Какие бывают стеки протоколов

Обновлено: 05.05.2024

За последнее время появилось большое количество новых стандартов в области сетей. Это породило немало споров и замешательства. Чтобы уметь строить собственные сети или хотя бы уметь настраивать существующие, необходимо понимание принципов работы сетей. Чтобы разобраться в существующей ситуации с сетями, мы предлагаем этот материал.

Классификация

По способу разделения ресурсов ВС могут быть одноранговыми, клиент-серверными (с выделенным сервером) и смешанными. В одноранговых сетях все компьютеры равноправны и отсутствует централизованное управление ресурсами и службами на компьютерах. В каждый конкретный момент каждый компьютер может быть сервером или клиентом, предоставляя или используя ресурсы других компьютеров. Такие сети имеют смысл при наличии в сети 5-15 компьютеров и отсутствии единых распределяемых приложений. При работе с выделенным сервером используется клиент-серверная схема, которая позволяет централизованно обеспечивать безопасность и управление, предоставлять централизованное хранилище ресурсов и обеспечивать различные сервисы (например, Web -сервисы, распределенное использование приложений). Такая система более сложна в обслуживании, но предоставляет гораздо больше удобства, безопасности и хорошо масштабируется.

Модель OSI

Итак, эта эталонная модель распределяет сетевые функции по семи уровням:

Уровень 7. Прикладной.
Уровень 6. Представления данных.
Уровень 5. Сеансовый.
Уровень 4. Транспортный.
Уровень 3. Сетевой.
Уровень 2. Канальный.
Уровень 1. Физический.

При передаче информации в модели OSI используется 3 типа адресов:

Физический адрес или MAC -адрес, который записывается изготовителем на сетевой плате и однозначно определяет физическое устройство.
Сетевой (логический) адрес, который определяет сегмент сети, к которому присоединено устройство и его логический порядковый номер в сегменте.
Служебный (логический) адрес, определяющий порт или сокет для служб провайдера или сервера.

Рис. 1. Многоуровневая архитектура связи

На физическом уровне определяются характеристики электрических сигналов, напряжения, механические свойства кабелей и разъемов. На этом уровне определяется физическая топология сети, способ кодирования информации и общей синхронизации битов. Данные на этом уровне рассматриваются как прозрачный поток битов.

Топология сетей описывает физическое расположение программно-аппаратных компонентов (физическая топология) и методы перемещения данных в среде (логическая топология). К ним относятся:

· общая шина ( bus );

Комбинация этих топологий дает гибридную топологию (звезда на общей шине, звезда на кольце). Именно эта топология наиболее часто встречается в современных сетях. При выборе топологии необходимо учитывать множество факторов, таких, как расстояние, цена, вопросы безопасности, планируемая к использованию операционная система, использование сущест вующего оборудования и т. д.

В системах с топологией общая шина сетевые адаптеры подключены параллельно к единственному каналу связи - магистра ли. Управление шиной может быть как централизованное (станцией-арбитром), так и распределенное (равноправное). Одной из самых известных сетей с общей шиной является Ethernet фирмы Xerox на коаксиальном кабеле.

Шинная топология представляет собой быстрейший и простейший способ установки маленькой или временной сети. К недостаткам такой топологии следует отнести уязвимость при неполадках в магистральном кабеле и трудность изоляции отдельных станций или других компонентов при неправильной ра боте.

Топология кольца имеет ряд недостатков: его трудно поддерживать и переконфигурировать в больших сетях. Кроме того, неполадки в кабеле или одной станции кольца фатальны для всего кольца.

К достоинствам таких топологий следует отнести прекрасное масштабирование, независимость работоспособности всей сети от неполадок на отдельной станции или фрагменте кабельной систе мы, относительная простота расширения сети и ее реконфигурир ования. Недостатками топологии является необходимость большого количества кабеля, больше, чем при остальных топологиях, и за висимость работоспособности сети от концентратора.

Для определения начала и конца пакетов используются управляющие служебные поля пакета с информацией о длине данных, фиксированная длина кадра или битстаффинг (включение 0 после каждой последовательности из 6 единиц, в том числе после заголовка и конца кадра).

Физический уровень определяет физические характеристики используемой среды передачи данных (коаксиальный кабель, витые пары, оптоволокно), организованной с помощью различных топологий. Он описывает также коммуникации с помощью радиосвязи и инфракрасных лучей (беспроводные сети), оптоволоконные кабели и кабель RS -232, используемый для подключе ния модемов к компьютерам.

Канальный уровень определяет правила совместного ис пользования узлами сети физического уровня. Протоколы этого уровня определяют, каким образом биты информации организу ются в логические последовательности (кадры, фреймы), и расположение и вид контрольной информации (заголовки и концевики). Этот уровень структурирован по двум подуровням: управлению доступом к среде - MAC ( Media Access Control ) и управлению ло гической связью - LLC ( Logical Link Control ).

МАС-подуровень поддерживает множественный доступ к каналу связи, осуществляет прием и передачу информационных и управляющих кадров, обнаруживает ошибки по проверочной по следовательности кадров либо по его длине. Физиче ский MAC -адрес сетевой карты помещается в заголовок кадра и используется для идентификации приемника и/или источника.

На подуровне LLC определяется класс обслуживания, осуществ ляется контроль ошибок передачи, синхронизация кадров.

Транспортный уровень обеспечивает наивысший уровень управления процессом перемещения данных из одной системы в другую. С помощью обнаружения и коррекции ошибок транспортный уровень обеспечивает качественную и точную доставку. Этот уровень обеспечивает получение всех данных и правильную очередность следования пакетов. На этом уровне между системами устанавливается виртуальная связь. Во время сеанса передачи две системы сами поддерживают передачу данных.

Уровень сеанса координирует обмен информацией между системами. Этот уровень называется так по устанавливаемому и завершаемому сеансу коммуникации. Если одна система работает медленнее другой или пакеты передаются не в том порядке, то требуется координация. На уровне сеанса к пакетам добавляется информация, которую используют коммуникационные протоколы и которая служит для поддержания сеанса до завершения передачи.

Уровень представления. Протоколы на уровне представления являются частью операционной системы и приложений, которые пользователь выполняет на компьютере. На этом уровне информация форматируется для вывода на экран и печати, также происходит кодирование данных, форматирование, сжатие и т. д.

Прикладной уровень обслуживает запросы пользователей сети на совместно используемые услуги (электронная почта, файлы и печать, базы данных и т. д.), организует санкционированный доступ к запрашиваемым ресурсам, защищает сеть от вторжения нарушителей. Пользователи дают команды запроса на сетевые устройства, которые оформляются в пакеты и передаются по сети с помощью протоколов более низкого уровня.

Стандарт IEEE 802

Расширяя физический и канальный уровень, стандарт сетевых коммуникаций Института инженеров в области электротехники и электроники IEEE 802, разработанный для физических компонентов сети, определяет, каким образом сетевой адаптер получает доступ к сетевому кабелю и как он передает данные.

В описание стандарта входят интерфейсные платы, мосты, маршрутизаторы и другие компоненты, используемые для создания сетей с применением коаксиального кабеля или "витой пары". Сюда включаются также глобальные сети, использующие общие носители, такие, как телефонная система. Стандарт 802 объединяет 16 компонентов, нас интересуют следующие :

802.3 – локальные сети CSMA/CD - множественный доступ с определением несущей и определением конфликтов (фактически Ethernet );

802.6 – региональные сети MAN ( Metropolitan Area Network );

802.8 – техническая консультационная группа по оптоволоконным сетям;

802.11 – беспроводные сети;

802.16 – беспроводной широкополосный доступ.

Стандарты 802.3-802.7 позволяют компью терам и устройствам многих независимых поставщиков логически связываться друг с другом с помощью "витой пары", коаксиально го кабеля или других типов носителя.

Протоколы – это специальные наборы правил, которые помогают упорядочить обмен данными между компьютерами. Сегодня наиболее распространенным набором протоколов является TCP/IP. С их помощью поддерживается передача файлов, удаленный вход в систему и даже электронная почта. Разберемся, что представляет собой семейство протоколов TCP/IP, в чем его особенности и преимущества.

Что это такое

Протоколы данного типа позволяют реализовать модель соединения пакетов. По сути, они являются основой работы всего Интернета. И чаще всего при использовании термина TCP/IP подразумевают всю сеть, которая работает на основе 2 отдельных протоколов – TCP и IP.

Набор протоколов включает в себя ряд соглашений о межсетевом взаимодействии и маршрутизации. С помощью такого инструмента удается наладить связь между пользователями из университетов, исследовательских центров, промышленных предприятий и госучреждений.

TCP – аббревиатура, которая расшифровывается как Transfer Control Protocol. То есть по сути это специальный протокол, который управляет передачей. Он создан для установки и поддержания надежного соединения между устройствами. Именно он отвечает за передачу данных, контролирует объем передаваемых файлов и выполняет новую отправку при возникновении сбоев.

Характеристики протокола TCP заключаются в следующем:

Основными характеристиками протокола IP является следующее:

Реализация обмена данных при помощи сегментов.
Взаимодействие устройств без использования логического соединения.
Фрагментация IP-сегментов в случае необходимости.
Отсутствие средств для управления скоростью передачи сегментов.

