Терминологически стек OSI следует отличать от модели ISO/OSI, которая является концептуальной основой взаимосвязи открытых систем. Стек OSI представляет собой набор вполне определенных спецификаций протоколов. В отличие от других стеков протоколов стек OSI полностью соответствует семиуровневой модели OSI. На нижних уровнях (физическом и канальном) стек включает спецификации протоколов локальных (LAN - Local Area Network) сетей 802.3 (Ethernet), 802.5 (Token Ring), FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 100 VG Any LAN, а также глобальных сетей ISDN, PSDN , PSTN . Специфицированы и разработаны протоколы сетевого, транспортного и сеансового уровня стека OSI, но они мало распространены. Наиболее популярными протоколами стека являются прикладные протоколы. К ним относятся протоколы: ISO 8571 ( FTAM -File Transfer Access and Management), ISO 9040 ( Virtual Terminal ), x.500 ( Directory Services ), X.400 (Message Handling Services) и ряд других. Из-за своей сложности протоколы OSI требуют использования высокопроизводительных машин и малопригодны для сетей персональных компьютеров. Стек OSI поддерживается правительствами США и Великобритании по программе GOSIP , в соответствии с которой все компьютерные сети, устанавливаемые в правительственных учреждениях, должны поддерживать стек OSI.

Стек TCP/IP

В стеке TCP/IP определены четыре уровня. Каждый из них участвует в решении основной задачи - организации надежной и производительной работы составной сети (например, Internet), части которой построены на основе разных сетевых технологий.

Уровень сетевых интерфейсов (рис. 4.9) в стеке не регламентируется, но он поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней для локальных и глобальных сетей (рис. 4.10). В их числе имеется спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта канального уровня.

Рис. 4.9.

Рис. 4.10.

Уровень межсетевого взаимодействия реализует концепцию передачи пакетов в режиме без установления соединений, не предусматривающую обмен управляющей информацией (обеспечивающей синхронизацию) до начала передачи данных. Основным протоколом уровня является протокол IP (Internet Protocol), являющийся дейтаграммным, т.е. не гарантирующим доставку пакетов до узла назначения.

К этому уровню относятся также протоколы маршрутизации RIP, OSPF и др., межсетевых управляющих сообщений (об ошибках) ICMP (Internet Control Message Protocol), разрешения адреса ARP (Address Resolution Protocol).

На транспортном уровне основным является протокол TCP (Transmission Control Protocol), служащий для надежного, сопровождаемого проверкой обмена данными между хост-компьютерами сети. Протокол UDP (User Datagram Protocol) обеспечивает предоставление прикладным программам транспортных услуг и выполняет функции мультиплексора между протоколом IP и многочисленными службами прикладного уровня.

Прикладной уровень объединяет службы, предоставляемые системой пользовательским приложениям (рис. 4.10). К ним относятся упрощенный протокол управления сетью SNMP, протокол передачи файлов FTP (использует функции протокола ТСР), простой протокол передачи электронной почты SMTP, протокол эмуляции удаленного терминала Telnet, в том числе специальная версия TN 3270 протокола Telnet, ориентированная на работу с мэйнфреймами IBM, и др. Этот уровень постоянно расширяется за счет присоединения новых служб, например, передачи гипертекстовой информации НТТР и т.д.

В TCP/IP-сетях данные перемещаются между портами взаимодействующих компьютеров. Порт представляет собой адрес, который идентифицирует приложение на передающей или принимающей стороне. Всем портам присваиваются уникальные 16-разрядные номера из диапазона 0-65535. Некоторые номера протокольных портов стандартизированы, их выделение пользователям контролирует IANA (Internet Assigned Numbers Authority).

Комбинация IP-адреса и номера порта называется сокетом. Сокет идентифицирует отдельный сетевой процесс для Internet в целом. Для определения соединения в ориентированных на логическое соединение протоколах, таких как TCP, требуется два сокета: один в передающей системе, другой - в принимающем хосте.

Стек SNA

SNA (Systems Network Architecture ) является патентованной архитектурой компании IBM, созданной в 1974 году в соответствии с иерархической моделью построения сетей, которой в то время придерживалась IBM. В эту иерархию включились мэйнфреймы (хост), коммуникационные контроллеры, кластерные (групповые) контроллеры и терминалы .

