Protokoły Sieciowe:
Zestawy protokołów sieciowych opisują następujące procesy:
format lub strukturę wiadomości,
metodę wymiany informacji między urządzeniami sieciowymi po ścieżkach prowadzących do innych sieci,
W jaki sposób i kiedy urządzenia sieciowe wysyłają sobie informacje systemowe lub informacje o błędach,
nawiązywanie i kończenie sesji komunikacyjnych.
Współdziałanie protokołów
Przykładem wykorzystania zestawu protokołów w komunikacji sieciowej jest współdziałanie serwera WWW i przeglądarki internetowej. Wymiana informacji między nimi wykorzystuje szereg protokołów i standardów. Różne protokoły współpracują ze sobą, tak aby wysyłane wiadomości były otrzymywane i rozumiane przez obie strony komunikacji. Przykłady tych protokołów to:
Protokół aplikacji:
Hypertext Transfer Protocol (HTTP) jest powszechnie stosowanym protokołem zarządzającym komunikacją między serwerem i klientem WWW. HTTP definiuje zawartość i format zapytań i odpowiedzi wymienianych między serwerem i klientem. Oprogramowanie zarówno klienta, jak i serwera WWW zawiera w sobie protokół HTTP. Protokół HTTP bazuje z kolei na innych protokołach w celu wymiany informacji miedzy klientem i serwerem.
Protokół transportowy:
Transmission Control Protocol (TCP) jest protokołem transportowym, który zajmuje się poszczególnymi konwersacjami między serwerami WWW, a klientami WWW. TCP dzieli wiadomości HTTP na mniejsze części, nazywane segmentami, które są wysyłane do docelowego klienta. Jest również odpowiedzialny za kontrolę rozmiaru oraz szybkości wymiany wiadomości między serwerem a klientem.
Protokół sieciowy:
Najbardziej znanym protokołem sieciowym jest Internet Protocol (IP). IP jest odpowiedzialny za enkapsulację sformatowanych segmentów TCP w pakiety, przypisanie im odpowiednich adresów oraz za wybór najlepszej drogi ich transmisji do docelowego hosta.
Protokoły dostępu do sieci:
Protokoły dostępu do sieci opisują dwie podstawowe funkcje - zarządzanie łączem danych i fizyczną transmisję danych w mediach. Protokoły zarządzające łączem danych formatują pakiety IP odpowiednio do transmisji w danych medium. Standardy i protokoły mediów fizycznych zarządzają sposobem sygnalizacji w danym medium oraz interpretacją sygnałów przez urządzenia odbiorcze. Części kart sieciowych nazywane transceiverami są odpowiedzialne za implementację odpowiednich standardów dla konkretnego zastosowanego medium.
Protokoły niezależne od konkretnej technologii
Protokoły sieciowe opisują konkretne funkcje mające miejsce w komunikacji sieciowej. W omówionym wcześniej przykładzie komunikacji bezpośredniej, zastosowany protokół może zawierać wytyczną, że sygnałem zakończenia konwersacji będzie cisza po stronie nadawcy trwająca dwie sekundy. Jednakże protokół ten nie określa jak nadawca ma utrzymać ciszę przez dwie sekundy.
Protokoły zazwyczaj nie opisują jak realizować określoną funkcję. Określenie tylko tego co jest funkcją wymaganą dla konkretnej komunikacji, a nie jak dana funkcja ma być realizowana, powoduje, że implementacja danego protokołu jest niezależna od konkretnej technologii.
Biorąc pod uwagę przykład z serwerem WWW, protokół HTTP nie precyzuje, jaki język programowania jest wykorzystany do stworzenia przeglądarki, jaka usługa na serwerze udostępnia strony WWW, jaki system operacyjny pracuje na serwerze, czy też jakie są wymagania sprzętowe niezbędne dla pracy przeglądarki. HTTP nie określa również, w jaki sposób serwer powinien wykrywać błędy, choć ściśle opisuje co zrobić, gdy taki błąd zostanie wykryty.
Oznacza to, że komputer lub inne urządzenie, takie jak telefon komórkowy, czy PDA może uzyskać dostęp do strony WWW znajdującej się na dowolnym serwerze WWW wykorzystującym dowolny system operacyjny i z każdego miejsca w Internecie.
Zalety stosowanie modelu warstwowego:
Aby zobrazować interakcję pomiędzy różnymi protokołami często stosuje się model warstwowy. Model warstwowy przedstawia operacje protokołów pracujących na każdej z warstw, jak również ich interakcje z warstwami położonymi wyżej i niżej.
