¿Qué es un modelo de eje? ¡El modelo OSI es fácil! Un ejemplo de cómo funciona el modelo de red

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En la ciencia de redes, como en cualquier otro campo del conocimiento, existen dos enfoques fundamentales para el aprendizaje: pasar de lo general a lo particular y viceversa. Bueno, no es que las personas usen estos enfoques en su forma pura en la vida, pero aun así, en las etapas iniciales, cada estudiante elige una de las direcciones anteriores por sí mismo. Para la educación superior (al menos el modelo (post) soviético) el primer método es más característico, para la autoeducación, con mayor frecuencia el segundo: una persona trabajaba en la red, de vez en cuando resolvía pequeñas tareas administrativas de carácter de usuario único , y de repente quería averiguarlo, pero ¿cómo, en realidad, se organiza toda esta basura?

Pero el propósito de este artículo no es una discusión filosófica sobre la metodología de la enseñanza. Me gustaría llamar la atención de los usuarios de redes novatos que general y lo más importante, desde el cual, como desde una estufa, puedes bailar hasta las tiendas privadas más elegantes. Al comprender el modelo OSI de siete capas y aprender a "reconocer" sus capas en las tecnologías que ya conoce, puede avanzar fácilmente en cualquier dirección de la industria de redes que elija. El modelo OSI es el marco en el que se colgará cualquier nuevo conocimiento sobre redes.

Este modelo se menciona de una forma u otra en casi cualquier literatura moderna sobre redes, así como en muchas especificaciones de protocolos y tecnologías específicas. Sin sentir la necesidad de reinventar la rueda, decidí publicar extractos del trabajo de N. Olifer, V. Olifer (Centro de Tecnologías de la Información) titulado “El papel de los protocolos de comunicación y el propósito funcional de los principales tipos de equipos de red corporativa. ”, que considero la mejor y más completa publicación sobre este tema.

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modelo

El hecho de que un protocolo sea un acuerdo entre dos entidades que interactúan, en este caso dos computadoras que se ejecutan en una red, no significa necesariamente que sea un estándar. Pero en la práctica, al implementar redes, tienden a utilizar protocolos estándar. Estos pueden ser estándares de la empresa, nacionales o internacionales.

La Organización Internacional de Normalización (ISO) ha desarrollado un modelo que define claramente los diferentes niveles de interacción del sistema, les da nombres estándar y especifica qué trabajo debe hacer cada nivel. Este modelo se denomina modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI) o modelo ISO/OSI.

El modelo OSI divide la comunicación en siete niveles o capas (Figura 1.1). Cada nivel se ocupa de un aspecto específico de la interacción. Así, el problema de interacción se descompone en 7 problemas particulares, cada uno de los cuales puede resolverse independientemente de los demás. Cada capa mantiene interfaces con capas superiores e inferiores.

Arroz. 1.1. Modelo de interoperabilidad de sistemas abiertos ISO/OSI

El modelo OSI solo describe los medios de interacción de todo el sistema, no las aplicaciones del usuario final. Las aplicaciones implementan sus propios protocolos de comunicación accediendo a las instalaciones del sistema. Hay que tener en cuenta que la aplicación puede asumir las funciones de algunas de las capas superiores del modelo OSI, en cuyo caso, si es necesario, accede a las herramientas del sistema que realizan las funciones de las restantes capas inferiores del modelo OSI. cuando se requiere interfuncionamiento.

Una aplicación de usuario final puede usar herramientas de comunicación del sistema no solo para establecer un diálogo con otra aplicación que se ejecuta en otra máquina, sino simplemente para recibir los servicios de un servicio de red en particular, como acceder a archivos remotos, recibir correo o imprimir en una impresora compartida. .

Entonces, deje que la aplicación haga una solicitud a la capa de aplicación, por ejemplo, a un servicio de archivos. Basado en esta solicitud software La capa de aplicación genera un mensaje en un formato estándar, en el que coloca información de servicio (encabezado) y, posiblemente, datos transmitidos. Luego, este mensaje se envía a la capa representativa. La capa de presentación agrega su encabezado al mensaje y pasa el resultado a la capa de sesión, que a su vez agrega su encabezado, y así sucesivamente. Algunas implementaciones de los protocolos prevén la presencia en el mensaje no solo del encabezado, sino también del tráiler. Finalmente, el mensaje llega a la capa física más baja, que en realidad lo transmite a través de las líneas de comunicación.

Cuando un mensaje llega a través de la red a otra máquina, asciende secuencialmente de una capa a otra. Cada nivel analiza, procesa y elimina el encabezado de su nivel, realiza las funciones correspondientes a este nivel y pasa el mensaje al nivel superior.

Además del término "mensaje" (mensaje), existen otros nombres utilizados por los especialistas en redes para designar una unidad de intercambio de datos. Las normas ISO utilizan el término "Unidad de datos de protocolo" (PDU) para los protocolos de cualquier nivel. Además, a menudo se utilizan los nombres marco (frame), paquete (paquete), datagrama (datagrama).

