Стек TCP/IP был разработан по инициативе Министерства обороны США более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды.

Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей - это Ethernet , Token Ring , FDDI , для глобальных - протоколы работы на аналоговых коммутируемых выделенных линиях SLIP , РРР , протоколы территориальных сетей Х.25 и ISDN .

Основными протоколами стека, давшими ему название, являются протоколы IP и TCP . Эти протоколы в терминологии модели OSI относятся к сетевому и транспортному уровням соответственно. IP обеспечивает продвижение пакетов по составной сети, a TCP гарантирует надежность его доставки.

За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP вобрал в себя большое количество протоколов прикладного уровней. К ним относятся такие популярные протоколы, как протокол пересылки файл FTP , протокол эмуляции терминала telnet , почтовый протокол SMTP , используемый в электронной почте сети Интернет, гипертекстовые сервисы службы WWW и многие другие.

Сегодня стек TCP/IP представляет собой самый распространенный стек транспортных протоколов вычислительных сетей. Действительно, только в сети Интернет объединено более 10 миллионов компьютеров по всему миру, взаимодействующих друг с другом с помощью стека протоколов TCP/IP .

Поскольку стек TCP/IP изначально создавался для глобальной сети Интернет, он имеет много особенностей, дающих ему преимущество перед другими протоколами, когда речь заходит о построении сетей, включающих глобальные связи. В частности, очень полезным свойством, делающим возможным применение этого протокола в больших сетях, является его способность фрагментировать пакеты . Действительно, большая составная сеть часто состоит из сетей, построенных на совершенно разных принципах. В каждой из этих сетей может быть установлена собственная величина максимальной длины единицы передаваемых данных (кадра). В таком случае при переходе из одной сети, имеющей большую максимальную длину, в сеть с меньшей максимальной длиной может возникнуть необходимость деления передаваемого кадра на несколько частей. Протокол IP стека TCP/IP эффективно решает эту задачу.

Другой особенностью технологии TCP/IP является гибкая система адресации, позволяющая проще, чем другие протоколы аналогичного назначения включать в интерсеть сети разных технологий. Это свойство также способствует применению стека TCP/IP для построения больших гетерогенных сетей.



В стеке TCP/IP очень экономно используются возможности широковещательных рассылок. Это свойство совершенно необходимо при работе на медленных каналах связи, характерных для территориальных сетей.

Однако, как и всегда, за получаемые преимущества надо платить, и платой здесь оказываются высокие требования к ресурсам и сложность администрирования IP-сетей. Мощные функциональные возможности протоколов стека TCP/IP требуют для своей реализации больших вычислительных затрат. Гибкая система адресации и отказ от широковещательных рассылок приводят к наличию в IP-сети разнообразных централизованных служб типа DNS , DHCP и т. п. Каждая из этих служб направлена на облегчение администрирования сети, в том числе и на облегчение конфигурирования оборудования, но в то же время сама требует пристального внимания со стороны администраторов.

Стек IPX/SPX 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 , популярность которой сейчас значительно уступает операционным системам Microsoft .

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 бы быстро работали 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, интенсивно использующимися 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 распространенность его только сетями NetWare . Однако с момента выпуска версии NetWare 4.0 фирма Novell внесла и продолжает вносить в свои 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/2000 .



Стек NetBIOS/SMB широко используется в продуктах компаний IBM и Мicrosoft . На физическом и канальном уровнях этого стека задействованы все наиболее распространенные протоколы Ethernet , Token Ring , FDDI и др. На верхних уровнях работают протоколы NetBEUI и SMB .

Протокол NetBIOS (Network Basic Input/Output System ) появился в 1984 г. 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 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.

На рис. 8.13 показано соответствие некоторых, наиболее популярных протоколов уровням 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, вбирающий в себя функции сеансового, представительного и прикладного уровней.

Стек OSI – протоколы обладают возможностью алгоритма. Разрабатывались для универсальных решений и как следствие требуют большого количества ресурсов. Применяются для очень мощных компьютеров.

ES-ES – уровень маршрутизации, протоколы ES-ES.

Протокол передачи данных FATM

E-mail x400, справочная служба х500

Канальный – уровень подготовки данных.

Сетезависимые – сетевой, канальный, физический, зависят от среды передачи данных.

Сетенезависимые –прикладной, представительный, сеансовый.

Стек Novell

Протоколы IPX/ SPX применяются на сегодняшний день.

IPX – протокол дейтагранного уровня. Кадр называется дейта.

SPX – протокол транспортного уровня, необходимый для гарантированной отправки пакета, следующий пакет не отправляется пока не получится подтверждение о предыдущем.

NCP – протокол для обмена данными.

SAP – протокол необходимый для администрирования.

IBM/Microsoft

Версии Net BEUI.

Net BIOS – платформонезависимый протокол. Потребляет минимум ресурсов и выполняет функции сеансового и транспортного уровней.

В Net BEUI отсутствуют протоколы внешней маршрутизации.

SMB – протокол для обмена данными, файловыми службами, приложениями.

Стек TCP/IP

IP - протокол маршрутизации. Обеспечивает негарантированную доставку между сетями.

TCP – протокол обеспечивает надежную передачу данных. Позволяет деление данных на пакеты подходящего размера. Также подтверждает передачу данных, устанавливает Time-out.

UDP – отсылает дейтаграммы от одного ПК к другому. За надежность передачи данных отвечает прикладной уровень.

Преимущества TCP/IP:

1. Способность фрагментировать пакеты чтобы обеспечивать совместимость разнородных сетей.

2. Гибкость адресации.

3. Уменьшение широковещательных рассылок.

Тема: IP – адреса узлов сети

1. MAC – адрес.

2. IP – составной числовой адрес. Состоит из 4 Байт информации разделенных точками. Первые два бита указывают на номер сети, а вторые два бита на адрес узла.

Сеть Интернет построена на методах построения.

Оборудование сети интернет: маршрутизаторы, мосты (роутеры), шлюзы.

Для стандартных классов сетей маски имеют следующие значения:

Класс А – 11111111.00000000. 00000000. 00000000 (255.0.0.0);

Класс В – 11111111.11111111. 00000000. 00000000 (255.255.0.0)

Класс С – 11111111.11111111.11111111. 00000000 (255.255.255.0)

Классы адресов соответствуют классу сети 5 – классов. Классы D, E – только адресные и не используются.

Кклассу А относятся адреса, в которых первый бит, равен 0. Это крупные сети общего назначения. 3 – байта отводятся на идентификатор узла.

Кклассу В относятся адреса, в которых первые два бита стандартные. В этих сетях под номер сети отводится 2 Байта. Это корпоративные сети средних размеров. Максимальное количество узлов в сети 65 тыс.

К классу С относятся адреса, в которых первые старшие биты, отводятся под номер сети и 1 бит под номер узла. Это большие локальные сети организаций. Максимальное количество узлов 256.

Класс D – групповые адреса (multicast address). Этот адрес идентифицирует группу сетевых интерфейсов, которые, в общем, случаи может принадлежать сетям.

Предназначены для глобального распространения сети для большой аудитории, для распространения информации.

Один и тот же адрес может входить в группу адресов.

Групповой адрес не делится на номер сети и номер узла, а обрабатывается маршрутизатором особым образом.

Е – эти адреса зарезервированы и не применяются.

Особые IP – адреса, к ним относятся:

· 0.0.0.0 – неопределенный адрес, с которого было послано сообщение.

· № сети.0.0.0 – будет отправлено сообщение всем получателям этой сети.

· 0.0.0.№ хоста – конкретный компьютер в данной локальной сети.

· 1.1.1.1 – все компьютеры данной сети.

· № сети.1.1.1 – все компьютеры в указанной IP – сети.

· 127.0.0.1 – адрес локального компьютера называется адресом обратной петли loopback. Этот адрес применяется для тестирования программ, а также для работы с клиентской и серверной базой установленной на компьютере.

При передаче данные не отправляются в сеть, а протоколы возвращают внешние уровни. Адреса 127 использовать запрещено.

Маска IP – адреса

Маска – это число, которое применяется в паре с IP – адресом. При чем двоичная запись маски содержит непрерывную запись единиц в тех разрядах, которые в IP – адресе интерпретируются как номер сети. Граница между единицами и нулями соответствует границе между номером и номером узла.

Обычно маску записывают в 10 – м виде.

Маска – это размер сети, количество адресов в сети

Тема: Маршрутизация Internet. Глобальные сети

Межсетевое взаимодействие (internet working) – сети входящие в глобальную сеть internet называются subnet – подсетями.

Глобальная сеть – это сеть, которая содержит разные виды сети. Сети соединяются маршрутизаторами.

Основная задача: передача пакетов между двумя узлами этой сети, при этом определен маршрут.

Основная задача маршрутизатора: создание матрицы.

Маршрут – это последовательность маршрутизаторов, которые должны пройти пусть от отправителя к получателю.

Маршрутизатор – это интеллектуальное устройство, которое выбирает маршрут и направление передачи пакета.

Процедура маршрутизации ориентирована на следующее:

1. Пакет должен обязательно быть доставлен получателю, при этом не исключено возможность передачи копий пакетов по другим маршрутам.

2. Возможность адаптации выбора маршрута в зависимости от состояния трафика сети.

Выбор алгоритма маршрутизации влияет на следующее:

· Время доставки пакета.

· Затраты ресурсов узла в сети.

· Объём памяти.

· Время процессорной обработки.

· Передача пакетов в направлении, которое не обеспечивает минимального времени доставки.

· Передача пакетов на максимально нагруженный узел.

· Изменение топологии сети.

· Изменение пропускной способности.

· Изменение нагрузки на линию связи.

Тема: Классификация алгоритмов маршрутизации

Виды алгоритмов:

1. Статические, динамические.

2. Адаптивные, неадаптивные.

Статические настраиваются вручную. И настройки не меняются. Применяются там, где трафик не меняется, где стабильная нагрузка.

Динамические изменяют алгоритм маршрутизации в зависимости от анализа входной информации от узлов.

Признаки алгоритмов:

1. Одноуровневые или иерархические.

2. Содержит интеллектуальную часть в роутере или в главной вычислительной машине.

3. Внутредоменные или междоменные.

4. Алгоритмы состояния канала или вектора расстояния.

5. Алгоритмы могут быть простыми. Выделяют алгоритмы случайной маршрутизации, лавинные, по предыдущему опыту.

6. Фиксированные (однопутевой с фиксированным маршрутом) – предварительно формируется таблица наилучшего достижения узла и дальше таблица минимального достижения узла.

7. Многопутевой – формируется расширенная таблица с несколькими вариантами маршрута.

Адаптивные алгоритмы:

· Локальный – маршрут для пакета выделяется в соответствии с информационной таблицей маршрутов и содержит все данные направления о техническом состоянии всех каналов и длинной очереди пакетов ожидающих очереди каналов.

· Распределенный адаптивный маршрут – каждый узел формирует таблицу маршрутов по всем узлам направления. Для любого маршрута учитывается время передачи пакета, учитывается длина очереди, доставки. Эта информационная рассылка по всем узлам.

· Централизованный – создает центр маршрута, который рассылает таблицы всем узлам. Таблицы формируются в соответствии со всеми узлами, учитывая длину очереди и характер канала. Вся информация о маршруте хранится в центре маршрута.

Все эти стеки, кроме SNA на нижних уровнях - физическом и канальном, - используют одни и те же хорошо стандартизованные протоколы Ethernet , Token Ring , FDDI и ряд других, которые позволяют задействовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим 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.

Стек OSI

Следует четко различать модель OSI и стек OSI . Если модель OSI является концептуальной схемой взаимодействия открытых систем , то 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, X.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 X.500, электронной почты X.400 и ряд других.

Протоколы стека OSI отличаются сложностью и неоднозначностью спецификаций . Эти свойства стали результатом общей политики разработчиков стека, стремившихся учесть в своих протоколах все случаи и все существующие 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 - независимый от производителей международный 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 собственным протоколам. Большинство организаций пока только планируют переход к стеку OSI , и очень немногие приступили к созданию пилотных проектов. Из тех, что работают 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 TCP/IP

Стек TCP/IP был разработан по инициативе Министерства обороны США более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Большой вклад в развитие стека TCP/IP , который получил свое название от популярных протоколов IP и TCP, внесли специалисты из университета Беркли, реализовавшие протоколы стека в версии ОС UNIX. Популярность этой операционной системы привела к широкому распространению протоколов TCP, IP и других протоколов стека. Сегодня этот стек используется для связи компьютеров всемирной информационной сети Internet, а также в огромном количестве корпоративных сетей.

Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей - это Ethernet, Token Ring , FDDI , для глобальных - протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP, PPP, протоколы территориальных сетей X.25 и ISDN .

Основными протоколами стека, давшими ему название, являются протоколы IP и TCP. Эти протоколы в терминологии модели OSI относятся к сетевому и транспортному уровням, соответственно. IP обеспечивает продвижение пакета по составной сети, а TCP гарантирует надежность его доставки.

За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP вобрал в себя большое количество протоколов прикладного уровня. К ним относятся такие популярные протоколы, как протокол пересылки файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы службы WWW и многие другие.

Сегодня стек TCP/IP представляет собой один из самых распространенных стеков транспортных протоколов вычислительных сетей.

Действительно, только в сети Internet объединено около 10 миллионов компьютеров по всему миру, которые взаимодействуют друг с другом с помощью стека протоколов TCP/IP .

Стремительный рост популярности Internet привел и к изменениям в расстановке сил в мире коммуникационных протоколов - протоколы TCP/IP , на которых построен Internet, стали быстро теснить бесспорного лидера прошлых лет - стек IPX/SPX компании Novell. Сегодня в мире общее количество компьютеров, на которых установлен стек TCP/IP , превысило количество компьютеров, на которых работает стек IPX/SPX , и это говорит об изменении отношения администраторов локальных сетей к протоколам, используемым на настольных компьютерах, так как именно на них раньше почти везде работали протоколы компании Novell, необходимые для доступа к файловым серверам NetWare . Процесс продвижения стека TCP/IP на лидирующие позиции в любых типах сетей продолжается, и сейчас в комплекте поставки любой промышленной операционной системы обязательно имеется программная реализация этого стека.

Хотя протоколы TCP/IP неразрывно связаны с Internet, и каждый из многомиллионной армады компьютеров Internet работает на основе этого стека, существует большое количество локальных, корпоративных и территориальных сетей, непосредственно не являющихся частями Internet, в которых также используются протоколы TCP/IP . Чтобы отличать эти сети от Internet, их называют сетями TCP/IP или просто IP-сетями.

Поскольку стек TCP/IP изначально создавался для глобальной сети Internet, он имеет много особенностей, которые обеспечивают ему преимущество перед другими протоколами, когда речь заходит о построении сетей, включающих глобальные связи. В частности, очень полезным свойством, благодаря которому этот протокол может применяться в больших сетях, является его способность фрагментировать пакеты. Действительно, сложная составная сеть часто состоит из сетей, построенных на совершенно разных принципах. В каждой из этих сетей может быть установлена собственная величина максимальной длины единицы передаваемых данных (кадра). В таком случае при переходе из одной сети, имеющей большую максимальную длину, в другую, с меньшей максимальной длиной, может возникнуть необходимость разделения передаваемого кадра на несколько частей. Протокол IP стека TCP/IP эффективно решает эту задачу.

Другой особенностью технологии TCP/IP является гибкая система адресации, позволяющая более просто по сравнению с другими протоколами аналогичного назначения включать в интерсеть (объединенную или составную сеть) сети других технологий. Это свойство также способствует применению стека TCP/IP для построения больших гетерогенных сетей.

В стеке TCP/IP очень экономно используются возможности широковещательных рассылок. Это свойство просто необходимо при работе на медленных каналах связи, характерных для территориальных сетей.

Однако платой за преимущества здесь оказываются высокие требования к ресурсам и сложность администрирования IP-сетей. Для реализации мощных функциональных возможностей протоколов стека TCP/IP требуются большие вычислительные затраты. Гибкая система адресации и отказ от широковещательных рассылок приводят к наличию в IP-сети различных централизованных служб типа DNS, DHCP и т. п. Каждая из этих служб упрощает администрирование сети и конфигурирование оборудования, но в то же время сама требует пристального внимания со стороны администраторов.

Можно приводить и другие доводы за и против, однако факт остается фактом - сегодня TCP/IP самый популярный стек протоколов , широко используемый как в глобальных, так и в локальных сетях.

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

Для обеспечения взаимодействия различных программных и аппаратных средств в компьютерных сетях были приняты единые правила или стандарт, который определяет алгоритм передачи информации в сетях. В качестве стандарта были приняты сетевые протоколы, которые определяют взаимодействие оборудования в сетях. Следует отметить, что в вычислительных сетях осуществляется обмен данными не только между узлами как физическими устройствами, но и между программными модулями. Так как взаимодействие оборудования и программ в сети не может быть описано одним единственным сетевым протокол, то был применен многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. В результате была разработана семиуровневая модель взаимодействия открытых систем - OSI. Эта модель разделяет средства взаимодействия на семь функциональных уровней: прикладной, представительный (уровень представления данных), сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический.

Протоколы реализуются автономными и сетевыми операционными системами (коммуникационными средствами, которые входят в ОС), а также устройствами телекоммуникационного оборудования (сетевыми адаптерами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами, шлюзами).

Рассмотрим функции, выполняемые каждым функциональным уровнем семиуровневой модели взаимодействия открытых систем при передаче пакета данных от сетевого приложения, одного компьютера к сетевому приложению, работающему на другом компьютере.

Механизм передачи сообщения между ПК1 и ПК2 можно представить в виде последовательной пересылки этого сообщения сверху вниз от прикладного уровня до физического уровня. Затем физический уровень ПК1 обеспечивает пересылку сообщения (данных) по сети физическому уровню ПК2. Далее сообщение передается снизу вверх от физического уровня до прикладного уровня ПК2.

1. Прикладной уровень – самый верхний уровень модели OSI. Прикладной уровень управляет общим доступом к сети, потоком данных и обработкой ошибок. Прикладной уровень получает запрос (сообщение) от сетевого приложения, работающего на компьютере ПК1, который требуется передать сетевому приложению, работающему на ПК2.

2. Представительный уровень (уровень представления данных) определяет формат, используемый для обмена данными между ПК1 и ПК2. На ПК1 данные, поступившие от прикладного уровня, на представительном уровне переводятся в промежуточный формат. На ПК2 на этом уровне происходит перевод из промежуточного формата в тот, который используется прикладным уровнем данного компьютера.

3. Сеансовый уровень позволяет двум приложениям на ПК1 и ПК2 устанавливать, использовать и завершать соединение, называемое сеансом. Сеансовый уровень обеспечивает синхронизацию между пользовательскими задачами посредством расстановки в потоке данных контрольных точек.

4. Транспортный уровень осуществляет контроль данных и гарантирует доставку пакетов без ошибок. Кроме того, транспортный уровень выполняет деление длинных сообщений, поступающих от верхних уровней ПК1, на пакеты данных (при передаче данных) и формирование первоначальных сообщений в ПК2 из набора пакетов, полученных через канальный и сетевой уровни.

Транспортный уровень и уровни, которые находятся выше, реализуются программными средствами ПК1 и ПК2 (компонентами их сетевых операционных систем). Транспортный уровень связывает нижние уровни (физический, канальный, сетевой) с верхними уровнями, которые реализуются программными средствами.

5. Сетевой уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, которые могут иметь различные принципы передачи сообщений. Внутри сети доставка данных обеспечивается соответствующим канальным уровнем, а доставку данных между сетями выполняет сетевой уровень. Сетевой уровень реализуется программными модулями операционной системы, программными и аппаратными средствами маршрутизаторов.

6. Канальный уровень обеспечивает пересылку пакетов между любыми двумя ПК локальной сети. Кроме того, канальный уровень осуществляет управление доступом к передающей среде. Функции канального уровня реализуются сетевыми адаптерами и их драйверами.

7. Физический уровень обеспечивает физический путь для электрических сигналов, несущих информацию. Этот уровень характеризует параметры физической среды передачи данных. Физический уровень определяет характеристики электрических сигналов, передающих дискретную информацию, типы разъемов и назначение каждого контакта. Как правило, функции физического уровня реализуются сетевым адаптером или портом.

В вычислительных сетях, как правило, применяются наборы протоколов, а не все функциональные уровни модели взаимодействия открытых систем. Набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия оборудования в сети, называется стеком коммуникационных протоколов.

Наиболее популярными являются стеки протоколов: TCP/IP, IPX/SPX, NetBEUI/NetBIOS, и другие. Эти стеки протоколов на физическом и канальном уровнях используют стандартизованные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и некоторые другие, которые позволяют использовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. На верхних уровнях все стеки работают со своими собственными протоколами.93 1.4. Локальные и глобальные сети

Для классификации компьютерных сетей используются различные признаки, но чаще всего сети делят на типы по территориальному признаку, то есть по величине территории, которую покрывает сеть. И для этого есть веские причины, так как отличия технологий локальных и глобальных сетей очень значительны, несмотря на их постоянное сближение.

1.4.1. Особенности локальных, глобальных и городских сетей

К локальным сетям - Local Area Networks (LAN) - относят сети компьютеров, сосредоточенные на небольшой территории (обычно в радиусе не более 1-2 км). В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации. Из-за коротких расстояний в локальных сетях имеется возможность использования относительно дорогих высококачественных линий связи, которые позволяют, применяя простые методы передачи данных, достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит/с. В связи с этим услуги, предоставляемые локальными сетями, отличаются широким разнообразием и обычно предусматривают реализацию в режиме on-line.

Глобальные сети - Wide Area Networks (WAN) - объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, в глобальных сетях часто используются уже существующие линии связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, многие глобальные сети строятся на основе телефонных и телеграфных каналов общего назначения. Из-за низких скоростей таких линий связи в глобальных сетях (десятки килобит в секунду) набор предоставляемых услуг обычно ограничивается передачей файлов, преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме, с использованием электронной почты. Для устойчивой передачи дискретных данных по некачественным линиям связи применяются методы и оборудование, существенно отличающиеся от методов и оборудования, характерных для локальных сетей. Как правило, здесь применяются сложные процедуры контроля и восстановления данных, так как наиболее типичный режим передачи данных по территориальному каналу связи связан со значительными искажениями сигналов.Городские сети (или сети мегаполисов) - Metropolitan Area Networks (MAN) - являются менее распространенным типом сетей. Эти сети появились сравнительно недавно. Они предназначены для обслуживания территории крупного города - мегаполиса. В то время как локальные сети наилучшим образом подходят для разделения ресурсов на коротких расстояниях и широковещательных передач, а глобальные сети обеспечивают работу на больших расстояниях, но с ограниченной скоростью и небогатым набором услуг, сети мегаполисов занимают некоторое промежуточное положение. Они используют цифровые магистральные линии связи, часто оптоволоконные, со скоростями от 45 Мбит/с, и предназначены для связи локальных сетей в масштабах города и соединения локальных сетей с глобальными. Эти сети первоначально были разработаны для передачи данных, но сейчас они поддерживают и такие услуги, как видеоконференции и интегральную передачу голоса и текста. Развитие технологии сетей мегаполисов осуществлялось местными телефонными компаниями. Исторически сложилось так, что местные телефонные компании всегда обладали слабыми техническими возможностями и из-за этого не могли привлечь крупных клиентов. Чтобы преодолеть свою отсталость и занять достойное место в мире локальных и глобальных сетей, местные предприятия связи занялись разработкой сетей на основе самых современных технологий, например технологии коммутации ячеек SMDS или АТМ. Сети мегаполисов являются общественными сетями, и поэтому их услуги обходятся дешевле, чем построение собственной (частной) сети в пределах города.

1.4.2. Отличия локальных сетей от глобальных

Рассмотрим основные отличия локальных сетей от глобальных более детально. Так как в последнее время эти отличия становятся все менее заметными, то будем считать, что в данном разделе мы рассматриваем сети конца 80-х годов, когда эти отличия проявлялись весьма отчетливо, а современные тенденции сближения технологий локальных и глобальных сетей будут рассмотрены в следующем разделе.Протяженность, качество и способ прокладки линий связи. Класс локальных вычислительных сетей по определению отличается от класса глобальных сетей небольшим расстоянием между узлами сети. Это в принципе делает возможным использование в локальных сетях качественных линий связи: коаксиального кабеля, витой пары, оптоволоконного кабеля, которые не всегда доступны (из-за экономических ограничений) на больших расстояниях, свойственных глобальным сетям, В глобальных сетях часто применяются уже существующие линии связи (телеграфные или телефонные), а в локальных сетях они прокладываются заново.

Сложность методов передачи и оборудования. В условиях низкой надежности физических каналов в глобальных сетях требуются более сложные, чем в локальных сетях, методы передачи данных и соответствующее оборудование. Так, в глобальных сетях широко применяются модуляция, асинхронные методы, сложные методы контрольного суммирования, квитирование и повторные передачи искаженных кадров. С другой стороны, качественные линии связи в локальных сетях позволили упростить процедуры передачи данных за счет применения немодулированных сигналов и отказа от обязательного подтверждения получения пакета.Скорость обмена данными. Одним из главных отличий локальных сетей от глобальных является наличие высокоскоростных каналов обмена данными между компьютерами, скорость которых (10,16и100 Мбит/с) сравнима со скоростями работы устройств и узлов компьютера - дисков, внутренних шин обмена данными и т. п. За счет этого у пользователя локальной сети, подключенного к удаленному разделяемому ресурсу (например, диску сервера), складывается впечатление, что он пользуется этим диском, как «своим». Для глобальных сетей типичны гораздо более низкие скорости передачи данных - 2400,9600,28800,33600 бит/с, 56 и 64 Кбит/с и только на магистральных каналах - до 2 Мбит/с.Разнообразие услуг. Локальные сети предоставляют, как правило, широкий набор услуг - это различные виды услуг файловой службы, услуги печати, услуги службы передачи факсимильных сообщений, услуги баз данных, электронная почта и другие, в то время как глобальные сети в основном предоставляют почтовые услуги и иногда файловые услуги с ограниченными возможностями - передачу файлов из публичных архивов удаленных серверов без предварительного просмотра их содержания.Оперативность выполнения запросов. Время прохождения пакета через локальную сеть обычно составляет несколько миллисекунд, время же его передачи через глобальную сеть может достигать нескольких секунд. Низкая скорость передачи данных в глобальных сетях затрудняет реализацию служб для режима on-line, который является обычным для локальных сетей.Разделение каналов. В локальных сетях каналы связи используются, как правило, совместно сразу несколькими узлами сети, а в глобальных сетях - индивидуально.Использование метода коммутации пакетов. Важной особенностью локальных сетей является неравномерное распределение нагрузки. Отношение пиковой нагрузки к средней может составлять 100:1 и даже выше. Такой трафик обычно называют пульсирующим. Из-за этой особенности трафика в локальных сетях для связи узлов применяется метод коммутации пакетов, который для пульсирующего трафика оказывается гораздо более эффективным, чем традиционный для глобальных сетей метод коммутации каналов. Эффективность метода коммутации пакетов состоит в том, что сеть в целом передает в единицу времени больше данных своих абонентов. В глобальных сетях метод коммутации пакетов также используется, но наряду с ним часто применяется и метод коммутации каналов, а также некоммутируемые каналы - как унаследованные технологии некомпьютерных сетей.

Масштабируемость. «Классические» локальные сети обладают плохой масштабируемостью из-за жесткости базовых топологий, определяющих способ подключения станций и длину линии. При использовании многих базовых топологий характеристики сети резко ухудшаются при достижении определенного предела по количеству узлов или протяженности линий связи. Глобальным же сетям присуща хорошая масштабируемость, так как они изначально разрабатывались в расчете на работу с произвольными топологиями.1.4.3. Тенденция к сближению локальных и глобальных сетей

Если принять во внимание все перечисленные выше различия локальных и глобальных сетей, то становится понятным, почему так долго могли существовать раздельно два сообщества специалистов, занимающиеся этими двумя видами сетей. Но за последние годы ситуация резко изменилась.

Специалисты по локальным сетям, перед которыми встали задачи объединения нескольких локальных сетей, расположенных в разных, географически удаленных друг от друга пунктах, были вынуждены начать освоение чуждого для них мира глобальных сетей и телекоммуникаций. Тесная интеграция удаленных локальных сетей не позволяет рассматривать глобальные сети в виде «черного ящика», представляющего собой только инструмент транспортировки сообщений на большие расстояния. Поэтому все, что связано с глобальными связями и удаленным доступом, стало предметом повседневного интереса многих специалистов по локальным сетям.

С другой стороны, стремление повысить пропускную способность, скорость передачи данных, расширить набор и оперативность служб, другими словами, стремление улучшить качество предоставляемых услуг - все это заставило специалистов по глобальным сетям обратить пристальное внимание на технологии, используемые в локальных сетях.

Таким образом, в мире локальных и глобальных сетей явно наметилось движение навстречу друг другу, которое уже сегодня привело к значительному взаимопроникновению технологий локальных и глобальных сетей.

Одним из проявлений этого сближения является появление сетей масштаба большого города (MAN), занимающих промежуточное положение между локальными и глобальными сетями. При достаточно больших расстояниях между узлами они обладают качественными линиями связи и высокими скоростями обмена, даже более высокими, чем в классических локальных сетях. Как и в случае локальных сетей, при построении MAN уже существующие линии связи не используются, а прокладываются заново.

Сближение в методах передачи данных происходит на платформе оптической цифровой (немодулированной) передачи данных по оптоволоконным линиям связи. Из-за резкого улучшения качества каналов связи в глобальных сетях начали отказываться от сложных и избыточных процедур обеспечения корректности передачи данных. Примером могут служить сети frame relay. В этих сетях предполагается, что искажение бит происходит настолько редко, что ошибочный пакет просто уничтожается, а все проблемы, связанные с его потерей, решаются программами прикладного уровня, которые непосредственно не входят в состав сети frame relay.

За счет новых сетевых технологий и, соответственно, нового оборудования, рассчитанного на более качественные линии связи, скорости передачи данных в уже существующих коммерческих глобальных сетях нового поколения приближаются к традиционным скоростям локальных сетей (в сетях frame relay сейчас доступны скорости 2 Мбит/с), а в глобальных сетях АТМ и превосходят их, достигая 622 Мбит/с.

В результате службы для режима on-line становятся обычными и в глобальных сетях. Наиболее яркий пример - гипертекстовая информационная служба World Wide Web, ставшая основным поставщиком информации в сети Internet. Ее интерактивные возможности превзошли возможности многих аналогичных служб локальных сетей, так что разработчикам локальных сетей пришлось просто позаимствовать эту службу у глобальных сетей. Процесс переноса служб и технологий из глобальных сетей в локальные приобрел такой массовый характер, что появился даже специальный термин - intranet-технологии (intra - внутренний), обозначающий применение служб внешних (глобальных) сетей во внутренних - локальных.

Локальные сети перенимают у глобальных сетей и транспортные технологии. Все новые скоростные технологии (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, l00VG-AnyLAN) поддерживают работу по индивидуальным линиям связи наряду с традиционными для локальных сетей разделяемыми линиями. Для организации индивидуальных линий связи используется специальный тип коммуникационного оборудования - коммутаторы. Коммутаторы локальных сетей соединяются между собой по иерархической схеме, подобно тому, как это делается в телефонных сетях: имеются коммутаторы нижнего уровня, к которым непосредственно подключаются компьютеры сети, коммутаторы следующего уровня соединяют между собой коммутаторы нижнего уровня и т. д. Коммутаторы более высоких уровней обладают, как правило, большей производительностью и работают с более скоростными каналами, уплотняя данные нижних уровней. Коммутаторы поддерживают не только новые протоколы локальных сетей, но и традиционные - Ethernet и Token Ring.

В локальных сетях в последнее время уделяется такое же большое внимание методам обеспечения защиты информации от несанкционированного доступа, как и в глобальных сетях. Такое внимание обусловлено тем, что локальные сети перестали быть изолированными, чаще всего они имеют выход в «большой мир» через глобальные связи. При этом часто используются те же методы - шифрование данных, аутентификация пользователей, возведение защитных барьеров, предохраняющих от проникновения в сеть извне.

И наконец, появляются новые технологии, изначально предназначенные для обоих видов сетей. Наиболее ярким представителем нового поколения технологий является технология АТМ, которая может служить основой не только локальных и глобальных компьютерных сетей, но и телефонных сетей, а также широковещательных видеосетей, объединяя все существующие типы трафика в одной транспортной сети. Выводы

Классифицируя сети по территориальному признаку, различают локальные (LAN), глобальные (WAN) и городские (MAN) сети.LAN - сосредоточены на территории не более 1-2 км; построены с использованием дорогих высококачественных линий связи, которые позволяют, применяя простые методы передачи данных, достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит/с. Предоставляемые услуги отличаются широким разнообразием и обычно предусматривают реализацию в режиме on-line.

WAN - объединяют компьютеры, рассредоточенные на расстоянии сотен и тысяч километров. Часто используются уже существующие не очень качественные линии связи. Более низкие, чем в локальных сетях, скорости передачи данных (десятки килобит в секунду) ограничивают набор предоставляемых услуг передачей файлов, преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме, с использованием электронной почты. Для устойчивой передачи дискретных данных применяются более сложные методы и оборудование, чем в локальных сетях.MAN - занимают промежуточное положение между локальными и глобальными сетями. При достаточно больших расстояниях между узлами (десятки километров) они обладают качественными линиями связи и высокими скоростями обмена, иногда даже более высокими, чем в классических локальных сетях. Как и в случае локальных сетей, при построении MAN уже существующие линии связи не используются, а прокладываются заново.

94 Топологией сети называется физическую или электрическую конфигурацию кабельной системы и соединений сети. В топологии сетей применяют несколько специализированных терминов:

узел сети - компьютер, либо коммутирующее устройство сети;

ветвь сети - путь, соединяющий два смежных узла;

оконечный узел - узел, расположенный в конце только одной ветви;

промежуточный узел - узел, расположенный на концах более чем одной ветви;

смежные узлы - узлы, соединенные, по крайней мере, одним путём, не содержащим никаких других узлов.

Существует всего 5 основных типов топологии сетей:

1. Топология “Общая Шина”. В этом случае подключение и обмен данными производится через общий канал связи, называемый общей шиной:Общая шина является очень распространенной топологией для локальных сетей. Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. Применение общей шины снижает стоимость проводки и унифицирует подключение различных модулей. Основными преимуществами такой схемы являются дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям. Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть. Другим недостатком общей шины является ее невысокая производительность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть. Поэтому пропускная способность канала связи всегда делится здесь между всеми узлами сети.

2. Топология “Звезда”. В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находится в центре сети:

В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. Главное преимущество этой топологии перед общей шиной - существенно большая надежность. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность концентратора может вывести из строя всю сеть. Кроме того, концентратор может играть роль интеллектуального фильтра информации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещенные администратором передачи.

К недостаткам топологии типа звезда относится более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора. В настоящее время иерархическая звезда является самым распространенным типом топологии связей как в локальных, так и глобальных сетях.

3. Топология “Кольцо”. В сетях с кольцевой топологией данные в сети передаются последовательно от одной станции к другой по кольцу, как правило, в одном направлении:

Если компьютер распознает данные как предназначенные ему, то он копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями. Преимущество данной топологии - простота управления, недостаток - возможность отказа всей сети при сбое в канале между двумя узлами.

4. Ячеистая топология. Для ячеистой топологии характерна схема соединения компьютеров, при которой физические линии связи установлены со всеми рядом стоящими компьютерами:

В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для глобальных сетей. Достоинства данной топологии в ее устойчивости к отказам и перегрузкам, т.к. имеется несколько способов обойти отдельные узлы.

5. Смешанная топология. В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию - звезда, кольцо или общая шина, для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно подсети, имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией: