Стек протоколов tcp/ip
Развитие сети ARPAnet привело к созданию сетевой архитектуры DARPA, которая и послужила основой сети Internet. Эта архитектура базируется на двух основных протоколах:
TCP (Transmission Control Protocol) — протокол управления передачей;
IP (Internet Protocol) — протокол межсетевого взаимодействия.
В дальнейшем всю иерархию протоколов сети Интернет стали называть стеком (stack – набор, комплект) TCP/IP по аналогии с другой системой для локальных сетей – стеком IPX/SPX компании Novell.
Стек TCP/IP был разработан ранее концепции ВОС (OSI) и поэтому лишь ориентировочно может быть отображен на ее 7-уровневую модель.
Структурно стек TCP/IP делится на 4 уровня (см. рис.6.5.):
1 — прикладной; 2 — транспортный; 3 — сетевой (межсетевого взаимодействия); 4 — сетевых интерфейсов.
Дадим краткую характеристику уровней этой архитектуры.
Уровень I
Верхний (прикладной) уровень содержит все службы, предоставляемые системой пользовательским приложениям. Он реализуется программными системами, построенными в архитектуре «клиент – сервер». Этот уровень постоянно расширяется за счет включения новых служб. К протоколам данного уровня относятся:
FTP (File Transfer Protocol) — протокол передачи файлов;
TFTP (Trivial FTP) — простой протокол передачи файлов;
Telnet — протокол эмуляции удаленного терминала;
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) — простой почтовый протокол;
SNMP
(Simple Network Management Protocol) — простой
протокол
управления
сетью;DNS (Domain Name System) — протокол разрешения имен;
HTTP (HyperText Transfer Protocol) — гипертекстовый транспортный протокол и т. д.
Рис.6.5.
Каждая прикладная программа выбирает тип транспортировки по сети (непрерывный поток сообщений или последовательность отдельных сообщений) и передает данные транспортному уровню в требуемой форме.
Уровень II
Уровень II (транспортный) обеспечивает взаимодействие между прикладными программами. Он управляет потоком информации и отвечает за надежность передачи. На этом уровне реализуется обнаружение ошибок, механизм подтверждения, повторной передачи потерянных или искаженных пакетов.
На уровне функционируют:
П
ротокол
управления передачей TCP,
который обеспечивает надежную доставку
сообщений между удаленными системами
за счет образования логических
соединений. Обмен осуществляется в
дуплексном режиме. TCP делит данные на
сегменты и передает их IP-уровню
(рис.6.6.).Протокол UDP (User Datagram Protocol) обеспечивает дейтаграммную передачу пользуясь услугами протокола IP. Он выполняет функции связующего звена (мультиплексора) между сетевым протоколом и службами прикладного уровня.
Протокол T/TCP (Transaction Transmission Control Protocol) – протокол управления транзакциями. Был предложен недавно для поддержки передачи транзакций в Internet.
Рис.6.6.
Уровень III
Это уровень межсетевого взаимодействия, который реализует концепцию передачи пакетов в режиме без установления соединения, и является стержнем всей архитектуры TCP/IP. Для передачи используется тот маршрут, который в данный момент представляется наиболее рациональным. Этот уровень называют также уровнем internet в соответствии с его основной функцией — передачей данных через составную сеть.
Уровень принимает от транспортного уровня пакет с указанием адреса передачи. Пакет инкапсулируется в дейтаграмму, заполняется заголовок и при необходимости используется алгоритм маршрутизации. Аналогично производится прием дейтаграмм и передача пакетов транспортному протоколу.
В качестве основного протокола данного уровня используется протокол IP (Internet Protocol).
К этому же уровню относятся протоколы маршрутизации, такие как:
RIP (Routing Internet Protocol);
OSPF (Open Shortest Path First);
EGP (Exterior Gateway Protocol);
IGP (Interior Gateway Protocol);
ARP (Address Resolution Protocol);
RARP (Reverse Address Resolution Protocol) и т.д.
На этом же уровне функционирует и протокол ICMP (Internet Control Message Protocol) — протокол межсетевых управляющих сообщений. С помощью данного протокола (посылкой специальных пакетов) сообщается о таких ситуациях, как:
невозможность доставки пакета;
превышение времени жизни пакета;
превышение продолжительности сборки пакета из фрагментов;
аномальные значения параметров;
изменение маршрута пересылки и типа обслуживания;
состояние системы и т.д.
Уровень IV
Это уровень сетевых интерфейсов, который по своим функциям соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. В стеке протоколов TCP/IP этот уровень не регламентируется. Он отвечает за прием дейтаграмм и их передачу по конкретной сети. Для каждого типа сетей должны быть разработаны соответствующие интерфейсные средства. Например, к таким средствам относится протокол инкапсуляции IP-пакетов в кадры Ethernet (по документу RFC 1042).
Аналогичные средства предусматриваются для сетей Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN, а также для работы с глобальными сетями, поддерживающими протоколы SLIP, PPP, X.25, Frame Relay, ATM и т.д. К примеру, процедура инкапсуляции IP-кадров в ячейки ATM изложена в документе RFC 1577.
Взаимодействие компьютеров на каждом уровне приведено на рисунке 6.7.
Р
ис.6.7.
Каждый коммуникационный протокол оперирует с некоторой единицей передаваемых данных. В TCP/IP сложилась определенная (традиционная) терминология в этой области (см. рис.).
Потоком называют данные, поступающие на вход протоколов транспортного уровня TCP и UDP.
Протокол TCP нарезает из потока данных сегменты.
Единицу данных протокола UDP часто называют дейтаграммой. Дейтаграмма – это общее название для единиц данных, которыми оперируют протоколы без установления соединения. К таким протоколам относится и протокол IP.
Д
ейтаграмму
протокола IP называют также пакетом.
Единицы данных протоколов, на основе которых IP-пакеты переносятся по сети, называют кадрами (фреймами) (см.рис.6.8.).
Рис.6.8.