Сетевые протоколы
Сетевой протокол - это набор правил, позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть компьютерами. Фактически разные протоколы зачастую описывают лишь разные стороны одного типа связи; взятые вместе, они образуют так называемый стек протоколов.
Наиболее распространённой системой классификации сетевых протоколов является так называемая модель OSI. В соответствии с ней протоколы делятся на 7 уровней по своему назначению - от физического (формирование и распознавание электрических или других сигналов) до прикладного (API для передачи информации приложениями).
Уровни модели OSI:
7-й. Уровень приложений (Application Layer)
6-й. Уровень представления (Presentation Layer)
5-й. Сеансовый уровень (Session Layer)
4-й. Транспортный уровень (Transport Layer)
3-й. Сетевой уровень (Network Layer)
2-й. Уровень канала данных (Data Link Layer)
1-й. Физический уровень (Physical Layer)
Взаимодействие протоколов
Стек протоколов – иерархически организованный набор сетевых протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети.
Компьютерные сети, как и всякая область человеческой деятельности, требует стандартизации. В конце 70-х годов ИСО – Международная организация по стандартизации (ISO, International Organization for Standardization) разработала модель OSI (Open System Interconnection), модель взаимодействия открытых систем, или модель ISO/OSI. Эта модель описывает правила и процедуры передачи данных в различных сетевых средах при организации сеанса связи. Основными элементами модели являются уровни, прикладные процессы и физические средства соединения.
Модель OSI можно разделить на две различные модели:
– горизонтальную модель на базе протоколов, обеспечивающую механизм взаимодействия программ и процессов на различных машинах;
– вертикальную модель на основе услуг, обеспечиваемых соседними уровнями друг другу на одной машине.
В горизонтальной модели двум программам требуется общий протокол для обмена данными. В вертикальной модели соседние уровни обмениваются данными с использованием интерфейсов прикладных программ API (Application Programming Interface).
Тот или иной протокол взаимодействия относят обычно к одному из уровней модели OSI (называемой иногда эталонной моделью). Так, протокол IP относится к 3- му, сетевому уровню, а протокол TCP относится к 4-му транспортному, уровню. Обратите внимание, что стек TCP/IP, наверное, самый популярный, используемый в сети Интернет, получил своё название от двух протоколов 4-го (транспортного) и 3-го (сетевого) уровней.
Наборы протоколов и отраслевые стандарты
Набор протоколов представляет собой множество протоколов, которые используются вместе для предоставления комплексных сетевых сервисов. Набор протоколов может быть определен организацией по стандартизации или разработан производителем сетевого оборудования. Наборы протоколов, могут включать большое количество протоколов. Например, набор протоколов TCP/IP.
Набор протоколов TCP/IP является открытым стандартом, то есть эти протоколы находятся в свободном доступе, и любой разработчик может использовать эти протоколы в аппаратном или программном обеспечении.
Каждый стандартный протокол принят отраслевыми компаниями и утвержден организацией по стандартизации. Использование стандартов в разработке и реализации протоколов гарантирует, что продукты от разных производителей будет успешно взаимодействовать между собой. Если какой-либо производитель не соблюдает строго стандарты протокола, то его оборудование или ПО не сможет успешно взаимодействовать с продуктами других производителей.
Набор протоколов TCP/IP
Набор протоколов TCP/IP применяется для передачи информации как в локальных, так и в территориально распределенных сетях, в частности в сети Интернет. Набор (стек) протоколов TCP/IP состоит из следующих протоколов:
• IP — межсетевой адресный протокол. С его помощью протокол реализуется адресация в сетях TCP/IP;
• ICMP (internet control message protocol) — межсетевой протокол, ответственный за передачу управляющих и диагностических сообщений между узлами сети, определяет доступность и способность к ответу получателей пакетов, работоспособность маршрутизаторов. Обеспечивает низкоуровневую поддержку протокола IP (сообщение об ошибках, квитанции, содействие в маршрутизации и др.);
• ARP — протокол, выполняющий преобразование логических сетевых адресов в аппаратные адреса устройств;
• RARP (reverse ARP) — протокол, обратный ARP;
• UDP протокол, обеспечивающий передачу пакетов информации по сети без проверки и подтверждения доставки пакетов адресату;
• TCP — протокол, обеспечивающий передачу пакетов информации по сети с проверкой и подтверждением доставки. В случае ошибки производится повторная доставка. Протокол более надежен, чем протокол UDP.
Набор протоколов TCP/IP представляется четырехуровневой иерархической моделью.
· прикладной. Это уровень приложений.
· основной, или транспортный. Включает протоколы UDP и TCP. Основные функции этого уровня — доставка данных между двумя прикладными процессами (программами).
· уровень межсетевого взаимодействия. Основные функции этого уровня — адресация и маршрутизация.
· уровень доступа к среде передачи, или уровень сетевых интерфейсов. Протоколы этого уровня обеспечивают объединение в одну сеть ряда подсетей.
Обмен данными TCP/IP
1. Данные, которые требуется отправить — страница на гипертекстовом языке описания документов (HTML), имеющаяся на веб-сервере.
2. Заголовок протокола HTTP прикладного уровня добавляется в начало данных в формате HTML. Заголовок содержит различные данные, включая версию HTTP, которую использует сервер, а также код состояния, указывающий, что у него имеется информация для веб-клиента.
3. Протокол прикладного уровня HTTP передаёт форматированные данные вебстраницы на транспортный уровень. Протокол транспортного уровня TCP используется для управления отдельным сеансом связи между веб-сервером и веб-клиентом.
4. Затем информация IP добавляется перед сведениями TCP. IP назначает соответствующие IP-адреса источника и назначения. Такая информация называется IP-пакетом.
5. Протокол Ethernet добавляет в начало и в конец IP-пакета информацию, называемую кадром канала передачи данных. Этот кадр доставляется на ближайший маршрутизатор на пути к клиенту. Маршрутизатор удаляет информацию Ethernet, анализирует IP-пакет, определяет наилучший путь для пакета, вставляет его в новый кадр и пересылает на следующий маршрутизатор по пути к месту назначения. Каждый маршрутизатор удаляет и добавляет новую информацию кадра канала передачи данных перед пересылкой пакета.
6. Теперь эти данные передаются по объединённой сети, состоящей из среды и промежуточных устройств.
7. Клиент получает кадры канала передачи данных, в которых содержатся данные, и обрабатывает заголовки каждого протокола, а затем удаляет их в порядке, обратном тому, в котором они были добавлены. Информация Ethernet обрабатывается и удаляется, вслед за ней — информация протокола IP, затем TCP и, наконец, HTTP.
8. Затем данные веб-страницы передаются программному обеспечению браузера клиента.
Организации по стандартизации
Организации по стандартизации играют важную роль в поддержании открытого Интернета со свободно доступной спецификацией и протоколами, которые могут быть реализованы любым поставщиком. Организация по стандартизации может разработать набор правил самостоятельно или в других случаях может выбрать частный протокол в качестве основы для стандарта. Если используется частный протокол, разработка стандарта, как правило, происходит с участием поставщика, который его создал.
Организации по стандартизации обычно являются нейтральными некоммерческими организациями, созданными для разработки и продвижения концепции открытых стандартов.
Организации по стандартизации:
· Общество Интернет (ISOC)
· Совет по архитектуре Интернета (IAB).
· Инженерная группа по развитию Интернета (IETF)
· Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE)
· Международная организация по стандартизации (ISO)
Открытые стандарты
В широком смысле открытой системой может быть названа любая система (компьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), построенная в соответствии с открытыми спецификациями.
Под открытыми спецификациями понимаются опубликованные, общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и принятые в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами.
Если две сети построены с соблюдением принципов открытости, то это дает следующие преимущества:
· возможность построения сети из аппаратных и программных средств различных производителей, придерживающихся одного и того же стандарта;
· возможность безболезненной замены одних компонентов сети другими, что позволяет сети развиваться с минимальными затратами;
· возможность легкого сопряжения одной сети с другой;
· простота освоения и обслуживания сети.
Ярким примером открытой системы является сеть Internet. Эта сеть развивалась в полном соответствии с требованиями, предъявляемыми к открытым системам.
Стандарты Интернета
Протокольная модель сетевого взаимодействия TCP/IP была создана в начале 70-х годов и нередко называется моделью сети Интернет. Как показано на рисунке, такая модель определяет четыре категории функций, необходимых для успешного взаимодействия. Архитектура протоколов TCP/IP построена на основе этой модели. Поэтому модель сети Интернет обычно называют моделью TCP/IP.
Большинство протокольных моделей описывают стек протоколов определённого производителя. Тем не менее, поскольку модель TCP/IP представляет собой открытый стандарт, ни одна компания не вправе контролировать её определение.
