3. Принципы построения сетевых протоколов Иерархия сетевых протоколов

Так как сети представляют собой сложные системы, структуры большинства сетей организуются иерархически и имеют несколько уровней или слоев. Число уровней, их название, содержание и назначение может различаться в разных сетях, но целью каждого нижележащего уровня является предоставление неких сервисов (или служб) для вышестоящих уровней.

Уровень n одной машины поддерживает связь с уровнем n другой, используя некоторые правила общения. Набор таких правил называется протоколом. Набор уровней и протоколов называется архитектурой сети. В действительности данные не пересылаются с уровня n одной машины на уровень n другой, а вместо этого каждый уровень передает данные и управление нижележащему уровню посредством междууровневого интерфейса. Так происходит до тех пор, пока не будет достигнут самый нижний уровень, являющийся физическим уровнем, по которому непосредственно осуществляется связь. Таким образом, между одноранговыми уровнями, за исключением физического уровня, осуществляется лишь виртуальное общение.

Служба – это набор операций (или примитивов), которые данный уровень предоставляет более высокому уровню. Служба определяет операции, которые может выполнять данный уровень, но не определяет, как они будут реализованы. Таким образом, служба описывает интерфейс между уровнями.

Протокол – это набор правил, определяющих формат и назначение кадров, пакетов или сообщений, которыми обмениваются одноранговые сущности в пределах одного уровня. По аналогии с объектно-ориентированным программированием протокол можно назвать реализацией службы. Причем, как и в объектно-ориентированном программировании можно менять протокол при условии, что службы останутся неизменными. Таким образом, службы и протоколы являются достаточно независимыми и можно сказать, что службы инкапсулируют протоколы.

Стеком протоколов называется список используемых системой протоколов по одному на уровень. Понятие стека протоколов отличается от понятия архитектуры сети, так как одна и та же служба может быть реализована различными протоколами.

Метафора «философ – переводчик – секретарь»

Чтобы лучше понять идею многоуровневого общения можно предложить метафору «философ – переводчик – секретарь» [1]. Один философ, говорящий на урду и английском, хочет сообщить другому философу, владеющему китайским и французским, некоторую мысль (рис. 2). Философы находятся в разных странах. Общение философов будет соответствовать одноранговому процессу уровня 3. Поскольку у них нет общего языка, на котором они могли бы общаться, оба используют переводчиков (междууровневый интерфейс 2/3), которые договорились общаться между собой на нейтральном голландском языке (одноранговый процесс уровня 2). Оба переводчика используют секретарей (междууровневый интерфейс 1/2), которые в свою очередь ведут переписку по электронной почте (одноранговый процесс уровня 1).

Рис. 2. Метафора «философ – переводчик – секретарь»

Следует заметить, что здесь каждый уровень протоколов независим от других. Переводчики, например, для общения между собой могут вместо голландского языка использовать ирландский или какой-либо другой язык, которым они оба владеют. При этом в междууровневых интерфейсах 2/3 и 1/2 ничего не измениться. Секретарши тоже могут использовать вместо электронной почты факс или какой-либо другой способ общения.