6.1.2 Сетевые протоколы

Реализация описанных в предыдущем разделе способов согласованного взаимодействия абонентов в компьютерной сети осуществляется с помощью строго формализованных правил и системы специальных процедур, называемых протоколами. Иерархически организованную совокупность протоколов называют стеком протоколов.

В качестве примера приведем стек протоколов TCP/IP, имеющий большую популярность в современных компьютерных сетях.

В настоящее время широкое применение получила семиуровневая модель Международной организации по стандартизации (МОС), определяющая основные направления разработки протоколов и включающая физический, канальный, сетевой, транспортный, сеансовый, представительский и прикладной уровни. Модель МОС не только стала основой для разработки сетевых стандартов, но и явилась хорошей методологической основой для изучения и сравнения сетевых технологий. Несмотря на то, что были разработаны и другие модели, большинство разработчиков и поставщиков сетевых продуктов используют терминологию эталонной модели МОС.

Рассмотрим кратко основные функции перечисленных выше уровней. Нижним уровнем иерархии является физический, определяющий электрические и механические характеристики подключения к физическим каналам связи. Этот уровень обеспечивает сервис для канального уровня, определяющего функции управления передачей информации по каналу связи. К ним в первую очередь относятся упаковка передаваемой информации в кадры определенной длины, формирование проверяющих символов и проверка содержимого кадров после их передачи, передача и прием подтверждений о приеме кадров, повторная передача неподтвержденных кадров и т. д. Таким образом, основные функции управления каналом связи состоят в установлении, поддержании и разъединении каналов. При этом методы управления существенно зависят от типа канала связи (медный, телефонный, спутниковый и т. д.). Канальный уровень обеспечивает сервис для сетевого уровня, выполняющего функции маршрутизации пакетов, управления потоками, адресации, организации и поддержания транспортных соединений. Единицей информации протоколов сетевого уровня является пакет, поэтому иногда этот уровень называют пакетным. Более детальное описание отдельных функций сетевого уровня (в частности, управления потоками) будет дано в следующих разделах этой главы. Сетевой уровень обеспечивает сервис для транспортного уровня.

Транспортный уровень предназначен для транспортировки массивов из одного порта в другой. Под портом понимается конец логического канала сети передачи данных, где фактически завершаются операции транспортировки данных и начинаются операции между вычислительными процессами. Транспортный уровень обеспечивает установление и разъединение транспортных соединений, управление информационными потоками от порта до порта, сборку и разборку пакетов, принадлежащих передаваемому в сеансе связи массиву.

В связи с тем, что транспортный уровень предназначен для пересылки данных из источника адресату, протоколы данного уровня часто называют межконцевыми или сквозными. Транспортный уровень является последним в иерархии уровней, обеспечивающих транспортный сервис; он освобождает более высокие уровни от организации передачи данных.

Основным назначением сеансового уровня являются организация, поддержание и окончание сеансов между прикладными процессами (организация и поддержание логической связи между распределенными работами). Сеансы устанавливаются через представительский уровень. Целью представительского уровня является преобразование данных в форму, удобную для прикладной программы. На представительском уровне происходит преобразование форматов данных и команд. Прикладной уровень представляет собой процесс обработки информации - прикладные процессы. Он обеспечивает работу прикладной программы так же, как если бы она выполнялась не через базовую сеть передачи данных, а автономно в вычислительной машине.

Несмотря на различие функций протоколов четырех нижних уровней, обеспечивающих транспортный сервис, они обладают некоторыми общими характерными чертами. В первую очередь это касается способов подтверждения правильности доставки информации. Надежная передача пакетов (на сетевом уровне) или кадров (на канальном уровне) осуществляется с помощью передачи подтверждений (квитанций) об успешной доставке и использовании механизмов окна и time-out. При этом источник может послать не более N пакетов (кадров), не дожидаясь подтверждения от адресата (N - размер окна). Получение квитанции, подтверждающей прием адресатом, разрешает передачу следующего пакета (продвигает окно). В протоколах, предусматривающих передачу очередного (кадра) только после получения квитанции на предыдущий пакет, очевидно, размер окна равен единице. Время ожидания подтверждения об успешной доставке ограничивается некоторой величиной time-out. В случае непоступления квитанции за время time-out (это может произойти из-за искажения кадра или квитанции в канале или из-за отсутствия свободного буферного пространства в принимающем УК) осуществляется повторная передача пакета (кадра). Следует отметить, что описанные выше механизмы надежной доставки информации эффективно используется также для реализации процедур управления потоком (см. раздел 6.3).