Главная | Обратная связь

СТЕКИ КОММУНИКАЦИОННЫХ ПРОТОКОЛОВ

[коммуникационный протокол; протокольный стек; стек OSI; протокол CLNP; протокол CLNS; протокол CONS; протокол SMNP; протокол PLP; протокол TP; прикладные протоколы OSI]

 

Важнейшим направлением стандартизации в области вы­числительных сетей явля­ется стандартизация коммуникационных протоколов. В настоящее время в сетях находят применение не­сколько стеков коммуникационных протоколов. Наибо­лее попу­лярными из них являются стеки TCP/IP и OSI, поэтому именно они подробно рассматриваются ниже. Помимо этих, наиболее распространенных стеков, можно упомянуть стеки SNA, DECnet и AppleTalk, на которых реализованы соответствующие ведомст­венные сетевые архитектуры.

На нижних функциональных уровнях во всех стеках используются одни и те же хорошо стандартизованные протоколы, положенные в основу широко распространенных сетевых технологий, таких как Ethernet, Token Ring, FDDI и др. На верхних же уровнях все стеки работают по своим собственным протоколам. Реализуемые этими протоколами функции в большинстве случаев не соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. Это связано с тем, что OSI появилась как результат обобщения уже существующих и реально используемых протокольных стеков, а не наоборот [5].

 

6.1. СТЕК OSI

 

Стек OSI – международный, независимый от производителей стандарт. В то время как модель OSI явля­ется эталонной концептуальной схемой взаимодействия открытых систем, стек OSI представ­ляет собой набор вполне конкретных спецификаций протоколов. В отличие от других протокольных стеков этот стек полностью соответствует модели OSI и включает спецификации протоколов для всех семи уровней взаимодействия, определенных в этой модели. Протоколы OSI еще не завоевали той популярности, которой пользуются многие патентованные ведомственные протоколы, такие как DECnet и AppleTalk и действующие стандарты, например, протоколы стека TCP/IP.

На нижних уровнях стек OSI поддерживает протоколы сетевых технологий Ethernet, Token Ring, FDDI, протоколы глобальных сетей, Х.25 и ISDN, – то есть использует разработан­ные вне стека протоколы нижних уровней.

Стек OSI предлагает услуги сетевого уровня, как без установления соединения, так и ориентированные на установления логического соединения [10].

Услуги без установления соединения описаны в стандарте ISO 8473, обычно называемом Протоколом сети без установления соединения (ConnectionLess Network Protocol – CLNP). Как видно из названия, CLNP является протоколом дейтаграмм без установления соединения, используемым для переноса данных и указателей неисправности. По своим функциональным возможностям он похож на Internet Protocol (IP) протокольного стека TCP/IP. Он не содержит средств обнаружения ошибок и их коррекции, полагаясь на способность транспортного уровня обеспечить соответствующим образом эти услуги. Он включает единственную фразу, которая называется «передача информации» (data transfer). Каждый вызов какого-либо примитива услуг не зависит от всех других вызовов, для чего необходимо, чтобы вся адресная информация полностью содержалась в составе примитива.

В то время как CLNP определяет действующий протокол, выполняющий типичные функции сетевого уровня, CLNS (Обслуживание сети без установления соединения – ConnectionLess Network Service, англ.) описывает услуги, предоставляемые транспортному уровню, в котором запрос о передаче информации реализуется доставкой, выполненной с наименьшими затратами (best effort, англ.). Такая доставка не гарантирует, что данные не будут потеряны, испорчены, что в них не будет нарушен порядок, или что они не будут скопированы. Обслуживание без установления соединения предполагает, что при необходимости все эти проблемы будут устранены в транспортном уровне. CLNS не обеспечивает никаких видов информации о соединении или состоянии, и не выполняет настройку соединения. Поскольку CLNS обеспечивает транспортные уровни интерфейсом услуг, сопрягающим с CLNP, эти протоколы часто рассматриваются вместе.

Обслуживание, ориентированное на установление логического соединения (иногда называемое Connection-Oriented Network Service – CONS), описывается в ISO 8208 как Протокол пакетного уровня X.25 (X.25 Packet-Level Protocol), иногда называемый Connection-Mode Network Protocol (CMNP), и ISO 8878, в котором описывается, как пользоваться ISO 8208, чтобы обеспечить ориентированные на установление логического соединения услуги OSI.

Дополнительный документ ISO 8881 описывает, как обеспечить работу CMNP в локальных сетях IEEE 802.

