Главная | Обратная связь

СТЕКИ КОММУНИКАЦИОННЫХ ПРОТОКОЛОВ

[коммуникационный протокол; протокольный стек; стек TCP/IP; протокол RIP; протокол OSPF; протокол ICMP; протокол TCP; протокол UDP; протокол IP; протокол SMTP; протокол Telnet; протокол FTP; протокол HTTP ]

 

6.2. Стек TCP/IP

 

Стек TCP/IP был разработан в рамках реализации сетевой архитектуры ARPA до появления эталонной модели взаимодействия открытых систем и, несмотря на то, что он также имеет многоуровневую структуру, соответствие его уровней уровням модели OSI в некоторой степени условно.

Протоколы стека TCP/IP делятся на четыре логических уровня. В отличие от принятой в модели OSI условной нумерации уровней, начиная с нижнего – физического, в стеке TCP/IP традиционно принят обратный порядок нумерации уровней.

Самый нижний уровень (уровень IV) соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. В протоколах TCP/IP этот уровень не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня: для локальных сетей это Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN, для глобальных сетей – протоколы соединений «точка-точка» SLIP и PPP, протоколы территориальных сетей с коммутацией пакетов X.25, frame relay. Разработана также специальная спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта канального уровня. Обычно при появлении новой технологии локальных или глобальных сетей она быстро включается в стек TCP/IP за счет разработки соответствующего RFC, определяющего метод инкапсуляции пакетов IP в ее кадры.

Следующий уровень (уровень III) – уровень межсетевого взаимодействия, который занимается передачей пакетов с использованием различных транспортных технологий локальных сетей, территориальных сетей, линий специальной связи и т.п. В качестве основного протокола этого уровня используется протокол IP, который изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Протокол IP является дейтаграммным протоколом, то есть он не гарантирует доставку пакетов до узла назначения.

К уровню межсетевого взаимодействия относятся и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol). Последний протокол 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 аномальных величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п. Семейство протоколов маршрутизации делится на группу протоколов определения маршрутов внутри автономной сети – IGP (Internet Gateway Routing Protocol), RIP (Routing Information Protocol), IGRP (Interior Gateway Routing Protocol), OSPF (Open Shortest Pass First), и группу внешних протоколов, обеспечивающих взаимодействие маршрутизаторов –EGP (Exterior Gateway Protocol), BGP (Border Gateway Protocol), IDRP (Inter-Domain Routing Protocol).

Уровень II стека называется основным. На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между удаленными прикладными процессами за счет образования виртуальных соединений. Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным способом, как и IP, и выполняет только функции связующего звена между сетевым протоколом и многочисленными прикладными процессами.

Транспортные протоколы TCP и UDP не приспособлены для поддержки приложений реального времени, с этой целью разработана группа протоколов реального времени RTP(Real-Time Protocol), RTCP(Real-Time Control Protocol), RSVP(Resource ReSerVation Protocol).

Верхний уровень (уровень I) называется прикладным. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил большое количество протоколов и сервисов прикладного уровня. К ним относятся такие широко используемые протоколы, как протокол передачи 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.

Протокол пересылки файлов FTP реализует удаленный доступ к файлу. Для того, чтобы обеспечить надежную передачу, FTP использует в качестве транспорта протокол с установлением соединений – TCP. Кроме пересылки файлов протокол FTP предлагает и другие услуги. Так, пользователю предоставляется возможность интерактивной работы с удаленным компьютером: например, он может распечатать содержимое его каталогов. Наконец, FTP выполняет аутентификацию пользователей. Прежде, чем получить доступ к файлу, в соответствии с протоколом пользователи должны сообщить свое имя и пароль. Для доступа к публичным каталогам FTP-архивов Internet парольная аутентификация не требуется, и ее обходят за счет использования для такого доступа предопределенного имени пользователя Anonymous.

В стеке TCP/IP протокол FTP предлагает наиболее широкий набор услуг для работы с файлами, однако он является и самым сложным для программирования. Приложения, которым не требуются все возможности FTP, могут использовать другой, более экономичный протокол – простейший протокол пересылки файлов TFTP (Trivial File Transfer Protocol). Этот протокол реализует только передачу файлов, причем в качестве транспорта используется более простой, чем TCP, протокол без установления соединения – UDP.

