Стандартизация и информатизация

      NetBIOS (Network Basic Input/Output System) — именование узлов, нега­рантированная доставка коротких сообщений без установления соединений, установление виртуальных соединений и гарантированная доставка сообщений, общее управление. Протокол распространяется еще и на 6-й и 7-й уровни, различные реализации могут не быть совместимыми с ориги­нальной разработкой IBM.

      NetBEUI (Network Basic Extended User Interface) — реализация и расши­рение NetBIOS фирмой Microsoft.

4. Транспортный уровень (transport layer) отвечает за передачу данных от ис­точника к получателю с уровнем качества (пропускная способность, задержка прохождения, уровень достоверности), затребованным сеансовым уровнем. Если блоки данных, передаваемые с сеансового уровня, больше допустимого размера пакета для данной сети, они разбиваются на несколько нумерованных пакетов. На этом уровне определяются пути передачи, которые для соседних пакетов мо­гут быть и разными. На приемной стороне пакеты собираются и в должной последовательности передаются на сеансовый уровень (в большой маршрутизируе­мой сети пакеты могут достигать приемника не в том порядке, в каком передавались , могут дублироваться и теряться).

Транспортный уровень является пограничным и связующим между верхними уровнями, сильно зависящими от приложений, и нижними (subnet layers — уровни, стоящие ниже транспортного), привязанными к конкретной сети. Отно­сительно этой границы и определяются IS — промежуточные системы, обеспечи­вающие передачу пакетов между источником и получателем, используя нижние уровни, и ES — конечные системы, работающие на верхних уровнях.

Нижние уровни могут обеспечивать или не обеспечивать надежную передачу, при которой получателю вручается безошибочный пакет или отправитель полу­чает уведомление о невозможности передачи.

Сервис нижних уровней может быть ориентирован на установление соедине­ния (connection oriented). При этом в начале связи устанавливается соединение между источником и приемником, и передача может идти без нумерации паке­тов, поскольку каждый из них идет за предшественником по тому же пути. По окончании передачи соединение разрывается. Связь без установления соедине­ния (connectionless) требует нумерации пакетов, поскольку они могут теряться, повторяться, приходить не по порядку.

Протоколы транспортного уровня зависят от сервиса нижних уровней:

      TPO...TP4 (Transport Protocol Class 0...4) — классы протоколов модели OSI, ориентированные на различные виды сервиса нижних уровней.

      TCP (Transmission Control Protocol) — протокол передачи данных с уста­новлением соединения.

      SPX (Sequenced Packet Exchange) — протокол передачи данных Novell NetWare с установлением соединения.

3. Сетевой уровень (network layer) форматирует данные транспортного уров­ня и снабжает их информацией, необходимой для маршрутизации (нахождения пути к получателю). Уровень отвечает за адресацию (трансляцию физических и сетевых адресов, обеспечение межсетевого взаимодействия); поиск пути от ис­точника к получателю или между двумя промежуточными устройствами; уста­новление и обслуживание логической связи между узлами для установления связи как ориентированной, так и не ориентированной на соединение. Формати­рование данных осуществляется в соответствии с коммуникационной техноло­гией (локальные сети, глобальные сети). Примеры протоколов сетевого уровня:

      ARP (Address Resolution Protocol) — взаимное преобразование аппарат­ных и сетевых адресов.

      IP (Internet Protocol) — протокол доставки дейтаграмм, основа стека TCP/IP.

      IPX (Internetwork Packet Exchange) — базовый протокол NetWare, отвечающий за адресацию и маршрутизацию пакетов, обеспечивающий сервис для SPX.

2. Канальный уровень (data link layer), называемый также уровнем звена данных. Обеспечивает формирование фреймов (frames) — кадров, передаваемых через физический уровень, контроль ошибок и управление потоком данных (data flow control). Канальный уровень призван скрыть от вышестоящих подроб­ности технической реализации сети (для локальных сетей, например, сетевой уровень не «увидит» различий между Ethernet, Token Ring, ARCnet, FDDI).

IEEE в своей сетевой модели 802 ввел дополнительное деление канального уровня на 2 подуровня (sublayers):

    Подуровень LLC (Logical-Link Control — управление логической связью) является стандартным (IEEE 802.2) интерфейсом с сетевым уровнем, не­зависимым от сетевой технологии.

    Подуровень MAC (Media Access Control — управление доступом к среде) осуществляет доступ к уровню физического кодирования и передачи сиг­налов. Применительно к технологии Ethernet МАС-уровень передатчика укладывает данные, пришедшие с LLC, в кадры, пригодные для передачи. Далее, дожидаясь освобождения канала (среды передачи), он передает кадр на физический уровень и следит за результатом работы физического уровня. Если кадр передан успешно (коллизий нет), он сообщает об этом LLC-подуровню. Если обнаружена коллизия, он делает несколько повтор­ных попыток передачи и, если передача так и не удалась, сообщает об этом LLC-подуровню. На приемной стороне МАС-уровень принимает кадр, проверяет его на отсутствие ошибок (если бы все сетевые адаптеры это де­лали честно!) и, освободив его от служебной информации своего уровня, передает на LLC.

1. Физический уровень (physical layer) — нижний уровень, обеспечивающий физическое кодирование бит кадра в электрические (оптические) сигналы и пе­редачу их по линиям связи. Определяет тип кабелей и разъемов, назначение кон­тактов и формат физических сигналов.

Примеры спецификаций физического уровня:

    EIA/TIA-232-D - ревизия и расширение RS-232C (V.24+V.28), 25-штырь-ковый разъем и протокол последовательной синхронной/асинхронной связи.

    IEEE 802.5, определяющий физическое подключение для Tokeng Ring.

    IEEE 802.3, определяющий разновидности Ethernet (10 Мбит/с). Здесь физический уровень делится еще на 4 подуровня:

    PLS (Physical Layer Signaling) — сигналы для трансиверного кабеля;

    AUI (Attachment Unit Interface) — спецификации трансиверного кабе­ля (интерфейс AUI);

    РМА (Physical Medium Attachment) — функции трансивера;

    MDI (Medium Dependent Interface)  — спецификации подключения трансивера к конкретному типу кабеля (lOBaseS, 10Base2).

Сетевая технология (применительно к локальным сетям это все разновидно­сти Ethernet, Token Ring, ARCnet, FDDI) охватывает канальный и физический уровень модели. Промежуточные системы (устройства) описываются протоко­лами нескольких уровней, начиная от 1-го и доходя до 3-го, а иногда и 4-го уров­ней.

9.Стандарты и протоколы Internet.

Семейство протоколов TCP/IP широко применяется во всем мире для объединения компьютеров в сеть Internet, реализации обмена данными межу машинами. Основное внимание уделено примерам, основанным на реализации TCP/IP в ОС UNIX. Однако основные положения применимы ко всем реализациям TCP/IP.

Термин "TCP/IP" обычно обозначает все, что связано с протоколами TCP и IP. Он охватывает целое семейство протоколов, прикладные программы и даже саму сеть. В состав семейства входят протоколы UDP, ARP, ICMP, TEL-NET, FTP и многие другие. TCP/IP - это технология межсетевого взаимодействия, технология internet. Сеть, которая использует технологию internet, называется "internet". Если речь идет о глобальной сети, объединяющей множество сетей с технологией internet, то ее называют Internet.

Архитектура протоколов TCP/IP предназначена для объединенной сети, состоящей из соединенных друг с другом шлюзами отдельных разнородных пакетных подсетей, к которым подключаются разнородные машины. Каждая из подсетей работает в соответствии со своими специфическими требованиями и имеет свою природу средств связи. Однако предполагается, что каждая подсеть может принять пакет информации (данные с соответствующим сетевым заголовком) и доставить его по указанному адресу в этой конкретной подсети. Не требуется, чтобы подсеть гарантировала обязательную доставку пакетов и имела надежный сквозной протокол. Таким образом, две машины, подключенные к одной подсети, могут обмениваться пакетами.

Когда необходимо передать пакет между машинами, подключенными к разным подсетям, то машина-отправитель посылает пакет в соответствующий шлюз (шлюз подключен к подсети также как обычный узел). Оттуда пакет направляется по определенному маршруту через систему шлюзов и подсетей, пока не достигнет шлюза, подключенного к той же подсети, что и машина-получатель; там пакет направляется к получателю. Объединенная сеть обеспечивает датаграммный сервис.

Проблема доставки пакетов в такой системе решается путем реализации во всех узлах и шлюзах межсетевого протокола IP. Межсетевой уровень является по существу базовым элементом во всей архитектуре протоколов, обеспечивая возможность стандартизации протоколов верхних уровней.

Логическая структура сетевого программного обеспечения, реализующего протоколы семейства TCP/IP в каждом узле сети internet, изображена на рис.1. Прямоугольники обозначают обработку данных, а линии, соединяющие прямоугольники, - пути передачи данных. Горизонтальная линия внизу рисунка обозначает кабель сети Ethernet, которая используется в качестве примера физической среды; "o" - это трансивер. Знак "*" – обозначает IP-адрес, а "@" - адрес узла в сети Ethernet (Ethernet-адрес). Понимание этой логической структуры является основой для понимания всей технологии internet. В дальнейшем мы будем часто ссылаться на эту схему.

Рисунок 1

Введем ряд базовых терминов, которые мы будем использовать в дальнейшем.

Драйвер - это программа, непосредственно взаимодействующая с сетевым адаптером.

Модуль - это программа, взаимодействующая с драйвером, сетевыми прикладными программами или другими модулями.

Драйвер сетевого адаптера и, возможно, другие модули, специфичные для физической сети передачи данных, предоставляют сетевой интерфейс для протокольных модулей семейства TCP/IP.

Название блока данных, передаваемого по сети, зависит от того, на каком уровне стека протоколов он находится. Блок данных, с которым имеет дело сетевой интерфейс, называется кадром; если блок данных находится между сетевым интерфейсом и модулем IP, то он называется IP-пакетом; если он между модулем IP и модулем UDP, то - UDP-датаграммой; если между модулем IP и модулем TCP, то - TCP-сегментом (или транспортным сообщением); наконец, если блок данных находится на уровне сетевых прикладных процессов, то он называется прикладным сообщением.

Рассмотрим потоки данных, проходящие через стек протоколов, изображенный на рис.1. В случае использования протокола TCP (Transmission Control Protocol - протокол управления передачей), данные передаются между прикладным процессом и модулем TCP. Типичным прикладным процессом, использующим протокол TCP, является модуль FTP (File Transfer Protocol - протокол передачи файлов). Стек протоколов в этом случае будет FTP/TCP/IP/ENET. При использовании протокола UDP (User Datagram Protocol - протокол пользовательских датаграмм), данные передаются между прикладным процессом и модулем UDP. Например, SNMP (Simple Network Management Protocol - простой протокол управления сетью) пользуется транспортными услугами UDP. Его стек протоколов выглядит так: SNMP/UDP/IP/ENET.

Модули TCP, UDP и драйвер Ethernet являются мультиплексорами . Действуя как мультиплексоры, они переключают несколько входов на один выход. Они также являются демультиплексорами . Как демультиплексоры, они переключают один вход на один из многих выходов в соответствии с полем типа в заголовке протокольного блока данных (рис.2).

Когда Ethernet-кадр попадает в драйвер сетевого интерфейса Ethernet, он может быть направлен либо в модуль ARP (Address Resolution Protocol - адресный протокол), либо в модуль IP (Internet Protocol - межсетевой протокол). На то, куда должен быть направлен Ethernet-кадр, указывает значение поля типа в заголовке кадра.

Если IP-пакет попадает в модуль IP, то содержащиеся в нем данные могут быть переданы либо модулю TCP, либо UDP, что определяется полем "протокол" в заголовке IP-пакета.

Если UDP-датаграмма попадает в модуль UDP, то на основании значения поля "порт" в заголовке датаграммы определяется прикладная программа, которой должно быть передано прикладное сообщение. Если TCP-сообщение попадает в модуль TCP, то выбор прикладной программы, которой должно быть передано сообщение, осуществляется на основе значения поля "порт" в заголовке TCP-сообщения.

Мультиплексирование данных в обратную сторону осуществляется довольно просто, так как из каждого модуля существует только один путь вниз. Каждый протокольный модуль добавляет к пакету свой заголовок, на основании которого машина, принявшая пакет, выполняет демультиплексирование.

Рисунок 2

Данные от прикладного процесса проходят через модули TCP или UDP, после чего попадают в модуль IP и оттуда - на уровень сетевого интерфейса.

Хотя технология internet поддерживает много различных сред передачи данных, здесь мы будем предполагать использование Ethernet, так как именно эта среда чаще всего служит физической основой для IP-сети. Машина на рис.1 имеет одну точку соединения с Ethernet. Шестибайтный Ethernet-адрес является уникальным для каждого сетевого адаптера и распознается драйвером.

Машина имеет также четырехбайтный IP-адрес. Этот адрес обозначает точку доступа к сети на интерфейсе модуля IP с драйвером. IP-адрес должен быть уникальным в пределах всей сети Internet.

Работающая машина всегда знает свой IP-адрес и Ethernet-адрес.

Машина может быть подключена одновременно к нескольким средам передачи данных.

Для машин с несколькими сетевыми интерфейсами модуль IP выполняет функции мультиплексора и демультиплексора . Схема аналогична рис.2.

Таким образом, он осуществляет мультиплексирование входных и выходных данных в обоих направлениях. Модуль IP в данном случае сложнее, чем в первом примере, так как может передавать данные между сетями. Данные могут поступать через любой сетевой интерфейс и быть ретранслированы через любой другой сетевой интерфейс. Процесс передачи пакета в другую сеть называется ретрансляцией IP-пакета. Машина, выполняющая ретрансляцию, называется шлюзом.

Как показано на рис.3, ретранслируемый пакет не передается модулям TCP или UDP. Некоторые шлюзы вообще могут не иметь модулей TCP и UDP.

Ethernet

Кадр Ethernet содержит адрес назначения, адрес источника, поле типа и данные. Размер адреса в Ethernet - 6 байт. Каждый сетевой адаптер имеет свой Ethernet-адрес. Адаптер контролирует обмен информацией, про исходящий в сети, и принимает адресованные ему Ethernet-кадры, а также Ethernet-кадры с адресом "FF:FF:FF:FF:FF:FF" (в 16-ричной системе), который обозначает "всем", и используется при широковещательной передаче.

Рисунок 3

В документации по TCP/IP термины шлюз (gateway) и IP-маршрутизатор (IP-router) часто используются как синонимы. Мы сочли возможным использовать более распространенный термин "шлюз".