Електронний посібник

Лекція № 8

Тема: Стандартні стеки комунікаційних протоколів: OSI, TCP/IP

Мета: ознайомитися з характеристиками стеків OSI, TCP/IP та відмінностями між моделлю та стеком OSI

План

1 Характеристика стеку OSI.

2 Характеристика стеку TCP/IP.

Лекційний матеріал

Протокол - це набір правил і процедур, які регулюють порядок здійснення зв'язку. Природно, всі комп'ютери, які беруть участь в обміні, повинні працювати по тих самих протоколах, щоб після закінчення передачі вся інформація поновлювалася в початковому вигляді.

Найважливішим напрямом стандартизації в області обчислювальних мереж є стандартизація комунікаційних протоколів. В даний час в мережах використовується велика кількість стеків комунікаційних протоколів. Найбільш популярними є стеки: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, DECnet, SNA і OSI. Всі ці стеки, окрім SNA на нижніх рівнях - фізичному і канальному, - використовують одні і ті ж добре стандартизованные протоколи Ethernet, Token Ring, FDDI і деякі інші, які дозволяють використовувати у всіх мережах одну і ту ж апаратуру. Зате на верхніх рівнях всі стеки працюють по своїх власних протоколах. Ці протоколи часто не відповідають тому, що рекомендується моделлю OSI розбиттю на рівні. Зокрема, функції сеансового і представницького рівня, як правило, об'єднані з прикладним рівнем. Така невідповідність пов'язана з тим, що модель OSI з'явилася як результат узагальнення тих, що вже існують і реально використовуваних стеків, а не навпаки.

Стек OSI

Слід чітко розрізняти модель OSI і стік OSI. Тоді як модель OSI є концептуальною схемою взаємодії відкритих систем, стік OSI є набором цілком конкретних специфікацій протоколів. На відміну від інших стеків протоколів стік OSI повністю відповідає моделі OSI, він включає специфікації протоколів для всіх семи рівнів взаємодії, визначених в цій моделі. На нижніх рівнях стік OSI підтримує Ethernet, Token Ring, FDDI, протоколи глобальних мереж, Х.25 і ISDN, - тобто використовує розроблені поза стеком протоколи нижніх рівнів, як і всі інші стеки. Протоколи мережевого, транспортного і сеансового рівнів стека OSI специфіковані і реалізовані різними виробниками, але поширені поки мало. Найбільш популярними протоколами стека OSI є прикладні протоколи. До них відносяться: протокол передачі файлів FTAM, протокол емуляції терміналу VTP, протоколи довідкової служби Х.500, електронної пошти Х.400 і ряд інших.

Протоколи стека OSI відрізняє велика складність і неоднозначність специфікацій. Ці властивості з'явилися результатом загальної політики розробників стека, що прагнули врахувати в своїх протоколах всі випадки життя і всі існуючі технології, що з'являються. До цього потрібно ще додати і наслідки великої кількості політичних компромісів, неминучих при ухваленні міжнародних стандартів з такого злободенного питання, як побудова відкритих обчислювальних мереж.

Із-за своєї складності протоколи OSI вимагають великих витрат обчислювальної потужності центрального процесора, що робить їх найбільш відповідними для могутніх машин, а не для мереж персональних комп'ютерів.

Стік OSI - міжнародний, незалежний від виробників стандарт. Його підтримує уряд США в своїй програмі GOSIP, відповідно до якої всі комп'ютерні мережі, що встановлюються в урядових установах США після 1990 року, винні або безпосередньо підтримувати стек OSI, або забезпечувати засоби для переходу на цей стек в майбутньому. Проте стік OSI популярніший в Європі, чим в США, оскільки в Європі залишилися менше старих мереж, що працюють по своїх власних протоколах. Більшість організацій поки тільки планують перехід до стека OSI, і дуже небагато приступили до створення пілотних проектів. З тих, хто працює в цьому напрямі, можна назвати Військово-морське відомство США і мережу NFSNET. Одним з найбільших виробників, підтримуючих OSI, є компанія AT&T, її мережа Stargroup повністю базується на цьому стеку.

Стек TCP/IP

Стік TCP/IP був розроблений за ініціативою Міністерства оборони США більше 20 років тому для зв'язку експериментальної мережі ARPAnet з іншими мережами як набір загальних протоколів для різнорідного обчислювального середовища. Великий внесок в розвиток стека TCP/IP, який отримав свою назву по популярних протоколах IP і TCP, вніс університет Берклі, реалізувавши протоколи стека в своїй версії ОС UNIX. Популярність цієї операційної системи привела до широкого розповсюдження протоколів TCP, IP і інших протоколів стека. Сьогодні цей стек використовується для зв'язку комп'ютерів усесвітньої інформаційної мережі Internet, а також у величезному числі корпоративних мереж.

