2.3. Концепции доступа на уровне сетевого протокола

 Рассмотрим основные свойства наиболее часто используемых сетевых протоколов.

2.3.1. Протокол TPC/IP

TCP/IP - это один из немногих протоколов, широко используемых в сетевом мире, на котором основаны многие системы. Перечислим некоторые из средств TCP/IP, которые применяются сегодня в локальных сетях:

-       он может выполнять маршрутизацию данных между различными сетями или подсетями;

-       не зависит от используемой для подсетей технологии (такой как Ethernet, Token Ring и X25);

-       не зависит от аппаратного обеспечения хост-машины;

-       устойчив к высокой частоте ошибок в подсетях;

-       имеет надежные средства восстановления после сбоя.

2.3.2. Протокол IPX/SPX

Создавая IPX/SPX, фирма Novell улучшила протокол XNS (Xerox Network Services), ориентировав его на работа в надежных локальных сетях с не слишком интеллектуальными ранними моделями PC. С учетом работы протокола в этой среде IPX/SPX дает прекрасную производительность с минимальными издержками на работу с оперативной памятью. Для PC с объемом ОЗУ в 640К и отсутствием средств управления памятью это было очень важно. Перечислим некоторые возможности IPX/SPX, применимые сегодня к LAN:

·        он согласуется с протоколом XNS;

·        IPX близко соответствует протоколу IDP (XNS Internetwork Datagram Packet);

·        IPX предусматривает функции адресации и маршрутизации;

·        SPX добавляет функции транспортного уровня, обеспечивающие гарантированную доставку, и ориентированные на подключение связи между узлами;

·        SPX часто обходится по линиям рабочая станция - сервер.

Microsoft Windows поставляется со встроенным протоколом IPX/SPX, как и Windows NT, OS/2, SCO, NeXTstep 3.0, Solaris 2.0, UnixWare и почти все другие настольные системы.

2.3.3. NetBIOS

С технической точки зрения NetBIOS (Network Basic Input Output System) не является протоколом или API - это интерфейс программного обеспечения нижнего уровня. NetBIOS не зависит от языка и протокола: определения протокола или API остаются вне ее.

Появившись в 1984 году вместе с сетевой программой для PC (PC Network program) фирмы IBM и платой сетевого интерфейса с повышенной пропускной способностью, SMB-cерверы и программное обеспечение клиента REDIRECTOR стали доступны на платформах, использующих исключительно PC. Многие из программ NetBIOS работали на самой плате, поскольку PC-платформа обладала недостаточной мощностью. Особую важность это приобрело в 1986 году, когда IBM начала поставлять поддерживающие NetBIOS адаптеры Token Ring.

NetBIOS имеет больше общего с PC BIOS, чем с традиционной сетевой работой. Программные прерывания от процессора через NetBIOS и сетевое программное обеспечение нижнего уровня поступают в блок NCB (Network Control Block). Функции NetBIOS не зависят от протокола. Сегодня NetBIOS обычно работает через IPX/SPX, TCP/IP или OSI. Кроме того, в NetBIOS особенно чувствительна к межоперативным возможностям. Для обеспечения коммуникаций везде должна использоваться одна и та же NetBIOS.

Для многих программных продуктов (особенно сетевых интерфейсов TCP/IP) доступны аналоги NetBIOS. Некоторые компании, наиболее известными из которых являются Performance Technology (Сан-Антонио, Техас) и Micro Computer Systems (MCS) (Даллас) добавили NetBIOS в системы Unix. Это позволяет реализовать все то, что позволяет сделать добавление в систему Unix IPX/SPX - PC-клиент может эмулировать терминал хост-машины без TCP/IP.

Наиболее широко используемым протоколом является стек протоколов TPC/IP. Рассмотрим его более подробно.

2.3.4. Стек протоколов TPC/IP

Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) - это промышленный стандарт стека протоколов, разработанный для глобальных сетей. Лидирующая роль стека TCP/IP объясняется следующими его свойствами:

·        Это наиболее завершенный стандартный и в то же время популярный стек сетевых протоколов, имеющий многолетнюю историю.

·        Почти все большие сети передают основную часть своего трафика с помощью протокола TCP/IP.

·        Это метод получения доступа к сети Internet.

·        Этот стек служит основой для создания intranet- корпоративной сети, использующей транспортные услуги Internet и гипертекстовую технологию WWW, разработанную в Internet.

·        Все современные операционные системы поддерживают стек TCP/IP.

·        Это гибкая технология для соединения разнородных систем как на уровне транспортных подсистем, так и на уровне прикладных сервисов.

·        Это устойчивая масштабируемая межплатформенная среда для приложений клиент-сервер.

2.3.4.1. Структура стека TCP/IP. Краткая характеристика протоколов

Так как стек TCP/IP был разработан до появления модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI, то, хотя он также имеет многоуровневую структуру, соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI достаточно условно.

Структура протоколов TCP/IP приведена на Рис. 2.4. Протоколы TCP/IP делятся на 4 уровня.

Самый нижний (уровень IV) соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. Этот уровень в протоколах TCP/IP не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня: для локальных сетей это Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, для глобальных сетей - протоколы соединений "точка-точка" SLIP и PPP, протоколы территориальных сетей с коммутацией пакетов X.25, frame relay. Разработана также специальная спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта канального уровня. Обычно при появлении новой технологии локальных или глобальных сетей она быстро включается в стек TCP/IP за счет разработки соответствующего RFC, определяющего метод инкапсуляции пакетов IP в ее кадры.

Следующий уровень (уровень III) - это уровень межсетевого взаимодействия, который занимается передачей пакетов с использованием различных транспортных технологий локальных сетей, территориальных сетей, линий специальной связи и т. п.

В качестве основного протокола сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке используется протокол IP, который изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Протокол IP является дейтаграммным протоколом, то есть он не гарантирует доставку пакетов до узла назначения, но старается это сделать.

К уровню межсетевого взаимодействия относятся и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol). Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизаторами сети и узлом - источником пакета. С помощью специальных пакетов ICMP сообщается о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п.

Следующий уровень (уровень II) называется основным. На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между удаленными прикладными процессами за счет образования виртуальных соединений. Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным способом, как и IP, и выполняет только функции связующего звена между сетевым протоколом и многочисленными прикладными процессами.

Верхний уровень (уровень I) называется прикладным. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил большое количество протоколов и сервисов прикладного уровня. К ним относятся такие широко используемые протоколы, как протокол копирования файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной информации, такие как WWW и многие другие. Остановимся несколько подробнее на некоторых из них.

2.3.4.2. FTP. Протокол пересылки файлов FTP (File Transfer Protocol) реализует удаленный доступ к файлу. Для того, чтобы обеспечить надежную передачу, FTP использует в качестве транспорта протокол с установлением соединений - TCP. Кроме пересылки файлов протокол FTP предлагает и другие услуги. Так, пользователю предоставляется возможность интерактивной работы с удаленной машиной, например, он может распечатать содержимое ее каталогов. Наконец, FTP выполняет аутентификацию пользователей. Прежде, чем получить доступ к файлу, в соответствии с протоколом пользователи должны сообщить свое имя и пароль. Для доступа к публичным каталогам FTP-архивов Internet парольная аутентификация не требуется, и ее обходят за счет использования для такого доступа предопределенного имени пользователя Anonymous.

В стеке TCP/IP протокол FTP предлагает наиболее широкий набор услуг для работы с файлами, однако он является и самым сложным для программирования. Приложения, которым не требуются все возможности FTP, могут использовать другой, более экономичный протокол - простейший протокол пересылки файлов TFTP (Trivial File Transfer Protocol). Этот протокол реализует только передачу файлов, причем в качестве транспорта используется более простой, чем TCP, протокол без установления соединения - UDP.

2.3.4.3. telnet. Протокол telnet обеспечивает передачу потока байтов между процессами, а также между процессом и терминалом. Наиболее часто этот протокол используется для эмуляции терминала удаленного компьютера. При использовании сервиса telnet пользователь фактически управляет удаленным компьютером так же, как и локальный пользователь, поэтому такой вид доступа требует хорошей защиты. Поэтому серверы telnet всегда используют как минимум аутентификацию по паролю, а иногда и более мощные средства защиты, например, систему Kerberos.

2.3.4.4. SNMP Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) используется для организации сетевого управления. Изначально протокол SNMP был разработан для удаленного контроля и управления маршрутизаторами Internet, которые традиционно часто называют также шлюзами. С ростом популярности протокол SNMP стали применять и для управления любым коммуникационным оборудованием - концентраторами, мостами, сетевыми адаптерами и т.д. и т.п. Проблема управления в протоколе SNMP разделяется на две задачи.

Первая задача связана с передачей информации. Протоколы передачи управляющей информации определяют процедуру взаимодействия SNMP-агента, работающего в управляемом оборудовании, и SNMP-монитора, работающего на компьютере администратора, который часто называют также консолью управления. Протоколы передачи определяют форматы сообщений, которыми обмениваются агенты и монитор.

Вторая задача связана с контролируемыми переменными, характеризующими состояние управляемого устройства. Стандарты регламентируют, какие данные должны сохраняться и накапливаться в устройствах, имена этих данных и синтаксис этих имен. В стандарте SNMP определена спецификация информационной базы данных управления сетью. Эта спецификация, известная как база данных MIB (Management Information Base), определяет те элементы данных, которые управляемое устройство должно сохранять, и допустимые операции над ними.