Сетевой протокол это набор правил взаимодействия объектов открытых систем

Обновлено: 14.05.2024

Сетевая модель OSI — это эталонная модель взаимодействия открытых систем, на английском звучит как Open Systems Interconnection Basic Reference Model. Ее назначение в обобщенном представлении средств сетевого взаимодействия.

Что такое сетевая модель OSI?

То есть модель OSI — это обобщенные стандарты для разработчиков программ, благодаря которым любой компьютер одинаково может расшифровать данные, переданные с другого компьютера. Чтобы было понятно, приведу жизненный пример. Известно, что пчелы видят все окружающее их в утрафиалетовом свете. То есть одну и ту же картинку наш глаз и пчелиный воспринимает абсолютно по-разному и то, что видят насекомые, может быть незаметно для зрения человека.

То же самое и с компьютерами — если один разработчик пишет приложение на каком-либо программном языке, который понимает его собственный компьютер, но не доступен ни для одного другого, то на любом другом устройстве вы прочитать созданный этим приложением документ не сможете. Поэтому пришли к такой идее, чтобы при написании приложений следовать единому своду правил, понятному для всех.

Уровни OSI

Для наглядности процесс работы сети принято разделять на 7 уровней, на каждом из которых работает своя группа протоколов.

Сетевой протокол — это правила и технические процедуры, позволяющие компьютерам, объединенным в сеть, осуществлять соединение и обмен данными.
Группа протоколов, объединенных единой конечной целью, называется стек протоколов.

Для выполнения разных задач имеется несколько протоколов, которые занимаются обслуживанием систем, например, стек TCP/IP. Давайте здесь внимательно посмотрим на то, каким образом информация с одного компьютера отправляется по локальной сети на другой комп.

Задачи компьютера ОТПРАВИТЕЛЯ:

Взять данные из приложения
Разбить их на мелкие пакеты, если большой объем
Подготовить к передаче, то есть указать маршрут следования, зашифровать и перекодировать в сетевой формат.

Задачи компьютера ПОЛУЧАТЕЛЯ:

Для того, чтобы верно произвести все эти операции и нужен единый свод правил, то есть эталонная модель OSI.

Вернемся у к уровням OSI. Их принято отсчитывать в обратном порядке и в верхней части таблицы располагаются сетевые приложения, а в нижней — физическая среда передачи информации. По мере того, как данные от компьютера спускаются вниз непосредственно к сетевому кабелю, протоколы, работающие на разных уровнях, постепенно их преобразовывают, подготавливая к физической передаче.

Разберем их подробнее.

7. Прикладной уровень (Application Layer)

6. Уровень представления (Presentation Layer)

Переводит эти данные на единый универсальный язык. Дело в том, что каждый компьютерный процессор имеет собственный формат обработки данных, но в сеть они должны попасть в 1 универсальном формате — именно этим и занимается уровень представления.

5. Сеансовый уровень (Session Layer)

У него много задач.

4. Транспортный уровень (Transport Layer)

Протоколы, которые ориентированы на соединение — они отслеживают доставку данных и при необходимости запрашивают повторную отправку при неудаче. Это TCP — протокол контроля передачи информации.
Не ориентированные на соединение (UDP) — они просто отправляют блоки и дальше не следят за их доставкой.

3. Сетевой уровень (Network Layer)

Обеспечивает сквозную передачу пакета, рассчитывая его маршрут. На этом уровне в пакетах ко всей предыдущей динформации, сформированной другими уровнями, добавляются IP адреса отправителя и получателя. Именно с этого момент пакет данных называется собственно ПАКЕТОМ, у которого есть IP адреса (IP протокол — это протокол межсетевого взаимодействия).

2. Канальный уровень (Data Link Layer)

Здесь происходит передача пакета в пределах одного кабеля, то есть одной локальной сети. Он работает только до пограничного маршрутизатора одной локальной сети. К полученному пакету канальный уровень добавляет свой заголовок — MAC адреса отправителя и получателя и в таком виде блок данных уже называется КАДРОМ.

При передачи за пределы одной локальной сети пакету присваивается MAC не хоста (компьютера), а маршрутизатора другой сети. Отсюда как раз появляется вопрос серых и белых IP, о которых шла речб в статье, на которую была выше дана ссылка. Серый — это адрес внутри одной локальной сети, который не используетс яза ее пределами. Белый — уникальный адрес во всем глобальном интернете.

При поступлении пакета на пограничный роутер IP пакета подменяется на IP этого роутера и вся локальная сеть выходит в глобальную, то есть интернет, под одним единственным IP адресом. Если адрес белый, то часть данных с IP адресом не изменяется.

1. Физический уровень (Transport layer)

Отвечает за преобразование двоичной информации в физический сигнал, который отправляется в физический канал передачи данных. Если это кабель, то сигнал электрический, если оптоволоконная сеть, то в оптический сигнал. Осуществляется это преобразование при помощи сетевого адаптера.

