Стандартные стеки коммуникационных протоколов. Стек OSI.

В то время как модель OSI является концептуальной схемой взаимодействия открытых систем, стек OSI представляет собой набор вполне конкретных спецификаций протоколов.

Стек OSI полностью соответствует модели OSI, т.е. полностью соответствует каждому из семи уровней взаимодействия (для каждого уровня в стеке OSI присутствует спецификация). На нижних уровнях стек OSI поддерживает Ethernet, Token Ring, FDDI, протоколы глобальных сетей, X.25 и ISDN, протоколы сетевого, транспортного и сеансового уровней стека OSI, специфицированные и реализованные различными производителями, но распространены на данный момент мало. Наиболее популярными протоколами стека OSI являются прикладные протоколы. К ним относятся: протокол передачи файлов FTAM, протокол эмуляции терминала VTP, протоколы справочной службы X.500, электронной почты X.400 и ряд других.

Протоколы стека OSI отличаются сложностью и неоднозначностью спецификаций. Это связано с тем, что разработчики спецификации стека протоколов стремились учесть в своих протоколах всевозможные существующие технологии, и только начинающие развиваться, а также предусмотреть возможные случаи неполадок в протоколах. Кроме этого, на спецификации стека повлияли последствия большого количества политических компромиссов, связанных с принятием международных стандартов.

Из-за своей сложности протоколы OSI требуют больших затрат вычислительной мощности центрального процессора, что делает их наиболее подходящими для мощных машин, а не для сетей ПК.

Стек OSI — независимый от производителей международный стандарт. Его поддерживает правительство США в своей программе GOSIP, в соответствии с которой все компьютерные сети, устанавливаемые в правительственных учреждениях США после 1990 года, должны или непосредственно поддерживать стек OSI, или обеспечивать средства для перехода на этот стек в будущем. Тем не менее, стек OSI более популярен в Европе, чем в США. Одним из крупнейших производителей, поддерживающих OSI, является компания AT&T.

Стандартные стеки коммуникационных протоколов. Стек TCP/IP.

Стек TCP/IP был разработан по инициативе Министерства обороны США более 30 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Большой вклад в развитие стека, который получил свое название от популярных протоколов IP и TCP, внес университет Беркли, реализов протоколы стека в версии ОС UNIX. Популярность этой операционной системы привела к широкому распространению протоколов стека. Сегодня стек используется для связи компьютеров всемирной информационной сети Internet, а также в большинстве корпоративных сетей.

Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей — это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных — протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP, PPP, протоколы территориальных сетей X.25 и ISDN.

Основными протоколами стека являются протоколы IP и TCP. Эти протоколы относятся к сетевому и транспортному уровням, соответственно. IP обеспечивает продвижение пакета по составной сети, а TCP гарантирует надежность его доставки.

За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP вобрал в себя большое количество протоколов прикладного уровня. К ним относятся: протокол пересылки файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, гипертекстовые сервисы службы WWW и др.

Поскольку стек изначально создавался для глобальной сети Internet, он имеет множество преимуществ для построения сетей, включающих глобальные связи. Одной из самых важный особенностей протокола является его способность фрагментировать пакеты: протокол стека IP успешно решает задачи фрагментации кадров передаваемых данных.

Другая особенность стека протоколов - гибкая система адресации, позволяющая проще, чем другие протоколы аналогичного назначения, включать во внутреннюю сеть сети разных технологий.

В стеке TCP/IP используется экономный режим широковещательных рассылок.

Однако за достоинства стека необходимо платить высоким требованиям к ресурсам, сложностью администрирования IP-сетей, необходимостью реализации больших вычислительных затрат, наличием в сети различных централизованных служб типа DNS, DHCP и т. п.

Стандартные стеки коммуникационных протоколов. Стек IPX/SPX. Стек NetBIOS/SMB.

Стек IPX/SPX стек является оригинальным стеком протоколов фирмы Novell, разработанным для ОС Novell NetWare в начале 80-х годов. Протоколы сетевого и сеансового уровней Internetwork Packet Exchange (IPX) и Sequenced Packet Exchange (SPX), которые дали название стеку, являются прямой адаптацией протоколов XNS фирмы Xerox, распространенных в гораздо меньшей степени, чем стек IPX/SPX. Популярность этого стека протоколов связана с ОС Novell NetWare, популярность которой уступает популярности ОС фирмы Microsoft.

Изначально стек IPX/SPX ориентировался на работу в локальных сетях небольших размеров, состоящих из ПК со скромными ресурсами. Для этого протокола требовалось минимальное количество ОП (под управлением MS-DOS - 640 Кбайт). Протоколы быстро работали на процессорах небольшой вычислительной мощности. Как результат этих действий, протоколы стека IPX/SPX до недавнего времени хорошо работали в локальных сетях и не очень — в больших корпоративных, так как они слишком перегружали медленные глобальные связи широковещательными пакетами, которые интенсивно используются несколькими протоколами этого стека. Это обстоятельство, а также тот факт, что стек является собственностью фирмы Novell, и на его реализацию нужно было получать лицензию, долгое время ограничивали его распространенность только сетями NetWare.

Стек NetBIOS/SMB широко используется в продуктах компаний IBM и Microsoft. На физическом и канальном уровнях этого стека поддерживаются все наиболее распространенные протоколы локальных и глобальных сетей (Ethernet, Token Ring и др.). На верхних уровнях работают протоколы NetBEUI и SMB.

Протокол NetBIOS (Network Basic Input/Output System) появился в 1984 г. как сетевое расширение стандартных функций базовой системы ввода/вывода (BIOS) для сетевой программы PC Network компании IBM. В дальнейшем этот протокол был заменен на протокол расширенного пользовательского интерфейса NetBEUI — NetBIOS Extended User Interface. Для обеспечения совместимости приложений в качестве интерфейса к протоколу NetBEUI был сохранен интерфейс NetBIOS. Протокол NetBEUI разрабатывался как нересурсоемкий протокол для сетей, насчитывающих не более 200 рабочих станций. Этот протокол соержит массу полезных функций, однако он не обеспечивает возможность маршрутизации пакетов. Это ограничивает использование протокола локальными сетями, не разделенными на подсети. Часть ограничений этого протокола снимаются реализацией этого протокола NBF (NetBEUI Frame) для ОС Windows.

Протокол SMB (Server Message Block) выполняет функции сеансового, представительного и прикладного уровней. На основе SMB реализуется файловая служба, а также службы печати и передачи сообщений между приложениями.

Характеристики сети.

Основное требование – выполнение сетью того набора услуг, для оказания которых она предназначена (предоставление доступа к файловым архивам, страницам публичных веб-сайтов и т.д.). Все остальные требования связаны с качеством выполнения основной задачи:

Производительность. Основные характеристики производительности сети: время реакции (ВР), скорость передачи данных (СПД), задержка передачи данных (ЗПД) и вариация ЗПД.

ВР – интервал между возникновением запроса и получением ответа. Имеет смысл использовать средневзвешенную оценку ВР сети, усредняя показатель по пользователю, серверу, времени дня и т.д. СПД отражает объем данных, переданных сетью или ее частью за единицу времени. Характеризует качество транспортировки сообщений. М.б. мгновенной, максимальной и средней. Максимальная СПД называется пропускной способностью элемента сети. Общая СПД = минимальной из СПД составляющих сеть элементов. ЗПД определяется как задержка между моментом поступления данных на вход сетевого устройства и моментом появления их на выходе этого устройства. СПД и ЗПД являются независимыми параметрами.

Надежность и безопасность. Для технических устройств оцениваются: среднее время наработки на отказ, вероятность отказа, интенсивность отказа. Для сложных систем: готовность, или коэффициент готовности, сохранность и защита данных, согласованность и непротиворечивость данных. Также доставка пакета к узлу назначения без искажений, вероятность потери пакета и т.д. Безопасность – защита данных от порчи и несанкционированного доступа. Отказоустойчивость.

Совместимость, или интегрируемость, означает, что сеть способна включать в себя самое разнообразное ПО и АО, т.е. в ней могут сосуществовать различные ОС, поддерживающие разные стеки коммуникационных протоколов, а также аппартные средства и приложения от различных производителей.

Управляемость сети подразумевает возможность централизованно контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и разрешать проблемы, возникающие при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети.

Расширяемость и масштабируемость. Расширяемость – возможность сравнительно легкого добавления отдельных элементов сети, наращивания длины сегментов и замены существующего оборудования на более мощное. Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается.

Прозрачность сети достигается в том случае, когда сеть представляется пользователем не как множество отдельных компьютеров, связанных между собой, а как единая традиционная ВМ с системой разделения времени. Концепция прозрачности м.б. применена к различным аспектам сети: прозрачность расположения, прозрачность перемещения и т.д.

Качество обслуживания в общем случае подразумевает вероятностные оценки тех или иных требований, предъявляемых к сети приложениями или пользователями.

Поддержка разных видов трафика.