Уровневая архитектура и основные протоколы стека SNA в сопоставлении с архитектурой ISO/OSI представлены на рис. 4.9, 4.10. Как видно, модель SNA напоминает модель ISO/OSI. Но функции в ней сгруппированы по-другому.

Верхний уровень службы транзакций (Transaction Services) обеспечивает средства приложений для распределенной обработки и управления сетью. К прикладным протоколам относятся:

• DIA (Document Interchange Architecture) - определяет стандарты обмена документами между разнородными вычислительными системами; координирует передачу файлов, поиск документов и их хранение;
• SNADS ( SNA Distributed Service) - управляет распространением документов и сообщений (инфраструктура для распространения электронной почты);
• DDM (Distributed Data Management ) - обеспечивает прозрачный удаленный доступ к файлам за счет механизма перенаправления запросов.

Уровень службы представления данных (Presentation Services) выполняет часть функций шестого уровня модели ISO/OSI (трансляция данных) и частично седьмого по административному управлению совместного использования ресурсов и синхронизации операций.

Уровень управления потоком данных (Data Flow Control ) по своим функциям в основном соответствует сеансовому уровню модели ISO/OSI. Он управляет диалогами, обработкой запросов и ответов, групповых сообщений и прерыванием потока данных по запросу.

Уровень управления передачей (Transmission Control) выполняет функции транспортного уровня ISO/OSI по управлению передачей данных в пределах установленных сессий и некоторые функции (шифрование/дешифрование и др.) шестого уровня.

Уровень управления маршрутом (Path Control) определяет функции, в основном входящие в сетевой уровень модели ISO/OSI, а также включает в себя управление потоками данных (в модели ISO/OSI это функция канального уровня).

Уровень звена данных (Data Link) почти аналогичен второму уровню эталонной модели и совместим с ним по используемому протоколу, так как протоколы 802.2 и SDLC входят в семейство оригинального протокола HDLC .

На этих уровнях располагаются протоколы:

• APPC (Advanced Program-to-Program Communication) - выполняет функции сеансового и транспортного уровней ISO/OSI; на сеансовом уровне обеспечивает администрирование сеанса и трансляцию синтаксиса файлов, а на транспортном - организацию последовательностей сегментов и сквозное управление потоком данных.
• CICS (Customer Information Control System ) - инструментальное средство для построения приложений обработки транзакций, организует доступ к распределенной файловой системе, защиту информации, многозадачность и пр.
• IMS (Information Management System) - еще одна среда обработки транзакций, подобная CICS , позволяющая нескольким приложениям совместно использовать базы данных и планировать приоритеты транзакций.
• TSO ( Time Sharing Operation) - обеспечивает интерактивный пользовательский терминальный интерфейс, реализуя одновременную поддержку множества независимых параллельных пользовательских сеансов; каждый пользователь TSO при помощи специальных команд получает возможность выполнять операции над наборами данных, запускать задания и контролировать ход их выполнения, использовать устройства, связываться с другими пользователями и т.п.

Среди них коммуникационные:

• APPN (Advanced Peer-to-Peer Networking) - работает на сетевом и транспортном уровнях и обеспечивает одноранговое сетевое взаимодействие между несколькими физическими устройствами (миникомпьютерами, кластерными контроллерами, шлюзами, рабочими станциями и пр.); предусматривает управление окном передач и службу каталогов.
• VTAM (Virtual Telecommunication Access Method ) - обеспечивает управление, обмен данными и управление потоками данных в сетях SNA ; на сеансовом уровне VTAM управляет диалогом и реализует управление сеансом, а на транспортном уровне обеспечивает сквозное управление потоками данных.
• NCP ( Network Control Program) - протокол управления ресурсами, подключенными к коммуникационным контроллерам; частично выполняет функции сетевого уровня (маршрутизация, шлюзование) и частично - канального уровня (управление доступом к каналу, физическая и логическая адресация, управление потоком данных).

Первый уровень - физический (Physical) подобно модели ISO/OSI определяет характеристики сопряжения со средой передачи данных. Решения этого уровня основаны преимущественно на тех же стандартах и рекомендациях, что и модель ISO/OSI.

Стек ATM

Стек протоколов АТМ формально соответствует нижним уровням модели ISO/OSI и включает уровень адаптации АТМ, собственно уровень АТМ и физический уровень. Прямого соответствия между уровнями протоколов технологии АТМ и уровнями модели ISO/OSI нет.

