Стандартні мережеві|мережні| протоколи

Протоколи – це набір правив і процедур, регулюючих порядок|лад| здійснення зв'язку. Комп'ютери, що беруть участь в обміні, повинні працювати по одних і тих же протоколах, щоб|аби| в результаті|внаслідок| передачі вся інформація відновлювалася в первинному|початковому| вигляді|виді|.

Про протоколи нижніх рівнів (фізичного і канального), що відносяться до апаратури, вже згадувалося в попередніх розділах. Зокрема, до них відносяться методи кодування і декодування, а також управління обміном в мережі|сіті|. Докладніше|детальний| деякі з них будуть викладені в розділах книги, присвячених стандартним мережам|сітям|. А зараз слід зупинитися|зупинятися| на особливостях протоколів вищих рівнів, що реалізовуються програмно|програмовий|.

Зв'язок мережевого адаптера з мережевим програмним забезпеченням здійснюють драйвери мережевих адаптерів. Саме завдяки драйверу комп'ютер може не знати ніяких апаратних особливостей адаптера (його адрес, правил обміну з ним, його характеристик). Драйвер уніфікує, робить одноманітною взаємодію програмних засобів високого рівня з будь-яким адаптером даного класу. Мережеві драйвери, що поставляються разом з мережевими адаптерами, дозволяють мережевим програмам однаково працювати з платами різних постачальників і навіть з платами різних локальних мереж (Ethernet, Arcnet, Token-Ring і так далі). Якщо говорити про стандартну модель OSI, то драйвери, як правило, виконують функції канального рівня, хоча інколи вони реалізують і частку функцій мережевого рівня (рис. 6.1). Наприклад, драйвери формують передаваний пакет в буферній пам'яті адаптера, читають з цієї пам'яті пакет, що прийшов по мережі, дають команду на передачу, інформують комп'ютер про прийом пакету.

Мал. 6.1. Функції драйвера мережевого адаптера в моделі OSI

Якість написання програми драйвера багато в чому визначає ефективність роботи мережі в цілому. Навіть при самих кращих характеристиках мережевого адаптера неякісний драйвер може різко погіршити обмін по мережі.

Перш ніж придбати плату адаптера, необхідно ознайомитися із списком сумісного устаткування (Hardware Compatibility List, HCL), який публікують всі виробники мережевих операційних систем. Вибір там досить великий (наприклад, для Microsoft Windows Server список включає більше сотні драйверів мережевих адаптерів). Якщо в перелік HCL не входить адаптер якогось типа, краще за нього не купувати.

Протоколи високих рівнів.

Існує декілька стандартних наборів (або, як їх ще називають, стеків) протоколів, що набули зараз широкого поширення:

• набір протоколів ISO/OSI;
• IBM| System| Network| Architecture| (SNA|);
• Digital| DECnet|;
• Novell| NetWare|;
• Apple| AppleTalk|;
• набір протоколів глобальної мережі Інтернет, TCP/IP.

Включення|приєднання| в цей список протоколів глобальної мережі|сіті| цілком|сповна| з'ясовно, адже, як вже наголошувалося, модель OSI| використовується для будь-якої відкритої|відчиняти| системи: на базі як локальної, так і глобальної мережі|сіті| або комбінації локальної і глобальної мереж|сітей|.

Протоколи перерахованих наборів діляться на трьох основних типів|типи|:

• Прикладні протоколи (виконуючі функції трьох верхніх рівнів моделі OSI| – прикладного, представницького і сеансового);
• Транспортні протоколи (реалізовуючі функції середніх рівнів моделі OSI| – транспортного і сеансового);
• Мережеві|мережні| протоколи (здійснюючі функції трьох нижніх рівнів моделі OSI|).