Funciones de capa del modelo ISO/OSI

Capa física Esta capa se ocupa de la transmisión de bits a través de canales físicos, como cable coaxial, par trenzado o cable de fibra óptica. Este nivel está relacionado con las características de los medios físicos de transmisión de datos, como ancho de banda, inmunidad al ruido, impedancia de onda, entre otros. Al mismo nivel, se determinan las características de las señales eléctricas, tales como los requisitos para los frentes de los pulsos, los niveles de tensión o corriente de la señal transmitida, el tipo de codificación y la tasa de transmisión de la señal. Además, aquí se estandarizan los tipos de conectores y el propósito de cada pin.

Las funciones de la capa física se implementan en todos los dispositivos conectados a la red. En el lado de la computadora, las funciones de la capa física se realizan adaptador de red o puerto serie.

Un ejemplo de protocolo de capa física es la especificación para la tecnología Ethernet 10Base-T, que define el cable utilizado como un par trenzado sin blindaje de categoría 3 con una impedancia característica de 100 ohmios, un conector RJ-45, una longitud máxima de segmento físico de 100 metros, un código de Manchester para representar datos en un cable y otras características del entorno y señales eléctricas.

Capa de enlace En la capa física, los bits simplemente se envían. Esto no tiene en cuenta que en algunas redes en las que las líneas de comunicación son utilizadas (compartidas) alternativamente por varios pares de computadoras que interactúan, el medio físico de transmisión puede estar ocupado. Por lo tanto, una de las tareas de la capa de enlace es verificar la disponibilidad del medio de transmisión. Otra tarea de la capa de enlace es implementar mecanismos de detección y corrección de errores. Para ello, en la capa de enlace de datos, los bits se agrupan en conjuntos denominados tramas. La capa de enlace asegura que cada trama se transmita correctamente colocando una secuencia especial de bits al principio y al final de cada trama para marcarla, y también calcula una suma de verificación sumando todos los bytes de la trama de cierta manera y agregando una suma de verificación al marco Cuando llega una trama, el receptor vuelve a calcular la suma de verificación de los datos recibidos y compara el resultado con la suma de verificación de la trama. Si coinciden, el marco se considera válido y aceptado. Si las sumas de verificación no coinciden, se genera un error.

Los protocolos de capa de enlace que se utilizan en las redes locales tienen una determinada estructura de conexiones entre equipos y formas de direccionarlos. Aunque la capa de enlace proporciona entrega de tramas entre dos nodos red local, hace esto solo en una red con una topología de conexiones muy específica, exactamente la topología para la que fue diseñado. Las topologías comunes de bus, anillo y estrella admitidas por los protocolos de capa de enlace LAN son comunes. Ejemplos de protocolos de capa de enlace son los protocolos Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

En las LAN, las computadoras, los puentes, los conmutadores y los enrutadores utilizan los protocolos de capa de enlace. En las computadoras, las funciones de la capa de enlace se implementan mediante los esfuerzos conjuntos de los adaptadores de red y sus controladores.

En las redes de área amplia, que rara vez tienen una topología regular, la capa de enlace de datos proporciona el intercambio de mensajes entre dos computadoras vecinas conectadas por una línea de comunicación individual. Ejemplos de protocolos punto a punto (como se suele llamar a estos protocolos) son los protocolos PPP y LAP-B ampliamente utilizados.

Nivel de Red. Este nivel sirve para formar un solo sistema de transporte que combina varias redes con diferentes principios para transmitir información entre nodos finales. Considere las funciones de la capa de red en el ejemplo de las redes locales. El protocolo de capa de enlace de las redes locales garantiza la entrega de datos entre cualquier nodo solo en una red con una adecuada topología típica. Esta es una limitación muy estricta que no permite construir redes con una estructura desarrollada, por ejemplo, redes que combinan varias redes empresariales en una sola red, o redes altamente confiables en las que existen enlaces redundantes entre nodos. Para, por un lado, preservar la simplicidad de los procedimientos de transferencia de datos para topologías típicas y, por otro lado, permitir el uso de topologías arbitrarias, se utiliza una capa de red adicional. En este nivel se introduce el concepto de "red". En este caso, se entiende por red un conjunto de ordenadores interconectados según una de las topologías típicas estándar y utilizando uno de los protocolos de capa de enlace definidos para esta topología para la transferencia de datos.

Por lo tanto, dentro de la red, la capa de enlace regula la entrega de datos, pero la capa de red maneja la entrega de datos entre redes.

Los mensajes de la capa de red se denominan paquetes. Al organizar la entrega de paquetes a nivel de red, se utiliza el concepto "número de red". En este caso, la dirección del destinatario consiste en el número de red y el número de la computadora en esa red.

Las redes están interconectadas por dispositivos especiales llamados enrutadores. enrutador es un dispositivo que recopila información sobre la topología de las interconexiones y, con base en ella, reenvía los paquetes de la capa de red a la red de destino. Para transferir un mensaje de un remitente ubicado en una red a un destinatario ubicado en otra red, es necesario realizar una cierta cantidad de transmisiones de tránsito (saltos) entre redes, eligiendo cada vez la ruta adecuada. Por lo tanto, una ruta es una secuencia de enrutadores a través de los cuales pasa un paquete.