Стеки протоколов

TCP/IP — это стек протоколов, который управляет передачей данных как в локальной сети, так и в глобальной сети Интернет. Данный стек содержит 4 уровня, то есть по эталонной модели OSI каждый из них объединяет в себе несколько уровней.

Терминология при обозначении блока данных

Поток — те данные, которыми оперируются на прикладном уровне
Дейтаграмма — блок данных на выходе с UPD, то есть у которого нет гарантированной доставки.
Сегмент — гарантированный для доставки блок на выходе с протокола TCP
Пакет — блок данных на выходе с протокола IP. поскольку на данном уровне он еще не гарантирован к доставке, то тоже может называться дейтаграммой.
Кадр — блок с присвоенными MAC адресами.

Сетевой протокол — набор правил, позволяющий осуществлять обмен данными между составляющими сеть устройствами, например, между двумя сетевыми картами (рис. 1).

Рисунок 1 - Иллюстрация к понятию Сетевой протокол

Стек протоколов TCP/IP — это набор протоколов, его название происходит от двух наиболее важных протоколов, являющиеся основой связи в сети Интернет. Протокол TCP разбивает передаваемую информацию на порции (пакеты) и нумерует их. С помощью протокола IP все пакеты передаются получателю. Далее с помощью протокола TCP проверяется, все ли пакеты получены. При получении всех порций TCP располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое. В сети Интернет используются две версии этого протокола:

· Маршрутизируемый сетевой протокол IPv4. В протоколе этой версии каждому узлу сети ставится в соответствие IP-адрес длиной 32 бита (т.е. 4 октета или 4 байта).

IP-адреса стандарта IPv6 имеют длину 128 бит и поэтому в четыре раза длиннее, чем IP-адреса четвертой версии. IP-адреса версии v6 записываются в следующем виде:X:X:X:X:X:X:X:X, где X является шестнадцатеричным числом, состоящим из 4-х знаков(16 бит), а каждое число имеет размер 4 бит. Каждое число располагается в диапазоне от 0 до F. Вот пример IP-адреса шестой версии: 1080:0:0:0:7:800:300C:427A. В подобной записи незначащие нули можно опускать, поэтому фрагмент адреса: 0800: записывается, как 800:.

Для взаимодействия сетевых устройств друг с другом необходимо, чтобы у передающего устройства был IP- и MAC-адреса получателя. Набор протоколов TCP/IP имеет в своем составе специальный протокол, называемый ARP (Address Resolution Protocol — протокол преобразования адресов), который позволяет автоматически получить MAC-адрес по известным IP-адресам

DHCP-протокол

Распределением IP-адресов для подключения к сети Интернет занимаются провайдеры, а в локальных сетях – сисадмины. Назначение IP-адресов узлам сети при большом размере сети представляет для администратора очень утомительную процедуру. Поэтому для автоматизации процесса разработан протокол Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) , который освобождает администратора от этих проблем, автоматизируя процесс назначения IP-адресов всем узлам сети.

FTP протокол

FTP протокол передачи файлов со специального файлового сервера на компьютер пользователя. Установив связь с удаленным компьютером, пользователь может скопировать файл с удаленного компьютера на свой или скопировать файл со своего компьютера на удаленный.

POP протокол

POP стандартный протокол получения почтового соединения. Серверы POP обрабатывают входящую почту, а протокол POP предназначен для обработки запросов на получение почты от клиентских почтовых программ.

SMTP протокол

IP адрес по протоколу IPv4

Одной из самых важных тем при рассмотрении TCP/IP является адресация IP. Адрес IP — числовой идентификатор, приписанный каждому компьютеру в сети IP и обозначающий местонахождение в сети устройства, которому он приписан. Адрес IP - это адрес программного, а не аппаратного обеспечения. IP-адрес узла идентифицирует точку доступа модуля IP к сетевому интерфейсу, а не всю машину.

IP -адрес — сетевой (программный) адрес узла в компьютерной сети, построенной по протоколу IP.

Каждый из 4х октет десятичной записи IP адреса может принимать значение в диапазоне от 0 до 255 и в теории такой адрес в десятичной форме записи может быть в диапазоне от 0.0.0.0 до 255.255.255.255. IP адрес - двоичное число, но для человека вместо записи в 32 бит 11000000.10101000.00000000.00000001 удобнее запись в 4 байта вида 192.168.0.1.

Задание 1. Определить IP адрес вашего ПК

Узнать свой собственный IP адрес вы можете, если запустите в ОС Windows XP на выполнение команду Пуск – Программы – Стандартные – Командная Строка и наберете в ней ipconfig (рис. 2).

Рисунок 2 - IP адрес вашего ПК в десятичной системе счисления

Ту же команду можно выполнить в командной строке Windows 7 (рис. 3).

Рисунок 3 - Здесь мы видим IP в двух версиях: IPv4 и IPv6

Задание 2 (скринкаст). Перевод чисел из двоичной системы в десятичную и наоборот

При работе с IP-адресами может возникнуть необходимость перевода двоичных чисел в десятичные и наоборот. Это можно сделать, например, так, как учат в школе:

10110110₂ = (1•2 7 )+(0•2 6 )+(1•2 5 )+(1•2 4 )+(0•2 3 )+(1•2 2 )+(1•2 1 )+(0•2 0 ) = 128+32+16+4+2 = 182₁₀ Но, удобнее это делать на Windows-калькуляторе. Выполните в Windows-7 команду Пуск-Программы-Стандартные-Калькулятор, потом Вид-Программист (рис. 4 и 5).

Рисунок 4 - Двоичный режим (Bin)

Рисунок 5 - Десятичный режим (Dec)

Задание 3. Определение маски сети (скринкаст)

Маской подсети (маской сети) называется битовая маска , определяющая, какая часть IP -адреса узла сети относится к адресу сети, а какая — к адресу узла. Например, узел с IP -адресом 12.34.56.78 и маской подсети 255.255.255.0 находится в сети 12.34.56.0/24 с длиной префикса 24 бита с числом узлов 254 (рис. 6).

Рисунок 6 - Пояснение к термину Маски подсети (расчеты выполнены в программеLAN Calculator)

IP калькуляторов довольно много. Для ОС Windows 7 можно пользоваться, например, программой IP Subnet Calculator 3.2.1. К сожалению, этот вариант только англоязычный (рис. 7). Здесь также видно, что узел с IP-адресом 12.34.56.78 и маской подсети 255.255.255.0 находится в сети 12.34.56.0/24 с длиной префикса 24 бита с числом узлов 254. Другой вариант IP-калькулятора для Windows 7 – программа Advanced IP Address calculator (рис. 8).

Рисунок 7 - IP Subnet Calculator

Рисунок 8 - Advanced IP Address calculator

С точки зрения математики маска подсети накладывается на IP адрес и применяется логическая операция конъюнкции – "И". Если бит в маске подсети равен "1", то соответствующий бит IP -адреса является частью номера сети. Если бит в маске подсети равен "0", то соответствующий бит IP -адреса является частью идентификатора хоста. Пример логического И (1+1=1, а 1+0=0) приведен в таблице 1.

Пример выделения маской номера сети и хоста в IP-адресе

Классы сетей

Для того, чтобы как-то структурировать сети, их поделили на классы.

Класс A. Большие сети

В сети класса A для описания адреса сети используется первый октет, а остальная часть адреса - это адрес узла. Возможное кол-во узлов 16777214. Маска сети класса А - 11111111. 00000000. 00000000. 00000000 (255.0.0.0).

Класс B. Средние сети

В сети класса B для описания адреса сети используется первые два октета, а остальная часть - это адреса узлов. Возможное кол-во узлов 65534. Маска сети

класса В - 11111111. 11111111. 00000000. 00000000 (255.255.0.0).

Класс С. Малые сети

Адреса сетей класса C используют три первых октета для описания адреса сети, а последний октет обозначает адрес узла. Возможное кол-во узлов 254. Маска сети

класса С - 11111111.11111111.11111111.00000000 (255.255.255.0).

Итак, для стандартного деления IP-адресов на номер сети и номер узла, определенного классами A, B и C маски подсети имеют следующий вид:

Двоичная форма

Десятичная форма

11111111 00000000 00000000 00000000

11111111 11111111 00000000 00000000

11111111 11111111 11111111 00000000

В настоящее время классовая модель считается устаревшей и маршрутизация осуществляются по модели CIDR.

Маски при бесклассовой маршрутизации (CIDR)

Беcклассовая адресация CIDR (Classless InterDomain Routing ) - метод IP -адресации, позволяющий гибко управлять пространством IP -адресов, не используя жёсткие рамки классовой адресации. Использование этого метода позволяет экономно использовать конечный ресурс IP -адресов. Пример записи IP -адреса с применением бесклассовой адресации: 10.1.2.33/27. По-другому такая запись называется запись IP -адреса не в классическом виде и стиле Cisco. При этом подходе маску подсети записывают вместе с IP -адресом в формате IP - адрес /количество единичных бит в маске. Число после слэша означает количество единичных разрядов в маске подсети. Рассмотрим пример записи диапазона IP -адресов в виде 10.96.0.0/11. В этом случае маска подсети будет иметь двоичный вид 11111111 11100000 00000000 00000000, или то же самое в десятичном виде: 255.224.0.0. 11 разрядов IP -адреса отводятся под номер сети, а остальные 32 - 11 = 21 разряд полного адреса - под локальный адрес в этой сети. Итого, 10.96.0.0/11 означает диапазон адресов от 10.96.0.1 до 10.127.255.255.

Задание 4 (скринкаст). Задание диапазона IP-адресов. IP калькуляторы

С помощью IP калькуляторов, расположенных в Интернет , можно легко и быстро рассчитать маску сети или подсети, посмотреть, сколько IP -адресов входит в заданный диапазон , узнать число хостов и получить ряд других полезных записей (рис. 9-11).

Путем ввода в калькулятор вашего IP и маски вы можете рассчитать диапазоны IP -адресов от начального (минимального) до конечного (максимального). Диапазон IP адресов записывают в виде префикса. Иначе говоря, если вам встречается запись IP -адресов вида 10.96.0.0/11, то здесь 11 это префикс . Он означает количество единичных разрядов в маске подсети. Для приведённого примера маска подсети будет иметь 11 единиц, потом нули, т.е. двоичный вид 11111111 11100000 00000000 00000000 или то же самое в десятичном виде: 255.224.0.0. 11 разрядов IP -адреса отводятся под номер сети, а остальные из 32 бит , т.е. 32 - 11 = 21 разряд полного адреса — под локальный адрес в этой сети. Итого, 10.96.0.0/11 означает диапазон адресов от 10.96.0.1 до 10.127.255.254. Для автоматизации подобных расчетов воспользуйтесь программой LanCalculator для Windows XP. Просто введите IP и Маску и нажмите на кнопку Рассчитать. Тот же результат вы получите проще и быстрее (рис. 12).

Рисунок 12 - Расчет диапазона IP адресов по IP адресу и Маске подсети

Задание 5. Определить MAC-адрес ПК (Скринкаст)

Помимо IP адреса, есть еще и такое понятие, как MAC адрес .

MAC - адрес (или аппаратный адрес ) - это цифровой код длиной 6 байт , устанавливаемый производителем сетевого адаптера и однозначно идентифицирующий данный адаптер . Согласно стандартам на сеть Ethernet , не может быть двух сетевых адаптеров с одинаковым MAC -адресом. Пример записи MAC -адреса: 00:E0:18:C3:11:89.

Для того, чтобы узнать MAC - адрес сетевой карты в ОС Windows XP нужно выполнить следующие действия: Пуск-Выполнить-cmd и нажимаем OK;

В командной строке набираем ipconfig /all и нажимаем Enter (рис. 13).

Рисунок 13 - Показан аппаратный адрес ПК

Находим пункт "физический адрес " — это и есть MAC - адрес . Если на компьютере установлено несколько сетевых карт, то пунктов "физический адрес " может быть несколько. В Widows XP можно MAC адрес определять специальными утилитами (рис. 14).

Рисунок 14 - Окно утилиты IP config

DNS-сервер (Скринкаст)

DNS- сервер служит для преобразования доменных имен в IP -адреса, либо наоборот - IP -адресов в доменные имена.

Например, если выполните в командной строке команду ping на какой-либо веб-сервер , то вы увидите, что его доменное имя транслируется в его IP адрес (рис. 15). Эту трансляцию и осуществляет DNS- сервер .

Настройка IPv4 адресов

В Windows 7 выполните команду Панель управления-Сеть и Интернет-Сетевые подключения (рис. 16).

Рисунок 16 - На этом ПК существует несколько сетевых подключений

В окне сетевых подключений выберите то подключение, которое вам нужно отконфигурировать и для открытия диалогового окна свойств конкретного сетевого подключения, из контекстного меню выберите команду Свойства (рис. 17).

Рисунок 17 - Окно свойств сетевого подключения

В диалоговом окне выберите компонент Протокол Интернета версии 4 (TCP/IPv4) и нажмите на кнопку Свойства (рис. 18).

Рисунок 18 - Диалоговое окно свойств Протокола Интернета версии 4 (TCP/IPv4)

Как видно на иллюстрации, по умолчанию сетевые подключения автоматически получают IP - адрес и адрес DNS-сервера. Для того чтобы настроить статический адрес , установите переключатель на опцию Использовать следующий IP-адрес, а затем укажите IP - адрес , маску подсети и при необходимости адрес основного шлюза. Для ручной настройки DNS-сервера, установите переключатель на опцию Использовать следующие адреса DNS-серверов и укажите адрес предпочтительного DNS-сервера и, по необходимости, адрес альтернативного DNS-сервера.

Принципы построения открытых систем

Все нижележащие уровни обеспечивают сервис для вышележащих.
Между уровнями должен обеспечиваться межуровневый интерфейс - правила взаимодействия смежных уровней в одной системе.
Одноименные уровни удаленных систем должны взаимодействовать в соответствии с определенным протоколом (логические взаимодействия).
Соединение между системами происходит через одно физическое соединение (канал). Через это соединение взаимодействуют сетевые и прикладные процессы в удаленных системах.
Колличество прикладных процессов, работа которых осуществляется в системе неограничено и обеспечивается мультиплексированием (временным сложением) на физическом уровне.

Международная организация стандартов приняла семиуровневую иерархию функций взаимодействия, обеспечивающих связь прикладных процессов, расположенных в различных системах, включенных в сеть.

Каждый из семи уровней содержит ряд функций обязательных для выполнения и представляет собой логический модуль, реализуемый программно или аппаратно.

Предположим мы строим сеть следующего вида:

В соответствии с принятой моделью архитектуры взаимодействия открытых систем по одному физическому соединению может быть одновременно связано n различных систем. При этом по одному соединению может осуществляться независимое управление передачей информации между различными парами систем. Возникает иллюзия наличия в физическом соединении отдельных каналов, которые принято называть логическими.

Логический канал - это путь для передачи данных от одной системы к другой. Логический канал прокладывается по маршруту в одном или нескольких физических каналах. Логический канал можно охарактеризовать, как маршрут, проложенный через физические каналы и узлы коммутации.

Логический канал, соединяющий в информационно-вычислительной сети два информационных процесса, также называют виртуальным.

Виртуальный канал - в сети коммутации пакетов - средства, обеспечивающие передачу пакетов между двумя узлами с сохранением исходной последовательности, даже если пакеты пересылаются по различным физическим маршрутам. Виртуальное соединение устанавливается при вызове и аннулируется по окончании сеанса связи.

Поддержать межуровневый интерфейс на любом протокольном уровне (поставить драйвер).
Прикладной процесс должен быть одинаковым.

Функции уровней эталонной модели

Уровень 1 - физический - реализует управление каналом связи, что сводится к подключению и отключению канала связи, кодированию или модуляции сигналов, представляющих передаваемые биты данных и их передачу по каналу связи. Из-за наличия помех, воздействующих на канал, в передаваемые данные могут вноситься искажения, что снижает достоверность передачи; вероятность искажения зависит от типа используемого канала и уровня помех. Таким образом, физический уровень образует канал передачи битов.

Уровень 2 - канальный - обеспечивает надежную передачу данных через физический канал, организуемый на уровне 1. Этот уровень модели выполняет следующие функции: защиту от ошибок до величины 10 -8 — 10 -12 ошибок на бит, сохраняет последовательность передаваемых кадров. Реализация этих функций обеспечивает передачу через недостаточно надежный физический канал данных с достоверностью, необходимой для нормальной работы системы. Таким образом, канальный уровень образует канал передачи данных.

Уровень 3 - сетевой - обеспечивает передачу данных через СПД. Уровень является системообразующим: он объединяет отдельные каналы предачи данных, связывающие физические системы, в сеть передачи данных (СПД). На сетевом уровне выполняются функции: передача пакетов данных, маршрутизация и коммутация пакетов в соответствии с определенным маршрутом, организация логических и виртуальных каналов. Таким образом, сетевой уровень завершает формирование системы передачи данных.

Уровни 1-3 организуют сеть передачи данных как систему, обеспечивающую передачу данных между абонентами сети.

Уровень 7 - уровень прикладного процесса .

Три верхних уровня вместе с прикладными процессами определяют информационные процессы, выполняемые в системах. На четвертом уровне систем располагается транспортный процесс, характеризующий процедуры передачи информации от процесса-отправителя к процессу-получателю. На трех нижних уровнях осуществляется передача данных между множеством взаимодействующих систем.

Протоколы

сетезависимые
транспортные
сетенезависимые.

Протоколы всех уровней должны быть квазинезависимы: это необходимо для того, чтобы замена протокола на одном из уровней не требовала переделки протоколов на других уровнях.

Кроме того, необходимо, чтобы протокол каждого уровня был прозрачен для протоколов более высоких уровней, т. е. не вносил искажений в их работу. Среди семи уровней протоколов важнейшими являются те, которые расположены на прикладном уровне.

При административном управлении протоколы трех нижних уровней также обеспечивают взаимодействие ЭВМ в сети. Однако точки приложения протоколов высших уровней (4-7) здесь меняются. При основном управлении эти протоколы связывали пары ЭВМ. Однако при административном управлении эти протоколы обеспечивают взаимодействие ЭВМ, специализированной для целей административного управления сетью, со всеми остальными системами.

Основные свойства протоколов.

прозрачность,
помехоустойчивость,
независимость.

Требование прозрачности связано с тем, что пользователи хотят передавать информацию любого содержания, зашифрованную любыми кодами.
Обеспечение помехоустойчивости позволяет гарантировать доставку информации с уровнем ошибок, не превышающим заданным.
Независимость означает, что транспортный сервис должен быть отделен от информационных процессов, и не зависеть от структуры и характеристик последних.

местонахождения информационных ресурсов;
характера передачи данных и типов соединений;
вида синхронизации и скорости передачи;
структуры программных и аппаратных средств, реализующих протоколы;
структуры и вида протоколов нижних уровней.

синтаксисом
семантикой
синхронизацией

Протоколы в зависимости от отношений взаимодействующих систем делятся на асимметричные и симметричные. Асимметричным является тот протокол, который описывает взаимодействие неравноправных партнеров; отправителя (инициатора) и получателя, например, взаимодействие пользователя за терминалом с прикладным процессом. Если же протокол определяет взаимодействие одинаковых (в логическом смысле) партнеров, он называется симметричным, например, протоколы взаимодействия двух программ пользователей, либо двух людей-операторов, находящихся за терминалами.

Уже созданные информационно-вычислительные сети, имеют различные наборы протоколов всех уровней. Это затрудняет не только выпуск оборудования и программного обеспечения ЭВМ, предназначенных для включения в сеть, но и усложняет проблему взаимодействия сетей друг с другом. Поэтому различными международными организациями ведется разработка стандартов на протоколы всех уровней. Так, Международным консультативным комитетом по телеграфии и телефонии разработана Рекомендация Х.25, определяющая сетевой, канальный и физический протоколы. Международными организациями, а также Европейской ассоциацией производителей вычислительной техники ведутся разработки стандартов на сеансовые и транспортные протоколы.

Значительная работа по стандартизации протоколов проведена фирмами IBM, DEC, Hewlett-Packard, Control Data и Xerox и т. д. Ими созданы стеки протоколов, работающие в доменных сетях.

Прикладные процессы

Прикладным процессом называют основной компонент системы, осуществляющий обработку информации для нужд пользователей, либо административное управление сетью.

человеко-машинный, в котором человек-оператор работает у пульта терминала;
внутримашинный, определяемый математическими программами, работающими с данными, расположенными в вычислительной машине;
производственный, обеспечивающий сбор информации и управляющий технологическим процессом.

административное управление системой;
управление выполнением программами пользователей;
системные задачи;
промышленное применение;
специфическое применение.

Естественно, что четкого различия между рассмотренными группами прикладных протоколов не существует. Но приведенная классификация является основой для определения протоколов, вводимых в информационно-вычислительной сети, а также стандартов, определяемых в отрасли, стране, либо в международном масштабе.

Принцип взаимодействия уровней в эталонной модели

Декомпозиция сети ЭВМ на отдельные функциональные элементы

В соответсвии с функциями уровней эталонной модели сеть ЭВМ может быть декомпозирована на функциональные подсистемы.

Соответствие терминов, определенных для ЭМВОС стандартом МОС, и отечественных терминов:

Data Switching Equipment (DSE) - коммутатор пакетов (КП - маршрутизатор)
Data Communication Equipment (DCE) - аппаратура коммутации данных (АКД - модем)
Data Terminal Equipment (DTE) - оборудование обработки данных (ООД)

Базовое понимание сетевых технологий необходимо любому человеку, который имеет отношение к управлению сервером. Эти знания помогут вам запустить и отладить работу сетевых сервисов и своевременно обнаружить проблемы.

В данной статье представлен базовый обзор общих сетевых терминов и протоколов, а также характеристики различных уровней сетевого взаимодействия.

Основные сетевые термины

В данном разделе вы найдёте определения основных терминов и понятий, имеющих отношение к созданию и управлению сетями.

Конечно, этот список нельзя назвать исчерпывающим – он содержит только основные понятия, которые используются в сетевых технологиях.

Сетевые уровни

Сетевое взаимодействие часто представляют в виде горизонтальных соединений между хостами, однако реализация такого взаимодействия распределяется по вертикали по всему компьютеру или сети.

Существует множество встроенных друг в друга технологий и протоколов, которые упрощают сетевое взаимодействие. Каждый последующий, более высокий уровень упрощает использование необработанных данных приложениями и пользователями.

Это также позволяет использовать более низкие уровни для обработки трафика, не тратя время и силы на разработку новых протоколов и приложений.

Когда машина отправляет данные, они попадают на высший сетевой уровень и фильтруются каждым последующим уровнем. На самом низком уровне происходит фактическая передача на другую машину, после чего данные фильтруются уровнями в обратном порядке.

Каждый уровень может добавить оболочку вокруг полученных данных, что поможет следующим уровням понять, что делать с данными при их передаче.

Модель OSI

OSI (Open Systems Interconnect) – это базовая модель взаимодействия открытых систем, которая состоит из 7 уровней:

7 – Прикладной: уровень, с которым чаще всего взаимодействуют пользователи и пользовательские приложения. Он отвечает за передачу служебных данных, предоставляет приложениям сведения об ошибках и формирует запросы к следующему уровню.
6 – Представительский уровень (или уровень представления) отвечает за организацию данных при пересылке и преобразование данных в формат приложений.
5 – Сеансовый уровень управляет соединением. Он создаёт, поддерживает и сбрасывает соединения между нодами.
4 – Транспортный уровень отвечает за обработку и соединение между другими уровнями модели, а также за передачу данных от отправителя к получателю.
3 – Сетевой уровень обеспечивает маршрутизацию данных между нодами сети, транслирует логические адреса и имена в физические. Также этот уровень определяет путь передачи данных
2 – Канальный уровень отвечает за установление и поддержку надёжных соединений между нодами или устройствами сети.
1 – Физический уровень – нижний уровень модели; отвечает за обработку физических устройств, которые используются для установления соединения. Этот уровень включает в себя простое программное обеспечение, которое управляет физическими соединениями, а также аппаратное обеспечение (например, Ethernet).

Модель TCP/IP

Модель TCP/IP (набор протоколов Internet) – ещё одна популярная модель, которая состоит из 4 уровней (они совпадают с некоторыми уровнями OSI):

Прикладной уровень отвечает за обмен данными между приложениями. Здесь работает большинство сетевых приложений. Конечный пользователь будет видеть удалённое приложение как локальное.
Транспортный уровень поддерживает взаимодействие между процессами. Этот уровень использует порты для обращения к различным сервисам. Он может создавать небезопасные и безопасные соединения в зависимости от типа используемого протокола.
Сетевой уровень обеспечивает передачу данных между нодами сети. IP-адреса используются как способ удаленного доступа к системам.
Канальный уровень описывает среду, принципы и характеристики передачи данных. Он устанавливает соединения между соседними нодами для отправки данных.

Сетевые интерфейсы

Интерфейсы являются сетевыми точками связи компьютера. Каждый интерфейс связан с физическим или виртуальным сетевым устройством.

Как правило, на вашем сервере будет один настраиваемый сетевой интерфейс для каждой имеющейся Ethernet-карты или беспроводной интернет-карты.

Администраторы часто используют один интерфейс (обычно eth0) для обслуживания трафика в Интернете, а другой интерфейс (eth1) – для локальной или частной сети.

Протоколы

Сетевые технологии подразумевают совмещение нескольких различных протоколов. Таким образом, одна часть данных может быть передана с помощью нескольких протоколов, встроенных друг в друга.

Рассмотрим самые популярные и распространённые протоколы, начиная с протоколов низкого уровня.

Протокол управления доступом к среде

Media access control, или протокол управления доступом к среде используется для различения устройств. Предполагается, что каждое устройство получает уникальный MAC-адрес, который отличает его от любого другого устройства в Интернете.

Присваивание оборудованию MAC-адресов позволяет ссылаться на устройство по уникальному значению, даже если программное обеспечение устройства изменило его имя.

Media access control является одним из базовых протоколов канального уровня.

Протокол IP

Протокол IP – один из основных протоколов сети Интернет. IP-адреса уникальны в каждой сети и позволяют машинам обращаться друг к другу через сеть. Протокол реализован на сетевом уровне модели IP/TCP.

Сети могут быть связаны между собой, но трафик должен быть маршрутизирован при пересечении границ сети. Этот протокол предусматривает небезопасную сеть и несколько путей к тому же адресату.

Существует несколько различных реализаций протокола IP. Наиболее распространенной реализацией является IPv4, хотя из-за нехватки доступных адресов IPv4 и улучшения возможностей протоколов все более популярным становится IPv6.

Протокол ICMP

Обычно ICMP-пакеты передаются, когда пакет другого типа сталкивается с какой-либо проблемой. В основном, они используются как механизм обратной связи для сетевых коммуникаций.

Протокол TCP

Протокол TCP (transmission control protocol) – протокол управления передачей данных. Он реализован на транспортном уровне модели IP/TCP и используется для установления безопасных соединений.

TCP – один из протоколов, которые помещают данные в пакеты. Затем он передает пакеты удаленному концу соединения, используя методы нижних уровней. На другом конце соединения он может проверять ошибки, запрашивать определенные фрагменты и повторно собирать информацию в один логический элемент для отправки на прикладной уровень.

Протокол создает соединение до передачи данных при помощи трёхэтапного квитирования. Этот способ позволяет участникам соединения подтвердить запрос и согласовать способ обеспечения безопасности данных.

После отправки данных соединение сбрасывается с помощью механизма четырёхэтапного квитирования.

Протокол TCP используется в электронной почте, WWW, FTP, SSH. Можно с уверенностью сказать, что без TCP интернет не был бы таким, каким мы его знаем сегодня.

Протокол UDP

UDP (user datagram protocol) – это протокол пользовательских датаграмм, популярный сопутствующий протокол для TCP, который также реализуется на транспортном уровне.

Основное отличие между UDP и TCP состоит в том, что UDP предоставляет небезопасную передачу данных. Он не проверяет, были ли данные получены на другом конце соединения. Часто это считается серьёзным недостатком, однако некоторым функциям необходим именно такой механизм.

Поскольку UDP не проверяет получения данных, он намного быстрее, чем TCP. Он не устанавливает соединение с удаленными нодами, а просто передаёт данные на этот хост.

Такие простые транзакции используются в простых взаимодействиях (например, для запроса сетевых ресурсов). UDP также является отличным протоколом для передачи данных с одной машины на множество клиентов в режиме реального времени. Он идеально подходит для VOIP, игр и других приложений, которые должны работать без задержки.

Протокол FTP

FTP (file transfer protocol) – это протокол передачи файлов. Он также находится на прикладном уровне и обеспечивает способ передачи полных файлов с одного хоста на другой.

Этот протокол по своей природе небезопасен, поэтому его не рекомендуется использовать в любой открытой сети (если только он не реализован как общедоступный ресурс, предназначенный только для загрузки файлов).

Протокол DNS

DNS (domain name system) – это система доменных имен. Этот протокол прикладного уровня предоставляет удобный механизма именования интернет-ресурсов. Он связывает доменное имя с IP-адресом и позволяет вам обращаться к сайтам по имени в вашем браузере.

Протокол SSH

SSH (secure shell) – это протокол шифрования, реализованный на прикладном уровне, который может использоваться для безопасного обмена данными с удаленным сервером. На этом протоколе основано много дополнительных технологий.

Существует много других важных протоколов, которые не охвачены в этой статье. Однако теперь вы знакомы с базовыми сетевыми протоколами и их применением.

Открытые системы. Принципы взаимодействия открытых систем

Перемещение информации между компьютерами различных схем является чрезвычайно сложной задачей. В начале 1980 гг. Международная Организация по Стандартизации (ISO) и Международный Консультативный Комитет по Телеграфии и Телефонии (МККТТ) признали необходимость в создания модели сети, которая могла бы помочь поставщикам создавать реализации взаимодействующих сетей. В тесном сотрудничестве была разработана эталонная модель "Взаимодействие Открытых Систем" (ЭМВОС).

Эталонная модель OSI делит проблему перемещения информации между компьютерами через среду сети на семь менее крупных, и следовательно, более легко разрешимых проблем. Каждая из этих семи проблем выбрана потому, что она относительно автономна, и следовательно, ее легче решить без чрезмерной опоры на внешнюю информацию.

Каждая из семи областей проблемы решалась с помощью одного из уровней модели. Большинство устройств сети реализует все семь уровней. Однако в режиме потока информации некоторые реализации сети пропускают один или более уровней. Два самых низших уровня OSI реализуются аппаратным и программным обеспечением; остальные пять высших уровней, как правило, реализуются программным обеспечением. В соответствии с ISO 7498 выделяются семь уровней (слоёв) информационного взаимодействия:

1. Уровень приложения

2. Уровень представления

3. Уровень сессии

4. Транспортный уровень

5. Сетевой уровень

6. Канальный уровень

7. Физический уровень

Информационное взаимодействие двух или более систем, таким образом, представляет собой совокупность информационных взаимодействий уровневых подсистем, причем каждый слой локальной информационной системы взаимодействует только с соответствующим слоем удаленной системы.

Протоколом называется набор алгоритмов (правил) взаимодействия объектов одноименных уровней.

Интерфейсом называется совокупность правил, в соответствии с которыми осуществляется взаимодействие с объектом данного уровня.

Процесс помещения фрагментированных блока данных одного уровня в блоки данных другого уровня называют инкапсуляцией.

Уровень приложения — уровень 7 модели OSI

Протоколы, которые определены на седьмом уровне OSI, предназначены для обеспечения доступа к ресурсам сети программ-приложений пользователя. На данном уровне определяется интерфейс с коммуникационной частью приложения.

В качестве примера протоколов прикладного уровня можно привести протокол Telnet, который обеспечивает доступ пользователя к хосту в режиме удаленного терминала.

Уровень представления — уровень 6 модели OSI

На этом уровне выполняются алгоритмы преобразования формата представления данных — ASCII, КОИ-8.

Уровень сессии — уровень 5 модели OSI

На данном уровне устанавливаются, обслуживаются и разрываются сессии между представительными объектами приложений. В качестве примера протокола сеансового уровня можно рассмотреть протокол RPC (remote procedure call). Как следует из названия, данный протокол предназначен для отображения результатов выполнения процедуры на удаленном хосте. В процессе выполнения этой процедуры между приложениями устанавливается сеансовое соединение. Назначением данного соединения является обслуживание запросов, которые возникают при взаимодействии приложения — клиент с приложением — сервером.

Транспортный уровень — уровень 4 модели OSI

Существует два типа протоколов транспортного уровня — сегментирующие протоколы и дейтаграммные протоколы.

Управление потоком является важной функцией надежных транспортных протоколов, поскольку этот механизм позволяет обеспечивать передачу данных по сетям с нестабильной структурой. Управление потоком заключается в обязательном ожидании передатчиком подтверждения приема ограниченного числа сегментов приемником.

Сетевой уровень — уровень 3 модели OSI

Основной задачей протоколов сетевого уровня является определение пути, который будет использован для доставки блоков данных протоколов верхних уровней.

Для того чтобы блок данных был доставлен до какого-либо хоста, этому хосту должен быть поставлен в соответствие известный передатчику сетевой адрес. Группы хостов, объединенные по территориальному принципу образуют сети. Для упрощения решения задачи маршрутизации сетевой адрес хоста составляется из двух частей: адреса сети и адреса хоста. Таким образом, задача маршрутизации распадается на две подзадачи — поиск сети и поиск хоста в этой сети.

Канальный уровень — уровень 2 модели OSI

Физический уровень — уровень 1 модели OSI

Протоколы физического уровня обеспечивают непосредственный доступ к среде передачи данных для протоколов канального и последующих уровней. Данные передаются протоколами данного уровня в виде битов (для последовательных протоколов) или групп бит (для параллельных протоколов). На данном уровне определяются набор сигналов, которыми обмениваются системы, параметры этих сигналов — временные и электрические и последовательность формирования этих сигналов при выполнении процедуры передачи данных. Кроме того, на данном уровне формулируются требования к электрическим, физическим и механическим характеристикам среды передачи и коннекторов.

Читайте также: