Поняття мережевого протоколу

Комунікація включає термінали, комунікаційні застосування і мережу, яка об’єднує їх. Вони взаємодіють для досягнення правильної комунікації (наприклад, встановлюють і припиняють сесію) та для оптимального використання мережевих транспортних послуг. Для здійснення цієї взаємодії необхідні комунікаційні протоколи як між кінцевими користувачами і мережею, так і всередині мережі між різними мережевими вузлами. Вони забезпечують встановлення наскрізних маршрутів відповідно до запитів користувачів, забезпечують надійне і захищене пересилання інформації, моніторингу та управління мережею.

Будь-який обмін даними між людьми або комп'ютерами підкоряється заздалегідь встановленим правилам, або протоколам. Ці протоколи залежать від характеристик джерела, каналу і адресата. Вони чітко визначають формати і розмір повідомлень, синхронізацію, характеристики інкапсуляції, кодування і метод розсилки стандартного повідомлення.

Ці правила особливо важливі для локальних мереж. Локальна провідна мережа - це область, в якій всі вузли повинні "говорити однією мовою" або, якщо говорити на комп'ютерному мовою, "використовувати один і той же протокол".

Якщо люди, котрі знаходяться в одній кімнаті говорять на різних мовах, вони не зможуть один одного зрозуміти. Аналогічно, якщо пристрої в локальній мережі використовують різні протоколи, вони не зможуть обмінюватися даними.

Найчастіше в локальних провідних мережах використовується протокол Ethernet.

Він визначає багато аспектів обміну даними в локальній мережі, наприклад: формат і розмір повідомлення, синхронізацію, кодування та методи розсилки повідомлень.

Мережеві протоколи - це стандарти, які дозволяють мережевим вузлам комунікуватися між собою. Під поняттям протокол в комп’ютерній мережі звичайно розуміють систему правил, опрацьованих для здійснення комунікації між комп’ютерами. Протоколи керують форматом, синхронізацією, упорядкованістю даних, а також забезпечують контроль помилок. Без таких правил комп’ютер не може сприймати значення потоку бітів, які поступають до нього.

Існує велика кількість протоколів для передавання даних, запропонованих різними фірмами-розробниками. Однак, якщо передавач і приймач не користуються тим самим протоколом, то вони не зрозуміють один одного. Тому запропоновані та впроваджені стандарти протоколів, пристосовані до еталонної моделі OSI. На жаль, в дійсності протоколи не повністю відповідають означенням моделі OSI. Окремі з них об’єднують суміжні рівні, інші розділяють їх або відкидають деякі з них. Звичайно, всі працездатні протоколи дозволяють осягнути однаковий результат - перенесення даних з одного місця до іншого, однак питання полягає у їх взаємній сумісності, уможливості взаємодії мереж з різними протоколами.

Спільні питання для протоколів на різних рівнях.

Основні проблеми, з якими будемо неодноразово зустрічатися при розгляді різних протоколів.

Симплексний, півдуплексний та дуплексний режими передавання. Важливо встановити принципи передавання даних. Якщо дані повинні пересилатися тільки від джерела до призначення (або багатьох призначень), то йдеться про симплексний режим передавання (simplex). Якщо дані між двома респондентами пересилаються у двох напрямках, але неодночасно, то це півдуплексний режим передавання (half-duplex); при одночасному перенесенні даних між респондентами в обидвох напрямках йдеться про дуплексний режим (full duplex).

Пріоритети. Протокол повинен визначити, скільки логічних каналів відповідає даному зв'язку, та визначити їх пріоритети. В багатьох мережах існує не менше двох логічних каналів для кожного зв'язку - один для звичайних даних, а другий - для даних з підвищеним пріоритетом.

Управління потоками даних. На кожному рівні може виникнути проблема узгодженння швидкостей передавача і приймача даних. Існують декілька способів вирішення цієї проблеми, однак спільним для них є використання певного зворотнього зв'язку між приймачем та передавачем інформації. Зворотня інформація передається безпосередньо або посередньо в залежності від стану приймача в даний момент часу.

Встановлення та припинення зв'язку. На кожному рівні повинен діяти механізм для встановлення зв'язку між двома процесами, які повинні взаємодіяти між собою. Якщо на однаковому рівні існує багато процесів, то для організації взаємодії між двома визначеними процесами необхідна адресація. Із механізмом встановлення зв'язку тісно пов'язаний механізм припинення зв'язку, ящо він більше непотрібний. Це може виявитися достатньо складною процедурою.

Необхідно відзначити, що будь-який рівень може діяти у двох різних режимах.

У режимі комунікації із сполученням (Connection-oriented Communication -CO) система працює як віртуальне коло і комунікація здійснюється подібно до звичайного телефонного виклику: набирання номера, очікування на встановлення сполучення, обмін повідомленнями, завершення сполучення, очікування на підтвердженя, що сполучення припинене. Режим комунікації із сполученням гарантує, що жоден пакет не буде втрачений і що всі пакети поступлять у тому самому порядку, в якому вони були вислані.

На протилежність цьому, режим комунікації без сполучення (Connectionless Communication - CL) забезпечує тільки послуги передавання данограм (datagram) подібно до поштової системи передавання листів. У цьому режимі відсутні гарантії, що пакети будуть доручені у тій самій послідовності, у якій вони були вислані. Будь-яка проміжна система допускає відкидання пакету, якщо вона має недостатньо ресурсів для його подальшого передавання (наприклад, внаслідок переповнення буферної пам’яті). У системах з режимом комунікації без сполучення вищі рівні займаються відновленням потрібної послідовності пакетів, повторним передаванням втрачених пакетів і т.п., якщо потрібний надійний потік даних.

Фрагментація та дефрагментація повідомлень. Не всі процесори можуть приймати повідомлення довільної довжини. Тому необхідні механізми поділу довгих повідомлень на фрагменти, пересилання цих фрагментів за призначенням і відновлення повідомлень із фрагментів. Споріднена проблема виникає у зворотній ситуації, коли процесори генерують настільки короткі повідомлення, що пересилання кожного з них окремо стає неекономним. Розв'язання полягає у поєднанні декількох малих повідомлень до однієї і тієї ж станції-призначення в одне велике повідомлення, пересилання його і розділення на початкові менші повідомлення в станції-призначенні.

Впорядкованість частин повідомленя. Не всі комунікаційні канали зберігають початкову послідовність при пересиланні частин повідомлень. Тому протокол повинен містити засоби для відновлення їх правильної послідовності після отримання. Звичайно частини повідомлень нумерують, але повинен існувати механізм дій з частинами, отриманими у невірній послідовності, а також дій щодо втрачених частин.

Мультиплексування і демультиплексування. Використання окремих каналів для кожної пари процесів, які комунікуються між собою, може бути необгрунтоване або занадто дороге, тоді нижчий рівень може використати той самий канал для комунікації багатьох незалежних процесів, тобто мультиплексування. Якщо процеси мультиплексування і демультиплексування прозорі, то такі процеси можна застосовувати на кожному рівні. Мультиплексування обов'язково застосовується на Фізичному рівні, оскільки всі дані повинні бути переслані через одну або декілька фізичних ліній.

Маршрутизація (раутінг). Якщо для передавання даних між респондентами існує декілька можливих шляхів, то необхідно здійснити вибір конкретного шляху. Часом вирішення цього завдання здійснюється багатоступенево.

Фізична адресація.

У міру поширення мереж розроблялися стандартні правила роботи мережевого устаткування різних виробників. Стандартизація принесла мереж багато користі:

ü спростилася конструкція мереж;

ü спростилася розробка продуктів;

ü з'явилися нові можливості для конкуренції;

ü з'явилася можливість пов'язувати різні пристрої;

ü спростилося навчання;

ü розширився вибір постачальників.

Офіційно прийнятого протоколу локальних мереж не існує, але з плином часу особливо поширилася одна технологія, під назвою Ethernet. Вона стала стандартом де-факто.

Для будь-якого обміну даними необхідний спосіб ідентифікації джерела і адресата. При спілкуванні між людьми використовуються імена.

У мережах Ethernet використовується схожий метод ідентифікації вузлів-джерел і вузлів призначення. Кожному підключеному до Ethernet вузлу привласнюється фізична адреса, яка служить його ідентифікатором в мережі. В процесі виготовлення всім мережевим інтерфейсам Ethernet даються фізичні адреси. Ця адреса називається адресою управління доступом до середовища (MAC-адресою). MAC-адреса ідентифікує кожен вузол джерела і кожен вузол призначення в мережі.

Коли підключений до Ethernet вузол включається в обмін даними, він розсилає кадри зі своїм MAC-адресою в якості джерела і MAC-адресою передбачуваного одержувача. Всі приймаючі вузли декодують кадр і прочитують MAC-адресу призначення. Якщо вона відповідає налаштованій MAC-адресі мережевої інтерфейсної плати, вона обробляє і зберігає повідомлення. Якщо MAC-адреса призначення не відповідає MAC-адресі вузла, мережевий адаптер ігнорує повідомлення.

Логічна адресація.

Як правило, ім'я людини не змінюється. Адреса же залежить від місця проживання і може змінитися. MAC-адреса вузла не міняється, фізично привласнена мережевому адаптеру і відома як фізичну адресу. Вона залишається незмінною, незалежно від розташування вузла в мережі.

IP-адреса схожа на адресу місця проживання людини. Вона називається логічною адресою, оскільки присвоюється логічно, в залежності від місцезнаходження вузла. IP-адреса, або мережева адреса, привласнюється вузлу мережевим адміністратором на основі характеристик локальної мережі.

IP-адреси складаються з двох частин. Одна з них є ідентифікатором локальної мережі. Мережева частина IP-адреси загальна у всіх вузлів в одній локальній мережі. Друга частина IP-адреси є ідентифікатором конкретного вузла.