Принципы построения телекоммуникационных протоколов tcp/ip

(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

Сеть – это совокупность вычислительных устройств, объединённых каналами передачи информации.

Протокол – набор форматов данных и правил их обработки для организации обмена информации между сетевыми устройствами.

В данном случае, протокол означает правила, по которым происходит передача информации.

TCP/IP – это промышленный стандарт стека (семейства) протоколов, разработанный для глобальных сетей.

История и перспективы стека протоколов TCP/IP.

Стандарты TCP/IP опубликованы в серии документов, названных RFC (Request for Comment – запрос о комментарии) и описывающих внутреннюю работу сети Internet.

Стек был разработан по инициативе Министерства обороны США более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды.

Большой вклад в развитие стека TCP/IP внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей версии ОС UNIX. Широкое распространение ОС UNIX привело и к широкому распространению протокола IP и других протоколов стека. На этом же стеке работает всемирная информационная сеть Internet.

Лидирующая роль стека TCP/IP объясняется следующими его свойствами:

• это наиболее завершенный стандартный и в то же время популярный стек сетевых протоколов (с многолетней историей);

• 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);

• все современные ОС 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.

Цели создания протокола tcp/ip:

1. независимость от производителей программного и аппаратного обеспечения;

2. наличие достаточно хороших встроенных средств коррекции ошибок;

3. устойчивая работа и обслуживание соединений между пользователями даже при большой частоте появления ошибок;

4. высокая эффективность при достаточно малом количестве служебной информации, сопровождающей передачу данных;

5. возможность присоединения новых сетей без каких-либо нарушений обслуживания.

Протоколы TCP/IP имеют многоуровневую структуру:

• I – прикладной уровень (уровень приложений);

Обеспечивает интерфейс между пользователем и сетью, делает доступными для человека всевозможные услуги Интернета. На этом уровне определяется, как компьютер обрабатывает полученные данные.

Протоколы прикладного уровня: передача файлов – протокол FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP и POP, используемый в электронной почте сети Internet, передача гипертекстовых документов – протокол HTTP, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной информации, такие как WWW и др.

• II – транспортный (основной) уровень;

На нем функционируют протокол управления передачей TCP 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.

• III – сетевой уровень (уровень межсетевого взаимодействия);

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 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. Протокол IP является дейтаграммным протоколом, то есть он не гарантирует доставку пакетов до узла назначения, но старается это сделать.

• IV – канальный уровень (уровень сетевых интерфейсов).

С помощью адаптеров или модемов происходит преобразование компьютерных сигналов в те сигналы, для которых данная линия связи предназначена (телефонные, кабельные, волоконно-оптические, радиорелейные, линии спутниковой связи и другие).

Т.е. канальный уровень обеспечивает передачу блоков данных (кадров) через физический уровень, который при передаче может искажать данные. Определяет начало и конец кадра в битовом потоке, формирует из данных, передаваемых физическим уровнем, кадры или последовательности кадров, включает процедуру проверки наличия ошибок и их исправления.

Протокол межсетевого взаимодействия IP

Основные функции протокола IP. Структура IP - пакета

Протокол IP (Internet Protocol) составляет основу транспортных средств стека протоколов TCP/IP. Обеспечивает передачу дейтаграмм от отправителя к получателям через объединённую систему компьютерных сетей.

Дейтаграмма – это общее название для единиц данных, которыми оперируют протоколы без установления соединений. К таким протоколам относится и протокол IP. Дейтаграмму протокола IP называют также пакетом (дейтаграмма для протокола TCP – cм. далее).

Протокол IP перемещает данные из точки А в точку В, т.е. реализует маршрутизацию.

К основным функциям протокола IP относятся:

• перенос между сетями различных типов адресной информации в унифицированной форме;

• сборка и разборка пакетов при передаче их между сетями с различным максимальным значением длины пакета.

Пакет IP (дейтаграмма) состоит из заголовка и поля данных:

Заголовок

Данные

IP TCP-дейтаграмма

Заголовок пакета имеет структуру представленную на рисунке:

Номер версии (4 бита)	Длина заголовка (4 бита)	Тип сервиса (8 бит)					Общая длина (16 бит)
		PR	D	T	R
Идентификатор пакета (16 бит)							Флаги (3 бита)			Смещение фрагмента (13 бит)
								D	M
Время жизни (8 бит)		Протокол верхнего уровня (8 бит)					Контрольная сумма (16 бит)
IP – адрес источника (32 бита)
IP – адрес назначения (32 бита)
Опции и выравнивание