3. Протоколы сетевого и транспортного уровня
Как правило, протокол сетевого уровня чаще всего разрабатывается и используется в паре с соответствующими протоколами транспортного, а иногда и прикладного уровня, образуя стек протоколов.
3.1 Стек протоколов ipx/spx
Данный стек протоколов был разработан фирмой Novell для сетевой операционной системы NetWare и оптимизирован для использования в небольших локальных сетях, однако не удобен для глобальных сетей. Включает в себя протоколы IPX, SPX, SAP, NCP.
Протокол IPX (Internetwork Packet Exchange — межсетевой обмен пакетами)– протокол сетевого уровня, поддерживает обмен пакетами (дейтаграммами) без установления канала связи и гарантии доставки пакета.
Протокол IPX также отвечает за адресацию в сетях NetWare. Адрес имеет формат: номер сети (задается администратором сети), адрес сетевой карты (определяется автоматически), номер сокета (идентифицирует приложение, пославшее пакет).
Протокол IPX самый быстрый и экономит память, однако не дает гарантии доставки сообщения. За восстановлением утерянных или испорченных пакетов должен следить сам программист. Использование протокола SPX избавляет программиста от этой необходимости.
Протокол SPX (Sequenced Packet Exchange — последовательный обмен пакетами) – протокол транспортного уровня, поддерживает установление логического канала связи между компьютерами для обмена данными, коррекцию ошибок и, при необходимости, повторную передачу пакетов.
Прикладной уровень стека IPX/SPX составляют два протокола: NCP и SAP.
Протокол NCP (NetWare Core Protocol – протокол ядра NetWare) поддерживает все основные службы операционной системы Novell NetWare: файловую службу, службу печати и т. д.
Протокол SAP (Service Advertising Protocol – протокол объявлений о сервисах) выполняет вспомогательную роль. С помощью протокола SAP каждый компьютер, который готов предоставить какую-либо службу для клиентов сети, объявляет об этом широковещательно по сети, указывая в SAP-пакетах тип службы (например, файловая), а также свой сетевой адрес.
Протоколы RIP (Routing Information Protocol) и NLSP (NetWare Link Service Protocol) отвечают за управление маршрутизацией (выбор маршрута доставки) пакетов.
3.2 Стек протоколов NetBEUI/SMBтокол канальный сетевой инкапсуляция пакет
Применяется фирмой Microsoft в своих сетевых ОС. NetBEUI включает в себя протоколы сетевого и транспортного уровня. Обеспечивает поддержку имен: каждая из рабочих станций в ЛВС может иметь одно или несколько имен (эти имена хранятся NetBEUI в таблице, в формате адрес сетевого адаптера – имя NetBEUI). Обеспечивает как обмен датаграммами, без установления канала связи и гарантии доставки сообщений, так и передачу пакетов с установление логического канала
3.3 Стек протоколов tcp/ip
Протокол TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol – протокол контроля передачи данных / протокол передачи данных между сетями, Internet) является основным протоколом, применяющимся в Internet. В состав стека протоколов TCP/IP входят протоколы: IP и ICMP – сетевой уровень, TCP и UDP – транспортный уровень.
Протокол IP отвечает за адресацию в сети и доставку пакетов между компьютерами сети, без установления соединения и гарантий доставки пакета. При использовании протокола IP, каждый компьютер в рамках сети должен иметь уникальный IP – адрес, представляющий собой 32-битное число. Для удобства чтения, IP адрес разбивают на четыре 8 битовых числа, называемых октетами, например 192.168.0.1. В локальной сети, которая не подключена к Internet или другим сетям можно назначать IP-адреса произвольно (главное, чтобы они не совпадали). Однако в Internet, IP-адреса выделяются централизовано в целом на локальную сеть.
В IP-адресе выделяют две части: сетевую часть (адрес локальной сети) и адрес компьютера в сети. Сетевая часть адреса может иметь переменную длину, которая зависит от класса IP-адреса и маски подсети (табл. 2.1).
Таблица 2.1 Классы IP-адресов
зарезервированы для организации Интернет видео конференций
Стандартная маска подсети — маска полностью соответствует классу адреса и определяющаяся автоматически, на основании анализа диапазона, в котором находится адрес. На практике зачастую применяют «нестандартные» маски, как правило, не заканчивающиеся на границе байта. Маска всегда рассматривается в двоичном выражении, где единицы в октетах соответствуют полю адреса сети, а нули – полю адреса компьютера.
Помимо адресов из классов A, B, C, D, E, F, существует несколько зарезервированных адресов: IP-адрес в котором все биты октеты адреса компьютера равны 0 относится ко всей сети, а где все биты октеты адреса компьютера равны 1 назван широковещательным (broadcast) адресом; адрес 0.0.0.0 — путь пакетов по умолчанию (default route), 127.0.0.0 — кольцевой (loopback) адрес. Любой IP пакет переданный на адрес 127.0.0.0 будет возвращен на этот же компьютер так, как если бы пакет пришел откуда-то из сети.
Кроме того, имеется ряд «серых» IP-адресов, которые зарезервированы для использования только в локальных сетях. Пакеты с «серыми» адресами не передаются маршрутизаторами Internet. К таким адресам относятся: 10.0.0.0, от 172.16.0.0 до 172.31.0.0, от 192.168.0.0 до 192.168.255.0. По соображениям безопасности, рекомендуется использовать в локальных сетях только «серые» адреса. В таком случае прямой доступ из Internet к компьютерам ЛВС, в обход прокси-сервера, будет невозможен.
Кроме адресации компьютеров в сети, протокол IP также отвечает за маршрутизацию (выбор маршрута доставки) пакетов данных в сетях с произвольной топологией. Маршрутизация происходит на основании специальных таблиц маршрутизации либо программно (сетевой операционной системой), либо при помощи маршрутизаторов (специального коммуникационного оборудования).
При доставке пакета по протоколу IP используется протокол ARP (Address Resolution Protocol), позволяющий преобразовывать IP-адреса (сетевой уровень) в 6 байтные MAC-адреса сетевых карт Ethernet (канальный уровень).
Протокол ICMP используется для передачи сообщений в случае возникновения ошибки доставки пакета. Кроме того, протокол ICMP позволяет посылать короткие служебные пакеты, предоставляющие возможность протестировать работоспособность сети.
Протокол TCP – протокол транспортного уровня — позволяет устанавливать виртуальный канал передачи данных между компьютерами.
Протокол UDP более быстр, чем протокол TCP, однако менее надежен. Данные передаются без установления виртуального канала, в предположении, что принимающая сторона ждет данные. Программа должна сама позаботиться о разбитии передаваемых данных на пакеты, протокол не содержит средств подтверждения факта доставки сообщения и средств коррекции ошибок — все эти задачи должна решать программа.
Для протоколов транспортного уровня вводятся понятия: «порт» и «сокет».
Порт в протоколах транспортного уровня – это виртуальный порт, который программно изолирует данные передаваемые по одному порту, от данных передаваемых по другому порту. Порты нумеруются от 0 до 65535. Порты TCP и порты UDP не зависят друг от друга.
Сокет (socket) – это описатель сетевого соединения между двумя сетевыми приложениями, которое включает в себя IP-адрес и номер порта локальной машины, IP-адрес и номер порта удаленной машины. Сокет однозначно описывает сетевое соединение.