История возникновения и развития компьютерных сетей

 

Х.25

 

Х.25 — набор протоколов для сетей  с коммутацией пакетов. Его использовали службы коммутации, которые должны были соединять удаленные терминалы с мэйнфреймами.

 

XNS

 

Xerox Network System (XNS) был разработан фирмой Xerox для своих сетей Ethernet. Его широкое использование началось с 80-х годов, но постепенно он был вытеснен протоколом TCP/IP. XNS — большой и медленный протокол, к тому же он применяет значительное количество широковещательных сообщений, что увеличивает трафик сети.

IPX/SPX и NWLink

 

Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange (IPX/SPX) — стек протоколов, используемый в сетях Novell. Как и NetBEUI, относительно небольшой и быстрый протокол. Но, в отличие от NetBEUI, он поддерживает маршрутизацию. IPX/SPX -«наследник» XNS. NWLink — реализация IPX/SPX фирмой Microsoft. Это транспортный маршрутизируемый протокол.

 

 

 

 

 

 

АРРС

 

АРРС (Advanced Program-to-Program Communication) — транспортный протокол фирмы IBM, часть Systems Network Architecture (SNA). Он позволяет приложениям, работающим на разных компьютерах, непосредственно взаимодействовать и обмениваться данными.

AppleTalk

 

AppleTalk — собственный стек протоколов фирмы Apple Computer, позволяющий компьютерам Apple Macintosh совместно использовать файлы и принтеры в сетевой среде.

Набор протоколов OSI

 

Набор протоколов OSI — полный стек протоколов, где каждый протокол соответствует конкретному уровню модели OSI. Набор содержит маршрутизируемые и транспортные протоколы, серии протоколов IEEE Project 802, протокол Сеансового уровня, Представительского уровня и несколько протоколов Прикладного уровня. Они обеспечивают полнофункциональность сети, включая доступ к файлам, печать и эмуляцию терминала.

 

DECnet

 

DECnet — собственный стек протоколов фирмы Digital Equipment Corporation. Этот набор аппаратных и программных продуктов реализует архитектуру Digital Network Architecture (DNA). Указанная архитектура определяет сети на базе локальных вычислительных сетей Ethernet, сетей FDDI MAN (Fiber Distributed Data Interface Metropolitan Area Network) и глобальных вычислительных сетей, которые используют средства передачи конфиденциальных и общедоступных данных. DECnet может использовать как протоколы TCP/IP и OSI, так и свои собственные. Данный протокол принадлежит к числу маршрутизируемых.

 

Несколько раз DECnet обновлялся; каждое обновление называется фазой. Текущая версия — DECnet Phase V. Используются как собственные протоколы DEC, так и достаточно полная реализация набора протоколов OSI.

 

 

Internet и TCP/IP

 

Internet представляет собой всемирную разветвленную систему связанных между собой узлов и локальных сетей. Передача данных в Internet основана на принципе коммутации пакетов, по которому поток данных, передаваемых из одного узла в другой, разбивается на пакеты, передающиеся в общем случае через систему коммуникаций и маршрутизаторов независимо друг от друга и вновь собирающиеся на приемной стороне.

 

Комплект протоколов (Internet Protocol Suite) TCP/IP формировался при разработке глобальной сети ARPAnet, впоследствии переросшей во всемирную сеть Internet. Протоколы базируются на IP (Internet Protocol) - протоколе негарантированной доставки пакетов (дейтаграмм) без установления соединения (unreliable connectionless packet delivery).

 

Интернет связывает около 40 миллионов  пользователей во всем мире. Им предоставляются  услуги электронной почты (протокол SMTP), передачи файлов (FTP), эмуляции терминалов - выполнения заданий на удаленных компъютерах (TelNet).

 

Наиболее популярные средства доступа  к информации Internet:

 

Archie - индексный поиск файлов. Каждый сервер периодически выдает списки предоставляемых им файлов и описаний специальным Archie-серверам. Для поиска нужного файла клиентское обеспечение Arhie генерирует запрос, ответом на который будет являться список местоположений и описаний (аннотаций) файлов, удовлетворяющих заданному запросу. В дальнейшем требуемый файл может быть получен с помощью FTP.

 

Gopher - система меню для поиска (навигации) и получения требуемой информации. Путешествуя по каталогам, можно выйти на требуемый файл для его просмотра средствами, соответствующими его природе, в т. ч. мультимедийными, или получения. Удобный интерфейс пользователя скрывает реальную работу протокола Telnet.

 

World Wide Web (WWW) - сервис, позволяющий с помощью текстово - графических страниц (включающих иконки и качественные картинки) с перекрестными ссылками путешествовать по Интернету в поисках (и для получения) текстовой, графической и мультимедийной информации. Поиск и представление информации осуществляет клиентское ПО - Browser, например, NetScape. За большую наглядность и функциональность (но меньшую строгость) по сравнению с Gopher'ом приходится расплачиваться повышенным объемом данных, передаваемым по не всегда быстрым каналам связи.

 

Адресация и маршрутизация  в Internet

 

В отличии от физических (MAC) адресов, формат которых зависит от конкретной сетевой архитектуры, IP-адрес любого узла сети представляется четырехбайтным числом. Соответствие IP-адреса узла его физическому внутри (под)сети устанавливается динамически посредством широковещательных запросов ARP-протокола.

 

При написании IP-адрес состоит из четырех чисел в диапазоне 0-255, представляемых в двоичной, восьмиричной, десятичной или шестнадцатиричной системе счисления и разделяемых точками. Адрес состоит из сетевой части, общей для всех узлов данной сети, и хост-части, уникальной для каждого узла. Соотношение размеров частей адреса зависит от класса сети, однозначно определяемого значениями старших бит адреса. Классы сетей введены для наиболее эффективного использования единого адресного пространства Internet.

 

Сети класса A имеют 0 в старшем бите адреса, у них на сетевой адрес отводятся младшие 7 бит первого байта, хост-часть - 3 байта. Их может быть 126 с 16 миллионами узлов в каждой.

 

Сети класса B имеют 10 в двух старших битах адреса, у них на сетевой адрес отводятся младшие 6 бит первого байта и второй байт, хост-часть - 2 байта. Их может быть около 16 тысяч с 65 тыс. узлов.

 

Сети класса С имеют 110 в трех старших битах адреса, у них  на сетевой адрес отводятся младшие 5 бит первого байта, второй и третий байты, хост-часть - 1 байт. Их может быть около 2 миллионов по 254 узла.

 

Для разделения трафика сетей с большим количеством узлов применяется разделение на подсети (Subnet) требуемого размера. Адрес подсети использует несколько старших бит хост-части IP-адреса, оставшиеся младшие биты - нулевые.

 

В общем виде IP-адрес состоит из адреса сети, подсети и локального хост-адреса.

 

Комбинации всех нулей или единиц в сетевой, подсетевой или хост-части  зарезервированы под широковещательные  и служебные цели.

 

Внутренний трафик (под)сети изолируется  от остальной сети маршрутизатором. Область адресов (под)сети определяется значением маски (под)сети. Маска представляет собой 32-битное число, представляемое по общим правилам записи IP-адреса, у которого старшие биты, соответствующие сетевой и подсетевой части адреса, имеют единичное значение, младшие (локальная хост-часть) - нулевые.

 

При посылке IP-дейтаграммы узел сравнивает IP-адрес назначения со своим IP-адресом и накладывает на результат маску подсети. Ненулевое значение результата этой операции является указанием на передачу пакета из (под)сети во внешнюю сеть.

 

Термин Routing - маршрутизация - означает передачу дейтаграммы от одного узла к другому.

 

Direct Routing - прямая маршрутизация - осуществляется между узлами одной (под)сети. В этом случае источник знает конкретный физический адрес получателя и инкапсулирует IP-дейтаграмму во фрейм сети, содержащий этот адрес и непосредственно передающийся по сети получателю.

 

Indirect Routing - непрямая маршрутизация - передача дейтаграмм между узлами различных (под)сетей. Обнаружив расхождение немаскированной (сетевой) части IP-адресов, источник посылает фрейм с IP-дейтаграммой по физическому адресу маршрутизатора.

 

Маршрутизатор анализирует IP-адрес назначения полученной дейтаграммы и, в зависимости от адресов прямо подключенных к нему (под)сетей, посылает дейтаграмму либо прямо по адресу назначения, либо к следующему маршрутизатору. Для обеспечения межсетевого обмена все узлы сети (включая и маршрутизаторы) должны иметь списки IP-адресов доступных маршрутизаторов.

 

Информация в TCP/IP передается пакетами со стандартизованной структурой, называемые IP-дейтаграммами (IP Datagram), имеющими поле заголовка (IP Datagram Header) и поле данных (IP Datagram Data). Поле заголовка содержит собственно заголовок, IP-адреса источника и приемника. Длина дейтаграммы определяется сетевым матобеспечением так, чтобы она умещалась в поле данных сетевого фрейма, осуществляющего ее транспортировку. Поскольку по пути следования к адресату могут встречаться сети с меньшим размером поля данных фрейма, IP специфицирует единый для всех маршрутизаторов метод разбивки дейтаграммы на фрагменты (тоже IP-дейтаграммы) и обратной ее сборки приемником. Однажды фрагментированная дейтаграмма собирается только ее окончательным приемником, поскольку отдельные фрагменты могут добираться до него различными путями.

 

 

 

Протоколы Internet

 

Cетевой уровень: 

 

IP - Internet Protocol - обеспечивает негарантированную доставку пакета от узла к узлу, в работе с нижними уровнями использует ARP и RARP.

 

ARP - Address Resolution Protocol - динамически преобразует IP-адрес в физический (MAC).

 

RARP - Reverse Address Resolution Protocol - обратный  к ARP, преобразует физический адрес  в IP-адрес. 

 

ICMP - Internet Control Message Protocol - управляет передачей управляющих и диагностических сообщений между шлюзами и хостами, определяет доступность и способность к ответу абонентов-адресатов назначения пакетов, работоспособность маршрутизаторов и т. п. ICMP взаимодействует с вышестоящими протоколами TCP/IP. Сообщения передаются с помощью IP-дейтаграмм.

Транспортный уровень:

 

UDP - User Datagram Protocol - обеспечивает негарантированную доставку пользовательских дейтаграмм без установления соединения между заданными процессами передающего и принимающего узлов. Взаимодействующие процессы идентифицируются протокольными портами (Protocol Ports) - целочисленными значениями в диапазоне 1-65535. Порты 1-255 закреплены за широко используемыми приложениями (Well-known port assigments), остальные назначаются динамически перед посылкой дейтаграммы. UDP-дейтаграмма имеет заголовок, включающий номера портов источника (для возможности корректного ответа) и назначения, и поле данных. Длина поля данных UDP-дейтаграммы произвольна, протокол обеспечивает ее инкапсуляцию (помещение в поле данных) в одну или несколько IP-дейтаграмм и обратную сборку на приемной стороне. UDP позволяет множеству клиентов использовать совпадающие порты: дейтаграмма доставляется клиенту (процессу) с заданным IP-адресом и номером порта. Если таковой клиент не находится, то дейтаграмма отправляется по адресу 0.0.0.0 (обычно это "черная дыра").

 

TCP - Transmission Control Protocol - обеспечивает гарантированный поток данных между клиентами, установившими виртуальное соединение. Поток представляет собой неструктурированную последовательность байт, их интерпретация согласуется передающей и приемной стороной предварительно. Для идентификации используются порты, аналогично UDP-портам. Активная сторона (инициатор обмена) обычно использует произвольный порт, пассивная - обычно известный порт, соответствующий используемому протоколу верхнего уровня. TCP буферизует входящий поток, ожидая перед посылкой заполнения большой дейтаграммы. Поток сегментируется, каждому сегменту назначается последовательный номер. Передающая сторона ожидает подтверждения приема каждого сегмента, при его длительном отсутствии делает повторную передачу сегмента. Процесс, использующий TCP, получает уведомление о нормальном завершении передачи только по успешной сборке потока приемником. Протокол обеспечивает полный дуплекс, т.е. потоки данных могут идти одновременно во встречных направлениях.

Уровни представления данных и  прикладной:

 

Telnet - обеспечение удаленного терминала (символьного и графического) UNIX-машины.

 

FTP - File Transfer Protocol - протокол передачи  файлов 

 

TFTP - Trivial File Transfer Protocol - тривиальный протокол передачи файлов

 

SMTP - Simple Mail Transfer Protocol - протокол передачи электронной почты, определяющий правила взаимодействия и форматы управляющих сообщений.

 

RIP - Routing Information Protocol - протокол обмена трассировочной информацией между маршрутизаторами.

 

DNS - Domain Name System - система обеспечения преобразования символических имен и псевдонимов сетей и узлов в IP-адреса и обратно.

 

 

Сетевые операционные системы

 

Сетевая операционная система (NOS - Network Operating System) - пакет программ, обеспечивающий реализацию сети и ее управление, позволяющий клиентам использовать ресурсы и услуги сети. Основная часть NOS устанавливается на сервере и обеспечивает:

 

- совместное использование файлов, расположенных в дисковом пространстве сервера;

- использование разделяемых устройств  (принтеров, модемов и пр.), физически  подключенных к серверам или  другим узлам сети;

- обмен сообщениями между узлами сети;

- взаимодействие процессов; 

- почтовый сервис;

- обслуживание сетевых запросов от пользователей и приложений.

 

Кроме непосредственного обслуживания запросов в задачи NOS входит обеспечение надежности хранения данных и функционирования сети различными средствами, включающими в себя контроль выполнения физических и логических операций, дублирование подсистем, обеспечение централизованного резервного копирования данных на внешние носители, взаимодействие с системами бесперебойного питания и др.