El problema de elegir el mejor camino se llama enrutamiento y su solución es la tarea principal de la capa de red. Este problema se ve agravado por el hecho de que el camino más corto no siempre es el mejor. A menudo, el criterio para elegir una ruta es el tiempo de transferencia de datos a lo largo de esta ruta, depende del ancho de banda de los canales de comunicación y la intensidad del tráfico, que puede cambiar con el tiempo. Algunos algoritmos de enrutamiento intentan adaptarse a los cambios de carga, mientras que otros toman decisiones basadas en promedios a largo plazo. La selección de ruta también se puede basar en otros criterios, como la confiabilidad de la transmisión.

La capa de red define dos tipos de protocolos. El primer tipo se refiere a la definición de reglas para la transmisión de paquetes con datos de nodos finales desde un nodo a un enrutador y entre enrutadores. Son estos protocolos a los que generalmente se hace referencia cuando se habla de protocolos de capa de red. La capa de red también incluye otro tipo de protocolo llamado protocolos de intercambio de información de enrutamiento. Los enrutadores utilizan estos protocolos para recopilar información sobre la topología de las interconexiones. Los protocolos de capa de red se implementan mediante módulos de software del sistema operativo, así como software y hardware de enrutadores.

Ejemplos de protocolos de capa de red son el IP Internetworking Protocol de la pila TCP/IP y el IPX Packet Internetworking Protocol de la pila Novell.

Capa de transporte: en el camino del remitente al destinatario, los paquetes pueden corromperse o perderse. Si bien algunas aplicaciones tienen su propio manejo de errores, hay algunas que prefieren lidiar con una conexión confiable de inmediato. El trabajo de la capa de transporte es garantizar que las aplicaciones o capas superiores de la pila (aplicación y sesión) transfieran datos con el grado de confiabilidad que requieren. El modelo OSI define cinco clases de servicio proporcionadas por la capa de transporte. Estos tipos de servicios se diferencian en la calidad de los servicios prestados: urgencia, capacidad de restaurar comunicaciones interrumpidas, disponibilidad de instalaciones de multiplexación para múltiples conexiones entre diferentes protocolos de aplicación a través de un protocolo de transporte común y, lo que es más importante, capacidad de detectar y corregir errores de transmisión, como distorsión, pérdida y duplicación de paquetes.

La elección de la clase de servicio de la capa de transporte viene determinada, por un lado, por la medida en que la tarea de asegurar la fiabilidad sea resuelta por las propias aplicaciones y protocolos superiores a las capas de transporte, y por otro lado, esta la elección depende de cuán confiable sea todo el sistema de transporte de datos. Entonces, por ejemplo, si la calidad de los canales de comunicación es muy alta y la probabilidad de que ocurran errores no detectados por los protocolos de capa inferior es pequeña, entonces es razonable usar uno de los servicios de capa de transporte livianos que no están cargados con numerosos controles, apretones de manos y otros métodos para mejorar la confiabilidad. Si los vehículos son inicialmente muy poco fiables, entonces es recomendable recurrir al servicio de capa de transporte más desarrollado que funciona utilizando los medios máximos para detectar y eliminar errores: mediante el establecimiento previo de una conexión lógica, control de entrega de mensajes mediante sumas de verificación y numeración cíclica. de paquetes, establecer tiempos de espera de entrega, etc.

Como regla general, todos los protocolos, a partir de la capa de transporte y superiores, son implementados por el software de los nodos finales de la red, componentes de sus sistemas operativos de red. Los ejemplos de protocolos de transporte incluyen los protocolos TCP y UDP de la pila TCP/IP y el protocolo SPX de la pila Novell.

Capa de sesión La capa de sesión proporciona control de conversación para realizar un seguimiento de qué lado está actualmente activo y también proporciona un medio de sincronización. Estos últimos le permiten insertar puntos de control en transferencias largas para que, en caso de falla, pueda volver al último punto de control, en lugar de comenzar de nuevo. En la práctica, pocas aplicaciones utilizan la capa de sesión y rara vez se implementa.

Capa de presentación Esta capa garantiza que la información que pasa por la capa de aplicación será entendida por la capa de aplicación en otro sistema. Si es necesario, la capa de presentación realiza la transformación de formatos de datos en algún formato de presentación común, y en la recepción, en consecuencia, realiza la transformación inversa. Así, las capas de aplicación pueden superar, por ejemplo, las diferencias sintácticas en la representación de datos. En este nivel, se puede realizar el cifrado y descifrado de datos, gracias a lo cual se garantiza inmediatamente el secreto del intercambio de datos para todos los servicios de la aplicación. Un ejemplo de un protocolo que opera en la capa de presentación es el protocolo Secure Socket Layer (SSL), que proporciona mensajería segura para los protocolos de la capa de aplicación de la pila TCP/IP.

Capa de aplicación: la capa de aplicación es en realidad solo un conjunto de varios protocolos a través de los cuales los usuarios de la red acceden a recursos compartidos, como archivos, impresoras o páginas web de hipertexto, y organizan su colaboración, por ejemplo, utilizando el protocolo de correo electrónico. La unidad de datos en la que opera la capa de aplicación generalmente se llama mensaje .

Existe una variedad muy amplia de protocolos de capa de aplicación. Estos son solo algunos ejemplos de las implementaciones más comunes de los servicios de archivos: NCP en el sistema operativo Novell NetWare, SMB en Microsoft Windows NT, NFS, FTP y TFTP, que forman parte de la pila TCP/IP.

El modelo OSI, aunque muy importante, es solo uno de muchos modelos de comunicación. Estos modelos y sus pilas de protocolos asociados pueden diferir en el número de capas, sus funciones, formatos de mensajes, servicios proporcionados en las capas superiores y otros parámetros.

Característica de las pilas de protocolos de comunicación populares

Entonces, la interacción de las computadoras en las redes ocurre de acuerdo con ciertas reglas para intercambiar mensajes y sus formatos, es decir, de acuerdo con ciertos protocolos. Un conjunto de protocolos organizado jerárquicamente que resuelve el problema de la interacción entre los nodos de la red se denomina pila de protocolos de comunicación.

Hay muchas pilas de protocolos que se utilizan ampliamente en las redes. Estas son pilas, que son estándares internacionales y nacionales, y pilas de marca, que se han generalizado debido a la prevalencia de equipos de una empresa en particular. Ejemplos de pilas de protocolos populares incluyen la pila IPX/SPX de Novell, la pila TCP/IP utilizada en Internet y muchas redes basadas en el sistema operativo UNIX, la pila OSI de la Organización de Normas Internacionales, la pila DECnet de Digital Equipment Corporation y algunas otras.

El uso de una u otra pila de protocolos de comunicación en la red determina en gran medida la cara de la red y sus características. En redes pequeñas, solo se puede usar una pila. En redes corporativas grandes que combinan diferentes redes, por regla general, se utilizan varias pilas en paralelo.

El equipo de comunicación implementa protocolos de capa inferior que están más estandarizados que los protocolos de capa superior, y este es un requisito previo para el éxito. trabajo conjunto equipos de varios fabricantes. La lista de protocolos soportados por un determinado dispositivo de comunicación es una de las características más importantes de este dispositivo.

Las computadoras implementan protocolos de comunicación en forma de elementos de software correspondientes del sistema operativo de red, por ejemplo, los protocolos de nivel de enlace generalmente se implementan como controladores de adaptador de red, y los protocolos de nivel superior están en forma de componentes de servidor y cliente de servicios de red.

La capacidad de funcionar bien en el entorno de un sistema operativo en particular es una característica importante de los equipos de comunicación. A menudo puede leer en los anuncios de un concentrador o adaptador de red que fue diseñado específicamente para funcionar en una red NetWare o UNIX. Esto significa que los desarrolladores de hardware han optimizado sus características para los protocolos utilizados en este sistema operativo de red, o para esta versión de su implementación, si estos protocolos se utilizan en diferentes sistemas operativos. Debido a las peculiaridades de la implementación de protocolos en varios sistemas operativos, una de las características de los equipos de comunicación es su certificación para la capacidad de trabajar en el entorno de este sistema operativo.

En los niveles inferiores, físico y de canal, casi todas las pilas utilizan los mismos protocolos. Estos son protocolos bien estandarizados de Ethernet, Token Ring, FDDI y algunos otros que permiten usar el mismo equipo en todas las redes.

Los protocolos de red y capas superiores de las pilas estándar existentes son muy diversos y, por regla general, no se corresponden con la estratificación recomendada por el modelo ISO. En particular, en estas pilas, las funciones de la capa de sesión y presentación se combinan con mayor frecuencia con la capa de aplicación. Esta discrepancia se debe a que el modelo ISO surgió como resultado de una generalización de pilas ya existentes y realmente utilizadas, y no al revés.

pila OSI

Debe hacerse una distinción entre la pila de protocolos OSI y el modelo OSI. Mientras que el modelo OSI define conceptualmente el procedimiento para la interacción de sistemas abiertos, descompone la tarea en 7 niveles, estandariza el propósito de cada nivel e introduce nombres estándar para los niveles, la pila OSI es un conjunto de especificaciones de protocolo muy específicas que forman un pila de protocolos acordada. Esta pila de protocolos cuenta con el respaldo del gobierno de EE. UU. en su programa GOSIP. Todas las redes informáticas instaladas en oficinas gubernamentales después de 1990 deben admitir directamente la pila OSI o proporcionar los medios para migrar a esa pila en el futuro. Sin embargo, la pila OSI es más popular en Europa que en los EE. UU., ya que hay menos redes antiguas instaladas en Europa que utilizan sus propios protocolos. También existe una gran necesidad de una pila común en Europa, ya que hay una gran cantidad de países diferentes.

Este es un estándar internacional independiente del fabricante. Puede proporcionar interoperabilidad entre corporaciones, socios y proveedores. Esta interacción se complica por los problemas de direccionamiento, denominación y seguridad de los datos. Todos estos problemas en la pila OSI están parcialmente resueltos. Los protocolos OSI requieren mucha potencia de procesamiento de la CPU, lo que los hace más adecuados para máquinas potentes que para redes. Computadoras personales. La mayoría de las organizaciones solo están planeando la transición a la pila OSI por ahora. Entre los que trabajan en esta dirección se encuentran la Marina de los EE. UU. y NFSNET. Uno de los mayores fabricantes que admiten OSI es AT&T. Su red Stargroup se basa completamente en la pila OSI.