Уровень адаптации AAL (ATM Adaptation Layer) представляет собой набор протоколов AAL1 -AAL5; действует как интерфейс с вышерасположенными уровнями и адаптирован к требованиям различных применений (речь, мультимедиа, данные и т.п.). Рекомендация I.362 определяет четыре класса услуг уровня AAL , зависящих от трех параметров:

• временной синхронизации между отправителем и получателем (требуется или не требуется);
• скорости передачи (постоянная или переменная);
• режима соединения (с установлением или без установления соединения).

Таким образом, уровень AAL поддерживает прикладные программы и в таком качестве очень разнообразен; его операции зависят от характера выполняемых в системе приложений. Уровень AAL выполняет при этом некоторые функции уровней 4, 5 и 7 модели ISO/OSI.

Протокол АТМ занимает в стеке протоколов АТМ примерно то же место, что и протокол IP в стеке TCP/IP, выполняя передачу ячеек через коммутаторы при установленном и настроенном виртуальном соединении, то есть на основании готовых таблиц коммутации портов.

Одноименный уровень несет ответственность за администрирование передачи и приема между узлом пользователя и коммутатором. Уровень выполняет четыре основные функции:

• мультиплексирование ячеек в единый поток при передаче ячеек и демультиплексирование при приеме потока;
• трансляцию номеров виртуальных путей VPI и соединений VCI ;
• генерацию заголовков ячеек АТМ при получении данных от уровня AAL ;
• управление потоком по принятым методам сигнализации.

Уровень АТМ приблизительно соответствует уровням 2 и 3 эталонной модели ISO/OSI , но имеет функциональные упрощения с целью достижения большей простоты и более высокой производительности сети.

Физический уровень содержит два подуровня: сходимости передачи ТС (Transmission Convergence ) и физической среды РМ ( Physical Medium ). Первый подуровень выполняет функции генерации, формирования и разграничения кадров, генерации контрольной последовательности и корректировки скоростей передачи ячеек.

Подуровень РМ осуществляет передачу битов данных и образует электрический (оптический) интерфейс со средой передачи данных. Рекомендация I.432 определила два стандартных типа подуровня РМ на скоростях 155 и 520 Mb/s (коаксиальный кабель) и 622 Мb/s (оптоволоконный кабель) SDH / SONET . Для локальных сетей компания IBM разработала спецификацию сети АТМ со скоростью 25 Mb/s (витая пара), которая принята АТМ Forum. Имеются и другие физические интерфейсы к сетям АТМ, отличные от SDH / SONET . К ним относятся интерфейсы T1/E1, Т3/Е3 и др.

Комитет АТМ Forum разработал спецификацию, называемую LAN Emulation ( LANE , df- lane -0021.000), которая обеспечивает совместимость традиционных протоколов и оборудования локальных сетей с технологией АТМ (канальный уровень). Спецификация LANE определяет способ преобразования кадров и адресов МАС-уровня традиционных технологий локальных сетей в ячейки и коммутируемые виртуальные соединения технологии АТМ, а также способ обратного преобразования. Ввиду того, что спецификация определяет только канальный уровень взаимодействия с помощью коммутаторов АТМ и компонентов эмуляции LAN, можно образовать только виртуальные сети, а для их соединения необходимо использовать маршрутизаторы.

Важно различать модель OSI и стек протокола OSI.

Модель – концептуальная схема взаимодействия.

Стек – набор конкретных протоколов.

В отличие от других стеков, стек OSI полностью соответствует модели, т.е. 7 уровням взаимодействия.

На физическом и канальном уровнем стек OSI поддерживает протоколы разработанные вне стека OSI (см. рис.) Сетевой уровень включает протоколы CONP и CLNP – Connected Oriented Network Protocol и Connectionless NP. CONP / CLNP – с / без установления соединения.

Протоколы маршрутизации – End-Intermidiate, itermidiate-intermidiate.

ES-IS – компьютер – маршрутизатор, IS-IS – взаимодействие между маршрутизаторами.

На сеансовом и транспортном уровне пользователи определяют классы обслуживания и получают транспортный сервис независимо от протоколов сетевого уровня (с/без установлением соединения).

На прикладном уровне обеспечивается передача файлов – эмуляция терминала, служба сетевых каталогов, электронная почта.

