9.4. Основы технологииinternet
Создатели технологии internet исходили из двух основополагающих соображений:
невозможно создать единую физическую сеть, которая позволит удовлетворить потребности всех пользователей;
пользователям нужен универсальный способ для установления соединений друг с другом.
В пределах каждой физической сети подсоединенные к ней компьютеры используют ту или иную технологию (Ethernet, Token Ring, FDDI, ISDN, соединение типа "точка-точка", а в последнее время к этому списку добавились сеть АТМ и беспроводные технологии). Между механизмами коммуникаций, зависящими от данных физических сетей, и прикладными системами встраивается новое программное обеспечение, которое обеспечивает соединение различных физических сетей друг с другом. При этом детали этого соединения "скрыты" от пользователей и им предоставляется возможность работать как бы в одной большой физической сети. Такой способ соединения в единое целое множества физических сетей и получила название internet.
Для соединения двух и более сетей в internet используются маршрутизаторы (routers) - компьютеры, которые физически соединяют сети друг с другом и с помощью специального программного обеспечения передают пакеты из одной сети в другую.
Технология internet не навязывает какой-то определенной топологии межсетевых соединений. Добавление новой сети к internet не влечет за собой ее подсоединения к некоторой центральной точке коммутации или установки непосредственных физических соединений со всеми уже входящими в internet сетями. Маршрутизатор "знает" топологию internet за пределами тех физических сетей, которые он соединяет, и, основываясь на адресе сети назначения, передает пакет по тому или иному маршруту. В internet используются универсальные идентификаторы подсоединеннных к ней компьютеров (адреса), поэтому любые две машины имеют возможность взаимодействовать друг с другом. В internet также должен быть реализован принцип независимости пользовательского интерфейса от физической сети, то есть должно существовать множество способов установления соединений и передачи данных, одинаковых для всех физических сетевых технологий.
Напомним еще раз, что internet скрывает детали соединений сетей между собой. Поэтому с точки зрения конечных пользователей и по отношению к прикладным программам internet представляет собой единую виртуальную сеть, к которой подсоединены все компьютеры - независимо от их реальных физических соединений. Каждый компьютер должен иметь программное обеспечение доступа к internet, которое позволяет прикладным программам использовать internet как одну физическую сеть.
Фундаментальным принципом internet является равнозначность всех объединенных с ее помощью физических сетей: любая система коммуникаций рассматривается как компонент internet, независимо от ее физических параметров, размеров передаваемых пакетов данных и географического масштаба.
9.5. Стек протоколов tcp/ip .
TCP/IP - это промышленный стандарт стека протоколов, разработанный для глобальных сетей.
Свое название протокол TCP/IP получил от двух коммуникационных протоколов (или протоколов связи). Это Transmission Control Protocol (TCP) и Internet Protocol (IP).
Стандарты TCP/IP опубликованы в серии документов, названных Request for Comment (RFC). Документы RFC описывают внутреннюю работу сети Internet. Некоторые RFC описывают сетевые сервисы или протоколы и их реализацию, в то время как другие обобщают условия применения.
Лидирующая роль стека TCP/IP объясняется следующими его свойствами:
Это наиболее завершенный стандартный и в то же время популярный стек сетевых протоколов, имеющий многолетнюю историю.
Почти все большие сети передают основную часть своего трафика с помощью протокола TCP/IP.
Это метод получения доступа к сети Internet.
Этот стек служит основой для создания Intranet- корпоративной сети, использующей транспортные услуги Internet и гипертекстовую технологию WWW, разработанную в Internet. Intranet-сети, получающие все более широкое распространение, состоят из внутрикорпоративных Web-серверов, доступ персонала к которым организован через ЛВС или глобальные сети.
Все современные операционные системы поддерживают стек TCP/IP.
Это гибкая технология для соединения разнородных систем, как на уровне транспортных подсистем, так и на уровне прикладных сервисов.
Это устойчивая масштабируемая межплатформенная среда для приложений клиент-сервер.
Стек TCP/IP с точки зрения системной архитектуры соответствует эталонной модели OSI. Структура протоколов TCP/IP приведена на рисунке 9.1. Протоколы TCP/IP делятся на 4 уровня.
Самый нижний (уровень IV) соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. Этот уровень в протоколах TCP/IP не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня: для локальных сетей это Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 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.
Рис.9.1
Соответствие семиуровневой модели OSI
и четырехуровневой модели TCP/IP
К протоколам сетевого уровня относятся протоколы SLIP (Serial Line Interface Protocol) и PPP (Point to Point Protocol), обеспечивающие последовательную передачу данных.
Следующий уровень (уровень III) - это 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 сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке 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, но старается это сделать.
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), ARP (Address Resolution Protocol), который динамически преобразует IP-адрес в физический, RARP (Reverse Address Resolution Protocol), обратный к ARP, преобразующий физический адрес в IP-адрес, IGMP (Internet Group Management Protocol), позволяющий формировать в маршрутизаторах списки групп многоадресного вещания, 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.
Следующий уровень (уровень II) 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.
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. Остановимся несколько подробнее на некоторых из них.
telnet протокол эмуляции терминала, обеспечивающий передачу потока байтов между процессами, а также между процессом и терминалом. Наиболее часто этот протокол используется для эмуляции терминала удаленного компьютера. При использовании сервиса telnet пользователь фактически управляет удаленным компьютером так же, как и локальный пользователь, поэтому такой вид доступа требует хорошей защиты.
FTP (File Transfer Protocol) - реализует удаленный доступ к файлу. Для того, чтобы обеспечить надежную передачу, FTP использует в качестве транспорта протокол с установлением соединений - TCP.
TFTP (Trivial File Transfer Protocol) - простейший протокол передачи файлов на основе UDP.
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) - протокол передачи электронной почты, определяющий правила взаимодействия и форматы управляющих сообщений. Протокол SMTP поддерживает передачу сообщений (электронной почты) между произвольными узлами сети internet. Имея механизмы промежуточного хранения почты и механизмы повышения надежности доставки, протокол SMTP допускает использование различных транспортных служб. Он может работать даже в сетях, не использующих протоколы семейства TCP/IP.
RIP (Routing Information Protocol) - протокол обмена трассировочной информацией между маршрутизаторами, обеспечивающий динамическую маршрутизацию. Использует классы как признак определения префикса адреса.
OSPF (Open Shortest Path First) - протокол распространения маршрутной информации между маршрутизаторами в автономной системе.
DNS (Domain Name System) - система обеспечения преобразования символических имен и псевдонимов сетей и узлов в IP-адреса и обратно.
SNMP (Simple Network Management Protocol) - простой протокол управления сетевыми ресурсами. Протокол SNMP работает на базе UDP и предназначен для использования сетевыми управляющими станциями. Он позволяет управляющим станциям собирать информацию о положении дел в сети internet. Протокол определяет формат данных, их обработка и интерпретация остаются на усмотрение управляющих станций или менеджера сети.
RPC (Remote Procedure Call) - протокол вызова удаленных процедур (запуска процессов на удаленном компьютере). NFS (Network File System) - открытая спецификация сетевой файловой системы, введенная Sun Microsystems. NFS использует транспортные услуги UDP