Por razones obvias, la pila OSI, a diferencia de otras pilas estándar, cumple totalmente con el Modelo de Interoperabilidad OSI, incluye especificaciones para las siete capas del Modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (Figura 1.3).

Arroz. 1.3. pila OSI

En La pila OSI es compatible con los protocolos Ethernet, Token Ring, FDDI, LLC, X.25 e ISDN. Estos protocolos se discutirán en detalle en otras secciones del manual.

Servicios red, transporte y sesión niveles también están disponibles en la pila OSI, pero no son muy comunes. La capa de red implementa protocolos tanto sin conexión como sin conexión. El protocolo de transporte de la pila OSI, de acuerdo con las funciones definidas para él en el modelo OSI, oculta las diferencias entre los servicios de red orientados a la conexión y sin conexión, para que los usuarios reciban la calidad de servicio deseada independientemente de la capa de red subyacente. Para garantizar esto, la capa de transporte requiere que el usuario especifique la calidad de servicio deseada. Se definen 5 clases de servicio de transporte, desde la clase 0 más baja hasta la clase 4 más alta, que difieren en el grado de tolerancia a errores y los requisitos para la recuperación de datos después de errores.

Servicios capa de aplicación incluyen transferencia de archivos, emulación de terminal, servicio de directorio y correo. De estos, los más prometedores son el servicio de directorio (estándar X.500), correo electrónico (X.400), protocolo de terminal virtual (VT), protocolo de transferencia, acceso y control de archivos (FTAM), protocolo de control de transferencia y trabajo ( JTM). Recientemente, ISO ha centrado sus esfuerzos en servicios de primer nivel.

Las Recomendaciones X.400 definen el siguiente conjunto mínimo requerido de servicios que se proporcionarán a los usuarios: control de acceso, mantenimiento de identificadores únicos de mensajes del sistema, notificación de entrega o no entrega de mensajes con motivo, indicación del tipo de contenido del mensaje, indicación de conversión del contenido del mensaje, transmisión y sellos de tiempo de entrega, selección de categoría de entrega (urgente, no urgente, normal), entrega de multidifusión, entrega retrasada (hasta cierto punto en el tiempo), conversión de contenido para interoperar con sistemas de correo incompatibles, como servicios de télex y facsímil, consultas si se ha entregado un mensaje en particular, listas de correo, que pueden tener una estructura anidada, medios para proteger los mensajes del acceso no autorizado, basados ​​en un criptosistema de clave pública asimétrica.

El objetivo de las recomendaciones X.500 es el desarrollo de estándares globales de mesa de ayuda. El proceso de entrega de un mensaje requiere el conocimiento de la dirección del destinatario, lo cual es un problema con las grandes redes, por lo que es necesario contar con una mesa de ayuda que lo ayude a obtener las direcciones de los remitentes y destinatarios. En general, un servicio X.500 es una base de datos distribuida de nombres y direcciones. Todos los usuarios son potencialmente elegibles para iniciar sesión en esta base de datos utilizando un determinado conjunto de atributos.

Las siguientes operaciones se definen en la base de datos de nombres y direcciones:

• lectura: obtener una dirección con un nombre conocido,
• consulta: obtener un nombre a partir de atributos de dirección conocidos,
• modificación, incluida la eliminación y adición de registros en la base de datos.

Los principales desafíos en la implementación de las recomendaciones X.500 se derivan del alcance de este proyecto, que pretende ser un servicio de referencia mundial. Por lo tanto, el software que implementa las recomendaciones X.500 es muy engorroso y exige mucho del rendimiento del hardware.

Protocolo Vermont resuelve el problema de incompatibilidad entre varios protocolos de emulación de terminal. Actualmente, el usuario de una computadora personal compatible con IBM PC necesita comprar tres programas diferentes para emular terminales de diferentes tipos y usar diferentes protocolos para trabajar simultáneamente con las computadoras VAX, IBM 3090 y HP9000. Si cada computadora host tuviera un software de protocolo de emulación de terminal ISO, entonces el usuario necesitaría solo un programa que admita el protocolo VT. En su estándar, ISO acumuló las características de emulación de terminal ampliamente utilizadas.

La transferencia de archivos es la más común. Servicio de informática. Todas las aplicaciones necesitan acceso a los archivos, tanto locales como remotos: editores de texto, correo electrónico, bases de datos o lanzadores remotos. ISO proporciona tal servicio en el protocolo FTAM. Junto con el estándar X.400, es el estándar más popular en la pila OSI. FTAM proporciona facilidades para localizar y acceder al contenido del archivo e incluye un conjunto de directivas para insertar, reemplazar, expandir y borrar el contenido del archivo. FTAM también proporciona funciones para manipular un archivo como un todo, incluida la creación, eliminación, lectura, apertura, cierre de un archivo y selección de sus atributos.

Protocolo de transferencia y control de trabajos JTM permite a los usuarios enviar trabajos para que se completen en la computadora host. El lenguaje de control de trabajos, que proporciona la transferencia de trabajos, le dice a la computadora host qué hacer y con qué programas y archivos. El protocolo JTM es compatible con el tradicional procesamiento por lotes, procesamiento de transacciones, entrada remota de trabajos y acceso a bases de datos distribuidas.

pila TCP/IP

La pila TCP/IP, también llamada pila DoD y pila de Internet, es una de las pilas de protocolos de comunicación más populares y prometedoras. Si actualmente se distribuye principalmente en redes UNIX, entonces su implementación en las últimas versiones de los sistemas operativos de red para computadoras personales (Windows NT, NetWare) es un buen requisito previo para el rápido crecimiento en el número de instalaciones de la pila TCP/IP. .

La pila se desarrolló por iniciativa del Departamento de Defensa de EE. UU. (Department of Defense, DoD) hace más de 20 años para conectar la red ARPAnet experimental con otras redes satelitales como un conjunto de protocolos comunes para un entorno informático heterogéneo. La red ARPA apoyó a desarrolladores e investigadores en los campos militares. En la red ARPA, la comunicación entre dos computadoras se realizaba mediante el Protocolo de Internet (IP), que hasta el día de hoy es uno de los principales en la pila TCP/IP y aparece en el nombre de la pila.

La Universidad de Berkeley realizó una importante contribución al desarrollo de la pila TCP/IP al implementar los protocolos de pila en su versión del sistema operativo UNIX. La adopción generalizada del sistema operativo UNIX condujo a la adopción generalizada del protocolo IP y otros protocolos de pila. Internet también utiliza esta pila, cuyo Grupo de trabajo de ingeniería de Internet (IETF) es el principal contribuyente al desarrollo de los estándares de la pila, publicados en forma de especificaciones RFC.

Dado que la pila TCP/IP se desarrolló antes de la llegada del modelo de interfuncionamiento de sistemas abiertos ISO/OSI, aunque también tiene una estructura en capas, la correspondencia entre los niveles de la pila TCP/IP y los niveles del modelo OSI es bastante arbitraria. .

La estructura de los protocolos TCP/IP se muestra en la Figura 1.4. Los protocolos TCP/IP se dividen en 4 capas.

Arroz. 1.4. pila TCP/IP

más bajo ( nivel IV ) - el nivel de las interfaces de puerta de enlace - corresponde a las capas física y de enlace de datos del modelo OSI. Este nivel no está regulado en los protocolos TCP/IP, pero admite todos los estándares de nivel de enlace de datos y físicos populares: para los canales locales, estos son Ethernet, Token Ring, FDDI; conexiones punto a punto a través de enlaces seriales WAN y X. 25 y protocolos de red de área ISDN. También se ha desarrollado una especificación especial que define el uso de la tecnología ATM como transporte de capa de enlace.

Siguiente nivel ( nivel III ) es la capa de interconexión de redes que se ocupa de la transmisión de datagramas utilizando varias redes de área local, redes territoriales X.25, enlaces ad hoc, etc. Como protocolo principal de la capa de red (en términos del modelo OSI), el protocolo utilizado en la pila esta IP, que originalmente fue diseñado como un protocolo para transmitir paquetes en redes compuestas, que consisten en una gran cantidad de redes locales, unidas por enlaces tanto locales como globales. Por lo tanto, el protocolo IP funciona bien en redes con una topología compleja, aprovechando racionalmente la presencia de subsistemas en ellas y consumiendo económicamente el ancho de banda de las líneas de comunicación de baja velocidad. El protocolo IP es un protocolo de datagramas.

La capa de interconexión de redes también incluye todos los protocolos relacionados con la compilación y modificación de las tablas de enrutamiento, como los protocolos para recopilar información de enrutamiento. ROTURA(Protocolo de Internet de enrutamiento) y OSPF(Abrir primero la ruta más corta), así como el Protocolo de mensajes de control de Internet ICMP(Protocolo de mensajes de control de Internet). Este último protocolo está diseñado para intercambiar información sobre errores entre el enrutador y la puerta de enlace, el sistema fuente y el sistema receptor, es decir, para organizar la retroalimentación. Con la ayuda de paquetes ICMP especiales, se informa sobre la imposibilidad de entregar un paquete, sobre la superación de la vida útil o la duración del ensamblaje del paquete a partir de fragmentos, sobre valores de parámetros anormales, sobre el cambio de la ruta de reenvío y el tipo de servicio, sobre el estado del sistema, etc

Siguiente nivel ( nivel II) se llama básico. El protocolo de control de transmisión opera a este nivel. TCP(Protocolo de control de transmisión) y Protocolo de datagramas de usuario UDP(Protocolo de datagramas de usuario). El protocolo TCP proporciona una conexión virtual estable entre procesos de aplicaciones remotas. El protocolo UDP proporciona la transferencia de paquetes de aplicaciones mediante el método de datagramas, es decir, sin establecer una conexión virtual y, por lo tanto, requiere menos gastos generales que TCP.

Nivel superior ( nivel I) se llama aplicada. A lo largo de los años de uso en las redes de varios países y organizaciones, la pila TCP/IP ha acumulado una gran cantidad de protocolos y servicios a nivel de aplicación. Estos incluyen protocolos ampliamente utilizados como el protocolo de copia de archivos FTP, el protocolo de emulación de terminal telnet, el protocolo de correo SMTP utilizado en el correo electrónico de Internet y su rama rusa RELCOM, servicios de hipertexto para acceder a información remota, como WWW y muchos otros. Detengámonos con más detalle en algunos de ellos, que están más estrechamente relacionados con el tema de este curso.

Protocolo SNMP(Simple Network Management Protocol) se utiliza para organizar la gestión de la red. El problema de control se divide aquí en dos tareas. La primera tarea está relacionada con la transferencia de información. Los protocolos de transferencia de información de control definen el procedimiento para la interacción entre el servidor y el programa cliente que se ejecuta en el host del administrador. Definen los formatos de mensajes intercambiados entre clientes y servidores, así como los formatos de nombres y direcciones. La segunda tarea está relacionada con los datos controlados. Los estándares rigen qué datos deben almacenarse y acumularse en las puertas de enlace, los nombres de estos datos y la sintaxis de estos nombres. El estándar SNMP define la especificación de la base de datos de información de gestión de red. Esta especificación, conocida como base de información de gestión (MIB), define los elementos de datos que debe almacenar un host o puerta de enlace y las operaciones permitidas en ellos.

Protocolo de transferencia de archivos FTP(Protocolo de transferencia de archivos) implementa el acceso remoto a archivos. Para garantizar una transmisión fiable, FTP utiliza el protocolo orientado a la conexión - TCP - como transporte. Además del protocolo de transferencia de archivos, FTP ofrece otros servicios. Entonces, el usuario tiene la oportunidad de interactuar con una máquina remota, por ejemplo, puede imprimir el contenido de sus directorios, FTP le permite al usuario especificar el tipo y el formato de los datos almacenados. Finalmente, FTP realiza la autenticación del usuario. Los usuarios están obligados por protocolo a proporcionar su nombre de usuario y contraseña antes de acceder al archivo.

Dentro de la pila TCP/IP, FTP ofrece los servicios de archivos más extensos, pero también es el más complejo de programar. Las aplicaciones que no necesitan todas las funciones de FTP pueden usar otro protocolo más económico: el protocolo de transferencia de archivos más simple. TFTP(Protocolo trivial de transferencia de archivos). Este protocolo implementa solo la transferencia de archivos, y el protocolo sin conexión, UDP, que es más simple que TCP, se usa como transporte.

Protocolo telnet proporciona un flujo de bytes entre procesos y entre un proceso y una terminal. Muy a menudo, este protocolo se usa para emular la terminal de una computadora remota.

Pila IPX/SPX

Esta pila es la pila de protocolo original de Novell que desarrolló para su sistema operativo de red NetWare a principios de la década de 1980. Los protocolos Internetwork Packet Exchange (IPX) y Sequenced Packet Exchange (SPX) que le dieron su nombre a la pila son adaptaciones directas de los protocolos XNS de Xerox, que son mucho menos comunes que IPX/SPX. Los protocolos IPX/SPX lideran en términos de instalaciones, y esto se debe al hecho de que el propio sistema operativo NetWare ocupa una posición de liderazgo con una participación de instalaciones a escala global de alrededor del 65%.

La familia de protocolos de Novell y su correspondencia con el modelo ISO/OSI se muestra en la Figura 1.5.

Arroz. 1.5. Pila IPX/SPX

En capas de enlace de datos y física Las redes Novell utilizan todos los protocolos populares de estos niveles (Ethernet, Token Ring, FDDI y otros).

En capa de red protocolo que se ejecuta en la pila de Novell IPX, así como protocolos de intercambio de información de enrutamiento ROTURA Y NLSP(similar al protocolo OSPF de la pila TCP/IP). IPX es el protocolo que se ocupa del direccionamiento y enrutamiento de paquetes en redes Novell. Las decisiones de enrutamiento de IPX se basan en los campos de dirección en el encabezado de su paquete, así como en la información de los protocolos de intercambio de información de enrutamiento. Por ejemplo, IPX utiliza la información proporcionada por RIP o el Protocolo de estado de enlace de NetWare (NLSP) para reenviar paquetes a la computadora de destino o al siguiente enrutador. El protocolo IPX solo admite mensajes de datagramas, lo que ahorra recursos informáticos. Entonces, el protocolo IPX realiza tres funciones: establecer la dirección, establecer la ruta y transmitir datagramas.

La capa de transporte del modelo OSI en la pila de Novell corresponde al protocolo SPX, que implementa la mensajería orientada a la conexión.

En la parte superior niveles de aplicación, presentación y sesión Los protocolos NCP y SAP funcionan. Protocolo PNC(NetWare Core Protocol) es un protocolo para la comunicación entre un servidor NetWare y el shell de una estación de trabajo. Este protocolo de capa de aplicación implementa una arquitectura cliente-servidor en las capas superiores del modelo OSI. Con las funciones de este protocolo, la estación de trabajo se conecta al servidor, asigna los directorios del servidor a letras de unidades locales, explora sistema de archivos servidor, copia archivos remotos, cambia sus atributos, etc., y también comparte una impresora de red entre estaciones de trabajo.

Los servidores y enrutadores usan SAP para anunciar sus servicios y direcciones de red. El protocolo SAP permite que los dispositivos de red actualicen constantemente qué servicios están disponibles actualmente en la red. Al inicio, los servidores usan SAP para anunciar sus servicios al resto de la red. Cuando el servidor se apaga, usa SAP para notificar a la red que su servicio ha terminado.

En las redes Novell, los servidores NetWare 3.x envían paquetes de difusión SAP cada minuto. Los paquetes SAP contaminan la red en gran medida, por lo que una de las principales tareas de los enrutadores que van a enlaces globales es filtrar el tráfico de paquetes SAP y paquetes RIP.

Las peculiaridades de la pila IPX/SPX se deben a las peculiaridades del sistema operativo NetWare, es decir, la orientación de sus primeras versiones (hasta la 4.0) para trabajar en redes locales pequeñas, que consisten en computadoras personales con recursos modestos. Por lo tanto, Novell necesitaba protocolos que requirieran un número mínimo de memoria de acceso aleatorio(limitado a 640 KB en computadoras compatibles con IBM que ejecutan MS-DOS) y que funcionaría rápido en procesadores con poca potencia de procesamiento. Como resultado, los protocolos de la pila IPX/SPX hasta hace poco funcionaban bien en redes locales y no tan bien en redes corporativas grandes, ya que sobrecargaban los enlaces globales lentos con paquetes de difusión que son muy utilizados por varios protocolos de esta pila (por ejemplo , para establecer comunicación entre clientes y servidores).

Esta circunstancia, y el hecho de que la pila IPX/SPX es propiedad de Novell y debe obtener la licencia de Novell, ha limitado durante mucho tiempo su distribución a las redes NetWare. Sin embargo, cuando se lanzó NetWare 4.0, Novell había realizado, y continúa realizando, cambios importantes en sus protocolos para hacerlos más adecuados para las redes corporativas. Ahora, la pila IPX/SPX se implementa no solo en NetWare, sino también en varios otros sistemas operativos de red populares: SCO UNIX, Sun Solaris, Microsoft Windows NT.

Pila NetBIOS/SMB

Microsoft e IBM han trabajado juntos en herramientas de red para computadoras personales, por lo que la pila de protocolos NetBIOS/SMB es su creación conjunta. Las herramientas NetBIOS aparecieron en 1984 como una extensión de red de las funciones estándar del sistema básico de entrada/salida (BIOS) de IBM PC para el programa de red IBM PC Network, que a nivel de aplicación (Fig. 1.6) utilizaba el SMB (Server Message Block). ) protocolo para implementar servicios de red .

Arroz. 1.6. Pila NetBIOS/SMB

Protocolo NetBIOS opera en tres niveles del modelo de interacción de sistemas abiertos: red, transporte y sesión. NetBIOS puede proporcionar un servicio de mayor nivel que los protocolos IPX y SPX, pero no tiene capacidad de enrutamiento. Por tanto, NetBIOS no es un protocolo de red en el sentido estricto de la palabra. NetBIOS contiene muchas funciones de red útiles que se pueden atribuir a las capas de red, transporte y sesión, pero no se puede usar para enrutar paquetes, ya que el protocolo de intercambio de tramas de NetBIOS no introduce el concepto de red. Esto limita el uso del protocolo NetBIOS a las LAN que no están divididas en subredes. NetBIOS admite intercambios basados ​​en datagramas y en conexión.

Protocolo PYME, correspondiente a las capas de aplicación y presentación del modelo OSI, regula la interacción de la estación de trabajo con el servidor. Las funciones SMB incluyen las siguientes operaciones:

• Gestión de sesiones. Crear y romper un canal lógico entre la estación de trabajo y los recursos de red del servidor de archivos.
• Acceso a archivos. La estación de trabajo puede dirigirse al servidor de archivos con solicitudes para crear y eliminar directorios, crear, abrir y cerrar archivos, leer y escribir en archivos, renombrar y eliminar archivos, buscar archivos, obtener y establecer atributos de archivos, bloquear registros.
• Servicio de impresión. La estación de trabajo puede poner en cola archivos para imprimir en el servidor y obtener información sobre la cola de impresión.
• Servicio de mensajes. SMB admite mensajería simple con las siguientes funciones: envíe un mensaje simple; enviar un mensaje de difusión; enviar el comienzo de un bloque de mensajes; enviar el texto del bloque de mensajes; enviar el final del bloque de mensajes; enviar nombre de usuario; cancelar la transferencia; obtener el nombre de la máquina.

Debido a la gran cantidad de aplicaciones que utilizan las API proporcionadas por NetBIOS, muchos sistemas operativos de red implementan estas funciones como una interfaz para sus protocolos de transporte. NetWare tiene un programa que emula las funciones de NetBIOS basado en el protocolo IPX y existen emuladores de software de NetBIOS para Windows NT y la pila TCP/IP.

¿Por qué necesitamos este valioso conocimiento? (editorial)

Una vez un colega me hizo una pregunta difícil. Bueno, dice, sabes lo que es el modelo OSI... Y para qué lo necesitas, cuál es el uso práctico de este conocimiento: ¿es posible lucirse frente a maniquíes? No es cierto, el beneficio de este conocimiento es un enfoque sistemático para resolver muchos problemas prácticos. Por ejemplo:

• solución de problemas (