Услуги сети, согласно модели OSI, с установлением соединения определяются ISO 8208 и ISO 8878. OSI использует Протокол пакетного уровня X.25 (Packet-Level Protocol X.25 – PLP) для перемещения данных и указателей ошибок с установлением соединения. Для объектов транспортного уровня предусмотрено 6 услуг (одна для установления соединения, другая для разъединения соединения, и четыре для передачи данных). Услуги вызываются определенной комбинацией из четырёх примитив: запрос (request, англ.), указатель (indication, англ.), ответ (response, англ.) и подтверждение (confirmation, англ.). Взаимодействие этих четырех примитив показано на рис.6.1.

В момент времени t₁ транспортный уровень ES1[1] отправляет примитив «запрос» в сетевой уровень ES1. Этот запрос помещается в подсеть ES1 протоколами подсети нижележащих уровней и в конечном итоге принимается ES2, который отправляет информацию вверх в сетевой уровень. В мотент времени t₂ сетевой уровень ES2 отправляет примитив «указатель» в свой транспортный уровень. После завершения необходимой обработки пакета в высших уровнях, ES2 инициирует ответ в ES1, используя примитив «ответ», отправленный из транспортного уровня в сетевой уровень. Отправленный в момент времени t₃ ответ возвращается в ES1, который отправляет информацию вверх в сетевой уровень, где генерируется примитив «подтверждение», отправляемый в транспортный уровень в момент t₄.

 

OSI на сетевом уровне также определяет несколько протоколов маршрутизации.

В дополнение к уже упоминавшимся спецификациям протоколов и услуг сетевого уровня OSI, имеются некоторые другие документы, в число которых входят:

 

 

· ISO 8348. Этот стандарт обычно называют «определение услуг сети» (network service definition, англ.). Он описывает ориентированные на услуги с установлением логического соединения и услуги без него, которые обеспечивает сетевой уровень OSI. Адресация сетевого уровня также определена в этом документе.

· ISO TR 9575. Стандарт описывает структуру, концепции и терминологию, использованную в протоколах маршрутизации OSI.

· ISO TR 9577. Стандарт определяет, как отличать друг от друга большое число протоколов сетевого уровня, работающих в одной и той же среде. Это необходимо потому, что в отличие от других протоколов, протоколы сетевого уровня OSI не различаются с помощью какого-либо идентификатора (ID) протокола или аналогичного поля канального уровня.

Услуги сети OSI предоставляются транспортному уровню через концептуальную точку на границе сетевого и транспортного уровней, известную под названием точки доступа к услугам сети (NSAP – network service access point). Для каждого объекта транспортного уровня имеется одна NSAP.

Каждая NSAP может быть индивидуально адресована в объединенной глобальной сети с помощью адреса NSAP (иногда в источниках встречается неточное название – просто «NSAP»). Таким образом, любая конечная система OSI имеет, как правило, множество адресов NSAP. Эти адреса обычно отличаются только последним байтом, называемым n-selector.

Возможны случаи, когда полезно адресовать сообщение сетевому уровню системы в целом, не связывая его с конкретным объектом транспортного уровня, например, когда система участвует в протоколах маршрутизации или при адресации к какой-нибудь промежуточной системе (к маршрутизатору). Подобная адресация выполняется через специальный адрес сети, известный под названием «титул объекта сети» (network entity title – NET). Структурно NET идентичен адресу NSAP, но он использует специальное значение n-selector «00». Большинство конечных и промежуточных систем имеют только один NET, в отличие от маршрутизаторов, имеющих по одному адресу на каждый интерфейс.

На транспортном уровне стека OSI определены пять протоколов: ТР0, ТР1, ТР2, ТР3 и ТР4. Все они, кроме ТР4, работают только с сетевыми сервисами с установлением соединения. ТР4 работает как с установлением соединения, так и без него, то есть в дейтаграммном режиме.

ТР0 является самым простым протоколом транспортного уровня OSI, ориентированным на установления логического соединения. Из набора классических функций протокола транспортного уровня он выполняет только сегментацию и повторную сборку. Это означает, что ТР0 обратит внимание на протокольную информационную единицу (protocol data unit – PDU) с наименьшим максимальным размером, который поддерживается лежащими в основе подсетями, и фрагментирует пакет транспортного уровня на более мелкие части, которые не будут превышать допустимый для передачи по сети размер пакета.

В дополнение к сегментации и повторной сборке ТР1 обеспечивает устранение базовых ошибок. Он нумерует все PDU и повторно отправляет те, правильность передачи которых не была подтверждена. ТР1 может также повторно инициировать соединение в том случае, если имеет место превышение допустимого числа неподтвержденных РDU.

ТР2 может мультиплексировать и демультиплексировать потоки данных через отдельную виртуальную цепь. Эта способность делает ТР2 особенно полезным в общедоступных информационных сетях (Public Data Network – PDN), где каждая виртуальная цепь подвергается отдельной загрузке. Подобно ТР0 и ТР1, ТР2 также сегментирует и вновь собирает PDU.

ТР3 комбинирует в себе характеристики ТР1 и ТР2.

ТР4 является самым популярным протоколом транспортного уровня OSI. ТР4 похож на протокол ТСР из протокольного стека TCP/IP, поскольку, фактически, он базировался на ТСР. В дополнение к характеристикам ТР3, ТР4 обеспечивает надежные услуги по транспортировке.

Протоколы сеансового уровня OSI преобразуют в сеансы потоки данных, поставляемых четырьмя низшими уровнями, путем реализации различных управляющих механизмов. В число этих механизмов входит ведение учета, управление диалогом (т.е. определение, кто и когда может осуществлять передачу) и согласование параметров сеанса.

Управление диалогом сеанса реализуется путем использования маркера (token, англ.), обладание которым обеспечивает право на связь. Маркер можно запрашивать, и конечным системам ES могут быть присвоены приоритеты, обеспечивающие дискриминационное пользование маркером.

Представительный уровень OSI, как правило, является про­сто проходным протоколом для информации из соседних уров­ней. Хотя считается, что абстрактное представление синтак­сиса (Abstract Syntax Notation One – ASN.1) является протоколом представительного уровня OSI, ASN.1 используется для пред­ставления данных в независимом от машины формате. Это позво­ляет осуществлять связь между прикладными задачами различ­ных компьютерных систем способом, прозрачным для этих при­кладных задач.

Прикладной уровень ОSI включает действующие протоколы прикладного уровня, а также элементы услуг прикладного уровня (application service elements – ASE). ASE обеспечивают легкую связь протоколов прикладного уровня с низшими уровнями. Тремя наиболее важными ASE являются элемент услуг управления ассоциацией (Association Control Service Element – ACSE), элемент услуг получения доступа к операциям отдаленного устройства (Remote Operations Service Element – ROSE) и элемент услуг надежной передачи (Reliable Transfer Service Element – RTSE). При подготовке к связи между двумя протоколами прикладного уровня ACSE объединяет их имена друг с другом. ROSE реализует механизм «запрос/ответ», который разрешает доступ к операциям отдаленного устройства способом, похожим на вызовы процедуры обращений к отделенной сети (remote procedure calls – RPC). RTSE способствует надежной доставке, делая конструктивные элементы сеансового уровня легкими для использования.

Наибольшую популярность имеют следующие протоколы прикладного уровня OSI:

· Common Management Information Protocol (CMIP). Протокол общей информации управления – протокол общей управляющей информации, определяющий стандартный способ управления сетями, разработанными различными производителями.

· Directory Services (DS). Услуги каталогов, разработанные на основе спецификации Х.500, предоставляют возможности распределенной по серверам сети иерархической объектной базы данных, полезные для идентификации и адресации узлов высших уровней.

· File Transfer, Access, and Management (FTAM). Протокол передачи, доступа и управления файлами предоставляет услуги по передаче файлов. В дополнение к классической передаче файлов, для которой FTAM обеспечивает многочисленные опции, FTAM также обеспечивает средства доступа к распределенным файлам.

· Message Handling Systems (MHS). Протокол обработки сообщений – обеспечивает механизм, лежащий в основе транспортировки данных для прикладных задач передачи сообщений по электронной почте и других задач, требующих услуг по хранению и продвижению данных. MHS поддерживается серией рекомендаций X.400.

· Virtual Terminal Protocol (VTP). Протокол эмуляции вир­туальных терминалов, позволяющий компьютерной системе для отдаленной ES казаться непосредственно подключенным терми­налом. С помощью VTP пользователь может, например, выпол­нять дистанционные работы на мощных универсальных вычисли­тельных машинах.

Подводя итог краткому обзору протокольного стека OSI, следует отметить, что его протоколы отличаются сложностью и неоднозначностью спецификации, явившихся результатом общей политики разработчиков стека, стремившихся учесть в своих про­токолах все случаи жизни и все существовавшие и вновь появ­ляющиеся технологии. Сказались и последствия неизбежных при принятии международ­ных стандартов по такому общезначимому вопросу, как построение открытых информационных сетей, большого количества политических компромиссов.

Сложность протоколов стека OSI требуют больших затрат вычислитель­ной мощности, что делает более предпочтительным их использование для высокопроизводительных ЭВМ и мощных рабочих станций.