Стек IPX/SPX

Стек протоколов, разработанных фирмой NOVELL, одна из первых фирм, которая производила локальные сети.

Interact Pack Exchange(IPX) / Sequenced PX (SPX)

На прикладном уровне представительских сеансов работают Netware Core Protocol и Service Advertising Protocol.

Особенности стека обусловлены ориентацией ранних сетей Netware на ЛВС малого размера состоящих из рабочих станций малой мощности. На реализацию протоколов отводилось немного места в ОЗУ, поэтому несколько уровней объединены в один протокол. Семиуровневая модель просматривается слабо.

Стек NetBIOS / SMB

Разработан совместно Microsoft и IBM. Стек NetBIOS разработан как сетевое расширение BIOS, дальнейшем заменен протоколом NETBEUI. Протокол разрабатывался для ЛВС с количеством станций до 200. Недостаток стека протокола в том, что не обеспечивается маршрутизация пакетов, нельзя использовать в составных сетях. Протокол SMB – также включает в себя протокол представительского сеанса, на основе этого протокола есть сетевая FS и другие сетевые службы.

Стек TCP/IP

На прикладном уровне объединяются три уровня – прикладной, представительский, сеансовый. Функции этих уровней выполняют протоколы HTTP, SNMP, FTP, Telnet, SMTP.

Транспортный уровень может представлять прикладному уровню два типа сервиса – TCP сервис (обеспечивает гарантированную доставку с подтверждением), UDP сервис (обеспечивает доставку по возможности). TCP сервис устанавливает логическое соединение, нумерует пакеты, и получают квитанции об получении. В случае потери пакета, он может быть передан повторно. На приемном конце уничтожает дублированные пакеты и представляет верхнему уровню пакеты в той последовательности, в которой они переданы. Разрешена передача в дуплексном режиме. UDP – используется для доставки сообщений без установления логического сообщения. В этом случае задача гарантированной доставки может быть поставлена на прикладном уровне.

Сетевой уровень – получает и выполняет запрос на передачу порции данных по составной сети (основной протокол – IP). Основная задача протокола – продвижение пакетов от одного маршрутизатора к другому, до тех пор, пока он не дойдет до сети назначения и далее – хоста. Протокол IP разворачивается не только на хостах, но и коммуникационном оборудовании (шлюзах и т.д.). IP – дейтаграммный протокол, работающий без установления соединения, по так называемому принципу доставки с максимальными усилиями. К сетевому уровню также относятся RIP и OSPF – протоколы маршрутизации, строят таблицы маршрутизации, на основе которых IP передает пакеты по сети.

ICMP – протокол обмена межсетевыми управляющими сообщениями, передает источнику информацию об ошибках, при передачи пакета по сети.

IGMP – протокол передачи пакетов на несколько адресов сразу (циркулярная передача).

Канальные и физические реализуют функции доступа к среде передачи, формирование кадров, кодирование, синхронизацию и т.д., особенностью стека TCP/IP является то, что на канальном и физическом уровне требование к физической среде не регламентируются, т.е. возможно подключение любой новой среды, с учетом определенных соглашений.

Для спецификаций соглашений и их опций существуют документы их определяющие, одним из них является RFC (Request for Commentary) – все протоколы там, с рисунками кадров, с каждым определением бита.

Включение новой технологии осуществляется независимо от того, сколькими уровнями взаимодействия она описывается.

Особенности протокола TCP/IP:

1) Способность фрагментировать пакеты. Если составная сеть построена на разных принципах, то длины передаваемых кадров, понятные для сетей могут быть разными. Возможно при переходе из сети в сеть делить или объединять пакеты.

2) Гибкая система адресации, позволяющая адресоваться в сетях с различными топологиями.

3) Экономное расходование системных ресурсов (использование широковещательных пакетов).

4) Сложность администрирования и управления. Отсутствие широковещательных рассылок требует иметь в сетях специальные централизованные службы DNS, DHCP.

5) Протокол TCP/IP был разработан до модели OSI, поэтому его соответствие модели OSI условно.

Краткие выводы :

Соответствие стеков протокол модели OSI условное.

Несоответствие компонент вызвано увеличением требований по скорости работы в ущерб модульности.

Как правило, ни один стек протоколов, кроме OSI не имеет семи уровней. Межсетевое взаимодействие осуществляется на трех, четырех уровнях:

1) физический и канальный (сетевой адаптер)

2) сетевой уровень (маршрутизатор),

3) транспортный уровень(программная реализация передача данных)

4) уровень сетевой службы (сеансовое представление сетевой)

Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей явля­ется стандартизация коммуникационных протоколов. В настоящее время в сетях используется большое количество стеков коммуникационных протоколов. Наибо­лее популярными являются стеки: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, DECnet, SNA и OSI. Все эти стеки, кроме SNA на нижних уровнях - физическом и канальном, - используют одни и те же хорошо стандартизованные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и некоторые другие, которые позволяют использовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим собственным протоколам. Эти протоколы часто не соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. В частности, функции сеансового и представи­тельного уровня, как правило, объединены с прикладным уровнем. Такое несоот­ветствие связано с тем, что модель OSI появилась как результат обобщения уже существующих и реально используемых стеков, а не наоборот.

1. Стек osi

Следует четко различать модель OSI и стек OSI. В то время как модель OSI явля­ется концептуальной схемой взаимодействия открытых систем, стек OSI представ­ляет собой набор вполне конкретных спецификаций протоколов. В отличие от других стеков протоколов стек OSI полностью соответствует модели OSI, он включает спецификации протоколов для всех семи уровней взаимодействия, определенных в этой модели. На нижних уровнях стек OSI поддерживает Ethernet, Token Ring, FDDI, протоколы глобальных сетей, X.25 и ISDN, - то есть использует разработан­ные вне стека протоколы нижних уровней, как и все другие стеки. Протоколы сетевого, транспортного и сеансового уровней стека OSI специфицированы и реа­лизованы различными производителями, но распространены пока 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 отличает большая сложность и неоднозначность специ­фикаций. Эти свойства явились результатом общей политики разработчиков стека, стремившихся учесть в своих протоколах все случаи жизни и все существующие и появляющиеся технологии. К этому нужно еще добавить и последствия большого количества политических компромиссов, неизбежных при принятии международ­ных стандартов по такому вопросу, как построение открытых вы­числительных сетей.

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 персональных компьютеров.

Стек OSI - международный, независимый от производителей стандарт. Его поддерживает правительство США в своей программе GOSSIP, в соответствии с которой все компьютерные сети, устанавливаемые в правительственных учрежде­ниях США после 1990 года, должны были 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, так как в Европе осталось меньше старых сетей, работающих, по своим собственным протоколам. Большинство орга­низаций пока только планирует переход к стеку OSI, и очень немногие приступи­ли к созданию пилотных проектов. Из тех, кто работает в этом направлении, можно назвать Военно-морское ведомство США и сеть NFS NET. Одним из крупнейших производителей, поддерживающих OSI, является компания AT&T, ее сеть Stargroup полностью базируется на этом стеке.

Все эти стеки, кроме SNA на нижних уровнях - физическом и канальном, - используют одни и те же хорошо стандартизованные протоколы Ethernet , Token Ring , FDDI и ряд других, которые позволяют задействовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим протоколам. Эти протоколы часто не соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. В частности, функции сеансового и представительного уровня, как правило, объединены с прикладным уровнем. Такое несоответствие связано с тем, что модель OSI появилась как результат обобщения уже существующих и реально используемых стеков, а не наоборот.

Стек OSI

Следует четко различать модель OSI и стек OSI . Если модель OSI является концептуальной схемой взаимодействия открытых систем , то стек OSI представляет собой набор вполне конкретных спецификаций протоколов.

В отличие от других стеков протоколов, стек OSI полностью соответствует модели OSI , он включает спецификации протоколов для всех семи уровней взаимодействия, определенных в этой модели. На нижних уровнях стек OSI поддерживает Ethernet, Token Ring , FDDI , протоколы глобальных сетей, X.25 и ISDN , - то есть использует разработанные вне стека протоколы нижних уровней, как и все другие стеки. Протоколы сетевого, транспортного и сеансового уровней стека OSI специфицированы и реализованы различными производителями, но распространены пока 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 . Эти свойства стали результатом общей политики разработчиков стека, стремившихся учесть в своих протоколах все случаи и все существующие технологии. К этому нужно еще добавить и последствия большого количества политических компромиссов, неизбежных при принятии международных стандартов по такому злободневному вопросу, как построение открытых вычислительных сетей.

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 персональных компьютеров.

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, так как в Европе осталось меньше старых сетей, работающих по собственным протоколам. Большинство организаций пока только планируют переход к стеку OSI , и очень немногие приступили к созданию пилотных проектов. Из тех, что работают в этом направлении, можно назвать Военно-морское ведомство США и сеть NFSNET. Одним из крупнейших производителей, поддерживающих OSI , является компания AT&T, ее сеть Stargroup полностью базируется на этом стеке.

Стек TCP/IP

Стек TCP/IP был разработан по инициативе Министерства обороны США более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Большой вклад в развитие стека TCP/IP , который получил свое название от популярных протоколов IP и TCP, внесли специалисты из университета Беркли, реализовавшие протоколы стека в версии ОС UNIX. Популярность этой операционной системы привела к широкому распространению протоколов TCP, IP и других протоколов стека. Сегодня этот стек используется для связи компьютеров всемирной информационной сети Internet, а также в огромном количестве 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, давшими ему название, являются протоколы IP и TCP. Эти протоколы в терминологии модели OSI 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 такие популярные протоколы, как протокол пересылки файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы службы WWW и многие другие.

Сегодня стек TCP/IP представляет собой один из самых распространенных стеков транспортных протоколов вычислительных сетей.

Действительно, только в сети Internet объединено около 10 миллионов компьютеров по всему миру, которые взаимодействуют друг с другом с помощью стека протоколов TCP/IP .

Стремительный рост популярности Internet привел и к изменениям в расстановке сил в мире коммуникационных протоколов - протоколы TCP/IP , на которых построен Internet, стали быстро теснить бесспорного лидера прошлых лет - стек IPX/SPX компании Novell. Сегодня в мире общее количество компьютеров, на которых установлен стек TCP/IP , превысило количество компьютеров, на которых работает стек IPX/SPX , и это говорит об изменении отношения администраторов локальных сетей к протоколам, используемым на настольных компьютерах, так как именно на них раньше почти везде работали протоколы компании Novell, необходимые для доступа к файловым серверам NetWare . Процесс продвижения стека TCP/IP на лидирующие позиции в любых типах сетей продолжается, и сейчас в комплекте поставки любой промышленной операционной системы обязательно имеется программная реализация этого стека.

Хотя протоколы TCP/IP неразрывно связаны с Internet, и каждый из многомиллионной армады компьютеров Internet работает на основе этого стека, существует большое количество локальных, корпоративных и территориальных сетей, непосредственно не являющихся частями Internet, в которых также используются протоколы TCP/IP . Чтобы отличать эти сети от Internet, их называют сетями TCP/IP или просто IP-сетями.

Поскольку стек TCP/IP изначально создавался для глобальной сети Internet, он имеет много особенностей, которые обеспечивают ему преимущество перед другими протоколами, когда речь заходит о построении сетей, включающих глобальные связи. В частности, очень полезным свойством, благодаря которому этот протокол может применяться в больших сетях, является его способность фрагментировать пакеты. Действительно, сложная составная сеть часто состоит из сетей, построенных на совершенно разных принципах. В каждой из этих сетей может быть установлена собственная величина максимальной длины единицы передаваемых данных (кадра). В таком случае при переходе из одной сети, имеющей большую максимальную длину, в другую, с меньшей максимальной длиной, может возникнуть необходимость разделения передаваемого кадра на несколько частей. Протокол IP стека TCP/IP эффективно решает эту задачу.

Другой особенностью технологии TCP/IP является гибкая система адресации, позволяющая более просто по сравнению с другими протоколами аналогичного назначения включать в интерсеть (объединенную или составную сеть) сети других технологий. Это свойство также способствует применению стека TCP/IP для построения больших гетерогенных сетей.

В стеке TCP/IP очень экономно используются возможности широковещательных рассылок. Это свойство просто необходимо при работе на медленных каналах связи, характерных для территориальных сетей.

Однако платой за преимущества здесь оказываются высокие требования к ресурсам и сложность администрирования IP-сетей. Для реализации мощных функциональных возможностей протоколов стека TCP/IP требуются большие вычислительные затраты. Гибкая система адресации и отказ от широковещательных рассылок приводят к наличию в IP-сети различных централизованных служб типа DNS, DHCP и т. п. Каждая из этих служб упрощает администрирование сети и конфигурирование оборудования, но в то же время сама требует пристального внимания со стороны администраторов.

