Тема 3.3. Протоколы передачи данных
Чтобы информацию, переданную одним компьютером, понял другой компьютер, необходимо было разработать единые правила передачи данных, называемые протоколами. Протокол передачи устанавливает соглашение между взаимодействующими компьютерами. Чтобы процесс коммуникации состоялся, надо снабдить компьютеры адресами. Они определяются сетевыми адаптерами, номерами телефонов и программами связи. Правила образования адресов компьютеров в сети должны быть абсолютно одинаковыми, несмотря на то, что компьютеры в сети могут быть разнородными и использовать различные операционные системы.
Передача данных одним сплошным потоком может привести к их потере или искажению. Поэтому данные разделяются на блоки (пакеты) информации строго определенной длины, каждый такой пакет сопровождается служебным уведомлением, включая опознавательные знаки его начала и конца. Протоколы передачи распознают начало пакета и его конец, управляют потоками данных, распределяют их, выстраивают их в очереди. На другом конце приемник информации должен работать по тем же правилам, т.е. протоколам. Только тогда компьютеры поймут, что передают друг другу. Каждый пакет имеет номер, чтобы было можно заново запросить утерянную или ошибочно переданную информацию. Существует несколько протоколов передачи данных, коррекции и исправления ошибок. В сети Интернет действует международный протокол ТСР/IР, принятый в 70-е годы. Сеть устроена так, что при гибели любого узла сохраняется функционирование всех остальных компьютеров. Пакеты данных переме-щаются по сети и при возникновении аварии одного из компьютеров автоматически направляются по другому маршруту. На месте назначения пакеты соединятся в единое целое.
Протокол работы сети — это стандарт, определяющий формы представления и способы
пересылки сообщений, процедуры их интерпретации, правила совместной работы
Протокол передачи данных — набор соглашений интерфейса логического уровня, которые определяют обмен данными между различными программами. Эти соглашения задают единообразный способ передачи сообщений и обработки ошибок при взаимодействии программного обеспечения разнесённой в пространстве аппаратуры, соединённой тем или иным интерфейсом.
Стандартизированный протокол передачи данных также позволяет разрабатывать интерфейсы (уже на физическом уровне), не привязанные к конкретной аппаратной платформе и производителю (например, USB, Bluetooth).
В различных сетях существуют различные процедуры обмена данными между рабочими станциями. Эти процедуры называют протоколами передачи данных.
Международный институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers — IEEE) разработал стандарты для протоколов передачи данных в локальных сетях. Это стандарты IEEE802 . Для нас представляют практический интерес стандарты IEEE802.3 , IEEE802.4 и IEEE802.5 , которые описывают методы доступа к сетевым каналам данных.
Наибольшее распространение получили конкретные реализации методов доступа: Ethernet , ArcNet и Token Ring. Эти реализации основаны соответственно на стандартах IEEE802 .3, IEEE802.4 и IEEE802.5 . Для простоты мы будем использовать названия реализаций методов доступа, а не названия самих стандартов, хотя между стандартами и конкретными реализациями имеются некоторые различия.
Протоколы передачи данных IPX/SPX и NETBIOS
На самом низком уровне, который только может использовать программа, работающая в сети, в операционной системе Novell NetWare используются протоколы передачи данных, называемые IPX/SPX и NETBIOS .
Протокол IPX (Internetwork Packet Exchange — протокол межсетевой передачи пакетов) является базовым в Novell NetWare. Он определяет формат передаваемых по сети пакетов и интерфейс с сетевым программным обеспечением (соответствует транспортному уровню OSI). На уровне протокола IPX рабочие станции могут обмениваться блоками данных, причем такой обмен выполняется без подтверждения.
Протокол SPX (Sequenced Packet Exchange — протокол последовательного обмена пакетами) предполагает, что перед началом обмена данными рабочие станции устанавливают между собой связь. На уровне протокола SPX гарантируется доставка передаваемых по сети пакетов. При необходимости выполняются повторные передачи пакетов. Протокол SPX в Novell NetWare выполнен на основе протокола IPX и является протоколом более высокого уровня (соответствует сетевому уровню OSI).
Протокол NETBIOS (Network Basic Input/Output System — сетевая базовая система ввода/вывода) разработан фирмой IBM и предназначен для передачи данных между рабочими станциями. Этот протокол является протоколом более высокого уровня по сравнению с IPX и SPX (выполняет функции сетевого уровня, транспортного уровня и сеансового уровня OSI). Для обеспечения совместимости в составе операционной системы Novell NetWare поставляется резидентная программа netbios.exe, эмулирующая протокол NETBIOS с использованием протоколов IPX/SPX . Обычно вам не требуется запускать эмулятор NETBIOS, за исключением тех случаев, когда это необходимо для работы прикладных сетевых программ.
