При разработке сетей ЭВМ возникает необходимость решать задачи по согласованию взаимодействия ЭВМ клиентов, серверов, линий связи и других устройств. Эти задачи решаются путем установления определенных процедур, называемых протоколами. Реализацию протоколов совместно с реализацией управления серверами называют сетевой операционной системой (ОС). Часть протоколов реализуется программно, часть – аппаратно.
Для стандартизации протоколов была создана международная организация протоколов ISO(MOC). Она ввела понятие архитектуры открытых систем, что означает возможность взаимодействия систем по определенным правилам, хотя сами системы могут быть созданы на различных технических средствах. Основой архитектуры открытых систем является понятие уровня. Система разбивается на ряд уровней, или подсистем, каждый из которых выполняет свои функции.
Уровень сети – это совокупность станций одинакового ранга, входящих в иерархическую сеть. Под станцией понимается входной, промежуточный или выходной пункт передачи сообщений по каналу (host-ЭВМ). Международная организация протоколов ISO установила семь уровней сетей.
Первый уровень, физический, определяет некоторые физические характеристики канала. Это требования к характеристикам кабелей, разъемов (RS, EIA, Х.21) и электрическим характеристикам сигнала. В 1994 г. в Европе утвержден стандарт V.32 для работы на любых каналах. В нем определены десять процедур, по которым модем после тестирования линии (первоначально по стандарту V.21) выбирает соответствующие качеству линии, несущие частоты и полосу пропускания (11 комбинаций). По типу характеристик сети делятся на аналоговые (V.21 и др.), например обычная телефонная сеть, и цифровые, для которых разработан стандарт ISDN. Единицей обмена является бит.
Второй уровень, канальный, управляет передачей данных между двумя узлами (host-ЭВМ) сети. Он обеспечивает контроль корректности передачи сблокированной информации посредством проверки контрольной суммы блока. Для повышения скорости обмена осуществляется сжатие данных. При получении сообщение разворачивается. Длина передаваемого блока может меняться в зависимости от качества канала. В настоящее время используются протоколы V.42 бис (CCITT), MNP5, MNP7. Единицей обмена является кадр, или пакет, на который пока отсутствует стандарт. На рынке в последнее время конкурируют технологии передачи данных SMDS, Frame Realy и ATM-коммутаторов.
Протокол Frame Realy (FR) разрабатывался с целью преодоления скоростных ограничений протокола пакетной передачи данных Х.25. Он использует скоростные оптические линии для передачи цифровых данных, объединенных в пакет. Реализуется национальными телекоммуникационными компаниями и пока является наилучшей технологией передачи данных на большие расстояния. Однако он не подходит для объединения большого числа ЛВС. Начиная с 1994 г. ряд фирм, среди которых AST Networks, FastComm, Motorola ISO и др., предлагает FR-устройства, имеющие встроенные механизмы установления приоритетов пакетов. Благодаря этому стало возможным передавать данные, чувствительные к задержке времени передачи: речь, факсимильные изображения и др.
Протокол SMDS более подходит для объединения большого числа ЛВС, претерпевающих частые изменения конфигурации. Протоколы Frame Realy и SMDS передают пакеты со скоростью от 2 до 45 Мбит/с.
Протокол ATM (Asynchronous Transfer Mode) также передает пакеты, имеющие фиксированную длину, со скоростью более 155 Мбит/с. Важным аспектом ATM-технологии является возможность соединять различные типы трафика: высокоскоростные данные, видеоизображения, высококачественные звук и речь. Внедрение ATM-технологии происходит без замены оборудования Flame Realy и SMDS- систем.
Третий уровень, сетевой, обеспечивает управление маршрутизацией пакетов. Он распространяется на соглашения о блокировании данных и их адресации. По одному каналу может передаваться информация с нескольких модемов для увеличения его загрузки. К этому уровню относятся протоколы Х.25 и Х.75 (космический). Единицей обмена является пакет, оформленный по стандарту.
Для объединения неоднородных сетей различных технологий используются протоколы IP, TCP/IP и др. IP-технология (TCP/IP) обеспечивает работу с почтовыми серверами, с сетевыми интерактивными приложениями.
Четвертый уровень, транспортный, отвечает за стандартизацию обмена данными между портами разных ЭВМ сети. Используются протоколы ТРО, ТР1. Единицей обмена является сеансовое сообщение.
Пятый уровень, сеансовый, определяет правила диалога прикладных программ, рестарта, проверки прав доступа к сетевым ресурсам. Единицей обмена этого и следующих уровней является пользовательское сообщение.
Шестой уровень, представления, определяет форматы данных, алфавиты, коды представления специальных и графических символов (ASCII, EBCDIC, ASN.l, X.500, Х.409). Здесь же определяется стандарт на форму передаваемых документов. В банковской системе распространен стандарт Swift. Он определяет расположение и назначение полей документа. Принципиальным моментом при использовании этого и других компьютерных стандартов на документацию является официальное признание (де-юре) передаваемого по каналам связи документа юридически полноценным.
Седьмой уровень, прикладной, управляет выполнением прикладной программы.
Каждый уровень решает свои задачи и обеспечивает сервисом расположенный над ним уровень. Правила взаимодействия разных систем одного уровня называют протоколом, правила взаимодействия соседних уровней в одной системе – интерфейсом. Каждый протокол должен быть прозрачным для соседних уровней. Прозрачность – свойство передачи информации, закодированной любым способом, понятным взаимодействующим уровням.
В виду многоплатформенности сетевых операционных систем (ОС) наблюдается тенденция стандартизации серверных платформ, обеспечивающих функции сетевых ОС. Наиболее популярными являются Server Windows NT фирмы Microsoft и NetWare фирмы Novell.
Сети бывают общественные, частные и коммерческие. По рекомендациям ISO для физического уровня определены следующие классы общественных сетей:
· ≤ 1000 км – средней длины;
· ≤ 10 тыс. км – длинные;
· ≤ 25 тыс. км – самые длинные наземные;
· ≤ 80 тыс. км – магистральные через спутник;
· ≤ 160 тыс. км – магистральные международные через два спутника.