Ze stosowania modelu warstwowego do opisu protokołów sieciowych i operacji wynikają pewne korzyści. Stosowanie modelu warstwowego:
-Pomaga w projektowaniu protokołów. Ponieważ protokoły pracują na specyficznych warstwach mają zdefiniowane informacje, na których działają. Posiadają również określony interfejs do warstw znajdujących się powyżej jak i poniżej ich poziomu.
-Usprawnia konkurencję, ponieważ produkty od różnych dostawców mogą ze sobą współpracować.
-Zapobiega przed skutkami wprowadzenia zmian w technologii czy też funkcjonalności w danej warstwie na inne warstwy znajdujące się powyżej lub poniżej.
-Wprowadza wspólny język do opisu możliwości i funkcji sieci.
Model odniesienia i model protokołów : Istnieją dwa podstawowe typy modeli sieciowych: model protokołów i model odniesienia.
Model protokołów określa schemat, który jest zbliżony do struktury konkretnego zestawu protokołów. Hierarchiczny zbiór powiązanych protokołów zazwyczaj reprezentuje funkcjonalność wymaganą, aby pośredniczyć pomiędzy siecią międzyludzką a siecią danych. Model TCP/IP jest modelem protokołów ponieważ opisuje funkcje, które występują na każdej z warstw w ramach zestawu TCP/IP.
Model odniesienia dostarcza wspólny punkt widzenia do utrzymania spójności wśród wszystkich typów protokołów i usług sieciowych. Funkcją modelu odniesienia nie jest dostarczenie specyfikacji czy też wystarczającej ilości szczegółów do dokładnego określenia usług w architekturze sieciowej. Podstawowym celem modelu odniesienia jest pomoc w jasnym zrozumieniu zastosowanych funkcji oraz procesów.
Model OSI (Open Systems Interconnection) jest najbardziej znanym modelem odniesienia. Jest stosowany do projektowania sieci przenoszących dane, tworzenia specyfikacji operacji i do rozwiązywania problemów.
Modele TCP/IP oraz OSI są uważane za podstawowe. Są stosowane do opisu funkcjonalności sieci. Mimo to projektanci protokołów sieciowych, usług czy też urządzeń mogą tworzyć swoje własne modele do reprezentowania ich produktów. Ostatecznie wymagane jest jednak, aby projektanci odnosili się w specyfikacji swoich produktów do jednego modeli (OSI lub TCP/IP) lub obu.
Model TCP/IP
Pierwszy model warstwowy protokołów dla komunikacji w sieci został stworzony we wczesnych latach siedemdziesiątych ubiegłego stulecia. Jest on uważany za model sieci Internet. Definiuje on cztery kategorie funkcji, które muszą wystąpić aby komunikację można było uznać za udaną. Architektura zbioru protokołów TCP/IP odzwierciedla strukturę tego modelu. Ze względu na to, model sieci Internet jest często określany jako model TCP/IP.
Większość modeli protokołów opisuje specyficzne dla danego producenta zestawy protokołów. Ponieważ model TCP/IP jest otwartym standardem żadna z firm nie kontroluje definicji tego modelu. Na temat standardu oraz protokołów TCP/IP są prowadzone dyskusje na forum publicznym. Definicje są później ogólnie dostępne. Dokumenty te z są określane jako RFC (ang. Requests for Comments), w wolnym tłumaczeniu żądanie komentarza. Zawierają one dwa elementy: formalną specyfikację protokołów komunikacyjnych oraz zasoby, które opisują użycie protokołów.
RFC zawierają także dokumenty techniczne oraz organizacyjne dotyczące Internetu, włączając techniczne specyfikacje i wytyczne stworzone przez organizację IETF (ang. Internet Engineering Task Force).
Proces komunikacji:
Model TCP/IP opisuje funkcjonalność protokołów, które wchodzą w skład zestawu protokołów TCP/IP. Protokoły, które są zaimplementowane w komunikujących się ze sobą systemach (wysyłającym i odbierającym) współpracują, aby umożliwić wymianę danych aplikacji poprzez sieć.
Cały proces komunikacji zawiera poniższe kroki:
1. Stworzenie danych w warstwie aplikacji urządzenia wysyłającego.
2. Segmentacja i enkapsulacja danych, które są przekazywane w dół stosu protokołów urządzenia źródłowego.
3. Generowanie danych do medium na poziomie warstwy dostępu do sieci.
4. Transport danych przez sieć, która składa się z medium transmisyjnego oraz z pewnych urządzeń pośredniczących.
5. Odbiór danych w warstwie dostępu do sieci urządzenia docelowego.
6. Deenkapsulacja i odtworzenie danych, które są przekazywane w górę stosu urządzenia docelowego
7. Przekazanie tych danych do docelowej aplikacji na poziomie warstwy aplikacji urządzenia docelowego
Jednostki danych protokołu i enkapsulacja :
Dane aplikacji przekazywane są w dół stosu protokołów. Na każdym z poziomów protokoły dodają swoje informacje do momentu transmisji danych przez medium. Ten proces powszechnie określa się jako enkapsulację.