Прикладні протоколи забезпечують взаємодія додатків|застосувань| і обмін даними між ними. Найбільш популярні:

• FTAM| (File| Transfer| Access| and| Management|) – протокол OSI| доступу до файлів;
• X.400 – протокол CCITT| для міжнародного обміну електронною поштою;
• Х.500 – протокол CCITT| служб файлів і каталогів на декількох системах;
• SMTP| (Simple| Mail| Transfer| Protocol|) – протокол глобальної мережі Інтернет для обміну електронною поштою;
• FTP| (File| Transfer| Protocol|) – протокол глобальної мережі Інтернет для передачі файлів;
• SNMP| (Simple| Network| Management| Protocol|) – протокол для моніторингу мережі|сіті|, контролю за роботою мережевих|мережних| компонентів і управління ними;
• Telnet| – протокол глобальної мережі Інтернет для реєстрації на видалених|віддалених| серверах і обробки даних на них;
• Microsoft| SMBs| (Server| Message| Blocks|, блоки повідомлень|сполучень| сервера) і клієнтські оболонки або редиректоры| фірми|фірма-виготовлювача| Microsoft|;
• NCP| (Novell| NetWare| Core| Protocol|) і клієнтські оболонки або редиректоры| фірми|фірма-виготовлювача| Novell|.

Транспортні протоколи підтримують сеанси зв'язку між комп'ютерами і гарантують надійний обмін даними між ними. Найбільш популярні з|із| них наступні|слідуючі|:

• TCP| (Transmission| Control| Protocol|) – частка|частина| набору протоколів TCP/IP для гарантованої доставки даних, розбитих на послідовність фрагментів;
• SPX| – частка|частина| набору протоколів IPX/SPX (Internetwork| Packet| Exchange/Sequential Packet| Exchange|) для гарантованої доставки даних, розбитих на послідовність фрагментів, запропонованих компанією Novell|;
• NWLink| – реалізація протоколу IPX/SPX компанії Microsoft|;
• NETBEUI| – (NETBIOS| Extended| User| Interface|, розширений інтерфейс NETBIOS|) встановлює сеанси зв'язку між комп'ютерами (NETBIOS|) і надає верхнім рівням транспортні послуги (NETBEUI|).

Мережеві|мережні| протоколи управляють адресацією, маршрутизацією, перевіркою помилок і запитами на повторну передачу. Широко поширені наступні|слідуючі| з|із| них:

• IP| (Internet| Protocol|) – TCP/IP-протокол для негарантованої передачі пакетів без встановлення з'єднань|сполук|;
• IPX| (Internetwork| Packet| Exchange|) – протокол компанії NetWare| для негарантованої передачі пакетів і маршрутизації пакетів;
• NWLink| – реалізація протоколу IPX/SPX компанії Microsoft|;
• NETBEUI| – транспортний протокол, що забезпечує послуги транспортування даних для сеансів і додатків|застосувань| NETBIOS|.

Всі перераховані протоколи можуть бути поставлені у відповідність тим або іншим рівням еталонної моделі OSI. Але при цьому треба враховувати, що розробники протоколів не дуже строго дотримуються цих рівнів. Наприклад, деякі протоколи виконують функції, що відносяться відразу до декількох рівнів моделі OSI, а інші – тільки частка функцій одного з рівнів. Це приводить до того, що протоколи різних компаній часто виявляються несумісні між собою. Крім того, протоколи можуть бути успішно використані виключно у складі свого набору протоколів (стека протоколів), який виконує більш менш закінчену групу функцій. Якраз це і робить мережеву операційну систему "фірмовою", тобто, по суті, несумісної із стандартною моделлю відкритої системи OSI.

Як приклад на, (рис. 6.3) і (рис. 6.4) схематично показано співвідношення протоколів, використовуваних популярними фірмовими мережевими операційними системами, і рівнів стандартної моделі OSI. Як видно з малюнків, практично ні на одному рівні немає чіткої відповідності реального протоколу якому-небудь рівню ідеальної моделі. Вибудовування подібних співвідношень задоволене умовно, оскільки важко чітко розмежувати функції всіх часток програмного забезпечення. До того ж компанії-виробники програмних засобів далеко не завжди детально описують внутрішню структуру продуктів.

Тепер слід докладніше|детальний| розгледіти|розглядати| деякі найбільш поширені протоколи.

Модель OSI| допускає два основні методи взаємодії абонентів в мережі|сіті|:

• Метод взаємодії без логічного з'єднання (або метод дейтаграмм).
• Метод взаємодії з|із| логічним з'єднанням|сполукою|.

Метод дейтаграмм – це простий метод, в якому кожен пакет розглядується як самостійний об'єкт (рис. 6.5).

Пакет при цьому методі передається без встановлення логічного каналу, тобто|цебто| без попереднього обміну службовими пакетами для з'ясування готовності приймача, а також без ліквідації логічного каналу, тобто|цебто| без пакету підтвердження закінчення передачі. Дійде пакет до приймача чи ні|або ні| – невідомо (перевірка факту отримання|здобуття| переноситься на вищі рівні).

Метод дейтаграмм пред'являє підвищені вимоги до апаратури (оскільки приймач завжди має бути готовий до прийому пакету). Достоїнства методу в тому, що передавач і приймач працюють незалежно один від одного, до того ж пакети можуть накопичуватися в буфері і потім передаватися разом, можна також використовувати широкомовну передачу, тобто адресувати пакет всім абонентам одночасно. Недоліки методу – це можливість втрати пакетів, а також даремного завантаження мережі пакетами в разі відсутності або неготовності приймача.

Метод з логічним з'єднанням (рис. 6.6, рис. 4.5) розроблений пізніше, ніж метод дейтаграмм, і відрізняється ускладненим порядком взаємодії.

При цьому методі пакет передається тільки|лише| після того, як буде встановлено|установлений| логічне з'єднання|сполуку| (канал) між приймачем і передавачем. Кожному інформаційному пакету супроводить один або декілька службових пакетів (установка з'єднання|сполуки|, підтвердження отримання|здобуття|, запит повторної передачі, розривши з'єднання|сполуки|). Логічний канал може встановлюватися на час передачі одного або декількох пакетів.

Мал. 6.2. Співвідношення рівнів моделі OSI і протоколів мережі Інтернет

Мал. 6.3. Співвідношення рівнів моделі OSI і протоколів операційної системи Windows Server

Мал. 6.4. Співвідношення рівнів моделі OSI і протоколів операційної системи NetWare

Мал. 6.5. Метод дейтаграмм

Мал. 6.6. Метод з логічним з'єднанням

Метод з логічним з'єднанням, як вже мовилося, складніший, ніж метод дейтаграмм, але набагато надійніше, оскільки до моменту ліквідації логічного каналу передавач упевнений, що всі його пакети дійшли до місця призначення, причому дійшли успішно. Не буває при даному методі і перевантаження мережі із-за даремних пакетів. Недолік методу з логічним з'єднанням полягає в тому, що досить складно вирішити ситуацію, коли приймаючий абонент по тих або інших причинах не готовий до обміну, наприклад, із-за обриву кабелю, відключення живлення, несправності мережевого устаткування, збоївши в комп'ютері. При цьому потрібний алгоритм обміну з повторенням непідтвердженого пакету задана кількість разів, причому важливий і тип непідтвердженого пакету. Не може цей метод передавати широкомовні пакети (тобто адресовані всім абонентам), оскільки не можна організувати логічні канали відразу зі всіма абонентами.

Приклади протоколів, що працюють по методу дейтаграмм— це протоколи IP і IPX.

Приклади|зразки| протоколів, що працюють по методу з|із| логічним з'єднанням|сполукою|, – це TCP| і SPX|.

Саме для того, щоб об'єднати достоїнства обох методів, ці протоколи використовуються у вигляді зв'язаних наборів: TCP/IP і IPX/SPX, в яких протокол більш високого рівня, що працює на базі протоколу нижчого рівня (IP|, IPX|), гарантує правильну доставку пакетів в необхідному порядку|ладі|.

Протоколи IPX/SPX, розроблені компанією Novell, утворюють набір (стік), використовуваний в мережевих програмних засобах досить широко поширених локальних мереж Novell (NetWare). Це порівняльно невеликий і швидкий протокол, що підтримує маршрутизацію. Прикладні програми можуть звертатися безпосередньо до рівня IPX, наприклад, для посилки широкомовних повідомлень, але значно частіше працюють з рівнем SPX, що гарантує швидку і надійну доставку пакетів. Якщо швидкість не дуже важлива, то прикладні програми застосовують ще вищий рівень, наприклад, протокол NETBIOS, що надає зручний сервіс. Компанією Microsoft запропонована своя реалізація протоколу IPX/SPX, звана NWLink. Протоколи IPX/SPX і NWLink підтримуються операційними системами NetWare і Windows. Вибір цих протоколів забезпечує сумісність по мережі будь-яких абонентів з даними операційними системами.

Набір (стік) протоколів TCP/IP був спеціально розроблений для глобальних мереж і для міжмережевої взаємодії. Він спочатку орієнтований на низьку якість каналів зв'язку, на велику вірогідність помилок і розривів зв'язків. Цей протокол ухвалив в усесвітній комп'ютерній мережі Інтернет, значна частка абонентів якої підключається по комутованих лініях (тобто звичайним телефонним лініям). Як і протокол IPX/SPX, протокол TCP/IP також підтримує маршрутизацію. На його основі працюють протоколи високих рівнів, такі як SMTP, FTP, SNMP. Недолік протоколу TCP/IP — более низька швидкість роботи, чим біля IPX/SPX. Проте зараз протокол TCP/IP використовується і в локальних мережах, щоб спростити узгодження протоколів локальних і глобальних мереж. В даний час він вважається за основного в найпоширеніших операційних системах.

У стек протоколів TCP/IP часто включають і протоколи всіх верхніх рівнів (рис. 6.7). І тоді вже можна говорити про функціональну повноту стека TCP/IP.

Як протокол IPX, так і протокол IP є самими низькорівневими протоколами, тому вони безпосередньо інкапсулюють свою інформацію, звану дейтаграммой, в полі даних передаваного по мережі пакету (див. рис. 4.6). При цьому в заголовок дейтаграммы входять адреси абонентів (відправника і одержувача) більш високого рівня, ніж MAC-адреса, – це IPX-адреса для протоколу IPX або IP-адреса для протоколу IP. Ці адреси включають номери мережі і вузла, хоста (індивідуальний ідентифікатор абонента). При цьому IPX-адреса (рис. 6.8) простіші, мають всього один формат, а в IP-адрес (рис. 6.9) можуть входити три формати (класу A, B і C), що розрізняються значеннями трьох початкових бітів.

Мал. 6.7. Співвідношення рівнів моделі OSI і стека протоколів TCP/IP

Мал. 6.8. Формат IPX- адреси

Мал. 6.9. Формати IP-адреса

Цікаво, що IP-адрес не має ніякого зв'язку з MAC-адресами абонентів. Номер вузла в нім привласнюється абонентові незалежно від його MAC-адреса. Як ідентифікатор станції IPX-адрес включає повну MAC-адрес абонента.

Номер мережі|сіті| – це код, привласнений кожній конкретній мережі|сіті|, тобто|цебто| кожній широкомовній області спільної|загальної|, єдиної мережі|сіті|. Під широкомовною областю розуміється частка|частина| мережі|сіті|, яка прозора для широкомовних пакетів, пропускає їх безперешкодно.

Протокол NETBIOS| (мережева|мережна| базова система введення/виводу|виведення|) був розроблений компанією IBM| для мереж|сітей| IBM| РС Network| і IBM| Token-Ring| за зразком системи BIOS| персонального комп'ютера. З тих пір|відтоді| цей протокол став фактичним стандартом (офіційно він не стандартизован|), і багато мережевих|мережних| операційних систем містять|утримують| в собі емулятор NETBIOS| для забезпечення сумісності. Спочатку NETBIOS| реалізовував сеансовий, транспортний і мережевий|мережний| рівні, проте|однак| в подальших|наступних| мережах|сітях| на нижчих рівнях використовуються стандартні протоколи (наприклад, IPX/SPX), а на долю емулятора NETBIOS| залишається тільки|лише| сеансовий рівень. NETBIOS| забезпечує вищий рівень сервісу, чим IPX/SPX, але|та| працює повільніше|повільний|.

На основі протоколу NETBIOS| був розроблений протокол NETBEUI|, який є розвитком протоколу NETBIOS| до транспортного рівня. Проте|однак| недолік|нестача| NETBEUI| полягає в тому, що він не підтримує міжмережеву взаємодію і не забезпечує маршрутизацію. Тому даний протокол використовується тільки|лише| в простих мережах|сітях|, не розрахованих на підключення до Інтернет. Складні мережі|сіті| орієнтуються на більш універсальні протоколи TCP/IP і IPX/SPX. Протокол NETBEUI| в даний час|нині| вважається за застарілий, хоча навіть в операційній системі Windows| XP| передбачена його підтримка, правда, тільки|лише| як додаткова опція.