Детальное знакомство с перечисленными выше протоколами необходимо для создания программ, ориентированных на работу в сети. В 7 томе «Библиотеки системного программиста» мы рассказали об использовании протоколов IPX/SPX и NETBIOS для создания собственных сетевых программ.
Сетевая операционная система Microsoft Windows for Workgroups версии 3.11 в качестве базового протокола передачи данных использует протокол передачи данных NETBEUI , хотя способна работать и с протоколами TCP/IP , IPX/SPX и другими.
Протокол NETBEUI — это расширенный интерфейс пользователя NETBIOS (NETBIOS Extended User Interface), разработанный фирмой IBM.
Его реализация в Microsoft Windows for Workgroups подходит только для небольших сетей, содержащих не более 100-200 рабочих станций. Причина этого загключается в том, что протокол NETBEUI способен работать только в одном сегменте сети (т. е. пакеты данных не могут проходить через мосты).
Для того чтобы объединить пользователей Microsoft Windows for Workgroups, расположенных в разных, разделенных мостами, сегментах сети, например, Novell NetWare, дополнительно требуется использование протокола IPX/SPX (точное название нужного протокола — IPX/SPX Compatible Transport with NetBIOS).
Другая возможность объединения сетей (в том числе удаленных) — использование протокола TCP/IP .
Лабораторная работа № 10. Работа с компьютерной сетью
3.3 Сетевые протоколы и стандарты
Чтобы упростить проектирование сетей, анализ взаимодействия и реализацию обмена сообщениями между пользователями и сетевыми узлами, применяют формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений на данном уровне эталонной модели ВОС, которые называют протоколами обмена сообщениями. Соответствующим образом иерархически организованную совокупность протоколов называют стеком коммуникационных протоколов. Протоколы соседних уровней модели ВОС на одном узле взаимодействуют друг с другом также в соответствии с четко определенными правилами, определяющими формат сообщений, которые принято называть интерфейсами. Интерфейс определяет набор и формат услуг, которые может предоставлять ниже лежащий уровень вышележащему уровню. В эталонной модели ВOC различают два основных вида протоколов: с установлением соединения и без предварительного установления соединения. Последние протоколы называют также дейтаграммными протоколами. Рассмотрим основные протоколы и стандарты в рамках архитектуры ВОС.
Протоколы физического уровня. Физический уровень в архитектуре открытых систем является нижним и обеспечивает взаимодействие со средой передачи, связывающей системы между собой. В соответствии с архитектурой открытых систем физический уровень должен предоставлять (канальному уровню) следующие услуги;
- реализовывать физическое соединение между двумя или большим числом компонентов канального уровня дня передачи данных;
- передавать по соединению некоторые определенные для физического уровня единицы данных физического уровня, например биты при последовательной передаче или байты при параллельной передаче;
- предоставлять канальному уровню оконечные точки доступа к соединению физического уровня, через которые передаются единицы данных физического уровня;
- идентифицировать цепи (или пути) передачи данных между компонентами физического уровня;
- обеспечивать требуемые параметры качества обслуживания.
- инициализация—обмен между взаимодействующими станциями служебными сообщениями, подтверждающими готовность к передаче данных;
- идентификация—обмен между взаимодействующими станциями служебной информацией, подтверждающей правильность соединения;
- синхронизация — выделение в последовательности передаваемых битов границ знаков;
- сегментация— формирование кадров для их передачи по каналу;
- обеспечение прозрачности — предоставление расположенному выше уровню возможности передачи произвольной последовательности битов или знаков;
- управление потоком— обеспечение согласования скоростей передачи и приема;
- контроль ошибок и управление последовательностью передачи—обнаружение ошибок в передаваемых кадрах и запроса повторной передачи искаженных кадров, обеспечение соответствия последовательности кадров на входе и выходе канала;
- выход из сбойных ситуаций— обнаружение нарушений нормальной передачи кадров и реализация процедур выхода из таких ситуаций;
- управление каналом— обеспечение возможности контроля работы канала, выявление отказов, восстановление, сбор статистики о работе канала;
- завершение работы каналаликвидация логического соединения, образованного при инициализации канала.