень сетевых адаптеров, в котором реализуются функции физического и канального уровней; сетевой уровень, транспортный и уровень служб, включающие в себя функции сеансового уровня, уровней представления и прикладного.
Таким образом, как в локальных, так и глобальных сетях идеологической основой стандартизации является многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. Протоколы в виде иерархически согласованных наборов протоколов дают формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах.
Формализованные правила, определяющие взаимодействие сетевых компонентов соседних уровней одного узла, называют интерфейсами. Интерфейсы определяют набор сервисов, предоставляемый данным уровнем модели ВОС соседнему уровню. Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называют стеком коммуникационных протоколов.
Принципы объединения сетей
Объединение подсетей в единую ведомственную корпоративную сеть возможно на основе протоколов сетевого уровня модели ВОС. Сетевой уровень рассматривается как средство построения больших сетей. В эталонной модели ВОС в функции сетевого уровня входят:
· передача пакетов между конечными узлами в составных сетях;
· выбор маршрута передачи пакетов, наилучшего по некоторому критерию;
· согласование разных протоколов канального уровня, применяемых в отдельных подсетях, в рамках всей составной или объединенной сети.
Протоколы сетевого уровня реализуются, как правило, в виде программных модулей и выполняются на конечных узлах сети (в ЛВС – это серверы, называемые хостами, в транспортных сетях – это удаленные интеллектуальные мультиплексоры СЦИ/SDH) и на промежуточных узлах сети (в ЛВС – это маршрутизаторы, называемые шлюзами).
Сложную, структурированную сеть, интегрирующую различные базовые технологии, можно также создать средствами и канального уровня. Для этого используются некоторые типы мостов и коммутаторов. Мост или коммутатор разделяет сеть на сегменты, локализуя трафик внутри сегмента. При этом сеть разделяют на отдельные подсети, из которых могут быть построены составные сети достаточно крупных размеров (рис. 6.15). Однако построение сложных сетей только на основе оборудования канального уровня (маршрутизаторов и коммутаторов, выполняющих функции повторителей, мостов и коммутаторов) имеет существенные ограничения и недостатки. В топологии такой сети должны отсутствовать петли, логические сегменты сети слабо изолированы друг от друга, достаточно сложно решается задача управления трафиком, система адресации одноуровневая и недостаточно гибкая. Возможностью трансляции протоколов канального уровня обладают далеко не все типы мостов и коммутаторов, к тому же эти возможности ограничены. Естественное решение – это привлечение средств более высокого сетевого уровня.
Основная идея введения сетевого уровня при построении больших сетей состоит в следующем. Сеть рассматривают как совокупность нескольких и называют составной сетью или интерсетью (internet). Сети, входящие в составную сеть, называют подсетями, составляющими сетями или просто сетями. Когда две или более сети организуют совместную транспортную службу, то режим взаимодействия называют межсетевым взаимодействием (internetworking).
Рис. 6.15. Сложная, структурированная сеть
Подсети соединяются между собой маршрутизаторами, в качестве которых могут использоваться как собственно маршрутизаторы, так и коммутаторы. Компонентами составной сети могут быть как локальные, так и глобальные сети. Внутренняя структура каждой сети не имеет значения при рассмотрении сетевого протокола. Все узлы в пределах подсети взаимодействуют, используя единую для них технологию. Так, в составную сеть может входить несколько сетей разных технологий: локальные сети Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI и глобальные сети Frame Relay, X.25, ISDN, ATM, СЦИ/SDH. Каждая из этих технологий (за исключением АТМ, СЦИ/SDH) достаточна, чтобы организовать взаимодействие всех узлов в своей подсети, но не обеспечивает организацию связи между произвольно выбранными узлами, принадлежащими разным подсетям. Для организации взаимодействия требуются дополнительные средства, которые и предоставляет сетевой уровень.
Сетевой уровень обеспечивает работу всех подсетей в процессе передачи пакетов сообщений по составной сети. Для перемещения данных в пределах подсетей сетевой уровень обращается к используемым в этих подсетях технологиям. Для сетевого уровня предусматривается собственная система адресации, не зависящая от способов адресации узлов в отдельных подсетях, которая позволяет на сетевом уровне универсальным и однозначным способом идентифицировать любой узел объединенной или составной сети.
Естественным способом формирования сетевого адреса является уникальная нумерация всех подсетей составной сети и нумерация всех узлов в пределах каждой подсети. Таким образом, сетевой адрес включает в себя номера сети (подсети) и узла. В качестве номера узла может быть задано некоторое число, никак не связанное с локальной технологией, которое однозначно идентифицирует узел в пределах данной подсети. Такой подход более универсален и характерен для стека протоколов TCP/IP: каждый узел составной сети имеет наряду с локальным адресом еще один – универсальный сетевой.
Данные, которые поступают на сетевой уровень и которые необходимо передать через составную сеть, снабжаются заголовком сетевого уровня. Данные вместе с заголовком образуют пакет. Заголовок пакета сетевого уровня имеет унифицированный формат, не зависящий от форматов кадров канального уровня тех сетей, которые могут входить в объединенную сеть, он, наряду с другой служебной информацией, включает данные о номере сети, которой предназначается этот пакет. Сетевой уровень определяет маршрут и перемещает пакет между подсетями.
При передаче из одной подсети в другую пакет сетевого уровня, инкапсулированный в прибывший канальный кадр первой подсети, освобождается от заголовков этого кадра и окружается заголовками кадра канального уровня следующей подсети. Информацией, на основе которой делается эта замена, являются служебные поля пакета сетевого уровня. В поле адреса назначения нового кадра указывается локальный адрес следующего маршрутизатора. При этом если в подсети данные доставляются средствами канального и физического уровней, то пакеты сетевого уровня упаковываются в кадры канального. Если же в какой-либо подсети для
транспортировки сообщений используется технология, основанная на стеках с большим числом уровней, то пакеты сетевого уровня упаковываются в блоки передаваемых данных самого высокого уровня подсети.
Кроме номера сети заголовок сетевого уровня должен содержать и другую информацию, необходимую для успешного перехода пакета из одной сети в другую. К такой информации может относиться, например, номер фрагмента пакета, необходимый для успешного проведения операций сборки-разборки фрагментов при соединении сетей с разными максимальными размерами пакетов, время жизни пакета, указывающее, как долго он перемещается по сети, качество услуги – критерий выбора маршрута при межсетевых передачах.
Организация межсетевого взаимодействия средствами сетевого уровня эталонной модели ВОС, в основе которого лежит организация совместной или единой транспортной службы для всей составной или единой транспортной сети, служит основой для интеграции различных сетевых технологий в современных цифровых сетях.
Наибольшее распространение для построения составных сетей получил стек протоколов TCP/IP, имеющий четыре уровня: прикладной, основной, уровень межсетевого взаимодействия и уровень сетевых интерфейсов. Прикладной уровень объединяет все службы, предоставляемые системой пользовательским приложениям, такие, как традиционные сетевые службы Telnet, FTP, DNS, SNMP, HTTP. На основном уровне стека протоколов TCP/IP, называемом также транспортным, работают протоколы TCP и UDP. Протокол управления передачей TCP обеспечивает надежную информационную связь между двумя конечными узлами. Дейтаграммный протокол UDP используется как экономичное средство связи уровней межсетевого взаимодействия с прикладным уровнем. Уровень межсетевого взаимодействия реализует концепцию коммутации пакетов в режиме без установления соединений. Протоколы уровня сетевых интерфейсов стека TCP/IP интегрируются в составную сеть других сетей различных технологий.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 666; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!