Порты и сокеты
После того, как мы разобрались с основными протоколами и IP-адресами, не плохо было бы понять, как все это вместе стыкуется и работает.
В заголовках протоколов нет наименований протоколов, а есть только номера. Кроме того, данные каждому приложению также доставляются с использованием номеров, которые называются портами.
Пара - протокол и порт - позволяет стеку протоколов TCP/IP доставить данные нуждающемуся в них приложению.
Увидеть номера протоколов можно в файле /etc/protocolsили прочитать в RFC Assigned Numbers.
Содержание файла /etc/protocols:
Ix: {3} more protocols
#
# Internet (IP) protocols
#
# $Id: protocols,v 1.2.8.1 1995/08/30 06:19:30 davidg Exp $
# from: @(#)protocols 5.1 (Berkeley) 4/17/89
#
# Updated for FreeBSD based on RFC 1340, Assigned Numbers (July 1992).
#
ip 0 IP # internet protocol, pseudo protocol number
icmp 1 ICMP # internet control message protocol
igmp 2 IGMP # Internet Group Management
ggp 3 GGP # gateway-gateway protocol
ipencap 4 IP-ENCAP # IP encapsulated in IP (officially ``IP'')
st 5 ST # ST datagram mode
tcp 6 TCP # transmission control protocol
egp 8 EGP # exterior gateway protocol
pup 12 PUP # PARC universal packet protocol
udp 17 UDP # user datagram protocol
hmp 20 HMP # host monitoring protocol
xns-idp 22 XNS-IDP # Xerox NS IDP
rdp 27 RDP # "reliable datagram" protocol
iso-tp4 29 ISO-TP4 # ISO Transport Protocol class 4
xtp 36 XTP # Xpress Tranfer Protocol
idpr-cmtp 39 IDPR-CMTP # IDPR Control Message Transport
rsvp 46 RSVP # Resource ReSerVation Protocol
vmtp 81 VMTP # Versatile Message Transport
ospf 89 OSPFIGP # Open Shortest Path First IGP
ipip 94 IPIP # Yet Another IP encapsulation
encap 98 ENCAP # Yet Another IP encapsulation
Как видно из содержания файла protocols, практически всем основным протоколам присвоены номера. Другой группой магических цифр являются номера портов, которые закреплены за информационными сервисами Internet.
Информационный сервис - это прикладная программа, которая осуществляет обслуживание на определенном порте TCP или UDP. Собственно WKS (рабочая станция) - это и есть совокупность этих сервисов Internet.
К сервисам относятся: доступ в режиме удаленного терминала, доступ к файловым архивам FTP, доступ к серверам World Wide Web и т. п.
Распределение сервисов по портам можно найти в файле /etc/services. Фрагмент содержания файла/etc/services:
quest:/etc:\[2\]>cat services
tcpmux 1/tcp # TCP port service multiplexer
echo 7/tcp
echo 7/udp
...
ftp 21/tcp
# 22 - unassigned
telnet 23/tcp
# 24 - private
smtp 25/tcp mail
# 26 - unassigned
time 37/tcp timserver
time 37/udp timserver
rlp 39/udp resource # resource location
whois 43/tcp nicname
domain 53/tcp nameserver # name-domain server
domain 53/udp nameserver
bootps 67/tcp # BOOTP server
bootps 67/udp
bootpc 68/tcp # BOOTP client
bootpc 68/udp
tftp 69/udp
gopher 70/tcp # Internet Gopher
gopher 70/udp
finger 79/tcp
www 80/tcp http # WorldWideWeb HTTP
www 80/udp # HyperText Transfer Protocol
Среди сервисов, определенных в этом фрагменте, есть не только информационные сервисы типа World Wide Web или Gopher, но и протокол маршрутизации RIP, и протокол удаленной загрузки bootp, и сервис доменных имен BIND, и другие протоколы, которые нацелены на повышение работы сети и чрезвычайно полезны при администрировании сети.
При работе через стек протоколов TCP/IP сообщения, которыми обмениваются приложения, сначала инкапсулируются в сегменты TCP или дейтаграммы UDP, при этом указывается соответствующий порт транспортного протокола.
Потом транспортные протоколы мультиплексируются в IP, который запоминает номер протокола.
Все IP-пакеты передаются по сети получателю, где происходит обратная операция изъятия информации из оболочки TCP/IP.
Сначала по номеру протокола в модуле IP выделенные данные пересылаются соответствующему протоколу транспортного уровня.
На транспортном уровне по номеру порта получателя определяется какому сервису данные посланы.
Однако этим механизм взаимодействия приложений в рамках TCP/IP не исчерпывается. Дело в том, что кроме статически назначенных WKS существуют еще динамически назначаемые сервисы.
Динамически назначаемые номера портов TCP и UDP используются для того, чтобы можно было организовать обслуживание множества запросов по сети к одному WKS. В том же примере стрелочки только в одном направлении указаны не случайно. К серверу протокола HTTP могут обращаться сразу несколько клиентов, следовательно, должен быть механизм, который бы позволил распараллелить их обслуживание.
Таким механизмом служит динамическое назначение портов.
Происходит это назначение в момент установки соединения.Клиент, запрашивая обслуживание, обращается к сервису по номеру порта WKS, но при этом сообщает, что принимать ответы он будет по номеру порта, отличному от WKS. Таким образом, сервер может обслуживать запросы к одному и тому же порту WKS, используя разные порты при ответе.
Образующаяся при этом пара (IP-адрес, номер порта) называется сокетом (буквально "розетка").
Таким образом, можно сказать, что http-сервер для обслуживания использует сокет, например, 144.206.130.137;80, а клиент, который к нему обращается, сокет 144.206.130.138;8080. Графически определение сокета можно продемонстрировать на примере протокола TCP.
Рис.18. 4 Динамическое назначение портов. Образование сокетов
Описывая взаимодействие в рамках TCP/IP обмена, мы до сих пор обходили стороной вопросы, связанные с тем, как пакет реально транспортируется по сети. Все наши примеры ограничивались работой в рамках локальной сети. Теперь пора поговорить о том, как осуществляется передача пакетов по сети, или в терминах сетевого обмена – маршрутизация.