Нарешті, згадуваний вже набір протоколів OSI – це повний набір (стік) протоколів, де кожен протокол точно відповідає певному рівню стандартної моделі OSI. Набор містить протоколи, що маршрутизуються і транспортні, серії протоколів IEEE 802, протокол сеансового рівня, представницького рівня і декілька протоколів прикладного рівня. Поки широкого поширення цей набір протоколів не набув, хоча він і повністю відповідає еталонній моделі OSI.

Стандартні мережеві|мережні| програмні|програмові| засоби|кошти|

Функції верхніх рівнів еталонної моделі OSI виконують мережеві програмні засоби. Для установки мережі досить мати набір мережевого устаткування, його драйвери, а також мережеве програмне забезпечення. Від вибору програмного забезпечення залежить дуже багато що: допустимий розмір мережі, зручність використання і контролю мережі, режими доступу до ресурсів, продуктивність мережі в різних режимах і так далі Правда, замінити одну програмну систему на іншу значно простіше, ніж змінити устаткування.

З погляду розподілу функцій між комп'ютерами мережі|сіті|, всі мережі|сіті| можна розділити на дві групи:

• Однорангові мережі, що складаються з рівноправних (з погляду доступу до мережі) комп'ютерів.
• Мережі на основі серверів, в яких існують тільки виділені (dedicated) сервери, що займаються виключно мережевими функціями. Виділений сервер може бути єдиним або їх може бути декілька.

Згідно з|із| цим, виділяють і типи програмних|програмових| засобів|коштів|, що реалізовують дані види мереж|сітей|.

Однорангові мережі|сіті|

Однорангові мережі (Peer-to-Peer Network) і відповідні програмні засоби, як правило, використовуються для об'єднання невеликої кількості комп'ютерів (рис. 6.10). Кожен комп'ютер такої мережі може одночасно бути і сервером і клієнтом мережі, хоча цілком допустиме призначення одного комп'ютера тільки сервером, а іншого тільки клієнтом. Принципова можливість поєднання функцій клієнта і сервера. Поважно також і те, що в одноранговій мережі будь-який сервер може бути невиділеним (non-dedicated), може не лише обслуговувати мережу, але і працювати як автономний комп'ютер (правда, запити до нього по мережі сильно знижують швидкість його роботи). У одноранговій мережі можуть бути і виділені сервери, тільки обслуговуючі мережу.

Мал. 6.10. Однорангова мережа

Саме в даному випадку найбільш правильно говорити про розподілені дискові ресурси, про віртуальний комп'ютер, а також про підсумовування об'ємів|обсягів| дисків всіх комп'ютерів мережі|сіті|. Якщо всі комп'ютери є|з'являються| серверами, то будь-який файл, створений на одному з них відразу ж стає доступним решті всіх комп'ютерів, його не треба передавати на централізований сервер.

Гідністю однорангових мереж є їх висока гнучкість: залежно від конкретного завдання мережа може використовуватися дуже активно або зовсім не використовуватися. Із-за великої самостійності комп'ютерів в таких мережах рідко буває ситуація перевантаження (до того ж кількість комп'ютерів зазвичай невелика). Установка однорангових мереж досить проста, до того ж не потрібні додаткові дорогі сервери. Крім того, немає необхідності в системному адмініструванні, користувачі можуть самі управляти своїми ресурсами.

У однорангових мережах допускається визначення різних прав користувачів по доступу до мережевих ресурсів, але система розмежування прав не дуже розвинена. Якщо кожен ресурс захищений своїм паролем, то користувачеві доводиться запам'ятовувати велике число паролів.

До недоліків однорангових мереж відносяться також слабка система контролю і протоколювання роботи мережі, труднощі з резервним копіюванням розподіленої інформації. До того ж вихід з буд будь-якого комп'ютера-сервера приводить до втрати частки спільної інформації, тобто всі такі комп'ютери мають бути по можливості високонадійними. Ефективна швидкість передачі інформації по одноранговій мережі часто виявляється недостатньою, оскільки важко забезпечити швидкодію процесорів, великий об'єм оперативної пам'яті і високі швидкості обміну з жорстким диском для всіх комп'ютерів мережі. До того ж комп'ютери мережі працюють не лише на мережу, але і вирішують інші завдання.

Декілька прикладів однорангових мережевих програмних засобів:

• NetWare| Lite| компанії Novell| (зараз вже не проводиться|виробляє|);
• LANtastic| компанії Artisoft| (випуск практично припинений);
• Windows| for| Workgroups| компанії Microsoft| (перша версія ОС Windows| з|із| вбудованою підтримкою мережі|сіті|, випущена в 1992 році);
• Windows| NT| Workstation| компанії Microsoft|;
• Windows| 95... Windows| XP| компанії Microsoft|.

Першими одноранговими мережевими|мережними| програмними|програмовими| засобами|коштами| були мережеві|мережні| оболонки, що працюють під управлінням DOS| (наприклад, NetWare| Lite|). Вони перехоплювали всі запити DOS|, ті запити, які викликані|спричиняти| зверненнями до мережевих|мережних| пристроїв|устроїв|, оброблялися і виконувалися мережевою|мережною| оболонкою, а ті, які викликані|спричиняти| зверненнями до "місцевих", немережевих|мережних| ресурсів, поверталися назад в DOS| і оброблялися стандартним чином.

Пізніші однорангові мережеві|мережні| програмні|програмові| засоби|кошти| вже були вбудовані в операційну систему Windows|. Це набагато зручніше, оскільки|тому що| виключається етап установки мережевих|мережних| програм. Тому мережеві|мережні| оболонки зараз вже практично не використовуються, хоча багато їх характеристик були помітно краще, ніж біля|в| мережевих|мережних| засобів|коштів| Windows|.

Зараз вважається, що однорангова мережа найбільш ефективна в невеликих мережах (близько 10 комп'ютерів). При значній кількості комп'ютерів мережеві операції сильно уповільнять роботу комп'ютерів і створять безліч інших проблем. Проте, для невеликого офісу однорангова мережа – оптимальне рішення.

Найпоширеніша зараз однорангова мережа – це мережа на основі Windows XP (або раніших версій ОС Windows).

При цьому користувач, набуваючи|придбавати| комп'ютера зі|із| встановленою|установленою| операційною системою, автоматично дістає і можливість виходу в мережу|сіть|. Природно, це у багатьох випадках набагато зручніше, ніж набувати|придбавати| і встановлювати нехай навіть і досконаліші|довершені| продукти інших фірм|фірма-виготовлювачів|. До того ж користувачеві не треба вивчати інтерфейс користувача мережевої|мережної| програми, оскільки|тому що| він будується так само, як і інтерфейс користувача решти всіх часток|частин| операційної системи.

Якщо комп'ютер, що набуває|придбаває|, ще й має встановлений|установлений| мережевий|мережний| адаптер, то побудувати|спорудити| мережу|сіть| користувачеві зовсім просто. Треба тільки|лише| з'єднати комп'ютери кабелем і налаштувати|настроїти| мережеві|мережні| програми.

У Windows| передбачена підтримка спільного|сумісного| використання дисків (у тому числі гнучких дисків і CD|), а також принтерів. Є|наявний| можливість|спроможність| об'єднання всіх користувачів в робітники|робочі| групи для зручнішого пошуку необхідних ресурсів і організації доступу до них. Користувачі мають доступ до вбудованої системи електронної пошти. Це означає, що всі користувачі мережі|сіті| дістають можливість спільно застосовувати багато ресурсів ОС свого комп'ютера.

При налаштуванні мережі|сіті| користувач повинен вибрати типа|тип| мережевого|мережного| протоколу. За умовчанням використовується протокол TCP/IP, але|та| можливе застосування|вживання| IPX/SPX (NWLink|), а також NETBEUI|. При виборі TCP/IP можна задавати адреси IP| в ручну|вручну| або за допомогою автоматичного налаштування адресації (в цьому випадку комп'ютер сам привласнить собі адресу з|із| діапазону, не використовуваного в Інтернет).

Крім того, треба задати індивідуальне ім'я комп'ютера і визначити робочу групу, до якої він відноситься.

Після|потім| цього можна вирішити доступ по мережі|сіті| до ресурсів кожного комп'ютера мережі|сіті|, до його файлів, тек|папок|, принтерів, сканерів, доступу в Інтернет.