Стек TCP/IP на нижньому рівні підтримує всі популярні стандарти фізичного і канального рівнів: для локальних мереж - це Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальних - протоколи роботи на аналогових комутованих і виділених лініях SLIP, РРР, протоколи територіальних мереж Х.25 і ISDN.

Основними протоколами стека, що дали йому назву, є протоколи IP і TCP. Ці протоколи в термінології моделі OSI відносяться до мережевого і транспортного рівнів відповідно. IP забезпечує просування пакету по складеній мережі, а TCP гарантує надійність його доставки.

За довгі роки використання в мережах різних країн і організацій стік TCP/IP увібрав в себе велику кількість протоколів прикладного рівня. До них відносяться такі популярні протоколи, як протокол пересилки файлів FTP, протокол емуляції терміналу telnet, поштовий протокол SMTP, використовуваний в електронній пошті мережі Internet, гіпертекстові сервіси служби WWW і багато інших.

Сьогодні стек TCP/IP є один з найпоширеніших стеків транспортних протоколів обчислювальних мереж. Дійсно, тільки в мережі Internet об'єднано близько 10 мільйонів комп'ютерів по всьому світу, які взаємодіють один з одним за допомогою стека протоколів TCP/IP.

Стрімке зростання популярності Internet привело і до змін в розстановці сил в світі комунікаційних протоколів - протоколи TCP/IP, на яких побудований Internet, стали швидко тіснити безперечного лідера минулих років - стік IPX/SPX компанії Novell. Сьогодні в світі загальна кількість комп'ютерів, на яких встановлений стек TCP/IP, порівнялася із загальною кількістю комп'ютерів, на яких працює стек IPX/SPX, і це говорить про різкий перелом відносно адміністраторів локальних мереж до протоколів, використовуваних на настільних комп'ютерах, оскільки саме вони складають переважне число світового комп'ютерного парку і саме на них раніше майже скрізь працювали протоколи компанії Novell, необхідні для доступу до файлових серверів NetWare. Процес становлення стека TCP/IP як стек номер один в будь-яких типах мереж продовжується, і зараз будь-яка промислова операційна система обов'язково включає програмну реалізацію цього стека в своєму комплекті постачання.

Хоча протоколи TCP/IP нерозривно пов'язані з Internet і кожен з багатомільйонної армади комп'ютерів Internet працює на основі цього стека, існує велика кількість локальних, корпоративних і територіальних мереж, що безпосередньо немає частями Internet, в яких також використовують протоколи ТСРДР. Щоб відрізняти їх від Internet, ці мережі називають мережами TCP/IP або просто IP-сетями.

Оскільки стек TCP/IP спочатку створювався для глобальної мережі Internet, він має багато особливостей, що дають йому перевагу перед іншими протоколами, коли мова заходить про побудову мереж, що включають глобальні зв'язки. Зокрема, дуже корисною властивістю, можливою, що робить, застосування цього протоколу у великих мережах, є його здатність фрагментувати пакети. Дійсно, велика складена мережа часто складається з мереж, побудованих на абсолютно різних принципах. У кожній з цих мереж може бути встановлена власна величина максимальної довжини одиниці передаваних даних (кадру). У такому разі при переході з однієї мережі, що має велику максимальну довжину, в мережу з меншою максимальною довжиною може виникнути необхідність ділення передаваного кадру на декілька частин. Протокол IP стека TCP/IP ефективно вирішує цю задачу.

Іншою особливістю технології TCP/IP є гнучка система адресації, що дозволяє простіше в порівнянні з іншими протоколами аналогічного призначення включати в інтермережу мережі інших технологій. Ця властивість також сприяє застосуванню стека TCP/IP для побудови великих гетерогенних мереж.

У стеку TCP/IP дуже економно використовуються можливості широкомовних розсилок. Ця властивість абсолютно необхідна при роботі на повільних каналах зв'язку, характерних для територіальних мереж.

Проте, як і завжди, за отримувані переваги треба платити, і платою тут виявляються високі вимоги до ресурсів і складність адміністрування IP-сетей. Могутні функціональні можливості протоколів стека TCP/IP вимагають для своєї реалізації високих обчислювальних витрат. Гнучка система адресації і відмова від широкомовних розсилок приводять до наявності в IP-сети різних централізованих служб типу DNS, DHCP і тому подібне Кожна з цих служб направлена на полегшення адміністрування мережі, у тому числі і на полегшення конфігурації устаткування, але в той же час сама вимагає пильної уваги з боку адміністраторів.

Можна приводити і інші доводи за і проти стека протоколів Internet, проте факт залишається фактом - сьогодні це найпопулярніший стек протоколів, широко використовуваний як в глобальних, так і локальних мережах.