Стек сетевых протоколов требуется для поддержания связи компьютеров (хостов), которые подключены к сети. Главная особенность такого набора – аппаратная независимость, которую невозможно получить при использовании других сетевых технологий. То есть TCP/IP не зависит от характеристик аппаратного обеспечения, что позволяет организовать обмен данными между сетями с разными технологиями передачи. За счет использования IP-адресов поддерживается соединение между двумя любыми устройствами.

В протоколах предусмотрено выполнение ряда команд. Например:

По сути стек протоколов TCP/IP является сетевой моделью, в которой описывается весь процесс передачи цифровых данных. До появления этого набора (в 70-е годы прошлого века) передача информации из одной сети в другую была невозможна. Разработка стека помогла решить эту проблему.

Разрабатывалось семейство протоколов под руководством Министерства обороны США, поэтому иногда его называют DoD-системой. Многие специалисты отмечают сходство системы с протоколами OSI, так как обе они строятся по принципу деления на уровни и выполнение отдельных функций на каждом из них.

Общие термины и понятия

Отдельно стоит поговорить о понятиях, которые в той или иной мере связаны с TCP/IP. Для начала разберемся в понятии стека. По сути – это гибкое средство для организации сетевого взаимодействия, с помощью которого каждый пользователь может применить собственные настройки.

Для использования протоколов потребуется установка TCP/IP. Это – специальное программное обеспечение, необходимое для настройки сети. Оно устанавливается вместе с базовой операционной системой, то есть дополнительных программ не потребуется.

Настройка протоколов подразумевает процесс установки базовой ОС и не требует от пользователя дополнительных действий.

Еще один термин, который вы можете встретить при изучении темы – это карта сетевых адаптеров. Она представляет собой физическое устройство, которое подключается к сетевому кабелю.

Отдельно стоит рассказать про сетевые интерфейсы стека. TCP/IP на уровне сетевого интерфейса создает пакеты из IP-дейтаграмм, которые передаются при помощи сетевых технологий. В этой модели протоколов применяется схема IP-адресации, при помощи которой удается однозначно идентифицировать хосты и сети, с которыми компьютер устанавливает соединение.

Еще один термин, который нельзя не упомянуть, это демоны TCP/IP (то есть серверы). Они представляют собой процессы, работающие в фоновом режиме и выполняющие запросы других процессов.

Назначение протокола TCP/IP

Процесс передачи данных между устройствами требует, чтобы оба компьютера использовали одинаковый протокол.

Каждый протокол применяет свои способы борьбы с ошибками, которые могут возникнуть при передаче данных, однако принципиальная схема исправления одна и та же. Как мы уже отметили, передаваемый файл разбивается на отдельные пакеты, которые передаются на конечное устройства и соединяются в определенной последовательности. Каждый пакет дополнительно содержит контрольный байт, который позволяет убедиться в отсутствии ошибок. Если компьютер обнаруживает ошибку при передаче данных, то пакет запрашивается заново.

Такая процедура уменьшает объем информации, которую можно передавать в единицу времени, однако позволяет добиться надежности передачи.

Модель TCP/IP считается наиболее совершенной, так как позволяет настроить взаимодействие компьютеров и подключить к ним различные сетевые устройства. По сути основное назначение TCP/IP заключается в обеспечении трафика для крупных сетей и поддержание функционирования всего Интернета.

Форматы протоколов

Теперь поговорим о том, что такое IP-протокол. Как мы уже отмечали, этот межсетевой протокол в стеке используется для определения адресации сетевого уровня. Существует два основных формата протокола, которые применяется для IP адресов:

Уровневая модель протоколов

При рассмотрении модели TCP/IP нельзя обойти внимание и уровни, на которые она разделена. Интересно, что количество уровней регламентируется стандартом RFC. Этот стандарт выделяет 4 уровня (или ступени):

канальный;
сетевой (или межсетевой);
транспортный;
прикладной.

Ряд экспертов делят начальный уровень на канальный и физический, однако до сих пор не существует единого мнения о целесообразности такой классификации. Мы рассмотрим 4 основных уровня, которые выделяют чаще всего.

1. Канальный.

Его предназначение – описать то, как происходит обмен сведениями на ступени сетевых устройств. Также канальный уровень определяет, как именно информация будет передаваться от одной машины к другой. Данные на link layer обязательно кодируются, затем делятся на несколько пакетов и отправляются по выбранному каналу передачи.

На этом уровне определяется максимально допустимое расстояние для передачи данных, а также такие параметры, как задержка ответа, частота сигнала и т. д. То есть, все физические характеристики системы. Наиболее распространенным протоколом на этом уровне является Ethernet.

2. Межсетевой.

