Протоколы семейства tcp/ip — основа Интернет

Для того чтобы при обмене данными компьютеры, объединенные в сеть, действовали согласованно, разработан ряд стандартов и правил, называемых протоколами. Весь набор сетевых протоколов, на которых базируется Интернет называется TCP/IP (ти си пи ай пи). Название образовано из аббревиатур двух основных протоколов — TCP, отвечающего за гарантированную транспортировку данных по каналам связи, и протокола IP, содержащего правила адресации. В этой статье я пройдусь по основам семейства протоколов TCP/IP. Многие технические детали, исторические вопросы опущены. Более подробную информацию о протоколах TCP/IP можно найти в RFC (Requests For Comments) — специальных документах, выпускаемых Сетевым Информационным Центром (Network Information Center — NIC).

Протоколы семейства TCP/IP

В свое время создатели ЛВС пришли к осознанию важно­сти использования межсетевых технологий для передачи дан­ных. Результатом стали исследования и создание набора сете­вых стандартов, которые детально описывают процесс взаи­модействия компьютеров, а также содержат ряд соглашений при взаимодействии сетей и маршрутизации данных.

Принципы построения сетей и организации процессов, ко­торые в них происходят, во. многом связаны со стандартами, которые называют протоколами. Протоколы реализуют спосо­бы передачи сообщений, описывают детали форматов сообще­ний и указывают, как обрабатывать ошибки. Однако важным является то, что они позволяют рассматривать стандарты взаи­модействия вне зависимости от типа оборудования, на котором они реализованы. Другими словами, коммуникационный про­токол позволяет описать или понять процесс передачи данных, не привязываясь к какому-либо конкретному оборудованию, использованному для выполнения этого процесса.

Официально названный Transmission Control Protocol/ Internet Protocol (TCP/IP) стал промышленным стандартом протоколов, разработанных для глобальных сетей. Он может использоваться для взаимодействия компьютеров с помощью неограниченного числа сетей. Например, можно использовать TCP/IP для связи отдельных сетей внутри организации или жилого дома, даже если связь с внешними сетями отсутствует. Технология TCP/IP хороша благодаря своей высокой жизне­способности, поэтому она стала базовой технологией для большого количества ЛВС.

Сам протокол TCP/IP состоит из нескольких уровней реа­лизации, На нижнем уровне он поддерживает все популярные стандарты физического (канального) уровня реализации: для локальных сетей это, например. Ethernet, TokenRing, FastEthernet, а для глобальных сетей это могут быть протоколы соединений SLIP и РРР.

На более высоком уровне обеспечивается межсетевое взаимодействие — здесь происходит передача пакетов дан­ных с использованием различных транспортных технологий локальных сетей, территориальных сетей или линий специ­альной связи.

ПРОТОКОЛЫ TCP/IP МЕЖСЕТЕВОГО УРОВНЯ

Протокол Internet Protocol (IP) выступает в качестве базо­вого протокола сетевого уровня в технологии TCP/IP. Послед­ний изначально был спроектирован как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количест­ва ЛВС, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Именно по этой причине IP-протокол хорошо рабо­тает в сетях со сложной структурой, рационально используя аппаратную часть и экономно расходуя пропускную способ­ность низко-скоростных линий связи.

IP-протокол относится к такому типу протоколов, которые не гарантируют доставку пакетов до узла назначения (под­тверждение доставки может отсутствовать), но стараются это сделать. К рассматриваемому уровню межсетевого взаимо­действия относится и протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol). Он имеет широкое распространение и предназначен для обмена инфор­мацией об ошибках между маршрутизаторами сети и узлом -источником пакета. С помощью специальных пакетов ICMP сообщается о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об изменении маршрута пересылки и типа об­служивания, о состоянии системы и другая служебная инфор­мация. Например, этот протокол использует утилита ping, предназначенная для проверки наличия соединения между двумя узлами.

ПРОТОКОЛЫ TCP/IP ТРАНСПОРТНОГО УРОВНЯ

Транспортный уровень TCP/IP является базовым и обеспечивает функционирование протокола управления передачей TCP {Transmission Control Protocol) и протокола датаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol).

Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между удаленными прикладными процессами за счет об­разования виртуальных соединений. Протокол UDP обеспечивает передачу пакетов данных, однако он не гарантирует до­ставку данных от одного компьютера к другому, а поэтому используется для передачи небольших объемов информации. TCP и UDP выполняют функции связующего звена между межсетевым протоколом и многочисленными прикладными процессами, которые работают на вашем компьютере (напри­мер, программы общения или передачи файлов).

ПРОТОКОЛЫ TCP/IP ПРИКЛАДНОГО УРОВНЯ

Для обеспечения взаимодействия программ клиентов и сер­веров предназначен прикладной уровень TCP/IP. На этом уров­не существует большое количество протоколов и сервисов, К ним относятся такие широко используемые протоколы, как протокол копирования файлов FTP (File Transfer Protocol): протокол эмуляции терминала Telnet; почтовый протокол SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), используемый в электронной почте сети Internet; гипертекстовые сервисы доступа к удален­ной информации, такие как WWW и многие другие.

Таким образом, скрытие в технологии ТСР IР низкоуровне­вых деталей взаимодействия помогает улучшить производи­тельность сети. По этой причине при создании и использовании программного обеспечения пользователям и администраторам не нужно знать или помнить множество деталей о конкретных параметрах оборудования. Такие программы, разработанные с учетом самого высокого уровня TCP/IP, не ограничены архи­тектурой конкретного ПК или конкретного сетевого оборудо­вания, их не надо изменять при замене компьютера или изме­нении конфигурации. Наконец, так как прикладные программы не зависимы от используемого оборудования, они могут обес­печивать прямое взаимодействие различных элементов ЛВС. Другими словами, необходимость в специальных версиях при­кладных программ передачи данных для всех возможных со­единений между компьютерами в сети отпадает.

ПРОТОКОЛЫ TCP/IP. Взаимодействие между разнородными сетями

В том случае, если вам необходимо подключить свою ло­кальную сеть к уже существующей, придется решить не­сколько проблем, связанных, во-первых, с физическим объ­единением, а во-вторых, возможно, с проблемой маршрутиза­ции (пере направления) пакетов из одной подсети в другую.

При решении проблемы построения составных сетей необ­ходимо иметь в виду, что физически две сети могут соеди­няться только с помощью устройства, присоединенного к каж­дой из них. Однако непосредственное соединение не гаранти­рует, что компьютер сможет взаимодействовать с компью­тером, находящимся в другой подсети. Для обеспечения надежной связи необходимо, чтобы компьютеры умели пере­давать пакеты данных из одной сети в другую. Компьютеры, соединяющие две сети и передающие пакеты из одной в дру­гую, называются межсетевыми шлюзами (gateway), или меж­сетевыми маршрутизаторами {router).

Рассмотрим функционирование шлюза на простейшем со­единении двух сетей. Компьютер, выполняющий функции шлюза, присоединен как к сети А, так и к сети В. Ра­бота компьютера в качестве шлюза подразумевает, что он дол­жен принимать из сети А пакеты данных, предназначенные компьютерам сети В, и передавать их адресату. Аналогично, шлюз должен принимать из сети В пакеты, которые предназна­чены компьютерам в сети А, и передавать их в эту сеть.

Например, если пакет данных отправлен с компьютера 1, а предназначен компьютеру 2, то данные от компьютера 1 переедаются на шлюз, а далее шлюз адресует их на компьютер 2.

Идея шлюза не является сложной, однако важна по той причине, что она обеспечивает способ взаимного соединения сетей, а не отдельных компьютеров.