Протокол Telnet наиболее часто используется для эмуляции терминала удаленного компьютера. Пользователь сервиса Telnet фактически управляет удаленным компьютером так же, как и локальный пользователь, поэтому такой вид доступа требует хорошей защиты. Поэтому серверы Telnet всегда используют как минимум аутентификацию по паролю, а зачастую и более мощные средства защиты.

Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) используется для организации сетевого управления. Изначально протокол SNMP был разработан для удаленного контроля и управления маршрутизаторами Internet. С ростом популярности протокол SNMP стали применять и для управления любым коммуникационным оборудованием – коммутаторами, сетевыми адаптерами и т.п. Проблема управления в протоколе SNMP разделяется на две задачи. Первая из них связана с передачей информации. Протоколы передачи управляющей информации определяют процедуру взаимодействия SNMP-агента, работающего в управляемом оборудовании, и SNMP-монитора, работающего на компьютере администратора, который часто называют также консолью управления. Протоколы передачи определяют форматы сообщений, которыми обмениваются агенты и монитор. Вторая задача связана с контролируемыми переменными, характеризующими состояние управляемого устройства. Стандарты регламентируют, какие данные должны сохраняться и накапливаться в устройствах, имена этих данных и синтаксис этих имен. В стандарте SNMP определена спецификация информационной базы данных управления сетью. Эта спецификация, известная как база данных MIB (Management Information Base), определяет те элементы данных, которые управляемое устройство должно сохранять, и допустимые операции над ними.

Несмотря на то, что стек TCP/IP неразрывно связан с глобальной сетью Internet, рабочие станции которой используют протоколы именно этого стека, суще­ствует большое количество локальных, территориальных и корпоративных сетей, непосредственно не являющихся частями Internet, но в которых также используют протоколы TCP/IP. Подчеркивая отличие этих сетей от Internet, их называют IP-сетями (реже – сетями TCP/IP).

Стек TCP/IP изначально ориентирован на использование в глобальных сетях, поэтому он имеет ряд особенностей, обеспечивающих ему преимущество перед другими протоко­лами, когда речь идет о построении сетей, использующих глобальные связи. Одним из таких несомненных преимуществ выступает способность фрагментировать пакеты. В общем случае составная сеть объединяет сети, построенные на совершенно разных платформах. В каждой из этих сетей установлена собственная величина максимальной длины единицы передаваемых данных (кад­ра, пакета). В этом случае при переходе из одной сети, имеющей большую максимальную длину кадра, в сеть с меньшей максимальной длиной, как правило, возникает необходимость деления передаваемого кадра на несколько частей. Протокол IP эф­фективно решает эту задачу.

Ещё одной выигрышной особенностью стека TCP/IP является гибкая система адреса­ции, позволяющая более просто по сравнению с другими протоколами аналогич­ного назначения объединять в составную сеть сети различных технологий. Это также обеспечивает стеку TCP/IP преимущества при построении больших гетеро­генных сетей.

В стеке TCP/IP очень экономно используются возможности широковещатель­ных рассылок. Это свойство необходимо при работе на медленных каналах связи, всё ещё широко используемых в территориальных сетях.

Платой за получаемые преимущества в данном случае оказываются высокие требования к ресурсам и сложность администрирования IP-сетей. Мощные функциональные возможности протоколов стека TCP/IP требуют для своей реализации высоких вычислительных затрат. Гибкая система адресации и отказ от широковещательных рассылок приводят к необходимости использования в IP-сетях различ­ных централизованных служб типа DNS (Domain Name System – служба доменных имен, англ.) и т.п. Каждая из подобных служб нацелена на облегчение администрирования сети, в том числе и на облегчение кон­фигурирования оборудования, но в то же время сама требует пристального внима­ния со стороны администраторов.

На сегодняшний день стек TCP/IP – самый популярный стек протоколов, широко используемый как в глобальных, так и в локальных сетях.