Этот уровень стека протоколов TCP/IP занимается соединением существующих локальных сетей в глобальную. В этом случае под локальными сетями понимают индивидуальные сети на каждом устройстве. Internet layer регламентирует передачу данных по множеству сетей, что позволяет наладить взаимодействие между разными системами.

Именно межсетевое взаимодействие является одним из ключевых принципов функционирования Интернета. Локальные сети объединяются в общую, глобальную, а благодаря пограничным и магистральным маршрутизаторам между ними осуществляется передача файлов.

3. Транспортный.

На этой ступени функционируют протоколы TCP и UDP, которые отвечают за отправку и доставку данных.

Первый протокол – TCP – управляет передачей, проверяет, все ли файлы дошли, насколько полным является полученный объем и не произошло ли ошибок во время процедуры. Протокол помогает двум компьютерам выполнять обмен пакетами при помощи установки специального соединения. Дополнительно TCP позволяет повторно запросить потерянные данные, устранить дублирующиеся пакеты и регулировать загрузку сети. Именно такой протокол отвечает за сборку полученных пакетов в правильном порядке.

А вот протокол UDP, используемый на transport layer, является менее надежным. Занимается он отправкой автономных датаграмм, однако не гарантирует их 100% получение. Данные могут быть утеряны или доставлены в неверном порядке. По этой причине UDP не используется в тех случаях, когда необходима надежная передача. Применение этого протокола допустимо только тогда, когда потеря данных не будет критичной для работы приложения. Также UDP требуется в тех случаях, когда невозможно по каким-либо причинам сделать повторный запрос данных.

4. Прикладной.

Последний уровень, который присутствует в протоколе типа TCP/IP – это прикладной. В отличие от той же системы OSI, отсутствуют промежуточные уровни (например, сеансовый), поэтому форматированием и разбивкой данных занимается программный интерфейс приложений. Приложение обращается к API, а в ответ получает набор действий или инструкцию по их выполнению.

Что такое стек

Изучая уровневую структуру, становится очевидным, что выполнить передачу данных между двумя устройствами напрямую – невозможно. То есть, сначала все фрагменты файлов должны попасть на межсетевой уровень, где каждый компьютер получает IP-адрес. Далее на транспортном уровне происходит передача отдельных частей информации при помощи протокола TCP или UDP.

На каждом отдельном уровне к имеющимся файлам присоединяется и различная служебная информация. Например, она содержит указание порта на прикладном уровне, который служит для распознавания приложения. Дополнительную информацию могут добавлять разные протоколы: Ethernet, IP, TCP и т. д. Именно такая вложенность данных и называется стеком, а само название семейства протоколов TCP/IP – образовано по аббревиатурам двух основных протоколов.

Если обобщить понятие стека, то это – комплект сетевых протоколов с иерархической структурой. Главное условие его создания – это достаточный набор правил для организации взаимодействия устройств в сети. Все протоколы должны работать одновременно, без конфликтов, сбоев и незавершенных операций. Именно поэтому стек делится на отдельные уровни, каждый из которых направлен на решение определенной задачи: например, подготовку данных к отправке или их непосредственную передачу.

Сравнение с моделью OSI

Многие сравнивают стек TCP/IP с моделью OSI, но стоит понимать, что между системами существует ряд принципиальных различий.

В OSI различают три начальных уровня – приложения, представления и сеансовый, – когда как в TCP/IP все это выделяется в прикладной уровень.

Ряд экспертов считают, что в первый уровень OSI намного шире и охватывает более широкие проблемы. Некоторые исследователи и вовсе включают первые слои OSI в модель TCP/IP, так как их можно встретить в современных стандартах. Но в большинстве случаев канальный уровень TCP/IP равняется канальному и физическому уровню в OSI.

Выводы

Стек модели TCP/IP контролирует взаимодействие различных уровней системы. Ключевыми в нем являются сами протоколы, которые встраиваются друг в друга и обеспечивают передачу данных. Однако если сравнивать модель с OSI, то ее архитектура более простая. Также стоит отметить, что стандарты протоколов постоянно обновляются, в то время как принцип действия TCP/IP остается неизменным.

Надеемся, что вы разобрались в том, что такое TCP/IP и в чем заключаются принципы его работы. Если у вас остались вопросы по теме, то специалисты Xelent обязательно ответят на них.

Cтек протоколов TCP/IP широко распространен. Он используется в качестве основы для глобальной сети интернет. Разбираемся в основных понятиях и принципах работы стека.

Основы TCP/IP

Стек протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol, протокол управления передачей/протокол интернета) — сетевая модель, описывающая процесс передачи цифровых данных. Она названа по двум главным протоколам, по этой модели построена глобальная сеть — интернет. Сейчас это кажется невероятным, но в 1970-х информация не могла быть передана из одной сети в другую, с целью обеспечить такую возможность был разработан стек интернет-протоколов также известный как TCP/IP.

Разработкой этих протоколов занималось Министерство обороны США, поэтому иногда модель TCP/IP называют DoD (Department of Defence) модель. Если вы знакомы с моделью OSI, то вам будет проще понять построение модели TCP/IP, потому что обе модели имеют деление на уровни, внутри которых действуют определенные протоколы и выполняются собственные функции. Мы разделили статью на смысловые части, чтобы было проще понять, как устроена модель TCP/IP:

Уровневая модель TCP/IP

Три верхних уровня — прикладной, транспортный и сетевой — присутствуют как в RFC, так и у Таненбаума и других авторов. А вот стоит ли говорить только о канальном или о канальном и физическом уровнях — нет единого мнения. В RFC они объединены, поскольку выполняют одну функцию. В статье мы придерживаемся официального интернет-стандарта RFC и не выделяем физический уровень в отдельный. Далее мы рассмотрим четыре уровня модели.

Канальный уровень (link layer)

Предназначение канального уровня — дать описание тому, как происходит обмен информацией на уровне сетевых устройств, определить, как информация будет передаваться от одного устройства к другому. Информация здесь кодируется, делится на пакеты и отправляется по нужному каналу, т.е. среде передачи.

Этот уровень также вычисляет максимальное расстояние, на которое пакеты возможно передать, частоту сигнала, задержку ответа и т.д. Все это — физические свойства среды передачи информации. На канальном уровне самым распространенным протоколом является Ethernet, но мы рассмотрим его на примере в конце статьи.

Межсетевой уровень (internet layer)

Каждая индивидуальная сеть называется локальной, глобальная сеть интернет позволяет объединить все локальные сети. За объединение локальных сетей в глобальную отвечает сетевой уровень. Он регламентирует передачу информации по множеству локальных сетей, благодаря чему открывается возможность взаимодействия разных сетей.

Межсетевое взаимодействие — это основной принцип построения интернета. Локальные сети по всему миру объединены в глобальную, а передачу данных между этими сетями осуществляют магистральные и пограничные маршрутизаторы.

Маска подсети и IP-адреса

Маска подсети помогает маршрутизатору понять, как и куда передавать пакет. Подсетью может являться любая сеть со своими протоколами. Маршрутизатор передает пакет напрямую, если получатель находится в той же подсети, что и отправитель. Если же подсети получателя и отправителя различаются, пакет передается на второй маршрутизатор, со второго на третий и далее по цепочке, пока не достигнет получателя.

Протокол интернета — IP (Internet Protocol) используется маршрутизатором, чтобы определить, к какой подсети принадлежит получатель. Свой уникальный IP-адрес есть у каждого сетевого устройства, при этом в глобальной сети не может существовать два устройства с одинаковым IP. Он имеет два подвида, первым был принят IPv4 (IP version 4, версии 4) в 1983 году.

IPv4 предусматривает назначение каждому устройству 32-битного IP-адреса, что ограничивало максимально возможное число уникальных адресов 4 миллиардами (2 32 ). В более привычном для человека десятичном виде IPv4 выглядит как четыре блока (октета) чисел от 0 до 255, разделенных тремя точками. Первый октет IP-адреса означает его класс, классов всего 4: A, B, C, D.

IPv6 имеет вид восьми блоков по четыре шестнадцатеричных значения, а каждый блок разделяется двоеточием. IPv6 выглядит следующим образом:

Так как IPv6 адреса длинные, их разрешается сокращать по следующим правилам: ведущие нули допускается опускать, например в адресе выше :00FF: позволяется записывать как :FF:, группы нулей, идущие подряд тоже допустимо сокращать и заменять на двойное двоеточие, например, 2DAB:FFFF::01AA:00FF:DD72:2C4A. Допускается делать не больше одного подобного сокращения в адресе IPv6.

IP предназначен для определения адресата и доставки ему информации, он предоставляет услугу для вышестоящих уровней, но не гарантирует целостность доставляемой информации.

ICMP и IGMP

ICMP никогда не вызывается сетевыми приложениями пользователя, кроме случаев диагностики сети, к примеру, пинг (ping) или traceroute (tracert). ICMP не передает данные, это отличает его от транспортных TCP и UDP, расположенных на L3, которые переносят любые данные. ICMP работает только с IP четвертой версии, с IPv6 взаимодействует ICMPv6.

Сетевые устройства объединяются в группы при помощи IGMP, используемый хостами и роутерами в IPv4 сетях. IGMP организует multicast-передачу информации, что позволяет сетям направлять информацию только хостам, запросившим ее. Это удобно для онлайн-игр или потоковой передаче мультимедиа. IGMP используется только в IPv4 сетях, в сетях IPv6 используется MLD (Multicast Listener Discovery, протокол поиска групповых слушателей), инкапсулированный в ICMPv6.