Forma jaką przyjmują dane w każdej z warstw nazywana jest jednostką danych protokołu - PDU (ang. Protocol Data Unit). Podczas enkapsulacji każda z kolejnych warstw enkapsuluje PDU, które otrzymała z wyższej warstwy zgodnie z użytym protokołem. Na każdym kroku tego procesu, PDU przyjmuje inną nazwę aby odzwierciedlić nową formę. Pomimo tego, że nie ma uniwersalnej konwencji nazw dla jednostek danych PDU, w kursie tym, PDU przyjmują nazwy zgodnie ze stosem protokołów TCP/IP.
Dane - Ogólne określenie dla PDU używane w warstwie aplikacji.
Segment - PDU warstwy transportowej.
Pakiet (ang. Packet) - PDU warstwy sieci.
Ramka (ang. Frame) - PDU warstwy dostępu do sieci.
Bity (ang. Bits) - PDU używane podczas fizycznej transmisji danych poprzez medium.
Proces wysyłania i odbierania :
Kiedy wysyła się wiadomość do sieci, stos protokołów na hoście operuje z góry na dół. W przypadku serwera webowego, można użyć modelu TCP/IP aby zilustrować proces wysyłania strony HTML.
Protokół warstwy aplikacji (HTTP) rozpoczyna proces od dostarczenia danych w postaci sformatowanej strony HTML do warstwy transportowej. Dane warstwy aplikacji są dzielona na segmenty TCP. Każdy segment TCP otrzymuje etykietę, nazywaną nagłówkiem zawierającą szczegóły, który proces na komputerze docelowym powinien otrzymać tą wiadomość. Zawiera także informacje umożliwiające procesowi docelowemu na poskładanie danych do oryginalnego formatu.
Warstwa transportowa enkapsuluje dane strony HTML do segmentu i przekazuje je do warstwy Internet, gdzie jest zaimplementowany protokół IP. Tutaj cały segment TCP jest enkaspulowany do pakietu IP, który to dodaje kolejny nagłówek określany jako nagłówek IP. Nagłówek IP zawiera adresy IP źródła oraz przeznaczenia, jak również informacje potrzebne do wysłania pakietu do odpowiedniego procesu docelowego.
Następnie pakiet IP jest wysyłany do warstwy dostępu do sieci, protokołu Ethernet, gdzie jest enkapsluowany do ramki z nagłówkiem i polem końcowym (ang. trailer). Każdy nagłówek ramki zawiera adres fizyczny źródłowy i docelowy. Adres fizyczny jednoznacznie identyfikuje urządzenia w lokalnej sieci. Pole końcowe zawiera informacje potrzebne do sprawdzenia czy ramka nie jest uszkodzona. W końcowym etapie bity są kodowane w medium ethernetowym przez kartę sieciową serwera.
Model OSI
Początkowo model OSI został zaprojektowany przez organizację International Organization for Standardization (ISO) aby zapewnić ramę, na której można byłoby zbudować zbiór protokołów otwartego systemu. Koncepcja zakładała, że protokoły te zostaną użyte do stworzenia międzynarodowej sieci, która nie zależałaby od żadnego zamkniętego (prywatnego) systemu.
Niestety, szybkość adaptacji sieci Internet opartej na stosie protokołów TCP/IP oraz zasięg jaki osiągnęła, spowodował że rozwój oraz wdrożenie stosu protokołów OSI pozostały daleko w tyle. Pomimo tego, przy użyciu specyfikacji OSI wdrożono kilka protokołów. Są one rozpowszechnione i aktualnie używane. Siedmiowarstwowy model OSI ma znaczący udział w rozwoju innych protokołów i produktów we wszystkich typach nowych sieci.
Jako model odniesienia, model OSI dostarcza obszerną listę funkcji oraz usług, które mogą zaistnieć w każdej z warstw. Opisuje on także interakcję każdej z warstw z warstwami położonymi bezpośrednio pod i nad. Pomimo, że treść tego kursu będzie opierała się na modelu OSI, dyskusja będzie dotyczyła protokołów zdefiniowanych w stosie protokołów TCP/IP.
Należy zauważyć, że podczas gdy w modelu TCP/IP warstwy są rozróżniane po nazwach, to w modelu siedmiowarstwowym OSI, do warstw częściej odwołuje się po numerze niż po nazwie.