Стеки коммуникационных протоколов. Коммуникационные протоколы вычислительных сетей

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.

Терминологически стек OSI следует отличать от модели ISO/OSI, которая является концептуальной основой взаимосвязи открытых систем. Стек OSI представляет собой набор вполне определенных спецификаций протоколов. В отличие от других стеков протоколов стек OSI полностью соответствует семиуровневой модели OSI. На нижних уровнях (физическом и канальном) стек включает спецификации протоколов локальных (LAN - Local Area Network) сетей 802.3 (Ethernet), 802.5 (Token Ring), FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 100 VG Any LAN, а также глобальных сетей ISDN, PSDN , PSTN . Специфицированы и разработаны протоколы сетевого, транспортного и сеансового уровня стека OSI, но они мало распространены. Наиболее популярными протоколами стека являются прикладные протоколы. К ним относятся протоколы: ISO 8571 ( FTAM -File Transfer Access and Management), ISO 9040 ( Virtual Terminal ), x.500 ( Directory Services ), X.400 (Message Handling Services) и ряд других. Из-за своей сложности протоколы OSI требуют использования высокопроизводительных машин и малопригодны для сетей персональных компьютеров. Стек OSI поддерживается правительствами США и Великобритании по программе GOSIP , в соответствии с которой все компьютерные сети, устанавливаемые в правительственных учреждениях, должны поддерживать стек OSI.

Стек TCP/IP

В стеке TCP/IP определены четыре уровня. Каждый из них участвует в решении основной задачи - организации надежной и производительной работы составной сети (например, Internet), части которой построены на основе разных сетевых технологий.

Уровень сетевых интерфейсов (рис. 4.9) в стеке не регламентируется, но он поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней для локальных и глобальных сетей (рис. 4.10). В их числе имеется спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта канального уровня.

Рис. 4.9.

Рис. 4.10.

Уровень межсетевого взаимодействия реализует концепцию передачи пакетов в режиме без установления соединений, не предусматривающую обмен управляющей информацией (обеспечивающей синхронизацию) до начала передачи данных. Основным протоколом уровня является протокол IP (Internet Protocol), являющийся дейтаграммным, т.е. не гарантирующим доставку пакетов до узла назначения.

К этому уровню относятся также протоколы маршрутизации RIP, OSPF и др., межсетевых управляющих сообщений (об ошибках) ICMP (Internet Control Message Protocol), разрешения адреса ARP (Address Resolution Protocol).

На транспортном уровне основным является протокол TCP (Transmission Control Protocol), служащий для надежного, сопровождаемого проверкой обмена данными между хост-компьютерами сети. Протокол UDP (User Datagram Protocol) обеспечивает предоставление прикладным программам транспортных услуг и выполняет функции мультиплексора между протоколом IP и многочисленными службами прикладного уровня.

Прикладной уровень объединяет службы, предоставляемые системой пользовательским приложениям (рис. 4.10). К ним относятся упрощенный протокол управления сетью SNMP, протокол передачи файлов FTP (использует функции протокола ТСР), простой протокол передачи электронной почты SMTP, протокол эмуляции удаленного терминала Telnet, в том числе специальная версия TN 3270 протокола Telnet, ориентированная на работу с мэйнфреймами IBM, и др. Этот уровень постоянно расширяется за счет присоединения новых служб, например, передачи гипертекстовой информации НТТР и т.д.

В TCP/IP-сетях данные перемещаются между портами взаимодействующих компьютеров. Порт представляет собой адрес, который идентифицирует приложение на передающей или принимающей стороне. Всем портам присваиваются уникальные 16-разрядные номера из диапазона 0-65535. Некоторые номера протокольных портов стандартизированы, их выделение пользователям контролирует IANA (Internet Assigned Numbers Authority).

Комбинация IP-адреса и номера порта называется сокетом. Сокет идентифицирует отдельный сетевой процесс для Internet в целом. Для определения соединения в ориентированных на логическое соединение протоколах, таких как TCP, требуется два сокета: один в передающей системе, другой - в принимающем хосте.

Стек SNA

SNA (Systems Network Architecture ) является патентованной архитектурой компании IBM, созданной в 1974 году в соответствии с иерархической моделью построения сетей, которой в то время придерживалась IBM. В эту иерархию включились мэйнфреймы (хост), коммуникационные контроллеры, кластерные (групповые) контроллеры и терминалы .

Уровневая архитектура и основные протоколы стека SNA в сопоставлении с архитектурой ISO/OSI представлены на рис. 4.9, 4.10. Как видно, модель SNA напоминает модель ISO/OSI. Но функции в ней сгруппированы по-другому.

Верхний уровень службы транзакций (Transaction Services) обеспечивает средства приложений для распределенной обработки и управления сетью. К прикладным протоколам относятся:

• DIA (Document Interchange Architecture) - определяет стандарты обмена документами между разнородными вычислительными системами; координирует передачу файлов, поиск документов и их хранение;
• SNADS ( SNA Distributed Service) - управляет распространением документов и сообщений (инфраструктура для распространения электронной почты);
• DDM (Distributed Data Management ) - обеспечивает прозрачный удаленный доступ к файлам за счет механизма перенаправления запросов.

Уровень службы представления данных (Presentation Services) выполняет часть функций шестого уровня модели ISO/OSI (трансляция данных) и частично седьмого по административному управлению совместного использования ресурсов и синхронизации операций.

Уровень управления потоком данных (Data Flow Control ) по своим функциям в основном соответствует сеансовому уровню модели ISO/OSI. Он управляет диалогами, обработкой запросов и ответов, групповых сообщений и прерыванием потока данных по запросу.

Уровень управления передачей (Transmission Control) выполняет функции транспортного уровня ISO/OSI по управлению передачей данных в пределах установленных сессий и некоторые функции (шифрование/дешифрование и др.) шестого уровня.

Уровень управления маршрутом (Path Control) определяет функции, в основном входящие в сетевой уровень модели ISO/OSI, а также включает в себя управление потоками данных (в модели ISO/OSI это функция канального уровня).

Уровень звена данных (Data Link) почти аналогичен второму уровню эталонной модели и совместим с ним по используемому протоколу, так как протоколы 802.2 и SDLC входят в семейство оригинального протокола HDLC .

На этих уровнях располагаются протоколы:

• APPC (Advanced Program-to-Program Communication) - выполняет функции сеансового и транспортного уровней ISO/OSI; на сеансовом уровне обеспечивает администрирование сеанса и трансляцию синтаксиса файлов, а на транспортном - организацию последовательностей сегментов и сквозное управление потоком данных.
• CICS (Customer Information Control System ) - инструментальное средство для построения приложений обработки транзакций, организует доступ к распределенной файловой системе, защиту информации, многозадачность и пр.
• IMS (Information Management System) - еще одна среда обработки транзакций, подобная CICS , позволяющая нескольким приложениям совместно использовать базы данных и планировать приоритеты транзакций.
• TSO ( Time Sharing Operation) - обеспечивает интерактивный пользовательский терминальный интерфейс, реализуя одновременную поддержку множества независимых параллельных пользовательских сеансов; каждый пользователь TSO при помощи специальных команд получает возможность выполнять операции над наборами данных, запускать задания и контролировать ход их выполнения, использовать устройства, связываться с другими пользователями и т.п.

Среди них коммуникационные:

• APPN (Advanced Peer-to-Peer Networking) - работает на сетевом и транспортном уровнях и обеспечивает одноранговое сетевое взаимодействие между несколькими физическими устройствами (миникомпьютерами, кластерными контроллерами, шлюзами, рабочими станциями и пр.); предусматривает управление окном передач и службу каталогов.
• VTAM (Virtual Telecommunication Access Method ) - обеспечивает управление, обмен данными и управление потоками данных в сетях SNA ; на сеансовом уровне VTAM управляет диалогом и реализует управление сеансом, а на транспортном уровне обеспечивает сквозное управление потоками данных.
• NCP ( Network Control Program) - протокол управления ресурсами, подключенными к коммуникационным контроллерам; частично выполняет функции сетевого уровня (маршрутизация, шлюзование) и частично - канального уровня (управление доступом к каналу, физическая и логическая адресация, управление потоком данных).

Первый уровень - физический (Physical) подобно модели ISO/OSI определяет характеристики сопряжения со средой передачи данных. Решения этого уровня основаны преимущественно на тех же стандартах и рекомендациях, что и модель ISO/OSI.

Стек ATM

Стек протоколов АТМ формально соответствует нижним уровням модели ISO/OSI и включает уровень адаптации АТМ, собственно уровень АТМ и физический уровень. Прямого соответствия между уровнями протоколов технологии АТМ и уровнями модели ISO/OSI нет.

Уровень адаптации AAL (ATM Adaptation Layer) представляет собой набор протоколов AAL1 -AAL5; действует как интерфейс с вышерасположенными уровнями и адаптирован к требованиям различных применений (речь, мультимедиа, данные и т.п.). Рекомендация I.362 определяет четыре класса услуг уровня AAL , зависящих от трех параметров:

• временной синхронизации между отправителем и получателем (требуется или не требуется);
• скорости передачи (постоянная или переменная);
• режима соединения (с установлением или без установления соединения).

Таким образом, уровень AAL поддерживает прикладные программы и в таком качестве очень разнообразен; его операции зависят от характера выполняемых в системе приложений. Уровень AAL выполняет при этом некоторые функции уровней 4, 5 и 7 модели ISO/OSI.

Протокол АТМ занимает в стеке протоколов АТМ примерно то же место, что и протокол IP в стеке TCP/IP, выполняя передачу ячеек через коммутаторы при установленном и настроенном виртуальном соединении, то есть на основании готовых таблиц коммутации портов.

Одноименный уровень несет ответственность за администрирование передачи и приема между узлом пользователя и коммутатором. Уровень выполняет четыре основные функции:

• мультиплексирование ячеек в единый поток при передаче ячеек и демультиплексирование при приеме потока;
• трансляцию номеров виртуальных путей VPI и соединений VCI ;
• генерацию заголовков ячеек АТМ при получении данных от уровня AAL ;
• управление потоком по принятым методам сигнализации.

Уровень АТМ приблизительно соответствует уровням 2 и 3 эталонной модели ISO/OSI , но имеет функциональные упрощения с целью достижения большей простоты и более высокой производительности сети.

Физический уровень содержит два подуровня: сходимости передачи ТС (Transmission Convergence ) и физической среды РМ ( Physical Medium ). Первый подуровень выполняет функции генерации, формирования и разграничения кадров, генерации контрольной последовательности и корректировки скоростей передачи ячеек.

Подуровень РМ осуществляет передачу битов данных и образует электрический (оптический) интерфейс со средой передачи данных. Рекомендация I.432 определила два стандартных типа подуровня РМ на скоростях 155 и 520 Mb/s (коаксиальный кабель) и 622 Мb/s (оптоволоконный кабель) SDH / SONET . Для локальных сетей компания IBM разработала спецификацию сети АТМ со скоростью 25 Mb/s (витая пара), которая принята АТМ Forum. Имеются и другие физические интерфейсы к сетям АТМ, отличные от SDH / SONET . К ним относятся интерфейсы T1/E1, Т3/Е3 и др.

Комитет АТМ Forum разработал спецификацию, называемую LAN Emulation ( LANE , df- lane -0021.000), которая обеспечивает совместимость традиционных протоколов и оборудования локальных сетей с технологией АТМ (канальный уровень). Спецификация LANE определяет способ преобразования кадров и адресов МАС-уровня традиционных технологий локальных сетей в ячейки и коммутируемые виртуальные соединения технологии АТМ, а также способ обратного преобразования. Ввиду того, что спецификация определяет только канальный уровень взаимодействия с помощью коммутаторов АТМ и компонентов эмуляции LAN, можно образовать только виртуальные сети, а для их соединения необходимо использовать маршрутизаторы.

Открытые системы.

Прикладной уровень.

Представительный уровень.

Сеансовый уровень.

Транспортный уровень.

На пути от отправителя к получателю пакеты могут быть искажены или утеряны. Хотя некоторые приложения имеют собственные средства обработки ошибок, существуют и такие, которые предпочитают иметь дело с надежным соединением. Транспортный уровень обеспечивает верхним уровнем стека передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. (определяется 5 классов сервисов).

Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программными средствами конечных узлов сети.

Обеспечивает управление диалогом, редко реализуется в виде отдельных протоколов, функции этого уровня зачастую объединяют с функциями других уровней.

Имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержание. (SSL протокол, шифрование)

Прикладной уровень – набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам.

Три нижних уровня (физический, канальный и сетевой) являются сетезависимыми, т.е. протоколы этих уровней тесно связаны с технической реализацией сети и используемым оборудованием.

Три верхних уровня (прикладной, представительный и сеансовый) ориентированы на приложение, и не зависят от технической реализации сети.

Транспортный уровень является промежуточным. Он скрывает все детали, функционирование нижних уровней от верхних.

Открытой системой может быть названа любая система, которая построена в соответствии с открытыми спецификациями. Спецификация – формализованное описание аппаратных или программных компонентов, способов их функционирования, условий эксплуатации и т.д. Под открытыми спецификациями понимаются опубликованные общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и принятые в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами.

Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей является стандартизация коммуникационных протоколов. Наиболее распространенными стеками являются следующие:

1) Стек tcp/ip

2) Стек NetBIOS

3) Стек от компании Novell

СРС. Сравнение стеков TCP/IP, Novell и SMB (IBM, Microsoft)

Стек протоколов TCP/IP - набор сетевых протоколов, на которых базируется интернет. Обычно в стеке TCP/IP верхние 3 уровня (прикладной, представительный и сеансовый) модели OSI объединяют в один - прикладной. Поскольку в таком стеке не предусматривается унифицированный протокол передачи данных, функции по определению типа данных передаются приложению.

HTTP (от англ. HyperText Transfer Protocol - «протокол передачи гипертекста») - сетевой протокол прикладного уровня для передачи файлов.Основным назначением HTTP является передача веб-страниц (текстовых файлов с разметкой HTML), хотя с помощью него с успехом передаются и другие файлы, как связанные с веб-страницами (изображения и приложения), так и не связанные с ними (в этом HTTP конкурирует с более сложным FTP).

File Transfer Protocol (букв. «протокол передачи файлов») или просто FTP - сетевой протокол, предназначенный для передачи файлов в компьютерных сетях. Протокол FTP позволяет подключаться к серверам FTP, просматривать содержимое каталогов и загружать файлы с сервера или на сервер, кроме того возможен режим передачи файлов между серверами.

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

Telnet (Teletype Network) - сетевой протокол для удалённого доступа к компьютеру с помощью командного интерпретатора. Аналогичное название имеют утилиты для работы с протоколом.

SNMP (англ. Simple Network Management Protocol - простой протокол управления сетью) - это протокол управления сетями связи на основе архитектуры TCP/IP.

TCP (англ. Transmission Control Protocol - протокол управления передачей) - один из основных сетевых протоколов Internet, предназначенный для управления передачей данных в сетях TCP/IP.

UDP (англ. User Datagram Protocol - протокол пользовательских датаграмм) - это сетевой протокол для передачи данных в сетях IP. Он является одним из самых простых протоколов транспортного уровня модели OSI. Его IP-идентификатор - 17. В отличие от TCP, UDP не гарантирует доставку пакета, поэтому аббревиатуру иногда расшифровывают как «Unreliable Datagram Protocol» (протокол ненадёжных датаграмм). Это позволяет ему гораздо быстрее и эффективнее доставлять данные для приложений, которым не требуется большая пропускная способность линий связи, либо требуется малое время доставки данных.

IP (англ. Internet Protocol - межсетевой протокол) - маршрутизируемый сетевой протокол, основа стека протоколов TCP/IP. Протокол IP используется для ненадёжной доставки данных (разделяемых на так называемые пакеты) от одного узла сети к другому. Это означает, что на уровне этого протокола не даётся гарантий надёжной доставки пакета до адресата. В частности, пакеты могут прийти не в том порядке, в котором были отправлены, оказаться повреждёнными или не прибыть вовсе.

ICMP (англ. Internet Control Message Protocol - межсетевой протокол управляющих сообщений) - сетевой протокол, входящий в стек протоколов TCP/IP. В основном ICMP используется для передачи сообщений об ошибках и других исключительных ситуациях, возникших при передаче данных. Также на ICMP возлагаются некоторые сервисные функции.

Протокол RIP (Routing Information Protocol) - один из наиболее распространенных протоколов маршрутизации в небольших компьютерных сетях, который позволяет маршрутизаторам динамически обновлять маршрутную информацию (направление и дальность в хопах), получая ее от соседних маршрутизаторов.

Ethernet (эзернет, от лат. aether - эфир) - пакетная технология компьютерных сетей. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат пакетов и протоколы управления доступом к среде - на канальном уровне модели OSI.

Стек NetBIOS/SMB

Протокол NetBIOS работает на трех уровнях модели взаимодействия открытых систем: сетевом, транспортном и сеансовом. NetBIOS может обеспечить сервис более высокого уровня, чем протоколы IPX и SPX, однако не обладает способностью к маршрутизации. Таким образом, NetBIOS не является сетевым протоколом в строгом смысле этого слова. NetBIOS содержит много полезных сетевых функций, которые можно отнести к сетевому, транспортному и сеансовому уровням, однако с его помощью невозможна маршрутизация пакетов, так как в протоколе обмена кадрами NetBIOS не вводится такое понятие как сеть. Это ограничивает применение протокола NetBIOS локальными сетями, не разделенными на подсети. NetBIOS поддерживает как дейтаграммный обмен, так и обмен с установлением соединений. Протокол SMB, соответствующий прикладному и представительному уровням модели OSI, регламентирует взаимодействие рабочей станции с сервером. В функции SMB входят следующие операции:

1. Управление сессиями. Создание и разрыв логического канала между рабочей станцией и сетевыми ресурсами файлового сервера.
2. Файловый доступ. Рабочая станция может обратиться к файл-серверу с запросами на создание и удаление каталогов, создание, открытие и закрытие файлов, чтение и запись в файлы, переименование и удаление файлов, поиск файлов, получение и установку файловых атрибутов, блокирование записей.
3. Сервис печати. Рабочая станция может ставить файлы в очередь для печати на сервере и получать информацию об очереди печати.
4. Сервис сообщений. SMB поддерживает простую передачу сообщений со следующими функциями: послать простое сообщение; послать широковещательное сообщение; послать начало блока сообщений; послать текст блока сообщений; послать конец блока сообщений; переслать имя пользователя; отменить пересылку; получить имя машины.

Стек IPX/SPX

На физическом и канальном уровнях в сетях Novell используются все популярные протоколы этих уровней (Ethernet, Token Ring, FDDI и другие). На сетевом уровне в стеке Novell работает протокол IPX, а также протоколы обмена маршрутной информацией RIP и NLSP (аналог протокола OSPF стека TCP/IP). IPX является протоколом, который занимается вопросами адресации и маршрутизации пакетов в сетях Novell. Маршрутные решения IPX основаны на адресных полях в заголовке его пакета, а также на информации, поступающей от протоколов обмена маршрутной информацией. Например, IPX использует информацию, поставляемую либо протоколом RIP, для передачи пакетов компьютеру назначения или следующему маршрутизатору. Протокол IPX поддерживает только дейтаграммный способ обмена сообщениями, за счет чего экономно потребляет вычислительные ресурсы. Протокол IPX обеспечивает выполнение трех функций: задание адреса, установление маршрута и рассылку дейтаграмм. Транспортному уровню модели OSI в стеке Novell соответствует протокол SPX, который осуществляет передачу сообщений с установлением соединений. На верхних прикладном, представительном и сеансовом уровнях работают протоколы NCP и SAP. Протокол NCP является протоколом взаимодействия сервера NetWare и оболочки рабочей станции. Этот протокол прикладного уровня реализует архитектуру клиент-сервер на верхних уровнях модели OSI. С помощью функций этого протокола рабочая станция производит подключение к серверу, отображает каталоги сервера на локальные буквы дисководов, просматривает файловую систему сервера, копирует удаленные файлы, изменяет их атрибуты и т.п., а также осуществляет разделение сетевого принтера между рабочими станциями.

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.

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.

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.

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

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.

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).

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.

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.

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.

В лекции рассмотрены: коммуникационные протоколы; уровни организации сетей согласно модели ISO; протокол TCP/IP; протокол GPRS; беспроводные сети, протоколы IEEE 802.11x (Wi-Fi); мгновенные сообщения (Instant Messaging and Presence); обнаружение ошибок в сетях и реконфигурация сетей; задачи проектирования сетей.

Введение

Протоколы коммуникации

Сети Ethernet

Протокол TCP/IP

Устойчивость сетей к ошибкам – обнаружение ошибок и реконфигурация сетей

Проектирование сетей

Функционирование Ethernet-сетей

Некоторые современные сетевые протоколы

Семейство протоколов Wi-Fi (IEEE 802.11x)

Обмен мгновенными сообщениями (Instant Messaging and Presence)

Ключевые термины

Краткие итоги

Набор для практики

• Упражнения

  Темы для курсовых работ, рефератов, эссе

Введение

Самое основное в использовании сетей и сетевых технологий – сетевые протоколы, которым и посвящена данная лекция. В ней рассмотрены следующие вопросы:

Протоколы коммуникации

Устойчивость сетей

Стратегии проектирования сетей.

Протоколы коммуникации

Модель ISO. Сетевой протокол – это набор команд (операций) для взаимодействия узлов в сети. Ввиду сложности организации сетей, используемая модель сетевых протоколов содержит большое число уровней абстракции.

Согласно стандарту коммуникационной модели ISO, коммуникационная сеть подразделяется на следующие основные уровни (layers):

Физический уровень (physical layer) – механические и электрические устройства для передачи сигналов. Самый нижний уровень сетевой коммуникации. Включает сетевое оборудование - сетевые кабели, разъемы, концентраторы и т.д.

Уровень (связывания) данных (Data link layer) – обрабатывает фреймы (frames), или части пакетов фиксированной длины, включая обнаружение ошибок и восстановление после ошибок на физическом уровне.

Сетевой уровень (network layer) – обеспечивает соединение и маршрутизацию пакетов в коммуникационной сети, включая обработку адресов исходящих пакетов, декодирование адресов входящих пакетов и поддержку информации для маршрутизации для соответствующего ответа для изменения уровней загрузки.

Транспортный уровень (transport layer) – отвечает за сетевой доступ нижнего уровня и за передачу сообщений между клиентами, включая разделение сообщений на пакеты, сопровождение порядка пакетов, поток управления и генерацию физических адресов.

Уровень сеанса (session layer) – реализует сеансы (sessions), или протоколы коммуникации между процессами.

Уровень презентаций (presentation layer) – инкапсулирует различие в форматах между различными системами в сети, включая преобразования символов и полудуплексную (дуплексную) связь (эхо-вывод).

Уровень приложений (application layer) – самый высокий уровень модели сетевых протоколов. Взаимодействует непосредственно с запросами на передачу файлов пользовательского уровня, протоколами удаленных входов и передачи электронной почты, а также со схемами распределенных баз данных.

Схема уровней сетевой коммуникации представлена на рис. 23.1 .

Рис. 23.1. Многоуровневая модель коммуникации ISO.

На рис. 23.2 представлено содержание уровней сетевой коммуникации.

Рис. 23.2. Уровни сетевых протоколов (ISO).

На рис. 23.3 изображена структура сетевого сообщения, согласно модели ISO.

Рис. 23.3. Структура сетевого сообщения, согласно модели ISO.

Сообщение имеет заголовки каждого уровня, начиная от уровня связывания данных, затем следует тело сообщения и признак конца сообщения (уровня связывания данных, отвечающего за целостность передачи сообщения). Таким образом, реализация каждого уровня абстракции обрабатывает сообщение, используя заголовок сообщения соответствующего уровня.

Сети Ethernet

Ethernet (стандарт IEEE 802.3) – наиболее распространенный метод организации сетей. Относится к физическому (physical Ethernet) уровню и уровню связывания данных, согласно 8-уровневой модели ISO (п. 23.2). Слово ether по-английски означает эфир .

Основоположник сетей Ethernet – Роберт Меткалф (R. Metcalfe 1973). Он же впоследствии основал фирму 3COM, одну из наиболее известных компаний в области сетевых технологий.

Основные идеи Ethernet - использование коаксиального кабеля (BNC) и 48-битового адреса (MAC-адреса), который присваивается каждому сетевому компьютеру и используется для идентификации источников и получателей пакетов в сетях

Первоначально скорость сетей Ethernet составляла до 3 МБит/с. В настоящее время она увеличилась до 1 Гбит/с (Gigabit Ethernet ).

В большинстве локальных сетей в качестве кабеля используется витая пара (twisted pair) с разъемами типа RJ 45.

Для соединений используются концентраторы (hubs) с быстродействием 10 МБит/с (10BASE-T) или переключатели (switches) с быстродействием 100 МБит/с (100BASE-T).

Ethernet-адрес каждого компьютера фиксирован, выдается при загрузке операционной системы и может быть также выведен на консоль специальными командами ОС; например, в ОС Solaris – командой banner , которая выводит на экран стартовую информацию ОС, в том числе MAC-адрес компьютера.

Протокол TCP/IP

IP-адреса. TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) – наиболее распространенное семейство протоколов сетевого и транспортного уровня, используемых в Интернете. Основоположники TCP/IP – Роберт Кан (Robert Kahn) и Винтон Серф (Vinton Cerf) -1972 – 1974.

Протокол TCP/IP основан на использовании IP-адресов каждого хоста (компьютера), имеющих вид: a.b.c.d (все четыре числа – в диапазоне от 0 до 255) и обеспечивает пересылку по сети пакетов (packets) фиксированного размера, содержащих адрес получателя и номер пакета в сообщении. TCP/IP -протокол обеспечивает транспорт сетевых пакетов, деление сообщения на пакеты отправителем и сборку сообщения из пакетов получателем. IP-адрес может быть закреплен за компьютером постоянно Интернет-провайдером пользователя компьютера, либо присваивается компьютеру динамически (каждый раз – разный) при выходе в Интернет.

Более общее современное название TCP/IP - Internet Protocol Suite. Различаются более новая версия – IPv6 и более старая – IPv4. В версии IPv6 используется IP-адрес не из четырех, а из 6 чисел.

Протокол TCP/IP – синхронный, т.е. получатель ожидает получения каждого пакета и посылает отправителю подтверждение об этом. Другой вариант Интернет-протокола - UDP/IP (Universal Datagram Protocol / Internet Protocol) – асинхронный транспортный протокол, обеспечивающий обмен датаграммами – байтовыми массивами переменной длины; он считается менее надежным, чем TCP/IP, но работает быстрее, поэтому часто для быстрого обмена сообщениями в сетях предпочитают именно его.

Скорость TCP/IP не всегда удовлетворительна, ввиду огромного числа IP-узлов в Интернете. Для оптимизации связи между узлами сети применяются Distributed Hash Tables (DHT) – распределенные хеш-таблицы . В них собственная система имен узлов сети и более быстрого их поиска, чем с использованием TCP/IP протоколов, работающая "поверх" TCP/IP.

На рис. 23.4 изображены уровни протокола TCP/IP и перечислены основные протоколы прикладного уровня, работающие поверх TCP/IP и UDP/IP, - протокол передачи гипертекста (основа функционирования World Wide Web), протоколы передачи файлов, передачи электронной почты, взаимодействия с удаленным терминалом, управления сетью.

Рис. 23.4. Уровни протокола TCP/IP.

Устойчивость сетей к ошибкам – обнаружение ошибок и реконфигурация сетей

Обнаружение ошибок сетевой аппаратуры достаточно сложно. Для обнаружение ошибки связи может быть использован протокол "рукопожатия" (handshake) – обмена сообщениями о каждом выполненном действии (посланном и принятом сообщении). Предположим, что система A и система B установили связь. Через фиксированные интервалы времени системы должны обмениваться сообщениями типа "я в порядке" (I-am-up ), указывающими, что они нормально функционируют.

Если система A не получает сообщения через фиксированный интервал, то, по-видимому, либо другая система не работает, либо данное сообщение потеряно.

Система A теперь посылает сообщение вида: "Вы в порядке?" (are-you-up?) системе B.

Если система A не получает ответа, она может повторить сообщение или попробовать альтернативный маршрут к системе B

На практике используется следующий метод обнаружения, работает ли хост с именем hostname , - команда ping :

ping hostname (или: ping A.B.C.D с указанием IP-адреса хоста)

При выполнении этой команды происходит пробный обмен сообщениями фиксированной длины с заданным хостом, трассировка отправки и получения которых выдается на консоль, после чего выдается стандартное сообщение "Host hostname alive" (хост hostname жив). Если этих сообщений нет, видимо, связь с хостом по каким-то причинам потеряна (он перезагружается, либо нарушена связь на физическом уровне, либо произошло отключение электропитания и т.д.).

Если система A не получает обязательного ответа от системы B, она заключает, что имеет место какая-либо ошибка.

Типы ошибок:

Система B не работает

Непосредственная связь между A и B не работает

Альтернативная связь между A и B не работает

Сообщение потеряно.

Однако система A не может точно определить, почему произошла ошибка.

Реконфигурация сети. Когда система A определяет, что произошла ошибка, она должна реконфигурировать систему:

Если связь между A и B отказала, эта информация должна быть доведена до любой машины в сети.

Если имеет место отказ машины, то любая другая машина должна быть также нотифицирована о том, что сервисы, обеспечиваемые отказавшей машиной, более не доступны.

Когда связь или машина становятся доступны снова, данная информация должна также быть сообщена всем машинам в сети.

На практике при перезапуске какого-либо сервера в локальной сети имеется возможность послать всем пользователям сети предупреждение о том, что через минуту произойдет перезагрузка сервера, и они должны срочно сохранить свои данные.

Проектирование сетей

При проектировании сетей должен быть учтен целый ряд требований:

Прозрачность (transparency) – распределенная система должна быть представлена пользователю как обычная централизованная система.

Устойчивость к ошибкам (fault tolerance) – распределенная система должна продолжать функционировать в случае ошибок.

Масштабируемость (scalability) – по мере увеличения числа запросов, система должна легко воспринимать добавление новых ресурсов с целью удовлетворения новых запросов.

Для предоставления сетевых вычислительных услуг используются кластеры – совокупности полуавтономных машин, с точки зрения пользователя функционирующих как одна система.

Функционирование Ethernet-сетей

Передача сетевых пакетов между машинами в сетях Ethernet, наиболее распространенных с 1970-х гг. по настоящее время, происходит следующим образом. Каждая машина имеет уникальный IP-адрес и соответствующий Ethernet- (MAC-) адрес. Для коммуникации требуются оба адреса. Для поиска IP-адресов используется Domain Name Service (DNS). Протокол Address Resolution Protocol (ARP) используется для отображения MAC-адресов в IP-адреса.

Если машины находятся в одной и той же локальной сети, то может использоваться ARP. Если машины в разных локальных сетях, то машина-отправитель посылает пакет маршрутизатору (router ), который маршрутизирует данный пакет до принимающей сети.

Структура сетевого пакета в Ethernet-сети изображена на рис. 23.5 .

Рис. 23.5. Структура сетевого пакета в сетях Ethernet.

Как видно из схемы, пакет начинается со стандартной последовательности байтов. Он содержит Ethernet-адреса получателя и источника, длину сообщения, само сообщение (пересылаемые данные) и контрольную сумму. Структура пакета достаточно проста и особых комментариев не требует.

Некоторые современные сетевые протоколы

Протокол GPRS. Изложение классических основ сетевых протоколов и их стандартов завершим рассмотрением некоторых современных сетевых протоколов различных уровней, имеющих особенно важное практическое значение. В данном разделе рассмотрим протокол GPRS.

GPRS (General Packet Radio Service) - протокол беспроводной радиосвязи уровня связывания данных (уровня 2) по модели ISO, широко используемый в мобильной связи (GSM). Данный протокол "понимает" структуру IP-пакетов. Обеспечивается реальная скорость связи до 60 КБит / с, сравнимая со скоростью обычного модема и обмена через телефонную линию (dial-up).

Используется для реализации SMS (текстовых сообщений), MMS (мультимедийных сообщений), Instant messaging and presence (отправки и получения мгновенных сообщений), WAP (упрощенного доступа к Web для мобильных телефонов), мобильного Интернета

В некоторых местностях и странах GPRS является фактически единственным способом организации связи для передачи данных и выхода в Интернет. Настоятельно рекомендуется при выборе мобильного телефона обращать внимание на поддержку протокола GPRS.

При использовании TCP/IP GPRS-протокол присваивает каждому мобильному телефону один или несколько IP-адресов и обеспечивает надежную пересылку IP-пакетов. IP-адреса, как правило, присваиваются динамически.

Для маршрутизации пакетов используются точки доступа (access points) со своими именами Access Point Names (APNs). При настройке GPRS в мобильном телефоне необходимо указать APN, предоставляемое Вашим провайдером (например, МТС)

При использовании телефона как GPRS-модема (для выхода в Интернет, приема электронной почты и т.д.) связь с компьютером осуществляется через Bluetooth или через инфракрасный порт (IrDA).

Не следует путать GPRS с GPS (глобальной системой спутниковой навигации), как иногда делают, в чем неоднократно убеждался автор.

Схема функционирования протокола GPS изображена на рис. 23.6 .

Рис. 23.6. Протокол GPRS: Схема работы.

Семейство протоколов Wi-Fi (IEEE 802.11x)

Wi-Fi (IEEE 802.11x) – это семейство протоколов уровня связывания данных (уровня 2 по модели ISO) для беспроводной радиосвязи в локальных сетях (WLAN). Другое неофициальное (более старое) название того же семейства протоколов – RadioEthernet .

Используется для выхода в Интернет, передачи голосовых сообщений через TCP/IP (VoIP), связи с мультимедийными устройствами (цифровыми камерами, проекторами и т.п.)

Скорость передачи данных – от 11 МБит / с (по стандарту 802.11b) до 54 МБит/с (по стандартам 802.11a и 802.11c).

Wi-Fi - связь доступна в радиусе действия точки доступа (access point) ~ 200-250 метров. Зона доступа Wi-Fi носит название hotspot. Типичная зона доступа – гостиница, аэропорт, вокзал, Интернет-кафе.

Wi-Fi – адаптеры встраиваются в портативные компьютеры, органайзеры (PDA), коммуникаторы.

Преимущества Wi-Fi: при наличии точки доступа в соответствующей окрестности, доступ в Интернет возможен везде.

Недостатки Wi-Fi: локальный характер связи; различие числа Wi-Fi каналов в Европе, Америке и Азии; недостаточная безопасность; на практике, недостаточная надежность при числе пользователей 1000 – 10000 и более; связь Wi-Fi не безвредна для здоровья (поэтому ограничена для использования в странах Евросоюза).

Wi-MAX – более высокоскоростной вариант Wi-Fi (со скоростью передачи данных до 1 Гбит / с) с большим радиусом действия. В настоящее время отечeственные коммуникационные фирмы активно ведут работу по покрытию территории РФ сетями Wi-MAX.

Обмен мгновенными сообщениями (Instant Messaging and Presence)

Instant Messaging and Presence (IMP) - семейство протоколов и технологий верхнего уровня (application layer) для обмена сообщениями между клиентами, использующими мобильные телефоны, коммуникаторы, лаптопы и перемещающимися из одной точки в другую.

IMP использует адреса, сходные с email-адресами, например: node@domain/work – XMPP-адрес.

Посылаемые сообщения – как правило, текстовые, но также возможно посылать и графические образы.

Основные понятия IMP: IMP client – пользователь сети; presence – информация о присутствии клиента на связи; presentity (presence server ) – сервер сети, обеспечивающий регистрацию клиентов и выдачу информации о присутствии на связи.

Основные протоколы IMP: SIMPLE / SIP; XMPP (Jabber); Wireless Village .

Лаборатория Java-технологии СПбГУ под научным руководством автора в 2003 – 2006 гг. выполнила работы для лаборатории Panasonic Research по реализации Java-библиотек для мгновенных сообщений (JSR 164 / 165 / 186 / 187) и разработке комплексов тестов для их тестирования (TCKs).