Транспортный уровень (transport layer)

Постоянные резиденты транспортного уровня — протоколы TCP и UDP, они занимаются доставкой информации.

TCP (протокол управления передачей) — надежный, он обеспечивает передачу информации, проверяя дошла ли она, насколько полным является объем полученной информации и т.д. TCP дает возможность двум хостам производить обмен пакетами через установку соединения. Он предоставляет услугу для приложений, повторно запрашивает потерянную информацию, устраняет дублирующие пакеты, регулируя загруженность сети. TCP гарантирует получение и сборку информации у адресата в правильном порядке.

UDP (протокол пользовательских датаграмм) — ненадежный, он занимается передачей автономных датаграмм. UDP не гарантирует, что всех датаграммы дойдут до получателя. Датаграммы уже содержат всю необходимую информацию, чтобы дойти до получателя, но они все равно могут быть потеряны или доставлены в порядке отличном от порядка при отправлении.

UDP обычно не используется, если требуется надежная передача информации. Использовать UDP имеет смысл там, где потеря части информации не будет критичной для приложения, например, в видеоиграх или потоковой передаче видео. UDP необходим, когда делать повторный запрос сложно или неоправданно по каким-то причинам.

Протоколы L3 не интерпретируют информацию, полученную с верхнего или нижних уровней, они служат только как канал передачи, но есть исключения. RSVP (Resource Reservation Protocol, протокол резервирования сетевых ресурсов) может использоваться, например, роутерами или сетевыми экранами в целях анализа трафика и принятия решений о его передаче или отклонении в зависимости от содержимого.

Прикладной уровень (application layer)

В модели TCP/IP отсутствуют дополнительные промежуточные уровни (представления и сеансовый) в отличие от OSI. Функции форматирования и представления данных делегированы библиотекам и программным интерфейсам приложений (API) — своего рода базам знаний. Когда службы или приложения обращаются к библиотеке или API, те в ответ предоставляют набор действий, необходимых для выполнения задачи и полную инструкцию, каким образом эти действия нужно выполнять.

Зачем нужен порт и что означает термин сокет

IP присваивается каждому компьютеру межсетевым уровнем, но обмен данными происходит не между компьютерами, а между приложениями, установленными на них. Чтобы получить доступ к тому или иному сетевому приложению недостаточно только IP, для идентификации приложений применяют порты. Комбинация IP-адреса и порта называется сокетом или гнездом (socket). Поэтому обмен информацией происходит между сокетами. Нередко слово сокет употребляют как синоним для хоста или пользователя, также сокетом называют гнездо подключения процессора.

Из привилегий у приложений на прикладном уровне можно выделить наличие собственных протоколов для обмена данными, а также фиксированный номер порта для обращения к сети. Администрация адресного пространства интернет (IANA), занимающаяся выделением диапазонов IP-адресов, отвечает еще за назначение сетевым приложениям портов.

Процесс, кодирования данных на прикладном уровне, передача их на транспортном, а затем на межсетевом и, наконец, на канальном уровне называется инкапсуляцией данных. Обратная передача битов информации по иерархии, с канального на прикладной уровни, называют декапсуляцией. Оба процесса осуществляются на компьютерах получателя и отправителя данных попеременно, это позволяет долго не удерживать одну сторону канала занятой, оставляя время на передачу информации другому компьютеру.

Стек протоколов, снова канальный уровень

После ознакомления с уровневой структурой модели становится понятно, что информация не может передаваться между двумя компьютерами напрямую. Сначала кадры передаются на межсетевой уровень, где компьютеру отправителя и компьютеру получателя назначается уникальный IP. После чего, на транспортном уровне, информация передается в виде TCP-фреймов либо UDP-датаграмм.

На каждом этапе, подобно снежному кому, к уже имеющейся информации добавляется служебная информация, например, порт на прикладном уровне, необходимый для идентификации сетевого приложения. Добавление служебной информации к основной обеспечивают разные протоколы — сначала Ethernet, поверх него IP, еще выше TCP, над ним порт, означающий приложение с делегированным ему протоколом. Такая вложенность называется стеком, названным TCP/IP по двум главным протоколам модели.

Point-to-Point протоколы

Отдельно расскажем о Point-to-Point (от точки к точке, двухточечный) протоколе также известном как PPP. PPP уникален по своим функциям, он применяется для коммуникации между двумя маршрутизаторами без участия хоста или какой-либо сетевой структуры в промежутке. При необходимости, PPP обеспечивает аутентификацию, шифрование, а также сжатие данных. Он широко используется при построении физических сетей, например, кабельных телефонных, сотовых телефонных, сетей по кабелю последовательной передачи и транк-линий (когда один маршрутизатор подключают к другому для увеличения размера сети).

У PPP есть два подвида — PPPoE (PPP по Ethernet) и PPPoA (PPP через асинхронный способ передачи данных — ATM), интернет-провайдеры часто их используют для DSL соединений.

PPP и его старший аналог SLIP (протокол последовательной межсетевой связи) формально относятся к межсетевому уровню TCP/IP, но в силу особого принципа работы, иногда выделяются в отдельную категорию. Преимущество PPP в том, что для установки соединения не требуется сетевая инфраструктура, а необходимость маршрутизаторов отпадает. Эти факторы обуславливают специфику использования PPP протоколов.

Заключение

Стек TCP/IP регламентирует взаимодействие разных уровней. Ключевым понятием в здесь являются протоколы, формирующие стек, встраиваясь друг в друга с целью передать данные. Рассмотренная модель по сравнению с OSI имеет более простую архитектуру.

Сама модель остается неизменной, в то время как стандарты протоколов могут обновляться, что еще дальше упрощает работу с TCP/IP. Благодаря всем преимуществам стек TCP/IP получил широкое распространение и использовался сначала в качестве основы для создания глобальной сети, а после для описания работы интернета.

Согласованный набор протоколов разных уровней, достаточный для организации межсетевого взаимодействия, называется стеком протоколов.

Для каждого уровня определяется набор функций-запросов для взаимодействия с вышележащим уровнем, который называется интерфейсом.

Правила взаимодействия двух машин могут быть описаны в виде набора процедур для каждого из уровней, которые называются протоколами.

Стеки протоколов разбиваются на три уровня:

Сетевые протоколы предоставляют следующие услуги: адресацию и маршрутизацию информации, проверку на наличие ошибок, запрос повторной передачи и установление правил взаимодействия в конкретной сетевой среде. Ниже приведены наиболее популярные сетевые протоколы.

- DDP (Datagram Delivery Protocol, протокол доставки дейтаграмм). Протокол передачи данных Apple, используемый в Apple Talk.

- IP (Internet Protocol, протокол Internet). Протокол стека TCP/IP, обеспечивающий адресную информацию и информацию о маршрутизации.

- IPX (Internetwork Packet eXchange, межсетевой обмен пакетами) в NWLink. Протокол Novel NetWare, используемый для маршрутизации и направления пакетов.

- NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface, расширенный пользовательский интерфейс базовой сетевой системы ввода вывода). Разработанный совместно IBM и Microsoft, этот протокол обеспечивает транспортные услуги для NetBIOS.

Транспортные протоколы предоставляют следующие услуги надежной транспортировки данных между компьютерами. Ниже приведены наиболее популярные транспортные протоколы.

- ATP (Apple Talk Protocol, транзакционный протокол Apple Talk) и NBP (Name Binding Protocol, протокол связывания имен). Сеансовый и транспортный протоколы Apple Talk.

- NetBIOS (Network Basis Input/Output System, базовая сетевая система ввода вывода). NetBIOS устанавливает соединение между компьютерами, а NetBEUIпредоставляет услуги передачи данных для этого соединения.

- SPX (Sequenced Packet eXchange, последовательный обмен пакетами) в NWLink. Протокол Novel NetWare, используемый для обеспечения доставки данных.

- TCP (Transmission Control Protocol, протокол управления передачей). Протокол стека TCP/IP отвечает за надежную доставку данных.

Прикладныепротоколы отвечают за взаимодействие приложений. Ниже приведены наиболее популярные прикладные протоколы.

- AFP (Apple Talk File Protocol, файловый протокол Apple Talk). Протокол удаленного управления файлами Macintosh.

- FTP (File Transfer Protocol, протокол передачи файлов). Протокол стека TCP/IP, используемый для обеспечения услуг по передачи файлов.

- NCP (NetWare Core Protocol, базовый протокол NetWare). Оболочка и редиректоры клиента Novel NetWare.

- SNMP (Simple Network Management Protocol, простой протокол управления сетью). Протокол стека TCP/IP, используемый для управления и наблюдения за сетевыми устройствами.

Архитектура стека протоколов Microsoft TCP/IP.

Набор многоуровневых протоколов, или как называют стек TCP/IP, предназначен для использования в различных вариантах сетевого окружения.

Стек TCP/IP с точки зрения системной архитектуры соответствует эталонной модели OSI (Open Systems Interconnection, взаимодействие открытых систем) и позволяет обмениваться данными по сети приложениям и службам, работающим практически на любой платформе, включая Unix, Windows, Macintosh и другие.

Стандартная реализация TCP/IP (на примере фирмы Microsoft) соответствует четырехуровневой модели вместо семиуровневой модели

Модель TCP/IP включает большее число функций на один уровень, что приводит к уменьшению числа уровней. В модели используются следующие уровни:

- уровень Приложения модели TCP/IP соответствует Прикладному, Представительскому и Сеансовому уровням модели OSI;

- Транспортный уровень модели TCP/IP соответствует аналогичному уровню модели OSI;

- Межсетевой уровень модели TCP/IP выполняет те же функции, что и Сетевой уровень модели OSI;

- уровень Сетевого интерфейса модели TCP/IP соответствует Канальному и Физическому уровням модели OSI.

© 2014-2021 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.003)

На рис. 1 показана модель взаимодействия двух узлов. С каждой стороны средства взаимодействия представлены четырьмя уровнями. Процедура взаимодействия этих двух узлов может быть описана в виде набора правил взаимодействия каждой пары соответствующих уровней обеих участвующих сторон.

Рис. 1. Взаимодействие двух узлов

В сущности, протокол и интерфейс выражают одно и то же понятие, но традиционно в сетях за ними закреплены разные области действия: протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах, а интерфейсы — модулей соседних уровней в одном узле.

Средства каждого уровня должны отрабатывать, во-первых, собственный протокол, а во-вторых, интерфейсы с соседними уровнями.

Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов.

Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней — как правило, чисто программными средствами.

Программный модуль, реализующий некоторый протокол, часто для краткости также называют протоколом. При этом соотношение между протоколом как формально определенной процедурой и протоколом — программным модулем, реализующим эту процедуру, — аналогично соотношению между алгоритмом решения некоторой задачи и программой, решающей эту задачу.

Понятно, что один и тот же алгоритм может быть запрограммирован с разной степенью эффективности. Точно так же и протокол может иметь несколько программных реализаций. Именно поэтому при сравнении протоколов следует учитывать не только логику их работы, но и качество программных решений. Более того, на эффективность взаимодействия устройств в сети влияет качество всей совокупности протоколов, составляющих стек, в частности, то, насколько рационально распределены функции между протоколами разных уровней и насколько хорошо определены интерфейсы между ними.

Протоколы реализуются не только компьютерами, но и другими сетевыми устройствами — концентраторами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами и т. д. Действительно, в общем случае связь компьютеров в сети осуществляется не напрямую, а через различные коммуникационные устройства. В зависимости от типа устройства в нем должны быть встроенные средства, реализующие тот или иной набор протоколов.

Протокол – это набор правил, обеспечивающих логическое и процедурное сопряжение между одноуровневыми процессами, реализуемыми в различных технических устройствах.

Интерфейс – совокупность устройств и процедур на границе между двумя подсистемами или двумя устройствами, обеспечивающая их полное взаимодействие. В отличие от протокола интерфейс реализует механическое, электрическое и функциональное сопряжение.

Стек протоколов — это набор протоколов для взаимодействия N-уровней ВОС.

Существующие стеки протоколов: TCP/IP, IPX/SPX, OSI, NetBIOS/SMB, SNA (фирма Apple).

Стек IPX/SPX является оригинальным стеком протоколов фирмы Novell, разработанным для сетевой операционной системы NetWare еще в начале 80-х годов. Многие особенности стека IPX/SPX обусловлены ориентацией ранних версий ОС NetWare (до версии 4.0) на работу в локальных сетях небольших размеров, состоящих из персональных компьютеров со скромными ресурсами. Понятно, что для таких компьютеров компании Novell нужны были протоколы, на реализацию которых требовалось бы минимальное количество оперативной памяти (ограниченной в IBM-совместимых компьютерах под управлением MS-DOS объемом 640 Кбайт) и которые бы быстро работали на процессорах небольшой вычислительной мощности. В результате протоколы стека IPX/SPX до недавнего времени хорошо работали в локальных сетях и не очень в больших корпоративных сетях, так как они слишком перегружали медленные глобальные связи широковещательными пакетами, которые интенсивно используются несколькими протоколами этого стека (например, для установления связи между клиентами и серверами). Сейчас стек IPX/ SPX реализован не только в NetWare, но и в нескольких других сетевых ОС.

Основными отличиями протоколов TCP/IP и IPX/SPX является их противоположная направленность по области применения, так IPX/SPX ориентированы на применение в небольших локальных сетях и для работы на маломощных вычислительных машинах. В отличие от них протоколы стека TCP/IP ориентированы на применение как в ГВС, так и в ЛВС, и требуют больших вычислительных ресурсов. В TCP/IP фрагментация пакетов, гибкая система адресации и сложное администрирование (DNS, DHCP вспомогательные службы).

Читайте также: