Классификация компьютерных сетей. Сетевые протоколы

Глобальная сеть Internet реализована на основе стека сетевых протоколов TCP/IP, обеспечивающих передачу данных между разнородными локальными и территориальными сетями, а также коммуникационными системами и устройствами.

Протоколы Internet образуют наиболее распространенный сегодня набор протоколов, поскольку они могут быть использованы для обмена данными между любыми соединенными сетями и одинаково хорошо подходят как для локальных, так и для глобальных сетей. В набор протоколов Internet входят протоколы обмена данными, из которых двумя наиболее известными являются протокол управления передачей(Transmission Control Protocol - TCP) и Internet-протокол (Internet Protocol - IP). В набор протоколов Internet входят не только протоколы нижнего уровня (такие, как TCP и IP), но и общие приложения, например, электронная почта, эмуляция терминала и передача файлов.

Первые версии протоколов Internet появились в середине 1970-х гг. XX века.

Протокол TCP/IP был включен туда позже, вместе с BSD UNIX, и с тех пор стал основой Internet и World Wide Web (WWW). Протоколы Internet (включая новые и обновленные протоколы) и политики специфицированы в документах RFC (Request For Comments), которые были опубликованы, рецензированы и проанализированы сообществом Internet. В новых RFC содержатся более подробные описания этих протоколов.

Стек протоколов TCP/IP (англ. Transmission Control Protocol/Internet Protocol -протокол управления передачей) - набор сетевых протоколов разных уровней модели сетевого взаимодействия DOD, используемых в сетях. Основным протоколом стека TCP/IP является протокол IP. Протоколы работают друг с другом в стеке (англ. stack, стопка) - это означает, что протокол, располагающийся на уровне выше, работает «поверх» нижнего, используя механизмы инкапсуляции. Например, протокол TCP работает поверх протокола IP.

Стек протоколов TCP/IP поддерживает все стандартные протоколы физического и канального уровней различных сетевых технологий: Ethernet,

Token Ring, FDDI, PPP и другие.

Стек протоколов TCP/IP основан на модели сетевого взаимодействия UDOD и включает в себя протоколы четырёх уровней:

a) прикладного (application),) транспортного (transport),) сетевого (network),

d) канального (data link).

Протоколы этих уровней полностью реализуют функциональные возможности модели OSI. На стеке протоколов TCP/IP построено всё взаимодействие пользователей в IP-сетях. Стек является независимым от физической среды передачи данных.

На первом уровне (Network interface - сетевой интерфейс) находится аппаратно зависимое программное обеспечение, реализующее передачу данных в той или иной среде. Среда передачи данных может быть реализована различными способами: от простого двухточечного звена до сложной многоузловой коммуникационной структуры сети X.25 или Frame Relay.

Протоколы сетевого уровня:

SLIP (Serial Line IP) - первый стандарт канального уровня для выделенных линий. Разработан специально для стека протоколов TCP/IP, который благодаря простоте может использоваться как для коммутируемых, так и для выделенных каналов. SLIP поддерживается только протоколом сетевого уровня IP.

HDLC (High-level Data Link Control Procedure) - высокоуровневый протокол управления каналом - стандарт ISO для выделенных линий, представляющий собой семейство протоколов LAP (Link Access Protocol), HDLC относится к бит-ориентированным протоколам.

PPP (Point-to-Point Protocol) - протокол двухточечного соединения, пришедший на смену протоколу SLIP и построенный на основе формата кадров протоколов семейства HDLC с дополнением собственных полей. PPP является стандартным протоколом интернета и так же, как протокол HDLC, представляет собой семейство протоколов.

На втором уровне (Internet - межсетевой) реализуется задача маршрутизации с использованием протокола IP. Вторая важная задача протокола IP - сокрытие аппаратно-программных особенностей среды передачи данных и предоставление вышележащим уровням единого унифицированного и аппаратно независимого интерфейса для доставки данных, что обеспечивает многоплатформенное применение приложений, работающих под TCP/IP.

Протоколы межсетевого (канального) уровня:

IP (Internet Protocol) - основной протокол стека TCP/IP, реализующий передачу пакетов по IP-сети от узла к узлу. Протокол IP:

a) Не гарантирует: доставку пакетов; целостность пакетов; сохранение порядка потока пакетов.

b) Не различает логические объекты (процессы), порождающие поток данных.

Эти задачи решают протоколы транспортного уровня TCP и UDP, реализующие различные режимы доставки данных. В отличие от IP протоколы транспортного уровня различают приложения и передают данные от приложения к приложению. В настоящее время на смену протоколу IP версии 4 (IPv4) приходит протокол версии 6 (IPv6).

ICMP (Internet Control Message Protocol) - межсетевой протокол управляющих сообщений, используемый в основном для передачи сообщений об ошибках и исключительных ситуациях, возникших при передаче данных, а также выполняющие некоторые сервисные функции. ICMP является неотъемлемой частью IP, но при этом не делает протокол IP средством надёжной доставки сообщений. Для этих целей существует протокол TCP.

IGMP (Internet Group Management Protocol) - протокол управления группами Интернета, предназначенный для управления групповой (multicast) передачей данных в IP сетях версии 4. IGMP используется маршрутизаторами и IP-узлами для организации групп сетевых устройств, а также для поддержки потокового видео и онлайн-игр, обеспечивая эффективное использование сетевых ресурсов.

ADP (Address Resolution Protocol - протокол разрешения адресов) - предназначен для определения физического адреса устройства (MAC-адреса) по его IP-адресу.

RARP (Reverse Address Resolution Protocol - протокол обратного определения адреса) - предназначен для определения IP-адреса устройства по его физическому адресу (MAC-адресу).

RIP (Routing Information Protocol) - протокол маршрутизации типа DVA, реализующий алгоритм обмена информацией о доступных сетях и расстояниях до них путём периодической рассылки широковещательных пакетов.

OSPF (Open Shortest Path First) - протокол маршрутизации типа LSA, реализующий алгоритм обмена информацией о состоянии каналов, путём периодического тестирования состояния каналов с соседними маршрутизаторами. Протокол OSPF разработанный для применения в сети Интернет и используется в других больших сетях (DECNet, NetWare, SNA, XNS).

На третьем уровне (Transport - транспортный) решаются задачи надёжной доставки пакетов и сохранение их порядка и целостности.

Протоколы транспортного уровня:

TCP (Transmission Control Protocol) - протокол управления передачей данных с установлением соединения, реализующий обмен данных между двумя узлами на основе некоторого соглашения об управлении потоком данных.

UDP (User Datagram Protocol) - дейтаграммный протокол передачи данных в виде независимых единиц - дейтаграмм (datagram).

RTP (Real-time transport Protocol) - предназначен для передачи трафика в реальном времени.

На четвёртом уровне (Application - прикладной) находятся прикладные задачи, запрашивающие сервис у транспортного уровня.

Протоколы прикладного уровня:

FTP (File Transfer Protocol - протокол передачи файлов) - предназначен для передачи файлов в сети и доступа к удалённым хостам. FTP функционирует поверх транспортного протокола TCP.

TFTP (Trivial File Transfer Protocol - простой протокол передачи файлов) - предназначен для первоначальной загрузки бездисковых рабочих станций.

BGP (Border Gateway Protocol - протокол граничного шлюза) - предназначен для обмена информацией о маршрутах между автономными системами.

HTTP (Hyper Text Transfer Protocol - протокол передачи гипертекста) - предназначен для передачи данных на основе клиент-серверной технологии. HTTP в настоящее время используется во всемирной паутине для получения информации с веб-сайтов.

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol - протокол динамической конфигурации узла) - предназначен для автоматического распределения между компьютерами IP-адресов и конфигурационных параметров, необходимых для работы в сети TCP/IP.

SNMP (Simple Network Management Protocol - протокол простого управления сетями) - предназначен для управления и контроля за сетевыми устройствами и приложениями в сети передачи данных путём обмена управляющей информацией.

DNS (Domain Name System - система доменных имён) - компьютерная распределённая иерархическая система для получения информации о доменах, чаще всего для получения IP-адреса по символьному имени хоста.

SIP (Session Initiation Protocol) - протокол установления сеанса, предназначенный для установления и завершения пользовательского интернет-сеанса, включающего обмен мультимедийным содержимым.

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

POP3 (Post Office Protocol Version 3) - протокол почтового отделения версии 3. Обычно используется почтовым клиентом в паре с SMTP для получения сообщений электронной почты с сервера.

IMAP (Internet Message Access protocol) - протокол доступа к электронной почте Интернета.

TELNET (TELetype NETwork) - виртуальный текстовый терминал, предназначенный для реализации текстового интерфейса в сети с использованием транспортного протокола TCP.

PPTP (Point-to-Point tunneling protocol) - туннельный протокол типа точка-точка, позволяющий компьютеру устанавливать защищённое соединение с сервером за счёт создания специального туннеля в незащищённой сети.

Основными особенностями стека TCP/IP являются:

a) независимость от среды передачи данных;

b) негарантированная доставка пакетов;

Стек протоколов - это иерархически организованный набор сетевых протоколов различных уровней, достаточный для организации и обеспечения взаимодействия узлов в сети. В настоящее время в сетях используется большое количество стеков коммуникационных протоколов. Наиболее популярными являются стеки: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, Novell NetWare, DECnet, XNS, SNA и OSI. Все эти стеки, кроме SNA, на нижних уровнях - физическом и канальном - используют одни и те же хорошо стандартизованные протоколы Ethemet, Token Ring, FDDI и некоторые другие, которые позволяют использовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим собственным протоколам. Эти протоколы часто не соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. В частности, функции сеансового и представительного уровня, как правило, объединены с прикладным уровнем. Такое несоответствие связано с тем, что модель OSI появилась как результат обобщения уже существующих и реально используемых стеков, а не наоборот.

Все протоколы, входящие в стек, разработаны одним производителем, то есть они способны работать максимально быстро и эффективно.

Важным моментом в функционировании сетевого оборудования, в частности сетевого адаптера, является привязка протоколов. Она позволяет использовать разные стеки протоколов при обслуживании одного сетевого адаптера. Например, можно одновременно использовать стеки TCP/IP и IPX/SPX. Если вдруг при попытке установления связи с адресатом с помощью первого стека произошла ошибка, то автоматически произойдёт переключение на использование протокола из следующего стека. Важным моментом в данном случае является очередность привязки, поскольку она однозначно влияет на использование того или иного протокола из разных стеков.

Вне зависимости от того, какое количество сетевых адаптеров установлено в компьютере, привязка может осуществляться как «один к нескольким», так и «несколько к одному», то есть один стек протоколов можно привязать сразу к нескольким адаптерам или несколько стеков к одному адаптеру NetWare

NetWare - сетевая операционная система и набор сетевых протоколов, которые используются в этой системе для взаимодействия с компьютерами-клиентами, подключёнными к сети. В основе сетевых протоколов системы лежит стек протоколов XNS. В настоящее время NetWare поддерживает протоколы TCP/IP и IPX/SPX. Novell NetWare была популярна в 80-е и 90-е года по причине большей эффективности в сравнении с операционными системами общего назначения. Ныне это устаревшая технология.

Стек протоколов XNS (Xerox Network Services Internet Transport Protocol) разработан компанией Xerox для передачи данных по сетям Ethernet. Содержит 5 уровней.

Уровень 1 - среда передачи - реализует функции физического и канального уровня в OSI-модели:

• управляет обменом данными между устройством и сетью;

• маршрутизирует данные между устройствами одной сети.

Уровень 2 - межсетевой - соответствует сетевому уровню в OSI- модели:

• управляет обменом данными между устройствами, находящимися в разных сетях (обеспечивает дейтаграммный сервис в терминах IEEE- модели) ;

• описывает способ прохождения данных через сеть.

Уровень 3 - транспортный - соответствует транспортному уровню в OSI-модели:

• обеспечивает связь "end-to-end" между источником и приемником данных.

Уровень 4 - контрольный - соответствует сессионному и представительному уровню в OSI-модели:

• управляет представлением данных;

• управляет контролем над ресурсами устройств.

Уровень 5 - прикладной - соответствует высшим уровням в OSI- модели:

• обеспечивает функции обработки данных для прикладных задач.

Стек протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) на сегодня является наиболее распространенным и функциональным. Он работает в локальных сетях любых масштабов. Данный стек является основным стеком в глобальной сети Интернет. Поддержка стека была реализована в компьютерах c операционной системой UNIX. В результате популярность протокола TCP/IP возросла. В стек протоколов TCP/IP входит достаточно много протоколов, работающих на различных уровнях, но свое название он получил благодаря двум протоколам - TCP и IP. (Transmission Control Protocol) - транспортный протокол, предназначенный для управлением передачей данных в сетях, использующих стек протоколов TCP/ IP. IP (Internet Protocol) - протокол сетевого уровня, предназначенный для доставки данных в составной сети с использованием одного из транспортных протоколов, например TCP или UDP.