Тема 13. Стеки протоколов

User Rating: 5 / 5

Star ActiveStar ActiveStar ActiveStar ActiveStar Active
 
Тема 13. Стеки протоколов

 

Закрепление модели OSI

Вы изучили модель OSI, состоящую из семи уровней. Сейчас мы повторим передачу информации в компьютерной сети используя модель OSI.

Разберем работу клиента с файловым сервером.

Предположим, приложение обращается с запросом к прикладному уровню OSI, например к файловой службе. На основании этого программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата. Обычное сообщение состоит из заголовка и поля данных. Заголовок содержит служебную информацию, которую необходимо передать через сеть прикладному уровню машины-адресата, чтобы сообщить ему, какую работу надо выполнить. В нашем случае в заголовке должна быть информация о месте нахождения файла и о типе операции, которую необходимо над ним выполнить. Поле данных сообщения может быть пустым или содержать какие-либо данные, например те, которые необходимо записать в удаленный файл. Для того чтобы доставить информацию по назначению, предстоит решить еще много задач, ответственность за которые несут нижележащие уровни.

После формирования сообщения прикладной уровень направляет его вниз по стеку представительному уровню. Протокол представительного уровня на основании информации, полученной из заголовка прикладного уровня, выполняет требуемые действия и добавляет к сообщению собственную служебную информацию – заголовок представительного уровня, в котором содержатся указания для протокола представительного уровня машины-адресата. Полученное в результате сообщение передается вниз сеансовому уровню, который в свою очередь добавляет свой заголовок и т.д. (Некоторые реализации протоколов помещают служебную информацию не только в начале сообщения в виде заголовка, но и в конце, в виде так называемого «концевика».) Наконец, сообщение достигает нижнего, физического уровня, который собственно и передает его по линиям связи машине-адресату. К этому времени сообщение «обрастает» заголовками всех уровней.

Когда сообщение по сети поступает на машину-адресат, оно принимается ее физическим уровнем и последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, выполняя соответствующие данному уровню функции, а затем удаляет этот заголовок и передает сообщение вышележащему уровню.

На каждом уровне OSI единица данных называется пакетом, но на некоторых уровнях используются и другие названия: биты, кадры, дейтаграммы, сегменты, сообщения.

В модели OSI различают два основных типа протоколов. В протоколах с установлением соединения (connection-oriented) перед обменом данными отправитель и получатель сначала устанавливают соединение и оговаривают некоторые параметры протоколов. После завершения диалога они разрывают соединение. Телефон – пример взаимодействия, основанного на установлении соединения.

Вторая группа протоколов – без предварительного установления соединения (connectionless) также называемым дейтаграммным (datagram). Отправитель просто передает сообщение когда оно готово. Опускание письма в почтовый ящик – это пример связи без предварительного установления соединения.

Три первых уровня – физический, канальный и сетевой – являются сетезависимыми, так как протоколы этих уровней тесно связаны с технической реализацией сети и используемым телекоммуникационным оборудованием. Замена оборудования в сети часто влечет замену протоколов канального и физического уровня.

Три верхних уровня – прикладной, представительный и сеансовый – ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей построения сети. На протоколы этих уровней не влияют какие-либо изменения в топологии сети или замена оборудования.

Транспортный уровень является промежуточным, он скрывает все детали функционирования нижних уровней от верхних. Это позволяет разрабатывать приложения, не зависящие от технических особенностей сети.

Соответственно любое сетевое оборудование работает на трех нижних уровнях OSI. Повторители, разъемы и модемы – физический. Мосты, коммутаторы, сетевые адаптеры – канальный. Маршрутизатор – сетевой. Исключением являются шлюзы, которые представляют собой аппаратно-программный комплекс. Шлюзы, работающие на верхних уровнях, являются программами и не используют какое-либо оборудование.

Стандартизация

Работы по стандартизации компьютерных сетей ведутся большим количеством организаций. Различают:

- стандарты отдельных фирм (например, стек протоколов DECnet фирмы Digital Equipment)

- стандарты специальных комитетов и объединений. В такие структуры входит несколько фирм. Например, стандарты ATM, разрабатываемые специально созданным объединением ATM Forum или стандарты союза Fast Ethernet Alliance по разработке 100 Мбит Ethernet

- национальные стандарты, например стандарт FDDI, разработанный Американским национальным институтом стандартов ANSI

- международные стандарты, например модель OSI Международной организации по стандартизации ISO, стандарты сетей X.25, frame relay, ISDN Международного союза электросвязи ITU.

Некоторые стандарты непрерывно развиваются и переходят из одной категории в другую. Например, фирменные стандарты на продукцию, при получившую широкое распространение, обычно становятся международными стандартами де-факто, и производителям из других стран приходится следовать фирменным стандартам для обеспечения совместимости своих изделий. Например, стандарт фирмы IBM на персональный компьютер стал международным стандартом де-факто.

Некоторые стандарты ввиду широкого распространения становятся де-юре основой для национальных и международных стандартов. Стандарт Ethernet был первоначально разработан компаниями Digital Equipment, Intel и Xerox, через некоторое время был принят в несколько измененном виде как национальный стандарт IEEE 802.3, а затем ISO утвердила его как международный стандарт ISO 8802.3.

Проведем обзор организаций, активно и успешно занимающихся разработкой стандартов в области компьютерных сетей.

- Международная организация по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO) – ассоциация ведущих национальных организаций по стандартизации разных стран. Утвердила модель OSI и разработанный в соответствии с ней стек протоколов OSI.

- Международный союз электросвязи (International Telecommunication Union, ITU) – специализированный орган ООН. В рамках союза действует Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии (МККТТ, Consultative Committee on International Telegraphy and Telephony, CCITT). Сейчас комитет сменил название на Сектор телекоммуникационной стандартизации ITU (ITU Telecommunication Standardization Sector, ITU-T). Основа – разработка международных стандартов в области телефонии, электронной почты, факсимильной связи, телетекста и т.д., передачи аудио- и видеосигналов. Раз в четыре годы издаются так называемые «Книги», содержащие стандарты. Примеры: цифровая сеть с интеграцией услуг ISDN, протоколы X.25, X.400, X.500.

- Институт инженеров по электронике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE) – национальная организация США, определяющая сетевые стандарты. В 1981 г рабочая группа 802 этого института сформулировала основные спецификации для локальный сетей, самыми известными из которых стали 802.1, 802.2, 802.3 и 802.5, описывающие общие понятия в области локальных сетей и стандарты Ethernet и Token Ring.

- Европейская ассоциация производителей компьютеров (European Computer Manufacturers Association, ECMA) – некоммерческая организация, сотрудничающая с ITU-T и ISO. Стандарт передачи текста и изображений ECMA-101

- Ассоциация производителей компьютеров и оргтехники (Computer nad Business Equipment Manufacturers Association, CBEMA) – американская организация аналогичная ECMA

- Ассоциация электронной промышленности (Electronic Industries Association, EIA) – национальная коммерческая организация США, группа производителей электронного и сетевого оборудования. Стандарты коннекторов, проводов и др. Наиболее известен – RS-232C.

- Министерство обороны США (Department of Defense, DoD) имеет многочисленные подразделения, создающие стандарты для компьютерных систем. Наиболее известен стек протоколов TCP/IP

- Американский национальный институт стандартов (American National Standards Institute, ANSI) – представляет США в ISO. Совместно с IBM разрабатывают архитектуру SNA. Стандарт FDDI. Также ANSI разрабатывает стандарты языков программирования, интерфейс SCSI, рекомендации по переносимости для C, FORTRAN, COBOL.

Особое место в выработке международных открытых стандартов занимают стандарты Internet. Эти стандарты становятся международными стандартами де-факто, утверждаются и приобретают статус официальных международных стандартов. Существует несколько организационных подразделений, отвечающих за развитие Internet и за стандартизацию средств Internet.

Основное – Internet Society (ISOC) – профессиональное сообщество, занимающееся вопросами эволюции и роста Internet. Под управлением ISOC работает Internet Architecture Board (IAB) – технический контроль и координация работ в Internet. IAB – конечная инстанция для определения новых стандартов Internet.

В IAB входят две основные группы – Internet Engineering Task Force (IETF) и Internet Research Task Force (IRTF). IETF – инженерная группа, занимающаяся решением ближайших технических проблем Internet. IRTF координирует долгосрочные исследовательские проекты. Список утвержденных официальных стандартов Internet публикуется в виде документа RFC (Request for Comments) с соответствующим порядковым номером. Все стандарты Internet носят название RFC, но не все RFC являются стандартами Internet, часто RFC это комментарии к какому-либо стандарту или описания некоторых проблем Internet.

Введение

Вы изучили модель OSI. Нельзя забывать, что модель OSI является абстрактной моделью, по каждому уровню в ней даются лишь концептуальные темы и методы. Однако, компьютерные сети требуют конкретных спецификаций, на основе которых они и строятся. Эти конкретные спецификации и называются протоколами (protocols).

Протокол – это совокупность формализованных правил, соглашений и стандартов. В нашем курсе, протоколы являются практической реализацией тем и методов модели OSI. Пакетом протоколов (protocol suite) мы будем называть группу спецификаций, которые используются совместно. Стеком протоколов (protocol stack) мы будем называть пакет протоколов, выстроенный в логической иерархии.

Обычно протоколы создаются организациями, занимающимися выработкой стандартов по компьютерным сетям. После стандартизации протокола, разработчики программ и устройств применяют его в своих продуктах.

Очень трудно создать полностью универсальный протокол, который бы удовлетворял всех разработчиков. Существуют даже различные реализации одного и того же протокола (можно привести аналогию – теоретическую задачу можно решить многими способами и многими путями). Хотя оборудование, использующее различные реализации теоретически может взаимодействовать, необходимо предварительно проводить тесты на его совместимость.

Используемые протоколы не всегда в точности соответствуют модели OSI. Некоторые протоколы осуществляют функции, выходящие за рамки одного уровня OSI или наоборот, не осуществляют полностью функции какого-либо уровня. Данное несоответствие связано с тем, что многие протоколы были разработаны еще до принятия модели OSI.

В принципе, компьютерная сеть может работать на своих закрытых протоколах, не соответствующих модели OSI, (какие проблемы?) но в таком случае возникают проблемы взаимодействия с другими устройствами и другими протоколами. Проблема совместимости привела к повсеместному внедрению открытой системы OSI. Модель OSI не описывает какого-либо конкретного протокола, она дает стандартную схему взаимодействия в компьютерной сети.

Некоторые организации постарались видоизменить свои протоколы в соответствие с моделью OSI. Другие доказывали преимущество своих протоколов и построили свою открытую модель. В результате, современные стеки протоколов находятся в различной степени соответствия модели OSI. В любом случае, модель OSI является незаменимым средством сравнения принципиально разных протоколов, выполняющих одинаковые функции.

Далее будут рассмотрены несколько наиболее популярных стеков сетевых протоколов. Каждый стек состоит из десятков (и даже сотен) протоколов, и в курсе будут рассмотрены только самые фундаментальные из них. При рассмотрении каждого протокола будет использоваться модель OSI в качестве основы.

Стек протоколов Netware (IPX/SPX)

Стек является оригинальным стеком протоколов фирмы Novell, разработанным для сетевой операционной системы NetWare в начале 80-х годов. Корни стека Netware идут из стека протоколов Xerox Network System (XNS), разработанного в 60-х годах. Популярность стека IPX/SPX непосредственно связана с операционной системой Novell Netware, которая еще сохраняет мировое лидерство по числу установленных систем, хотя в последнее время ее популярность снизилась и по темпам роста она отстает от Microsoft Windows NT.

ОС Novell Netware обеспечивает весь спектр сетевых служб в сети на основе сервера, для одноранговой сети существует версия Personal Novell Netware.

Стек протоколов Netware не имеет точного соответствия с моделью OSI.

Соответствие стека IPX/SPX модели OSI можно проиллюстрировать следующей таблицей.

Протокол Уровень OSI Темы Методы

MLID (Multiple Link Interface Driver) Data Link -MAC Media access Contention

Token passing

Polling*

LSL (Link Support Layer) Data Link-LLC Зависят от протокола Обеспечивают интерфейс между MLID и протоколом более высокого уровня

IPX (Internetwork Packet Exchange Protocol) Network Addressing Logical network

Service

Route selection Dynamic

Connection services Connectionless

RIP-Router Information Protocol Network Route discovery Distance vector

NLSP-NetWare Link Services Protocol Network Route discovery Link-state

SPX-Sequenced Packet Exchange Protocol Transport Addressing Connection identifier

Segment development Division and combination

Connection services Segment sequencing

Error control

End-to-end flow control

NCP-NetWare Core Protocols Transport Connection services Segment sequencing

Error control

End-to-end flow control

Session Session administration Data transfer

Presentation Translation Character code

File syntax

Application Service use OS redirector

Collaborative

SAP-Service Advertising Protocol Application Service advertisement Active

NDS – Netware Directory Services Application Service advertisement Passive

MLID (Multiple Link Interface Driver)

MLID – это стандарт драйверов сетевых плат. Каждый драйвер представляет собой программу, поддерживающую концепцию Novell Open Data-Link Interface (ODI). ODI упрощает разработку сетевых драйверов для широкого разнообразия сетевых адаптеров и набора сетевых протоколов. Сетевой адаптер ODI может работать со множеством протоколов. Разработчик сетевого адаптера может поставлять только драйвер ODI для работы с протоколами.

MLID – реализация концепции ODI в рамках IPX/SPX. Сам по себе MLID не связан с каким-либо стеком протоколов и может использовать разные протоколы канального и физического уровней (Ethernet, FDDI, Token Ring, Fast Ethernet, ATM, 100VG-AnyLAN). MLID ничего не знает о более высоких протоколах, протоколы ничего не знают о физической среде.

Протокол MLID работает на MAC подуровне канального уровня модели OSI и может реализовывать все три метода доступа к среде. Пример MLID – драйвер ne2000.com, который используется для многих сетевых карт.

LSL (Link Support Layer)

LSL – это интерфейс между MLID и протоколами более высоких уровней. LSL уровень обрабатывает заголовки пакетов и перенаправляет пакеты на более высокие уровни. LSL функционирует на LLC подуровне канального уровня OSI.

IPX (Internetwork Packet Exchange Protocol)

IPX является протоколом без установления связи сетевого уровня. (Такие протоколы еще называют дейтаграммными). Он произошел из XNS Internetwork Datagram Protocol (IDP). Как протокол сетевого уровня, IPX осуществляет адресацию и маршрутизацию пакетов. В состав сетевого адреса входит физический адрес (рассматриваемый на более низком уровне) и адрес службы (рассматриваемый на более высоком уровне). IPX осуществляет динамический выбор маршрута на основании информации, получаемой с помощью Routing Information Protocol (RIP).

Поскольку IPX не ориентирован на установление связи, он не подходит для некоторых типов сетевых коммуникаций (например, подсоединение рабочих станций в терминал). IPX хорошо подходит для рассылки широковещательных сообщений (например, сообщения синхронизации времени).

IPX изначально разрабатывался для применения в локальных сетях, поэтому он является одним из самых экономичных протоколов локальных сетей.

RIP (Router Information Protocol)

Протокол RIP также произошел из XNS. RIP – протокол маршрутизации, использующий алгоритм дистанционно-векторного типа (вспомнить что это такое) для выявления маршрута и использующий количество хопов для определения цены маршрута. Хотя RIP в стеке IPX/SPX реализован в виде службы (она даже имеет свой адрес службы), он жестко привязан к IPX и осуществляет функции сетевого уровня.

NLSP (NetWare Link Services Protocol)

Протокол NLSP является протоколом маршрутизации, использующий алгоритм состояния связей для выявления маршрута. Он основан на протоколе OSI, называемом IS-IS (Intermediate System to Intermediate System). NLSP поддерживает сети с повышенной отказоустойчивостью с топологией сетка (mesh).

SPX (Sequenced Packet Exchange Protocol)

SPX является протоколом транспортного уровня, расширенной версией IPX, с реализованным обслуживанием соединений. SPX – протокол с установлением связи, он отвечает за надежную доставку. SPX произошел от протокола Xerox Sequenced Packet Protocol.

SPX организует соединения с помощью виртуальных каналов. Каждое соединение получает свой идентификатор CID, помещаемый в заголовок пакета. Каждая служба может поддерживать несколько соединений, различая их по CID. (Например, служба печати может одновременно вести диалог с несколькими клиентами, используя различное CID для каждого клиента) Поддерживание нескольких соединений одновременно также называется connection multiplexing. Протокол SPX осуществляет сегментацию: разбивку поступающих сверху данных на сегменты. Обслуживание соединений реализуется полностью – упорядочивание пакетов, контроль ошибок, конечное управление потоком.

NCP (NetWare Core Protocols)

NCP – протокол взаимодействия сервера NetWare и оболочки рабочей станции. Через NCP работает множество сетевых служб (например служба печати и файловая служба). В NCP реализован свой язык, который можно использовать при составлении программ «низкого уровня» для NetWare. С помощью этого языка обеспечивается передача запросов и ответов между сервером и клиентом, и таким образом реализуется «прозрачный» доступ к службам.

Например, на файловом сервере необходимо выбрать файл и получить его. Приложение будет обращаться к серверу через протокол NCP, используя запросы и ответы:

Запрос: Рабочая станция X запрашивает готовность сервера Z

Ответ: Файловый сервер Z подтверждает готовность к запросу

Запрос: Рабочая станция X посылает спецификацию файла Y на файл сервер Z

Ответ: Файловый сервер Z отсылает обратно результат поиска файлов с данной спецификацией Y

Запрос: Рабочая станция X запрашивает конкретный файл Y1

Ответ: Файловый сервер Z проверяет права доступа на файл Y1

...

Ответ: Файловый сервер посылает файл Y1 на рабочую станцию X разбитый на 20 пакетов

Каждый запрос и ответ подтверждается при приеме. Происходит своеобразный эффект «пинг-понга».

Так как NCP может пользоваться услугами IPX, то на NCP реализуются все средства обслуживания соединений транспортного уровня, которые не обеспечивает IPX. NCP управляет администрированием передачи данных на сеансовом уровне. На прикладном уровне NCP отвечает за использование службы и поддерживает редиректор системы.

В стеке IPX/SPX на сетевом уровне обычно используется протокол IPX, а на транспортном уровне и выше – протокол NCP.

SAP (Service Advertising Protocol)

SAP используется для объявления служб. Каждый сервер периодически и широковещательно рассылает SAP объявления о службах с помощью пакетов Service Identification Packet. Клиенты получают информацию о доступности службы и об адресе службы. Клиенты могут сами опрашивать серверы с помощью пакетов Service Query Packet.

В версии NetWare 4.x и выше уже реализована служба каталогов NetWare Directory Services (NDS), позволяющая сократить широковещательный трафик пакетов SAP.

Пример работы стека Netware

Следующий пример наглядно демонстрирует работу протоколов стека NetWare. В качестве примера возьмем запрос на чтение файла с файлового сервера.

1. Запрос на чтение файла поступает через локальную операционную систему к клиентской службе Netware – NetWare DOS Requestor

2. Requestor формирует вызов на языке NCP и этот вызов добавляется в качестве заголовка NCP на уровень IPX

3. IPX добавляет свой заголовок с сетевым адресом и пакет передается на LSL

4. LSL определяет какой канальный протокол будет использоваться и передает пакет к выбранному MLID.

5. MLID подготавливает данные и передает их на физический уровень, который уже генерирует сигнал.

6. Физический уровень сервера принимает сигнал и передает его на свой MLID.

7. MLID декодирует сигнал, удаляет все заголовки канального уровня и передает результат на LSL.

8. LSL передает данные на IPX.

9. IPX определяет нужное гнездо, удаляет заголовок IPX и передает запрос на выбранное NCP гнездо.

10. NCP определяет и исполняет запрос на файловом сервере.

Стек протоколов Internet (TCP/IP)

§5.1.6-§5.4 Олифера

Стек протоколов Internet был разработан в 1970-х годах Министерством обороны США (Department of Defense) для связи глобальных сетей с различными типами компьютеров и операционных систем. Стек получил свое название от двух самых известных своих протоколов: Transmission Control Protocol (TCP) и Internet Protocol (IP). Сейчас стек протоколов TCP/IP является самым популярным.

Одна из причин популярности состоит в том, что никто не является владельцем стека TCP/IP. Стек TCP/IP является открытым стеком, и его поддерживают подавляющее большинство производителей оборудования и операционных систем. Изначально протокол TCP/IP применялся в системах Unix, в частности, был встроен в BSD (Berkeley Standard Distribution) версию Unix. С тех пор TCP/IP получил всестороннее признание сообщества Unix и сейчас поддерживается всеми версиями этой системы.

Стек протоколов TCP/IP был разработан за 10 лет до принятия модели OSI, поэтому он не полностью ей соответствует и состоит из 4 уровней. (см. рис) Протоколы Internet не касаются физического и канального уровня, т.е. они работают поверх разных существующих стандартов, например, поверх Ethernet. В такой универсальности состоит одна из причин успеха TCP/IP.

Верхний уровень стека TCP/IP называется уровнем обработки (process layer). В него входят протоколы TELNET, FTP, SMTP, HTTP и другие. Протоколы уровня обработки обеспечивают работу сетевых служб. Уровень обработки соответствуют трем верхним уровням OSI: Прикладному, Представительному, Сеансовому.

Третий уровень TCP/IP называется «узел-узел» (host-to-host). На нем реализуются два протокола: TCP and UDP. Они обеспечивают прием и передачу данных с других систем. Третий уровень TCP/IP точно соответствует транспортному уровню OSI.

Второй уровень TCP/IP называется межсетевым (internet) соответствует сетевому уровню OSI. На нем рассматриваются протоколы IP, ICMP, RIP, OSPF, ARP.

Первый уровень называется уровнем доступа к сети (network access) и реализуется другими протоколами канального и физического уровней, не входящими в стек TCP/IP.

Соответствие стека TCP/IP модели OSI можно проиллюстрировать следующей таблицей.

Протокол Уровень OSI Темы Методы

IP - Internet Protocol Network Switching Packet

Route selection Dynamic

Connection services Error control

ICMP - Internet Control Message Protocol Network Connection services Error control

Network-layer flow control

RIP - Routing Information Protocol Network Route discovery Distance vector

OSPF - Open Shortest Path First Network Route discovery Link-state

TCP - Transmission Control Protocol Network Addressing Service

Transport Addressing Connection identifier

Segment development Division and combination

Connection services Segment sequencing

Error control

End-to-end flow control

UDP - User Datagram Protocol Network Addressing Service

Transport Segment development Division and combination

Connection services Connectionless

ARP - Address Resolution Protocol Network Address resolution Зависит от протокола, вычисляется по логическому адресу подсети и физическому адресу устройства

DNS - Domain Name System Transport Address/name resolution Service-provider -initiated

FTP - File Transfer Protocol Session Session administration Connection establishment

File transfer

Connection release

Presentation Translation File syntax

Application Network services File services

Service use Collaborative

SMTP - Simple Mail Transfer Protocol Application Network services Message services

TELNET - Remote Terminal Emulation Session Dialog control Half-duplex

Session administration Connection establishment

File transfer

Connection release

Presentation Translation Byte order Character code

Application Service use Remote operation

RPC - Remote Procedure Call Session Session administration Connection establishment

File transfer

Connection release

XDR - External Data Representation Presentation Translation Byte order

Character code

File syntax

NFS - Network File System Application Network services File services

Service use Remote operation

IP (Internet Protocol)

IP – протокол сетевого уровня с использованием дейтаграммной коммутации пакетов без установления соединения. Он выполняет сетевую IP адресацию и динамический выбор маршрута. Протокол IP разбивает поступающие сверху пакеты на более мелкие части при необходимости. Далее IP добавляет заголовок и передает пакет на канальный уровень в качестве кадра.

IP использует динамическую маршрутизацию: на каждом хопе происходит выбор маршрута в соответствии с таблицами маршрутизации. В качестве обслуживания соединений IP осуществляет только контроль ошибок заголовка: в IP заголовок помещается контрольная сумма. Но контрольная сумма проверяет только заголовок а не пакет в целом.

Обычно длина пакета около 1 кб, максимальная длина 65535 байт. Заголовок обычно занимает 20 байт.

ICMP (Internet Control Message Protocol)

ICMP (протокол межсетевых управляющих сообщений) является протоколом сетевого уровня, работающим совместно с IP. ICMP обеспечивает обслуживание соединений на сетевом уровне: он определяет перегрузку, обрыв связи и другие ошибки. ICMP используется для информирования IP и протоколов более высоких уровней о таких сетевых ошибках.

RIP (Routing Information Protocol)

RIP это протокол маршрутизации основанный на алгоритме дистанционно-векторного типа (DVA). Маршрутизаторы периодически (раз в 30 секунд) и широковещательно пересылают свои таблицы по своим подсетям. В качестве цены маршрута используется количество хопов. RIP присущи все недостатки DVA протоколов – плохая работа в больших и сложных интерсетях. IP RIP по своим функциям похож на IPX RIP, хотя они являются разными протоколами.

OSPF (Open Shortest Path First)

OSPF был разработан как замена RIP и является протоколом маршрутизации с использования алгоритма состояния связей (LSA). Соответственно маршрутизаторы владеют графом структуры сети, и могут более грамотно строить маршрут в интерсетях. OSPF выполняет распределение загрузки каналов (load balancing), то есть при наличии нескольких путей с одинаковой ценой, направляет пакеты попеременно по этим путям.

TCP (Transmission Control Protocol)

TCP (протокол управления передачей) является главным транспортным протоколом Internet с установлением соединения. Он принимает сообщения любого размера с верхних уровней, обеспечивает конечное обслуживание соединений и дуплексный режим работы.

TCP принимает поток данных, разбивает его на сегменты и передает их на сетевой уровень протоколу IP. TCP присваивает каждому сегменту номер и при приеме производит упорядочивание. Также возможна агрегация сегментов, когда в один сегмент входят данные от нескольких сетевых служб.

Если задача IP заключалась в передаче данных между произвольными устройствами сети, TCP передает данные между любыми службами на любых узлах сети.

Пакетам каждого соединения присваивается идентификатор соединения CID, который также называется портом. Для некоторых служб номера портов закреплены и стандартизированы. Например, FTP: 21. Каждый порт может поддерживать несколько соединений и таким образом осуществлять их мультиплексирование.

Протокол TCP по своей функциональности похож на SPX.

UDP (User Datagram Protocol)

Протокол UDP (протокол дейтаграмм пользователя) принадлежит к транспортному уровню, но в отличие от TCP не устанавливает логического соединения и не использует подтверждений. UDP просто осуществляет обмен дейтаграммами между сетевым и высшими уровнями. UDP также использует адрес службы, называемый портом. Порт здесь является просто указателем на конкретную службу, а не идентификатором соединения. Номера портов в TCP и UDP разные, и не влияют друг на друга. 21 порт в UDP не зависит от 21 порта в TCP.

Так как UDP не выполняет процедуры установления соединения и контроля потока, он работает быстрее чем TCP.

UDP подходит для сетей, где быстродействие важнее надежной доставки. Также для приложений, передающих данные небольшого объема за один раз.

ARP (Address Resolution Protocol)

Протокол ARP формирует сетевой IP адрес используя комбинацию физического адреса устройства и логического адреса подсети. Сетевой IP адрес состоит из 4 байт, каждый из них представлен в десятичной системе и отделен точкой. Например, 195.151.147.4.

ARP использует широковещательные пакеты или составленную ранее таблицу адресов для определения соответствия IP адреса и физического адреса.

Каждому узлу в сети может быть также присвоено и несколько логических имен. Например, www.vspu.kirov.ru. Человеку легче запомнить имя а не четыре числа. Протокол ARP также определяет соответствие логического имени и цифрового сетевого адреса.

IP адресация

IP адрес состоит из двух логических частей – номера сети и номера узла в сети. Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая – к номеру узла, определяется значениями первых бит адреса. Соответственно выделяют классы IP адресов.

A 0,номер сети номер узла номер узла номер узла

B 10, номер сети номер сети номер узла номер узла

C 110, номер сети номер сети номер сети номер узла

D 1110 Multicast

E 11110 зарезервирован

Номер сети класса A может быть в диапазоне от 1 до 126. Таких сетей немного, зато количество узлов в такой сети может достигать 16 млн. Сети класса B – средних размеров, число узлов в них около 65 тыс. В сети класса C может быть 255 узлов. Класс D – особый групповой адрес Multicast. Пакет получат все узлы, владеющие таким адресом. Класс E – зарезервирован для будущих применений.

Существует несколько особых IP адресов. Если в поле номера сети стоят нули, то считается что узел назначения принадлежит той же сети, что и узел отправления. Если в поле номера узла стоят только единицы, то пакет рассылается всем узлам данной сети. Например, пакет с адресом 195.151.147.255 достигнет всех узлов сети 195.151.147.0.

Специальный адрес 127.0.0.1 служит для тестирования и называется loopback. Данные, переданные на такой адрес, возвращаются обратно не передаваясь по сети.

Существует второй метод распределения границ сети и узла – с помощью маски. Маска – это число, используемое в паре с IP адресом. Двоичная запись маски содержит единицы в тех разрядах, которые должны в IP адресе интерпретироваться как номер сети. Например: класс A – 255.0.0.0, класс B – 255.255.0.0, класс C – 255.255.255.0. Снабжая каждый IP адрес маской можно отказаться от понятий классовой адресации и сделать ее более гибкой. Например, адрес 185.23.44.206 относится к сети 185.23.0.0, номер узла – 44.206, но если указать маску 255.255.255.0, то номером сети будет 185.23.44.0. А 206 – номер узла в сети.

DNS (Domain Name System)

DNS – это распределенная база данных, производящая преобразование имени по запросу клиента в сетевой адрес и обратно. Записи в DNS связаны иерархией имен: например, в имени www.vspu.kirov.ru, ru обозначает Россию, kirov – регион, vspu – клиента в регионе, а www – компьютер или службу у клиента.

FTP (File Transfer Protocol)

Протокол FTP позволяет передавать файлы между двумя компьютерами. FTP обеспечивает защиту с помощью пароля на соединение, передачу списка файлов, выполнение операций с файлами, исполнение файлов. FTP может использоваться для передачи файлов между двумя разными операционными системами, так как язык запросов FTP не зависит от локальной ОС.

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)

SMTP – протокол маршрутизации электронной почты, который использует TCP и IP для передачи сообщений между компьютерами. SMTP не обеспечивает интерфейс для конечного пользователя. Для чтения и написания писем, для управления почтовым ящиком требуются специальные пользовательские почтовые программы.

TELNET (Remote Terminal Emulation)

TELNET позволяет пользователям получать доступ к приложениям сервера, используя клиентские компьютеры в роли терминалов. Так же как и FTP, TELNET обеспечивает связь между разными операционными системами, например UNIX и VMS.

NFS (Network File System)

NFS была впервые разработана фирмой Sun Microsystems в рамках концепции Sun ONC (Open Network Computing). Три самых популярных протокола – это NFS, XDR (external Data Representation, Прикладной уровень), and RPC (Remote Procedure Call, Сеансовый уровень).

Для внедрения этих протоколов, Sun сделала их открытыми. Далее они были приняты и доработаны сообществом Интернет.

NFS отличается от таких протоколов как FTP и TELNET своей «прозрачностью». NFS позволяет пользователям различных компьютеров работать с удаленными файлами так же легко, как и с локальными. Пользователь может не знать никаких специализированных команд.

Протокол XDR позволяет передавать данные в специальном кодированном формате, не зависящем от операционной системы. XDR реализуется в виде серии библиотек, позволяющих программистам встраивать XDR в приложения.

RPC функционирует следующим образом. Редиректор перенаправляет запрос на локальные или сетевые ресурсы в зависимости от места расположения ресурса. Существуют специальные сервера RPC, которые могут хранить несколько RPC запросов и файлов. Сервер принимает запрос и отсылает клиенту результат запроса.

Пример работа стека Internet

Покажем на примере работу стека TCP/IP. Клиент ранее запросил передачу файла через уже открытый TCP порт и передача является ответом на запрос.

1. Операционная система сервера передает непрерывный поток данных протоколу TCP

2. Протокол TCP определяет, что поток превышает размер пакета более низких уровней, и разбивает поток на сегменты. Каждому сегменту присваивается порядковый номер и каждый сегмент передается протоколу IP.

3. На сетевом уровне формируются дейтаграммы с помощью добавления логических адресов приемника и источника в каждый сегмент.

4. С помощью ARP определяется физический адрес устройства назначения или устройства следующего хопа, адрес добавляется в пакет и передается на канальный уровень.

При передаче происходит также и ряд других операций. В интерсети на каждом хопе происходит определение следующего IP адреса в маршруте.

5. Канальный уровень клиента принимает кадры и передает их на сетевой уровень.

6. Протокол IP отбрасывает свои заголовки и передает дейтаграммы на транспортный уровень.

7. Протокол TCP подтверждает прием каждого сегмента, и воссоздает исходный поток данных комбинируя сегменты с помощью порядковых номеров.

8. FTP сервис клиента принимает поток данных и передает его локальной операционной системе.

Стек протоколов DNA (Digital Network Architecture)

DNA, сетевая цифровая архитектура, была создана компанией Digital Equipment Corporation (DEC) в 1974 году. Ее также называют DecNET. Сейчас используется пятая итерация этой архитектуры.

Архитектура DNA совершенствовалась много лет, отражая изменения в сетевых технологиях. DNA является сложной архитектурой, достаточно хорошо соответствующей всем семи уровням OSI. (см. рис)

В пятой итерации DNA разделилась на две половины на транспортном уровне и выше. Первая половина связана со стандартными протоколами ISO, вторая половина – с протоколами DEC.

Как и другие стеки протоколов, DNA поддерживает несколько стандартных протоколов физического и канального уровней: IEEE/ISO 802.X/8802.X, FDDI, X.25 (вместе с LAPB).

Соответствие стека DNA модели OSI можно проиллюстрировать следующей таблицей.

Протокол Уровень OSI Темы Методы

Ethernet v.2 Physical Connection types Multipoint

Physical topology Bus

Digital signaling State transition

Bit synchronization Synchronous

Bandwidth use Baseband

Data Link-MAC Logical topology Bus

Media access Contention

Addressing Physical device

HDLC (ISO 3309, 4335, 7809,and 8885)-High-level Data Link Control Physical Connection types Point-to-point

Data Link-LLC Transmission synchronization Asynchronous

Synchronous

Connection services LLC-level flow control

DDCMP - Digital Data Communications Message Protocol Physical Connection types Point-to-point

Multipoint

Data Link-LLC Transmission synchronization Asynchronous

Synchronous

Connection services LLC-level flow control

Error control

Message sequencing

CLNS (ISO 8473, 9542, and 10589)-Connec tionless-Mode Network Service Network Addressing Logical network

Route discovery Link-state

Route selection Dynamic

CONS (ISO 8878 and 8208)-Connection-Mode Network Service Network Addressing Logical network

Route discovery Link-state

Route selection Dynamic

Connection services Network-layer flow control

Error control

Packet sequence control

ISO 8073, Connection-Oriented Transport Protocol Specification

NSP-Network Services Protocol Transport Addressing Connection identifier

Connection services Segment sequencing

Error control

End-to-end flow control

Transport Addressing Connection identifier

Connection services Segment sequencing

Error control

End-to-end flow control

Session Control Transport Address/name resolution Service-request or-initiated

Addressing Connection identifier

Session Session administration Connection establishment

Data transfer

Connection release

ISO 8327, Session Protocol Specification Session Dialog control Half-duplex

Session administration Connection establishment

Data transfer

Connection release

ASN.1 with BER-Abstract Syntax Notation Presentation Translation Character code

FTAM and DAP-File Transfer, Access, and Management Application Network service File services

NVTS-Network Virtual Terminal Service Presentation Translation Character code (for commands)

Application Network service Terminal Service

Service use Remote operation

MAILbus and X.400 Application Network service Message service

Naming Service and X.500 Transport Address/name resolution Service-provider -initiated

Application Network service Directory service

Ethernet Version 2

1 версия Ethernet была разработана фирмами Digital, Intel и Xerox. Ethernet V1 работал на канальном и физическом уровне и обеспечивал пропускную способность 10 Мбит/с. В основу протокола лег Xerox Research Ethernet с пропускной способностью 3 Мбит/с. В дальнейшем, протокол был усовершенствован до второй версии.

Ethernet V2 применяет CSMA/CD и Манчестерское кодирование сигнала. Первоначально использовался только коаксиальный кабель. Протокол Ethernet V2 очень похож на IEEE/ISO 802.X/8802.X, но они имеют различный формат кадра.

HDLC (High-Level Data Link Control)

HDLC – протокол канального уровня, был разработан для физических модемных соединений и поддерживает синхронную и асинхронную синхронизацию передачи. HDLC определяет как формат кадра, так и командный синтаксис для его передачи. Используя специальные команды, HDLC может осуществлять управление потоком LLC-подуровня.

DDCMP (Digital Data Communications Message Protocol)

DDCMP – ранний протокол DEC для канального уровня, он был разработан в 1974 г для связи WAN. Так же как и HDLC он поддерживает синхронную и асинхронную синхронизацию передачи. Он может использоваться для дуплексной или полудуплексной связи одноточечных и многоточечных соединений. DDCMP использует специальные команды и подтверждения для обслуживания соединений: контроль ошибок, управление потоком LLC-подуровня и упорядочивание сообщений (DDCMP использует термин «сообщение» для кадров канального уровня).

Во время принятия стека DNA все пользователи работали с компьютерами через терминалы. Поддержка терминалов реализовывалась протоколом Local Area Transport (LAT), который позволяет поддерживать несколько терминалов и осуществлять мультиплексирование по одному каналу. LAT не соответствует сетевому уровню OSI так как пакеты не могут маршрутизироваться.

CLNS (Connectionless-Mode Network Service

CLNS – протокол сетевого уровня DNA, не ориентированный на соединение. Он состоит из трех протоколов:

1. ISO 8473, протокол Connectionless-mode Network Service, управляет передачей данных между двумя конечными устройствами.

2. ISO 9542, End System to Intermediate System Routing Exchange (ES-IS) протокол маршрутизации между конечным устройством и промежуточным маршрутизатором. Этот протокол достаточно прост, так как не затрагивает маршрутизацию в интерсети.

3. ISO 10589, Intermediate System to Intermediate System Infra-Domain Routing Exchange (IS-IS) протокол маршрутизации между промежуточными маршрутизаторами. Он более сложен чем ES-IS, так как служит для передачи информации в интерсети. (Рисунок!)

Эти протоколы осуществляют адресацию, коммутацию, выявление и выбор маршрута.

CONS (Connection-Oriented Network Service)

CONS – протокол сетевого уровня, ориентированный на соединение. Он состоит из двух протоколов:

1. ISO 8208, X.25 Packet-Level Protocol for Data Terminal Equipments (протокол пакетной коммутации для терминального оборудования), является версией X.25, предложенной ISO. Протокол X.25 будет рассмотрен ниже.

2. ISO 8878, протокол, дополняющий X.25 до реализации OSI Connection-Mode Network Service (сетевая служба OSI, ориентированная на соединение).

CONS обеспечивает выявление маршрута по состоянию связи и выбирает его динамически. Этот протокол предусматривает управление потоком данных на сетевом уровне, контроль ошибок и упорядочивание пакетов.

Обычно на сетевом уровне в стеке DNA используется протокол CLNS.

ISO 8073, Connection Oriented Transport Protocol Specification

ISO 8073 – протокол транспортного уровня используется для обеспечения надежной доставки. Протокол поддерживает управление потоком, контроль ошибок и упорядочивание сегментов.

NSP (Network Services Protocol)

Протокол NSP входит в стек DNA с момента составления стека. NSP протокол транспортного уровня, ориентированный на установление соединения. NSP использует обычные или приоритетные дуплексные или полудуплексные каналы. Для управления потоком сетевые протоколы сообщают о перегрузках NSP, который уменьшает количество сообщений с помощью фиксированной скорости или с помощью окна.

Session Control (протокол управления сеансом)

Протокол управления сеансом обеспечивает интерфейс между протоколами транспортного уровня и приложениями. Данный протокол является оригинальным протоколом DNA и выполняет следующие функции:

- преобразование адресов и имен

- выбор протоколов (при использовании нескольких протоколов низкого уровня)

- управление сеансом

- адресация CID

ISO 8327 (Session Protocol Specification)

ISO 8237 – протокол ISO сеансового уровня. Он предусматривает установление полудуплексного диалога и управление сеансом. В каждом сеансе может использоваться одно или несколько соединений транспортного уровня.

Синхронизация передачи пакетов достигается путем использования специальных маркеров синхронизации. Диалог может быть возобновлен с любого маркера. (Например, если лектор читает текст, можно попросить его вернуться к началу абзаца).

ISO 8824, Abstract Syntax Notation One - ASN.1 with ISO 8825, Specification of Basic Encoding Rules for ASN

ASN.1 – это набор правил синтаксиса, использующийся для согласования и обмена данными между различными системами. Сами правила описываются в BER. ASN.1 – протокол, который может осуществлять перевод кода символов.

ISO 8571 FTAM (File Transfer, Access, and Management) и and DAP (Data Access Protocol)

ISO 8571 – обобщенный протокол файловых служб. Конкретная реализация протокола FTAM зависят от производителя (Например, DecNET FTAM). Но любая реализация этого протокола должна включать в себя определенные типы документов: текст, двоичный код и другие, а также виды услуг: передачу файлов, управление файлами и другие. Протокол DAP дополняет FTAM до таких операций, как создание, удаление, хранение и поиск файлов. DAP поддерживает различные ОС, и позволяет организовывать множественный доступ к файлам. DAP реализует индексирование файлов.

NVTS (Network Virtual Terminal Service)

NVTS обеспечивает доступ разных терминалов к сетевым службам. Виртуальный терминал это обобщенное представление дисплея компьютера. Сервер и клиент хранят у себя представление дисплея, что позволяет вести обмен данными через их одинаковое представление.

MAILbus Product Family и X.400 Message Handling System

MAILbus и X.400 описывают спецификации службы передачи сообщений DECnet. MAILbus была разработана DEC, а спецификация X.400 поддерживается для связи в интерсети. (X.400 описывает как сообщения хранятся и передаются между различными сетевыми устройствами).

Naming Service and X.500 Directory

Служба имен осуществляет преобразование адресов и имен. X.500 – это спецификация службы каталога. DEC осуществила переход к совместимости службы имен с X.500.

Стек протоколов AppleTalk

Разработка стека протоколов AppleTalk была начата фирмой Apple Computer, Inc. в 1983 г. AppleTalk был разработан в качестве сетевой архитектуры для компьютеров Apple Macintosh. В настоящее время AppleTalk поддерживается и другими платформами.

Для организации компьютеров Apple Macintosh в корпоративные сети, AppleTalk был расширен до второй фазы AppleTalk Phase II. Новая версия позволяет компьютерам Apple сосуществовать с другими стеками протоколов в сложных больших сетях. Если в первой фазе существовал только физический адрес, то во второй – комбинация сетевого и физического адреса.

AppleTalk был разработан после принятия модели OSI и достаточно хорошо ей соответствует.

Соответствие стека AppleTalk модели OSI можно проиллюстрировать следующей таблицей.

Протокол Уровень OSI Темы Методы

LocalTalk Physical Connection types Multipoint

Physical topology Bus

Digital signaling State transition

Bit synchronization Synchronous

Bandwidth use Baseband

Data Link-MAC Logical topology Bus

Media access Contention

Addressing Physical device

Data Link-LLC Transmission synchronization Synchronous

Connection services LLC-level flow control

Error control

AARP - AppleTalk Address Resolution Protocol Network Data Link Сопоставляет адреса Сопоставляет AppleTalk адрес и физические адреса ELAP и TLAP

DDP - Datagram Delivery Protocol Network Addressing Logical network

Service

Route selection Dynamic

Interoperability Network layer translation

RTMP - Routing Table Maintenance Protocol Network Route discovery Distance vector

ZIP-Zone Information Protocol Session Зависит от реализации протокола Логически разделяет сервера по зонам

NBP-Name Binding Protocol Transport Address resolution Service-request or-initiated

ATP-AppleTalk Transaction Protocol Transport Addressing Transaction identifier

Segment development Division and combination

Connection services Error control

Segment sequencing

ASP-AppleTalk Session Protocol Transport Connection services Segment sequencing

End-to-end flow control

Session Session administration Connection establishment

File transfer

Connection release

PAP-Printer Access Protocol Session Session administration Connection establishment

File transfer

Connection release

ADSP-AppleTalk Data Stream Protocol Transport Addressing Connection identifier

Segment development Division and combination

Connection services Segment sequencing

Error control

End-to-end flow control

Session Session administration Connection establishment

File transfer

Connection release

AFP-AppleTalk Filing Protocol Session Session administration Data transfer

Presentation Translation File syntax (indirectly)

Encryption Public key

AppleShare Application Network services File

Print

Service advertisement Active

Service use Collaborative

LLAP, ELAP, TLAP (LocalTalk, EtherTalk, and TokenTalk Link Access Protocols)

Эти протоколы являются успешной интеграцией физического и канального уровней. Для удобства именования при использовании протоколов Ethernet или TokenRing в стеке AppleTalk они носят названия EtherTalk и TokenTalk.

LocalTalk – это протокол, разработанный Apple. Он осуществляет конкурентный доступ с помощью CSMA/CA и рассчитан на экранированную витую пару. Он больше всего подходит для небольших рабочих групп (так как максимальная дальность сети составляет 300 метров, максимальное количество устройств – 32, скорость передачи данных 230,4 Kbps). Одной из уникальных черт LocalTalk является автоматическое получение адресов. При включении, сетевое устройство связывается с другими устройствами для определения подходящего физического адреса.

В протоколах EtherTalk и TokenTalk физический адрес жестко закреплен.

AARP (AppleTalk Address Resolution Protocol)

Так как ELAP и TLAP используют фиксированный физический адрес, AARP привязывает адрес AppleTalk к физическим адресам ELAP и TLAP. Это позволяет использовать их в качестве протоколов канального и физического уровней AppleTalk.

DDP (Datagram Delivery Protocol)

DDP – главный протокол сетевого уровня AppleTalk. Он осуществляет связь без установления соединения (connectionless) между двумя гнездами. Понятие «гнездо» аналогично адресу службы. Устройства в сети AppleTalk идентифицируются адресом подсети и адресом устройства. Под адресом устройства понимается адрес AppleTalk – эквивалент физическому адресу в LLAP или логический адрес, привязанный к физическому адресу ELAP и TLAP.

DDP использует полный адрес для маршрутизации пакетов в интерсети. Если адрес сети пакета совпадает с текущей сетью, пакет передается на канальный уровень для доставки, иначе передается на маршрутизатор. Маршрутизатор обрабатывает адрес назначения пакета с помощью таблиц маршрутизации (составляемых RTMP) и определяет следующий хоп.

Совместно с DDP используются протоколы Routing Table Maintenance Protocol (RTMP), the Zone Information Protocol (ZIP), и the Name Binding Protocol (NBP).

RTPM (Routing Table Maintenance Protocol)

RTMP является протоколом маршрутизации, осуществляющим выявление маршрута и использующим таблицы маршрутизации. Он использует алгоритм дистанционно-векторного типа (DVA) и похож по функциональности на RIP.

ZIP (Zone Information Protocol)

Протокол ZIP использует понятие «зон» для логической организации серверов в больших интерсетях. С помощью зоны можно ограничивать число серверов, видимых пользователем. ZIP используется маршрутизаторами для переноса серверов в определенные зоны и для сопоставления логических имен серверов и зон.

NBP (Name Binding Protocol)

В стеке AppleTalk устройствам можно присваивать логическое имя. Логическое имя позволяет скрыть адреса AppleTalk от пользователей и от более высоких уровней. NBP позволяет сопоставлять адреса AppleTalk и логические имена. Необходимо помнить, что AppleTalk адреса могут динамически меняться, и NBP должен эти изменения отслеживать.

ATP (AppleTalk Transaction Protocol)

ATP – протокол транспортного уровня без установления соединения но с подтверждениями, основанный на транзакциях. ATP подтверждает доставку информации, а в случае неполучения подтверждения в течение определенного периода времени – перепосылает пакет. Транзакция – форма взаимодействия членов сети, содержащая запрос и ответ. Ответ и запрос имеют один и тот же идентификатор транзакции.

ATP также осуществляет разделение и склеивание пакетов, имеющих слишком большой размер для нижележащих уровней. ATP обеспечивает контроль ошибок для потерянных пакетов и упорядочивание сегментов.

ASP (AppleTalk Session Protocol)

ASP – протокол сеансового уровня OSI, он оптимизирован для работы с файловыми службами. ASP устанавливает, поддерживает и прерывает сессии. ASP поддерживает существование нескольких сеансов у каждой службы, каждый сеанс должен устанавливаться по инициативе клиента. ASP использует ATP и обеспечивает надежную доставку пакетов. ASP может отправлять сразу несколько ATP транзакций для оптимизации передачи пакетов.

PAP (Printer Access Protocol)

PAP – протокол сеансового уровня, похожий на ASP. Он может использоваться для управления несколькими типами сеансов – с файловыми службами, службами печати и так далее. Однако он был оптимизирован для служб печати. Сеанс в PAP может быть установлен как по инициативе клиента, так и по инициативе сервера.

ADSP (AppleTalk Data Stream Protocol)

ADSP относят к сеансовому уровню, так как он может устанавливать и разрывать логические соединения между двумя гнездами. ADSP также производит функции транспортного уровня: упорядочивание сегментов, управление потока с помощью скользящего окна и контроль ошибок.

ADSP – дуплексный протокол, ориентированный на установление соединения. ADSP использует DDP в качестве протокола сетевого уровня. В отличие от ATP, ADSP основан на установлении соединений с использованием идентификатора CID. В связи с этими особенностями, ADSP лучше подходит для низкоскоростных соединений в отличие от ATP-ASP и ATP-PAP.

AFP (AppleTalk Filing Protocol)

AFP производит файловые операции с помощью перевода команд локальной файловой системы в команды сетевой службы. Для этого AFP осуществляет трансляцию синтаксиса команд и дает возможность приложениям осуществлять трансляцию формата файлов. AFP проверяет и шифрует пароли пользователей для безопасного доступа к файлам.

AppleShare

В AppleShare входят три основные службы: AppleShare File Server, AppleShare Print Server, и AppleShare PC.

AppleShare File Server использует AFP для доступа к удаленным файлам. Пользователь получает возможность хранить и производить операции с файлами на файловых серверах. AppleShare File Server регистрирует пользователей и закрепляет за ними тома и каталоги.

AppleShare Print Server использует NBP и PAP для пересылки информации в сети AppleTalk. AppleShare Print Server вызывает NBP для определения адреса принтера по его имени. PAP открывает соединение к выбранному принтеру. AppleShare Print Server поддерживает очередь печати, и отсылает документы по мере готовности принтера.

Доступ к службам AppleShare не ограничивается пользователями компьютеров Apple Macintosh. Компьютеры с другими операционными системами могут получать доступ к службам AppleShare при запуске AppleShare PC.

Работу стека AppleTalk можно продемонстрировать следующим примером (см. рис). Предположим, что DOS клиент получил доступ к файловому серверу и желает запросить файл.

1. Не-Macintosh клиент посылает команду локальной файловой системе

2. Локальная файловая система определяет, что запрашиваемый файл доступен только удаленно и перенаправляет запрос транслятору AFP

3. Транслятор AFP генерирует файловый запрос и передает его ASP

4. ASP, уже установивший сеанс, передает запрос ATP

5. ATP создает идентификатор транзакции и передает пакет на DDP

6. DDP открывает гнездо и адресует пакет адресом гнезда

7. В сети LocalTalk LLAP генерирует запрос на передачу к серверу (Requst-to-send, RTS)

8. После получения ответа о готовности (Clear-to-send, CTS) LLAP добавляет физический адрес и с помощью оборудования преобразует кадр в электрические сигналы.

9. Сервер принимает сигнал, преобразует его в кадр, проверяет физический адрес получателя и передает пакет на DDP

10. DDP определяет гнездо назначения и передает пакет на ATP

11. ATP записывает идентификатор транзакции и передает пакет на ASP

12. ASP удостоверяется в том, что сессия открыта и передает команду AFP

13. AFP исполняет команду с помощью файловой службы AppleShare

Процесс продолжается и дальше, так как файловая служба AppleShare отсылает несколько ответных команд клиенту. Сервер заносит все ответы в буфер до тех пор, пока не получит подтверждения транзакций.

Стек протоколов SNA (Systems Network Architecture)

SNA был разработан фирмой IBM. SNA не только описывает стек протоколов, но и определяет основные характеристики компьютерного аппаратного и программного обеспечения для работы в интерсети. Эти характеристики были положены в основу модели OSI, так как SNA была разработана на 10 лет раньше.

В своей первой версии в 1974 году SNA поддерживала только сети с иерархией, где выделялись хосты, связующие контроллеры, групповые (кластерные) контроллеры и терминалы. В 1984 году архитектура SNA была изменена для поддержки распределенных вычислений, работы в интерсети, управления сетью и других новых функций. SNA стала поддерживать одноранговые сети с помощью APPN (Advanced Peer-to-Peer Networking).

В 1987 году IBM выдвинула SAA (Systems Application Architecture), взяв в нее только часть архитектуры SNA, но стек SNA будет использоваться еще не один год.

Так как модель OSI была разработана с учетом SNA, они очень хорошо друг другу соответствуют. Но SNA больше напоминает модель сетевого взаимодействия, а не стек протоколов. Поэтому далее будет произведено сравнение модели OSI и SNA, рассмотрение основных компонентов архитектуры SNA и описание основных протоколов стека SNA.

См. рисунок.

Архитектура и модель SNA

Модель SNA состоит также как и OSI из семи уровней.

1. Физическое управление (Physical control). На нем рассматриваются физические, механические и технические характеристики среды передачи и интерфейсов среды передачи. Этот уровень полностью аналогичен физическому уровню. Хотя IBM разработала собственные протоколы на этом уровне, такие как Token Ring, в дальнейшем были поддержаны и другие протоколы, например Ethernet.

2. Управление каналом передачи данных (Data Link Control) напоминает канальный уровень OSI. SNA определяет на этом уровне протокол SDLC для связи первичных и вторичных устройств и Token Ring для одноранговых сетей.

3. Управление маршрутом (Path control) включает много функций сетевого уровня OSI, таких как маршрутизация и фрагментация дейтаграмм. На этом уровне также реализуется несколько функций канального уровня, таких как управление потоком.

4. Управление передачей (Transmission control) обеспечивает надежное конечное обслуживание соединений, и напоминает транспортный уровень OSI. Также здесь реализуются функции шифрования, рассматриваемые в OSI на представительном уровне.

5. Управление потоком данных (Data flow control) соответствует сеансовому уровню OSI.

6. Службы представления (Presentation services) реализуют алгоритмы преобразования данных, что соответствует представительному уровню OSI. На этом уровне также реализуются некоторые функции прикладного уровня, такие как управление доступом к ресурсам и синхронизация операций.

7. Службы транзакций (Transaction services) соответствуют прикладному уровню OSI. Здесь реализуются средства приложений для распределенных вычислений и управления сетью. В качестве примера можно привести SNADS (SNA Distribution Services).

Рассмотрим основные компоненты SNA. Ключевыми компонентами SNA являются узлы (nodes) - физические устройства (PU). Существует несколько типов узлов.

Хосты (hosts) – PU типа 5, включают в себя мейнфреймы и системы среднего класса. Хост управляет доменом (domain). Домен состоит из физических и логических устройств (PU и LU), связей между ними и всех ресурсов, подчиненных хосту. Домен может разделяться на несколько подобластей

В сетях SNA обычно существует множество хостов, также существует возможность терминалу одного из хостов получать доступ к приложениям на другом хосте.

Связующие контроллеры (communications controllers) – это PU типа 4. Они маршрутизируют и контролируют поток данных. Коммуникационный контроллер может быть напрямую подсоединен к хосту по высокоскоростному каналу и может соединяться с другим удаленным связующим контроллером. На связующих контроллерах работает протокол NCP (Network Control Program). Она берет на себя часть нагрузки хостов и выполняют некоторую обработку. Поэтому связующие контроллеры также называют front-end processor (процессоры переднего края)

Периферийные узлы (peripheral nodes) – PU типа 2. Они включают в себя множество клиентских устройств. Например, это групповые контроллеры, терминалы и принтеры.

SNA использует следующую классификацию узлов и программного обеспечения по функциям.

Физическое устройство (physical unit, PU) – комбинация аппаратного и программного обеспечения, которое используется для наблюдения и управления ресурсами узла. Физическими устройствами являются три описанных выше узла.

PU типа 2 – групповые контроллеры, терминалы и принтеры или другие периферийные устройства. Данные устройства взаимодействуют только с мейнфреймами.

PU типа 2.1 – миникомпьютеры, групповые контроллеры, шлюзы и рабочие станции, которые могут взаимодействовать с мейнфреймами или любыми другими устройствами типа 2.1. Физические устройства типа 2.1 послужили основой для новой спецификации APPN.

PU типа 4 – связующие контроллеры, которые связывают хосты и групповые контроллеры (или другие устройства типа 2).

PU типа 5 – хосты

Логическое устройство (logical unit, LU) – это логические структуры сети, являющиеся конечными точками сетевого взаимодействия. Они обеспечивают средства установления соединения с другими логическими устройствами для обмена информацией. Они позволяют людям и приложениям получать доступ к сети и к функциям, обеспечиваемым VTAM.

LU типа 0 – логические устройства общего назначения, используемые для межпрограммного взаимодействия. Эти логические устройства заменяются более развитыми типа 6.2. Связь program-to-program

LU типа 1 – групповые терминалы и принтеры. Отношения master/slave. Связь program-to-device

LU типа 2 – терминалы. Отношения master/slave. Связь program-to-device

LU типа 3 – аналогичен типу 1. Отношения master/slave. Связь program-to-device

LU типа 4 – старые одноранговые соединения. Отношения master/slave. Связь program-to-device

LU типа 6.0 и 6.1 – используются в одноранговых соединениях CICS или соединениями IMS между мейнфреймами. Отношения peer-to-peer. Связь program-to-program

LU типа 6.2 – используются в APPC. Отношения peer-to-peer. Связь program-to-program

LU типа 7 – дисплейные станции. Связь program-to-device

Точки управления (control points) – программные инструменты управления и контролирования потока данных в сети. Они используются с PU типов 5 и типа 2.1.

PU типа 5 содержит программу VTAM (Virtual Terminal Access Method), которая обеспечивает SSCP (System Services Control Point). Она управляет всеми соединениями и потоком данных. Вся иерархия SNA построена вокруг SSCP. Несколько SSCP могут разделить сеть SNA на несколько доменов и каждый SSCP будет управлять LU и PU в своем домене.

PU типа 2.1 обеспечивает точку управления для одноранговых взаимоотношений. Она работает совместно с другими точками управления типа 2.1

Стек протоколов SNA

Соответствие стека SNA модели OSI можно проиллюстрировать следующей таблицей.

Протокол Уровень OSI Темы Методы

Token-Ring Physical Connection types Point-to-point

Physical topology Star

Digital signaling State transition

Bit synchronization Synchronous

Bandwidth use Baseband

Data Link-MAC Logical topology Ring

Media access Token passing

Addressing Physical device

SDLC-Synchronous Data Link Control Data Link-MAC Media access Polling

Addressing Physical device

Data Link-LLC Transmission synchronization Synchronous

Connection services Flow control

Error control

NCP-Network Control Program Data Link-MAC Media access Polling

Addressing Physical device

Data Link-LLC Connection services Flow control

Network Addressing Logical network

Route selection Static

Gateway services Network layer translation

VTAM-Virtual Telecommunications Access Method Transport Addressing Connection identifier

Segment development Division and combination

Connection services End-to-end flow control

Session Dialog control Half-duplex

Session administration Connection establishment

Data transfer

Connection release

APPN (PU 2.1)-Advanced Peer-to-Peer Networking Network Addressing Logical network

Route discovery

Transport Connection services Segment sequencing

End-to-end flow control

CICS-Customer Information Control System Session Dialog control Half-duplex

Session administration Connection establishment

Data transfer

Connection release

Presentation Translation File syntax

IMS-lnformation Management System Session Dialog control Half-duplex

Session administration Connection establishment

Data transfer

Connection release

Presentation Translation File syntax

APPC (LU 6.2)-Advanced Program-to-Pro gram Communication Transport Addressing Connection identifier

Connection services Segment sequencing

End-to-end flow control

Session Dialog control Half-duplex

Session administration Connection establishment

Data transfer

Connection release

DDM-Distributed Data Management Application Network services File

Service use OS call interception

SNADS-SNA Distribution Services Application Network services File Message

DIA-Document Interchange Architecture Application Network services File

Token Ring

Данный протокол был разработан IBM и далее стандартизирован как IEEE 802.5. Используемая топология – физическая звезда, логическое кольцо. Доступ к среде – передача маркера, обеспечивается скорость от 4 до 16 Mbps. Захватив маркер, компьютер отправляет кадр данных в сеть. Кадр проходит по кольцу, пока не достигнет узла назначения. Узел принимает кадр и посылает подтверждение. Подтверждение передается по кольцу и достигает адресата, после чего адресат возвращает маркер в сеть. В сети одновременно может передаваться только один кадр.

SDLC (Synchronous Data Link Control)

Протокол использует специальное оборудование для связи по выделенной или телефонной линии. Может поддерживать одно- и многоточечные соединения, дуплексный и полудуплексные режимы. SDLC генерирует свои собственные контрольные сообщения дополнительно к добавлению заголовка канального уровня.

NCP (Network Control Program)

На связующих контроллерах SNA запущен протокол NCP (Network Control Program). Она берет на себя часть нагрузки хостов и выполняют некоторую обработку. Он выполняет некоторые функции сетевого и канального уровней. Сейчас NCP обеспечивает маршрутизацию и функции шлюза.

VTAM (Virtual Telecommunications Access Method)

VTAM управляет связью и потоком данных в SNA. Он обеспечивает связь внутри домена, между доменами и в интерсети. VTAM работает с NCP для контроля сетевых ресурсов. Обычно VTAM и SSCP считаются синонимами, однако SSCP – одна из функциональных служб VTAM.

APPN (Advanced Peer-to-Peer Networking)

APPN – это архитектура транспортного и сетевого уровней, позволяющая работать одноранговой сети, состоящей из PU типа 2.1. APPN обеспечивает выявление маршрута, службу каталогов, и управление потоком с помощью окна. APPN не требует наличия хоста с SSCP.

CICS (Customer Information Control System)

CICS упрощает транзакции между приложениями стандартизируя команды ввода-вывода в сети. Разработчики программ должны использовать язык CICS для связи в сети. CICS обеспечивает связь между терминалом и приложением, распределенный доступ к файлам, безопасность, многозадачность, управление хранением информации, отслеживание и восстановление транзакций, откат транзакций и перезапуск приложения. CICS часто используется в банковской и биржевой деятельности.

IMS (Information Management System)

IMS аналогичный протокол, рассчитанный на транзакции. Он состоит из двух продуктов: IMS Transaction Manager и IMS Database Manager. С их помощью IMS позволяет осуществлять множественный доступ к базе данных IMS Database Manager, обеспечивает коммутацию сообщений, устанавливает приоритеты транзакций.

APPC (Advanced Program-to-Program Communication)

APPC была добавлена при введении LU типа 6.2. Она обеспечивает одноранговую связь между LU и не требует участия хоста.

DDM (Distributed Data Management)

DDM обеспечивает «прозрачный» доступ к файлам для клиентов SNA. Он обеспечивает функцию, похожую на перехват вызова ОС.

SNADS (SNA Distribution Services)

SNADS является службой прикладного уровня, который использует передачу сообщений и документов в режиме store-and-forward (хранение и передача)

DIA (Document Interchange Architecture)

DIA описывает правила обмена документов между разными системами. DIA управляет файловыми службами: координирует передачу файлов, их хранение и поиск.

Контрольные вопросы (по стекам DNA, AppleTalk, SNA)

1. Which protocol suite provides the standards with the broadest industry support?

A. AppleTalk

B. Internet

C. NetWare

D. SNA

2. Which types of addresses are used on LocalTalk networks?

A. Physical node numbers

B. Static logical IDs

C. Dynamic logical IDs

D. Logical device names

3. Which protocol enables Ethernet and Token Ring networks to interface with AppleTalk protocols?

A. RTMP

B. AARP

C. LLAP

D. ZIP

4. Which protocol is responsible for matching users' logical device names with AppleTalk addresses?

A. AARP

B. ZIP

C. NBP

D. ATP

5. Which two components are required to enable a NetWare LAN to communicate with a Digital computer?

A. Ethernet v.2 support

B. IEEE 802.3 Ethernet support

C. TCP/IP

D. NetWare for LAT

6. Which two of the following DNA protocols are regarded as presentation-layer protocols?

A. ASN.1

B. NVTS

C. FTAM

D. MAILbus

7. Which three of the following statements are true regarding SNA network addressable units?

A. A PU Type 2 is a communication controller.

B. An LU Type 6.2 device is capable of program-to-program communication.

C. A PU consists of the hardware and software required to manage the resources of nodes.

D. Control points are found on Type 5 and Type 2.1 PUs.

8. Which SNA protocols are required to implement peer-to-peer communication?

A. DDM

B. SNADS

C. APPN and APPC

D. NCP

9. Выберите фирмы, являющиеся основоположницами стеков

1. SNA

2. AppleTalk

3. DNA a. Digital Equipment Corporation

b. Xerox

c. Microsoft

d. Apple Computer, Inc.

e. IBM

f. IEEE

10. Ethernet V2 использует _______ доступ к среде и ________ кодирование. Он отличается от IEEE 802.3 _______ (чем?).

11. CLNS использует _______ протокол маршрутизации для связи между маршрутизаторами и _______ протокол маршрутизации для связи между конечными устройствами и маршрутизаторами. CLNS и CONS используют ______ алгоритм для выявления маршрута.

12. Поддержка терминалов в DNA осуществляется с помощью LAT. Почему LAT нельзя отнести к сетевому уровню?

13. ISO 8237 – протокол сеансового уровня. Он осуществляет синхронизацию передачи пактов с помощью ____________.

14. Что такое BER и где это используется?

15. Что дополняет протокол DAP и до каких функций?

16. Что такое X.400 и X.500? Как они связаны с DNA?

17. Особенностью адресации LocalTalk является _______________ (какие адреса и как используются). Для поддержки Ethernet и TokenRing служит протокол ________ который привязывает ______________ (что к чему?).

18. Совместно с DDP используется протокол маршрутизации _________, который основан на _____________ алгоритме выявления маршрута.

19. Для чего служат «зоны» в протоколе ZIP?

20. В чем главное отличие ADSP от ATP и для чего ADSP лучше подходит?

21. Для чего служит служба AppleShare PC?

22. Что такое домен в SNA?

23. Какие типы PU, LU и протоколы были добавлены в SNA для реализации одноранговой сети?

24. Какой тип PU соответствует периферийным узлам и какие устройства являются периферийными узлами (перечислить)?

25. Какой тип PU соответствует коммуникационным контроллерам и какой протокол работает на этих контроллерах?

26. В иерархии SNA какая программа/протокол запущена на контрольной точке PU5, какой сервис она обеспечивает?

27. Какую логическую и физическую топологию использует Token Ring?

28. Какой из верхних протоколов DNA обеспечивает высокую безопасность и восстановление или откат операций с файлами? Какой протокол рекомендуется для использования с базами данных? Какой протокол реализует передачу файлов и документов в режиме store-and-forward?

Ответы

1. B

2. C

3. B

4. C

5. A,D

6. A,B

7. B,C,D

8. C

9. 1e, 2d, 3a

10. CSMA/CD, манчестерское, форматом кадра

11. IS-IS, ES-IS, Link-State

12. Потому что пакеты не маршрутизируются

13. Специальных маркеров синхронизации

14. Правила для реализации протокола ASN.1

15. Протокол FTAM до функций создания, удаления, хранения и посика файлов. Поддерживает различные ОС и реализует индексирование файлов.

16. Спецификация службы передачи сообщений и службы каталога. MailBUS была расширена с поддержкой X.400, Naming Service была расширена для поддержки X.500

17. Использование динамических физических адресов. AARP, привязывает физические адреса к адресам AppleTalk.

18. RTMP, DVA.

19. Для ограничения числа серверов, видимых пользователем.

20. ATP – ориентирован на транзакции, ADSP – на соединение. ADSP лучше подходит для низкоскоростных соединений.

21. Для подключения не Mac компьютеров к сервисам AppleShare

22. Домен состоит из LU и PU, подчиненных хосту.

23. PU типа 2.1., LU типа 6.2, протоколы APPN и APPC

24. PU типа 2, устройства: групповые контроллеры, принтеры, терминалы

25. PU типа 4, протокол NCP

26. VTAM , обеспечивает SSCP

27. Логическое кольцо, физическая звезда.

28. CICS, IMS, SNADS.

Дополнительные протоколы и стандарты

Кроме перечисленных выше пяти стеков, применяются еще дополнительные протоколы и стандарты. Большинство из них относятся к низким уровням и могут быть использованы с протоколами более высоких уровней.

SLIP (Serial Line IP) и PPP (the Point-to-Point Protocol)

Протоколы SLIP и его приемник – PPP были разработаны для обеспечения соединений по коммутируемой телефонной линии (dial-up). Данные протоколы относят к протоколом глобальных сетей. SLIP и PPP могут работать только между двумя физически соединенными устройствами.

Соответствие протоколов SLIP и PPP модели OSI можно проиллюстрировать следующей таблицей.

Протокол Уровень OSI Темы Методы

SLIP Physical Connection types Point-to-point

PPP Physical Connection types Point-to-point

Data Link-MAC Addressing Physical device

Data Link-LLC Connection services Error control

SLIP был разработан раньше PPP. SLIP является очень простым протоколом, но это не позволяет ему выполнять ряд функций, например одновременную работу с несколькими протоколами более высоких уровней. SLIP также не является четко установленным стандартом. Различные реализации SLIP могли быть несовместимы друг с другом.

PPP был разработан IETF для усовершенствования SLIP. PPP осуществляет следующие функции:

- динамическую IP адресацию,

- поддерживает несколько протоколов по одному каналу (с помощью специального поля в кадре, указывающего на протокол),

- вход по паролю,

- контроль ошибок.

Однако, не все реализации PPP поддерживают одинаковое множество функций. Поэтому в процессе установления связи между двумя устройствами оговаривается уровень функций PPP.

Группа протоколов IEEE/ISO 802.X/8802.X

В 1985 г. рабочая группа 802 института IEEE выдвинула ряд стандартов физического и канального уровней, которые были в дальнейшем утверждены ANSI. После этого протоколы были пересмотрены и утверждены ISO как ISO 8802.x. Сейчас в рабочей группе 802 существует 16 подгрупп, продолжающих устанавливать и совершенствовать стандарты. Ниже будут приведены самые часто используемые стандарты IEEE 802.x. ISO 8802.x протоколы не отличаются от IEEE 802.x ничем кроме незначительных деталей, поэтому они не будут рассматриваться отдельно. Протоколы большей частью ориентированы на применение в локальных сетях, встречаются и стандарты для сетей любого размера, в том числе и глобальных.

Соответствие протоколов IEEE 802.x модели OSI можно проиллюстрировать следующей таблицей.

Протокол Уровень OSI Темы Методы

802.2 Data Link-LLC Зависит от протоколов Определение более высоких протоколов

802.3 Physical Connection types Multipoint

Digital signaling State transition

Bit synchronization Synchronous

Bandwidth use Baseband (except 10BROAD36)

Data Link-MAC Logical topology Bus

Media access Contention

Addressing Physical device

802.3 - 1 BASES Physical Physical topology Star

802.3 - 10BASE2 Physical Physical topology Bus

802.3 - 10BASE5 Physical Physical topology Bus

802.3 - 10BASE-T Physical Physical topology Star

802.3 - 10BASE-F Physical Physical topology Star

802.3 - 10BROAD36 Physical Physical topology Bus

Bandwidth use Broadband

802.3 - 100BASE-X Physical Physical topology Star

802.3 - 1000BASE-T Physical Physical topology Star

802.4 Physical Connection types Multipoint

Physical topology Bus

Digital signaling State transition

Bit synchronization Synchronous

Bandwidth use Baseband (Broadband)

Data Link-MAC Logical topology Ring

Media access Token passing

Addressing Physical device

802.5 Physical Connection types Point-to-point

Physical topology Star

Ring

Digital signaling State transition

Bit synchronization Synchronous

Bandwidth use Baseband

Data Link-MAC Logical topology Ring

Media access Token passing

Addressing Physical device

802.6 Physical Connection types Point-to-point

Physical topology Ring

Bandwidth use Baseband

Data Link-MAC Logical topology Ring

802.11 Data Link-MAC Media access Contention

802.12 Physical Connection types Multipoint

Physical topology Star

Bandwidth use Baseband

Data Link-MAC Logical topology Bus

Media access Contention

IEEE 802.2

802.2 принадлежит подуровню LLC канального уровня и используется другими протоколами 802.x. Он разделяет сетевой уровень от уровня MAC, поэтому сетевой уровень не зависит от той или иной реализации протоколов MAC подуровня. 802.2 добавляет несколько полей к заголовку кадра, в которых указывается какой протокол более высокого уровня используется в кадре. Также указываются процесс сетевого уровня – источник пакета и процесс – получатель пакета.

IEEE 802.3

Используя стандарт Ethernet Intel, Digital и Xerox в качестве основы, IEEE выдвинул стандарт Ethernet как IEEE 802.3. Отличия от Ethernet v.2 состоят в формате кадра. 802.3 позволяет использовать несколько реализаций физического уровня, например использование разных полос частот (baseband и broadband), типов носителя, топологий и скоростей передачи данных. В любой реализации используется CSMA/CD доступ к среде.

Каждой реализации присвоено имя, состоящее из трех частей. Первая часть, это число, обозначающее скорость передачи в Mbps, вторая часть указывает на используемую полосу частот – BASE для baseband и BROAD для broadband, третья часть указывает на максимальную длину сегмента или на какой-либо другой параметр.

Существуют следующие спецификации:

1Base5 – 24 AWG UTP, пропускная способность 1 Mbps, длина сегмента до 500 м, топология физическая звезда;

10Base2 – использует 5 мм, 50-Омный коаксиальный кабель, пропускная способность 10 Mbps, максимальная длина сегмента 185 м, топология физическая шина, также называется «тонкий Ethernet» (Thin Ethernet);

10Base5 – использует 10 мм, 50-Омный коаксиальный кабель, пропускная способность 10 Mbps, топология физическая шина, также называется «толстый Ethernet» (Thick Ethernet);

10BaseT – использует 24 AWG UTP, пропускная способность 10 Mbps, максимальная длина сегмента 100 м, топология физическая звезда;

10BaseF – использует волоконно-оптический кабель, пропускная способность 10 Mbps, максимальная длина сегмента 4 км, топология физическая звезда. Включает в себя три спецификации: 10BaseFL – fiber link, 10BaseFB – fiber backbone, 10BaseFP – fiber passive;

10Broad36 – использует 75-Омный коаксиальный кабель, пропускная способность до 10 Mbps, максимальная длина сегмента 1800 м или 3600 м при использовании спаренного кабеля, топология физическая звезда;

100BaseX – 100BaseT4 использует 4 пары UTP категории 3,4,5, 100BaseTX использует 2 пары UTP категории 5 или 150-Омного STP, 100BaseFX использует 2 многомодовых оптических кабеля. В 1997 г. стандарт был модернизирован для поддержки дуплексного режима. (Также он известен как Fast Ethernet).

1000BaseT – использует 4 пары UTL категории 5 или выше.

Сейчас уже разрабатывается спецификация для пропускной способности 10 Gbps по медной витой паре.

IEEE 802.4

Стандарт 802.4 (называемый еще Token Bus) был создан для локальных сетей предприятий и заводов. Комитет активно работал с 1984 по 1988 г.г., и разработал стандарт 802.4. Он основан на топологии шина, реализует доступ к среде с помощью передачи маркера, использует обе полосы частот (baseband и broadband), 75-Омный телевизионный кабель или оптическое волокно.

IEEE 802.5

Стандарт 802.5 базируется на основе спецификации IBM Token Ring. Использует доступ к среде на основе передачи маркера, дифференциальное манчестерское кодирование и достигает пропускной способности 1, 4 и 16 Mbps. В отличие от спецификации IBM Token Ring, 802.5 не определяет конкретных видов среды передачи или физической топологии. Однако обычно используется UTP и физическая топология звезда.

IEEE 802.6

802.6 ввел технологию, называемую DQDB (Distributed Queue Dual Bus) для использования в городских сетях (MAN). DQDB использует топологию двойной шины на волоконно-оптическом кабеле. Для повышения защиты от сбоев, шина может быть сведена в кольцо. Каждая шина передает сигналы в одном направлении, и соответственно две шины работают в противоположных направлениях. DQDB динамически выделяет полосу пропускания частот используя временные интервалы. Используется как синхронная, так и асинхронная передача. Поддерживается как передача данных, так и видео- и аудиопотоки.

IEEE 802.9

Стандарт 802.9 еще называют IsoEthernet, или изохронным Ethernet. Он обеспечивает пропускную способность 16 Mbps с помощью комбинации одного асинхронного канала в 10 Mbps и 96 64 kbps (в сумме 6 Mbps) выделенных каналов на UTP. 802.9 подходит для сетей как с непостоянной загрузкой, так и для сетей с постоянным трафиком, чувствительным ко времени доставки.

IEEE 802.11

Стандарт 802.11 направлен на реализацию беспроводной связи. Он был утвержден сравнительно недавно – в 1997 г. Для передачи используется частота 2.4 ГГц. Передача происходит в широком диапазоне частот с помощью Direct sequence modulation (пропускная способность до 25,5 Mbps) или с помощью Frequency hopping (пропускная способность до 4,5 Mbps). Используется CSMA\CA доступ к среде передачи.

IEEE 802.12

Группа 802.12 выдвинула стандарт 100VG-AnyLAN, основанный на разработках AT&T, IBM и Hewlett-Packard. Стандарт опирается на топологию физической звезды и на конкурентный метод доступа к среде передачи. В отличие от других сетей, основанных на конкуренции, устройства 802.12 для передачи информации запрашивают хаб. При одновременном получении нескольких запросов, хаб определяет приоритет каждой передачи и таким образом осуществляется контроль сети на основе приоритетов устройств. IEEE 802.12 был разработан для реализации высокоскоростной сети в окружении сетей Ethernet и TokenRing, поэтому он поддерживает формат кадров как Ethernet, так и TokenRing.

Проект IEEE 802.14

Проект стандарта 802.14 направлен на осуществление передачи данных по существующим волоконно-оптическим и коаксиальным кабелям в системе кабельного телевидения.

FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

FDDI был разработан институтом ANSI в 1986 г. и в дальнейшем выдвинут как стандарт ISO 9314. FDDI считается протоколом глобальных сетей (WAN), хотя может использоваться и в локальных, и в городских сетях.

FDDI включает в себя спецификации MAC и физического уровней и рассчитан на совместное использование с IEEE 802.2.

Соответствие протокола FDDI модели OSI можно проиллюстрировать следующей таблицей.

Протокол Уровень OSI Темы Методы

FDDI Physical Connection types Point-to-point

Physical topology Star Ring (dual)

Digital signaling State transition

Bandwidth use Baseband

Data Link-MAC Logical topology Ring

Media access Token passing

Спецификация FDDI использует логическое кольцо и доступ к среде основанный на передаче маркера. В качестве среды передачи может использоваться как волоконно-оптический кабель, так и витая пара. Обеспечивается пропускная способность 100 Mbps. FDDI очень похож на стандарт IEEE 802.5. Оба используют передачу маркера, и являются детерминированными видами доступа к среде. Оба могут быть реализованы в виде физической топологии звезда для быстрого поиска неисправностей. В 802.5 и FDDI используется волоконно-оптический кабель, не подверженный влиянию электромагнитных излучений. Главное преимущество FDDI заключается в более высокой пропускной способности и большей длине сегмента. В сети FDDI компьютер может захватить маркер только на определенное время и за этот промежуток передать столько кадров, сколько успеет. Завершив передачу, компьютер сразу же освобождает маркер. Поэтому по сети FDDI может одновременно циркулировать несколько кадров в отличие от Token Ring где одновременно циркулирует только один кадр. Обычно FDDI используется как магистраль, связывающая более мелкие локальные сети. Длина кольца FDDI не может превышать 100 км.

FDDI основан на двух физических кольцах, работающих в противоположных направлениях. В случае повреждения сегмента, сетевой трафик может быть перенаправлен на второе кольцо узлом, присоединенным к обоим кольцам. Такие устройства называют DAS (dual-attached stations). DAS также могут осуществлять баланс нагрузки между двумя кольцами. (рисунок).

Все компьютеры в сети FDDI отвечают за мониторинг передачи маркера и технология мониторинга называется beaconing.

Рекомендация X.25

Рекомендация X.25 была выдвинута в 1974 г International Telegraph & Telephone Consultative Committee (CCITT), переименованным позднее в International Telecommunications Union (ITU) на основе сетей с коммутацией пакетов Datapac, Tymnet и Telenet. X.25 считается протоколом глобальных сетей (WAN).

X.25 является спецификацией для физического подключения компьютера к сети с коммутацией пакетов и собственно самой передачи пакетов. Соответственно спецификация разделяется на три уровня:

Уровень 1. Описывает правила соединений физического уровня, обычно ссылается на стандарты типа X.21, X.21 bis, V.32 и т.д.

Уровень 2. Обеспечивает механизм создания соединения канального уровня, определяется протоколом LAPB (Link Access Procedure Balanced). LAPB – бит-ориентированный, синхронный и дуплексный LLC протокол.

Уровень 3. Определяет способ передачи пакетов между терминалами (Data Terminal Equipment, DTE) и сетевым оборудованием (Data Circuit-Terminating Equipment, DCE). К устройству DTE подключаются терминалы по асинхронным каналам, поток данных от терминалов формируется в пакеты (packet assembling).

X.25 не описывает конкретного алгоритма маршрутизации, и каждый производитель может самостоятельно их определять. X.25 базируется на пакетной коммутации с использованием постоянных (permanent virtual circuit, PVC) или динамических виртуальных каналов (switched virtual circuit, SVC). С 1984 г. X.25 обеспечивает конечное обслуживание соединений. X.25 рассчитан на скорости до 64 kbps, что недостаточно для LAN.

Соответствие спецификации X.25 модели OSI можно проиллюстрировать следующей таблицей.

Протокол Уровень OSI Темы Методы

X.21 Physical Connection types Point-to-point

Physical topology Mesh (гибридная)

Bit synchronization Synchronous

LAPB Data Link-LLC Connection services LLC-level flow control

Error control

X.25 Network Addressing По каналу (напоминает логическую сетевую адресацию, адрес присваивается каждому соединению)

Switching Packet (виртуальный канал)

Connection services Network-layer flow control

Error control

Frame Relay

Протокол Frame relay (ретрансляция кадров) аналогичный X.25 протокол коммутации пакетов глобальных сетей (WAN), разработанный для поддержки ISDN. Frame relay осуществляет более простое обслуживание соединений в отличие от X.25, к тому же соединения Frame Relay более помехоустойчивы чем X.25, поэтому Frame Relay работает быстрее. Помехоустойчивость достигается за счет использования более совершенной среды передачи (например, волоконно-оптического кабеля) в отличие от X.25, где могут использоваться обычные телефонные линии. Frame Relay основан на стандартах ANSI и CCITT (ITU).

Соответствие протокола Frame Relay модели OSI можно проиллюстрировать следующей таблицей.

Протокол Уровень OSI Темы Методы

Frame relay (through CCITT I.451/Q.931 and Q.922) Physical Connection types Point-to-point

Physical topology Mesh (гибридная)

Switching Packet (виртуальный канал)

Data Link-LLC Connection services LLC-level flow control

Error control (только определение)

Frame Relay обеспечивает функции канального уровня на постоянных или динамических виртуальных каналах. Поэтому маршрут между конечными точками известен, и процедуры фрагментации пакетов и выбора маршрута не производятся. Frame Relay обычно обеспечивает пропускную способность от 56 kbps до 1,544 MBps (T1).

При установке Frame Relay указывается committed information rate (CIR), определяющий минимальную гарантированную пропускную способность на виртуальном канале.

ISDN и B-ISDN

ISDN (Integrated Services Digital Network) описывает несколько международных спецификаций CCITT (ITU). ISDN описывает передачу голоса и данных по цифровым телефонным линиям в глобальных сетях (WAN). Broadband ISDN (B-ISDN) расширяет спецификации ISDN до большей пропускной способности (51, 155, 622 Mbps в отличие от 64 kbps) используя волоконно-оптический кабель.

Соответствие спецификации ISDN модели OSI можно проиллюстрировать следующей таблицей.

Протокол Уровень OSI Темы Методы

LAPD (CCITT Q.920 and Q.921) Data Link-MAC Addressing Physical device

Data Link-LLC Connection services LLC-level flow control

Упорядочивание кадров

ISDN (through CCITT I.450/Q.930 and I.451/Q.931) Network Switching Packet

Circuit

Спецификации ISDN построены на цифровой передаче данных, поэтому для повсеместного применения ISDN требуется перевод аналоговых телефонных станций в цифровые. При этом и аналоговые и цифровые данные смогут передаваться по телефонным линиям, как определяет спецификация ISDN. Посредством ISDN пользователи получают доступ к цифровым каналам передачи, называемым bit pipes. Bit pipes могут быть организованы как с помощью коммутации каналов, так и с помощью коммутации пакетов. Услуги ISDN предлагают несколько стандартных спецификаций мультиплексированных каналов:

Канал A. – 4 kHz аналоговый канал;

Канал B – 64 kbps цифровой канал;

Канал С – 8-16 kbps цифровой канал (используется для передачи служебной информации и управляющих сигналов);

Канал D – 16-64 kbps цифровой канал (используется для передачи служебной информации и управляющих сигналов), включает в себя три подканала: s – для передачи, t – для телеметрии, p – для низкоскоростной передачи пакетов;

Канал E – 64 kbps цифровой канал для внутреннего использования в ISDN;

Канал H – цифровой канал с пропускной способностью 384, 1536, 1920 kbps.

В качестве международного стандарта используются следующие спецификации каналов:

Basic rate – 2 B канала (по 64 kbps) + 1 D канал (16 kbps);

Primary rate – 1 D канал (64 kbps) + 23 B канала (США и Япония) или 30 B каналов (Европа и Австралия);

Hybrid rate – 1 A канал (4 kHz аналоговый) + 1 С канал (8 или 16 kbps цифровой канал)

Функции ISDN заключаются только в передаче данных, однако на канале типа D используется протокол LAPD (Link Access Procedure, D channel) для обслуживания соединений. В качестве протокола физического уровня B-ISDN использует ATM или SONET.

ATM

ATM (Asynchronous Transfer Mode) был разработан ITU и форумом ATM (ATM Forum) для применения в высокоскоростных сетях LAN, MAN и WAN.

Соответствие протокола ATM модели OSI можно проиллюстрировать следующей таблицей.

Протокол Уровень OSI Темы Методы

ATM Data Link-LLC Transmission synchronization Isochronous

Connection services Error control

Network Switching Packet (обычно называют ячейками)

Route selection Static

В 1988 г. ITU выдвинул ряд стандартов ATM как часть B-ISDN. Стандарты определяют пять классов услуг ATM, которые определяются по следующим трем характеристикам:

1. Время передачи между отправителем и получателем. Некоторые виды трафика требуют точного значения времени передачи данных между устройствами.

2. Bit rate (количество битов трафика в промежуток времени). Существует постоянный и переменный bit rate. Большинство технологий передачи звука и видео-потока ориентированы на постоянный bit-rate, но некоторые новые технологии используют переменный bit-rate.

3. Тип соединения. Различают как связь с установлением соединения, так и связь без установления соединения. (Connection-mode и connectionless)

Класс A. Фиксирует время передачи (timing), постоянный bit rate, ориентирован на установление соединения.

Класс B. Фиксирует время передачи, переменный bit rate, ориентирован на установление соединения. Устанавливает предельное значение времени передачи.

Класс C. Не фиксирует время передачи, переменный bit rate, ориентирован на установление соединения.

Класс D. Не фиксирует время передачи, переменный bit rate, не ориентирован на установление соединения.

Класс X. Переменный bit rate, использование как связи ориентированной на установление соединения, так и не ориентированной.

Каждый класс услуг оптимизирован для определенных задач. Например, класс A –подходит для передачи видео-потока. Протокол ATM построен на использовании «ячеек» - пакеты длиной 53 байта, из которых 5 байт являются заголовком класса (другие стандарты использовали кадры произвольной длины). Фиксированный размер ячейки ускоряет коммутацию. Стандарт ATM предусматривает наличие уровней адаптации (adaptation level), позволяющих устанавливать интерфейс между ATM и протоколами более высоких уровней. ATM может базироваться на других технологиях физического уровня, таких как FDDI или SONET.

Асинхронная передача данных – еще одна особенность ATM. ATM использует технологию, называемую label multiplexing, выделяющую промежуток времени для передачи по требованию. Асинхронность выдачи промежутков подразумевает, что они не выдаются периодически. Трафик, критичный ко времени доставки, может получить приоритет над другим трафиком, то есть поступившая ячейка с высоким приоритетом будет передана вне очереди. Можно сказать, что такая технология использует StatTDM (Statistical TDM) на основе приоритета ячеек.

Устройства в сети ATM устанавливают виртуальную магистраль (virtual path), имеющую свой идентификатор VPI. По этой магистрали могут устанавливаться виртуальные каналы с идентификаторами VCI. VCI и VPI занимают три байта в заголовке ячейки. Другие технологии, например Ethernet, отводит 6 байт на физический адрес. ATM может использовать три байта, т.к. VCI и VPI относятся только к текущей связи между двумя устройствами. Каждый коммутатор может присваивать различные VCI и VPI любой связи. Таким образом на каждой связи может существовать до 16 миллионов каналов.

Пропускная способность ATM находится в интервале от 66 Mbps до 622 Mbps (обычно 155 Mbps).

SMDS

SMD (Switched Megabit Data Service) был разработан Bell Communications Research в 1991 году. SMD считается прародителем технологии ATM. SMDS предназначен для городских сетей (MAN), хотя может использоваться и в глобальных сетях (WAN).

SMDS относится к канальному уровню OSI и поддерживает несколько стандартов физического уровня. SMDS не производит обслуживания соединений.

Соответствие протокола SMDS модели OSI можно проиллюстрировать следующей таблицей.

Протокол Уровень OSI Темы Методы

SMDS Data Link-LLC Transmission synchronization Isochronous

Network Switching Packet (также как и в ATM называются ячейки, фиксированный размер))

SMDS не ориентирован на установление соединений, и может быть использован вместе с DQDB (IEEE 802.6) и SONET. Также как и в ATM пакеты SMDS называются ячейками и имеют фиксированный размер. Обеспечивается пропускная способность от 1,544 Mbps до 45 Mbps.

SONET/SDH

Спецификация SONET (Synchronous Optical Network) была также разработана в 1984 компанией Bell Communications Research и в дальнейшем утверждена ANSI. К концу 1988 г. CCITT (ITU) опубликовал похожую спецификацию SDH (Synchronous Digital Hierarchy). Существует несколько национальных спецификаций SDH: SDH-Europe, SDH-Japan и SDH-SONET (Северная Америка). SONET и SDH считаются спецификациями глобальных сетей (WAN) и основаны на волоконно-оптическом кабеле.

Соответствие протокола SONET/SDH модели OSI можно проиллюстрировать следующей таблицей.

Протокол Уровень OSI Темы Методы

SONET/SDH Physical Connection types Point-to-point

Physical topology Mesh

Ring

Multiplexing TDM

На базе спецификации физического уровня SONET/SDH могут базироваться такие протоколы как FDDI, DQDB (IEEE 802.6), SMDS и ATM. Пропускная способность SONET является кратной 51,84 Mbps (например, стандарт OC-48 (optical carrier) обладает пропускной способностью 48x51,84=2488,43 Mbps). Пропускная способность SDH является кратной 155,52 Mbps (например, пропускная способность SDH-16 будет 16x155,52=2488,43 Mbps, что эквивалентно OC-48)

Цифровая связь

Цифровые линии намного быстрее и качественнее передают сигнал по сравнению с аналоговыми линиями. Для работы по цифровой линии не нужны модемы, так как не происходит аналогово-цифрового преобразования. На цифровой линии используются устройства CSU/DSU.

T1 – стандартный тип цифровой линии, предназначен для дуплексной связи типа точка-точка, использует две пары проводов (одну для приема, другую для передачи), скорость T1 составляет 1,544 Mbps. Европейский аналог T1 называется E1 и обеспечивает скорость 2,048 Mbps. Канал T2 состоит из четырех каналов T1 и обеспечивает скорость 6,312 Mbps, канал T3 – 28 каналов T1 и обеспечивает скорость 44,736 Mbps, канал T4 – 168 каналов T1 и скорость 274,760 Mbps.

Switched 56 – технология коммутации каналов на линии 56 kbps. Преимущество – канал Switched 56 можно использовать только при необходимости связи.

Приложение

Маршрутизируемые протоколы/стеки:

DECnet (DNA)

IP

IPX

OSI (DNA)

XNS

DDP (AppleTalk)

Немаршрутизируемые протоколы:

LAT (Local Area Transport DEC)

NetBEUI (протокол Microsoft)

Контрольные задания

1. Which two of the following are regarded as WAN protocols?

A. Frame relay

B. SLIP

C. IEEE 802.6

D. X.25

2. Which protocols are commonly used with IEEE 802.2?

A. IEEE 802.3

B. IEEE 802.5

C. IEEE 802.6

D. All of the above

3. What is the primary characteristic that distinguishes a cell from a packet?

A. Cells are generally smaller than packets.

B. Cells don't incorporate physical addresses.

C. All cells have the same fixed length.

D. Packets cannot be switched.

4. Which two of the following protocols are intended primarily for use on fiber-optic cable?

A. Frame relay

B. FDDI

C. SONET

D. X.25

5. Which two of the following ATM service classes require no timing?

A. Class A

B. Class B

C. Class C

D. Class D

6. Which two of the following standards use token passing for media access control?

A. IEEE 802.4

B. IEEE 802.6

C. Frame relay

D. FDDI

7. Which two of the following standards are designed to support audio data?

A. IEEE 802.3

B. ISDN

C. ATM

D. Frame relay

8. Over fiber-optic media, typical B-ISDN data rates are ______.

A. 51 Mbps

B. 155 Mbps

C. 312 Mbps

D. 622 Mbps

9. Which two of the following network standards are well suited to delivering time-critical data?

A. X.25

B. IEEE 802.5

C. Frame relay

D. ATM

10. The project 802 model defines standards for which layers of the OSI model?

 a. the Application layer

 b. the Presentation layer

 c. the Session layer

 d. the Transport layer

 e. the Network layer

 f. the Data Link layer

 g. the Physical layer

11. Which of the following are dial-up communication protocols?

 a. FTP

 b. PPP

 c. TCP

 d. SLIP

 e. IP

 f. FDDI

12. What does the T1 technology offer?

 a. a maximum transmission rate of 1,544 Mbps?

 b. a maximum transmission rate of 45 Mbps?

 c. point-to-point, full-duplex transmission

 d. two 64-Kbps B channel and one 16-Kbps D channel per line

13. Which of the following network standards is known as Fast Ethernet?

a. 10Base2

b. 10Base5

c. 100BaseX

d. 100BaseVG-Anylan

14. Which of the following is true of thinnet and thicknet?

a. Thinnet and thicknet are specified in IEEE Standard 802.5.

b. The maximum cable segment length is 100 meters for thinnet and 500 meters for thicknet.

c. Thicknet is associated with the 10Base5 topology, whereas thinnet is associated with the 10Base2 topology.

d. Because of their different size and construction, thicknet and thinnet should not be used in the same network.

15. Which of the following WAN technologies can provide subscribers with bandwidth as needed? (Обеспечивать минимальное гарантированное значение полосы пропускания)

a. Frame relay

b. X.25

c. ISDN

d. T1

16. Which of the following protocols/stacks can be used with a router?

 a. IPX/SPX

 b. TCP/IP

 c. NetBEUI

 d. AppleTalk

 e. LAT

 f. DLC

 g. DECNet

 h. XNS

17. Which of the following supports the simultaneous transmission of voice, video and data?

a. 56-kbps dedicated analog line

b. ATM

c. CSU/DSU

d. Switched 56

e. X.25

18. Which WAN technology is a protocol suite that uses packet assemblers and disassemblers?

a. X.25

b. ATM

c. ISDN

d. Frame relay

19. Which of the following WAN technologies is intended to replace analog phone lines?

a. T1

b. ATM

c. Frame relay

d. ISDN

e. X.25

20. Which WAN technology supports transmission rates greater than 100 Mbps?

a. ISDN

b. T1

c. ATM

d. Switched 56

e. X.25

1. a,d

2. d

3. c

4. b,c

5. c,d

6. a,d

7. b,c

8. a,b,d

9. b,d

10. f,g

11. b,d

12. a,c

13. c

14. c

15. a

16. a,b,d,g,h

17. b

18. a

19. d

20. c

Сейчас читают