Можно приводить и другие доводы за и против, однако факт остается фактом - сегодня TCP/IP самый популярный стек протоколов , широко используемый как в глобальных, так и в локальных сетях.

Стек IPX/SPX

Этот стек является оригинальным стеком протоколов фирмы Novell, разработанным для сетевой операционной системы NetWare еще 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 стека IPX/SPX непосредственно связана с операционной системой Novell NetWare , которая долгое время сохраняла мировое лидерство по числу установленных систем, хотя в последнее время ее популярность намного снизилась, и по темпам роста она заметно отстает от Microsoft Windows NT.

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 быстро работали бы 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). Это обстоятельство, а также тот факт, что стек IPX/SPX является собственностью фирмы Novell, и на его реализацию нужно получать лицензию (то есть открытые спецификации не поддерживались), долгое время ограничивали его поле деятельности только сетями

Стандартные стеки коммуникационных протоколов

Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов . Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей является стандартизация коммуникационных протоколов. В настоящее время в сетях используется большое количество стеков коммуникационных протоколов. Эти протоколы часто не соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. В частности, функции сеансового и представительного уровня, как правило, объединены с прикладным уровнем. Такое несоответствие связано с тем, что модель OSI появилась как результат обобщения уже существующих и реально используемых стеков, а не наоборот. Протоколы разных компаний часто оказываются несовместимы между собой, они могут быть успешно использованы исключительно в составе своего стека протоколов, который выполняет более или менее законченную группу функций.

В качестве примера на рис. … схематически показано соотношение протоколов, используемых популярными фирменными сетевыми операционными системами, и уровней стандартной модели OSI. Как видно из рисунков, практически ни на одном уровне нет четкого соответствия реального протокола какому-нибудь уровню идеальной модели. Выстраивание подобных соотношений довольно условно, так как трудно четко разграничить функции всех частей программного обеспечения. К тому же компании-производители программных средств далеко не всегда подробно описывают внутреннюю структуру продуктов.

Чаще всего в стеке явно выделяются 3-4 уровня: уровень сетевых адаптеров, в котором реализуются протоколы физического и канального уровней, сетевой уровень, транспортный уровень и уровень служб, вбирающий в себя функции сеансового, представительного и прикладного уровней.

Приведем некоторые сведенья о стеках показанных в таблице.

IBM/Microsoft – этот стек широко используется в продуктах компаний IBM и Microsoft. На сеансовом и транспортном уровне включает протокол NetBIOS (сетевая базовая система ввода/вывода), который был разработан компанией IBM для сетей IBM PC Network по образцу системы BIOS персонального компьютера. На основе протокола NetBIOS был разработан протокол NetBEUI. Недостаток NetBEUI состоит в том, что он не поддерживает межсетевое взаимодействие. В настоящее время он считается устаревшим.

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 Windows.

Nowell NetWare (IPX/ SPX) - этот стек является оригинальным стеком протоколов фирмы Novell, разработанным для сетевой операционной системы NetWare еще в начале 80-х годов. Протоколы сетевого и сеансового уровней Internetwork Packet Exchange (IPX) и Sequenced Packet Exchange (SPX). Это сравнительно небольшой и быстрый протокол, поддерживающий маршрутизацию.

Протокол NCP перекрывает прикладной, представительский и сеансовый уровень, он обеспечивает файловую службу операционной системы Novell NetWare.

Стек протоколов TCP/IP был специально разработан для глобальных сетей и для межсетевого взаимодействия. Он изначально ориентирован на низкое качество каналов связи, на большую вероятность ошибок и разрывов связей. Этот протокол принят во всемирной компьютерной сети Интернет, значительная часть абонентов которой подключается по коммутируемым линиям (то есть обычным телефонным линиям).

Основными протоколами стека, давшими ему название, являются протоколы IP и TCP. Эти протоколы в терминологии модели OSI относятся к сетевому и транспортному уровням соответственно. IP обеспечивает продвижение пакета по составной сети, a TCP гарантирует надежность его доставки. На основе нижних уровней стека работают протоколы высоких уровней, такие как протокол пересылки файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы службы WWW.

Недостаток протокола TCP/IP – более низкая скорость работы, чем у IPX/SPX. Однако сейчас протокол TCP/IP используется и в локальных сетях, чтобы упростить согласование протоколов локальных и глобальных сетей. В настоящее время он считается основным в самых распространенных операционных системах.