Совокупность протоколов Internet

Стек, или семейство протоколов TCP/IP, отличается от вышерассмотренной модели OSI и обычно ограничивается схемой, представленной в табл. 6.7. Обе архитектуры включают похожие уровни, однако в TCP/IPнесколько «слоев» OSI-модели объединены в один.

Взаимодействие на уровне прикладных протоколов осуществ­ляется путем обмена командами установления/прекращения со­единений (типа open/close), приема/передачи (send/receive) и собственно данными. Прикладные протоколы (Telnet, элек­тронная почта, Gopher, Ftp, Http, Wais) будут рассмотрены далее, совместно с информационными сервисами доступа к информа­ционным ресурсам, здесь же мы ограничимся рассмотрением собственно протоколов TCP/IP — канального, сетевого, транс­портного уровней. Вот эти протоколы:

TCP — Transmission Control Protocol — базовый транспорт­ный протокол, давший название всему семейству протоколов TCP/IP;

UDP — User Datagram Protocol — второй по распространен­ности транспортный протокол семейства TCP/IP;

IP — Internet Protocol — межсетевой протокол;

ARP — Address Resolution Protocol — используется для опре­деления соответствия IP-адресов и Ethernet-адресов;

SLIP — Serial Line Internet Protocol — протокол передачи данных по телефонным линиям;

PPP – Point to Point Protocol — протокол обмена данным «точка-точка»;

PРС — Remote Process Control — протокол управления уда­ленными процессами;

TFTP — Trivial File Transfer Protocol — тривиальный прото­кол передачи файлов;

DNS — Domain Name System — система доменных имен;

RIP — Routing Information Protocol — протокол маршрутизации.

Некоторые предварительные замечания. На каждом из уров­ней схемы рис. 6.6 коммуникация осуществляется физически блоками (пакетами), и при переходе с уровня на уровень реали­зуются следующие преобразования форматов: инкапсуляция/экскапсуляция; фрагментация/дефрагментация.

Инкапсуляция — способ упаковки данных в формате вышестоящего протокола в формат нижестоящего протокола. При этом один или несколько первичных пакетов преобразуют­ся в один вторичный пакет и снабжаются управляющей инфор­мацией, характерной для принимающего уровня. Например, по­мещение пакета IP в качестве данных Ethernet-кадра, помеще­ние TCP-сегмента в качестве данных в IP-пакет (рис. 6.6). При возврате на верхний уровень исходный формат восстанавливается в соответствии с обратной процедурой — экскапсуляцией.

Фрагментация — реализуется, если разрешенная длина пакета нижнего уровня недостаточна для размещения первичного пакета, при этом осуществляется «нарезка» пакетов (например, на пакеты SLIP или фреймы РРР), аналогично при возврате на первичный уровень пакет должен быть дефрагментирован.

При описании основных протоколов стека TCP/IP будем следовать модели, представленной в табл. 6.7. Первыми будут рассмотрены протоколы канального ровня SLIP и РРР единственные протоколы, которые были разработаны в рам Internet и для Internet. Другие протоколы, например NDIS или ODI, мы рассматривать не будем, поскольку они создавались в других сетях, хотя и могут использоваться в сетях TCP/IP также

Протоколы канального уровня SLIP и РРР применяются на телефонных каналах. С помощью этих каналов к сети подключается большинство индивидуальных пользователей, а также не большие локальные сети. Подобные линии связи могут обеспе­чивать скорость передачи данных до 115 200 бит/с.

Serial Line IP (SLIP). Обычно этот протокол применя­ют как на выделенных, так и на коммутируемых линиях связи со скоростью передачи от 1200 до 19 200 бит в секунду.

В рамках протокола SLIPосуществляется фрагментация IP-пакетов, при этом SLIP-пакет должен начинаться символом ESC (восьмеричное 333 или десятичное 219) и заканчиваться символом end (восьмеричное 300 или десятичное 192). Стандарт не определяет размер SLIP-пакета, поэтому любой интерфейс имеет специальное поле, в котором пользователь должен указать эту длину.

Соединения типа «точка — точка» — протокол РРР (Point to Point Protocol). Данный протокол обеспечивает стан­дартный метод взаимодействия двух узлов сети. Предполагается, что обеспечивается двунаправленная одновременная передача данных. Собственно говоря, РРР состоит из трех частей: меха­низма инкапсуляции (encapsulation), протокола управления со­единением (link control protocol) и семейства протоколов управ­ления сетью (network control protocols).

Под датаграммой в РРР понимается информационная еди­ница сетевого уровня (применительно к IP — IP-пакет). Под фреймом понимают информационную единицу канального уров­ня (согласно модели OSI). Для обеспечения быстрой обработки информации длина фрейма РРР должна быть кратна 32 битам.

Фрейм состоит из заголовка и хвоста, между которыми со­держатся данные. Датаграмма может быть инкапсулирована в один или несколько фреймов (рис. 6.7). Пакетом называют информационную единицу обмена между модулями сетевого и канального уровней. Обычно каждому пакету ставится в соответствие один фрейм, за исключением тех случаев, когда канальный уровень требует большей фрагментации данных или, наоборот, объединяет пакеты для более эффективной передачи.

Протокол управления соединением предназначен для установ­ки соглашения между узлами сети о параметрах инкапсуляции (размер фрейма и т. п.), кроме того, он позволяет проводить идентификацию узлов. Первой фазой установки соединения яв­ляется проверка готовности физического уровня передачи данных. При этом такая проверка может осуществляться периодически, позволяя реализовать механизм автоматического восстановления физического соединения, как это бывает при работе через модем по коммутируемой линии. Если физическое соединение уста­новлено, то узлы начинают обмен пакетами протокола управле­ния соединением, настраивая параметры сессии.

Межсетевые протоколы. К данной группе относятся прото­колы IP, ICMP, ARP.

Протокол IP является основным в иерархии протоколов TCP/IP и используется для управления рассылкой TCP/I Р – пакетов по сети Internet. Среди различных функций, возложенных на IP, обычно выделяют следующие:

• определение пакета, который является базовым понятием и единицей передачи данных в сети Internet;

• определение адресной схемы, которая используется в сети Internet;

• передача данных между канальным уровнем (уровнем дос­тупа к сети) и транспортным уровнем (другими словами, преобразование транспортных датаграмм во фреймы канального уровня);

• маршрутизация пакетов по сети, т. е. передач: а пакетов от одного шлюза к другому с целью передачи пакета маши­не-получателю;

• фрагментация и дефрагментация пакетов транспортного уровня.

Таким образом, вся информация о пути, по которому должен пройти пакет, определяется по состоянию сети в момент прохождения пакета. Эта процедура называется маршрутизацией в отличие от коммутации, используемой для предварительного установления маршрута следования отправляемых данных.

Маршрутизация представляет собой ресурсоемкую процедуру, так как предполагает анализ каждого пакета, который проходит через шлюз или маршрутизатор, в то время как при коммутации анализируется только управляющая информация, устанав­ливается канал (физический или виртуальный), и все пакеты пересылаются по этому каналу без анализа маршрутной инфор­мации. Однако при неустойчивой работе сети пакеты могут пе­ресылаться по различным маршрутам и затем собираться в еди­ное сообщение. При коммутации путь придется устанавливать заново для каждого пакета и при этом потребуется больше на­кладных затрат, чем при маршрутизации.

Структура пакета IP представлена на рис. 6.8. Фактически в заголовке пакета определены все основные данные, необходи­мые для перечисленных выше функций протокола IP: адрес отправителя, адрес получателя, общая длина пакета и тип пересы­лаемой датаграммы.

Используя данные заголовка, машина может определить, на какой сетевой интерфейс отправлять пакет. Если IP-адрес полу­чателя принадлежит одной из ее сетей, то на интерфейс этой сети пакет и будет отправлен, в противном случае пакет отпра­вят на другой шлюз.

Как уже отмечалось, при обычной процедуре инкапсулиро­вания пакет просто помещается в поле данных фрейма, а в слу­чае, когда это не может быть осуществлено, разбивается на более мелкие фрагменты.

Размер максимально возможного фрейма, который передается по сети, определяется величиной MTU (Maximum Transsion Unit), определенной для протокола канального уровня. Для последующего восстановления пакет IP должен содержать информацию о своем разбиении и для этой цели используются поля «flags» и «fragmentation offset». В этих полях определяется, какая часть пакета получена в данном фрейме, если этот пакет был фрагментирован на более мелкие части.

ICMP (Internet Control Message Protocol) — наряду с IP и ARP относится к межсетевому уровню. Протокол используется для рассылки информационных и управляющих сообщений. При этом используются следующие виды сообщений.

Flow control — если принимающая машина (шлюз или ре­альный получатель информации) не успевает перерабатывать информацию, то данное сообщение приостанавливает отправку пакетов по сети.

Detecting unreachable destination — если пакет не мо­жет достичь места назначения, то шлюз, который не может дос­тавить пакет, сообщает об этом отправителю пакета.

Redirect routing — это сообщение посылается в том слу­чае, если шлюз не может доставить пакет, но у него есть на этот счет некоторые соображения, а именно адрес другого шлюза.

Checking remote host — в этом случае используется так называемое ICMP Echo Message. Если необходимо проверить наличие стека TCP/IP на удаленной машине, то на нее посыла­ется сообщение данного типа. Как только система получит это сообщение, она немедленно высылает подтверждение.

ICMP используется также для получения сообщения об исте­чении срока «жизни» пакета на шлюзе. При этом используется время жизни пакета, которое определяет число шлюзов, через которые пакет может пройти. Программа, которая использует эту информацию (сообщение time execeed протокола ICMP), называется traceroute.

Протоколы управления маршрутизацией. Наиболее распространенный из них – протокол RIP.

Протокол RIP (Routing Information Protocol) — предназначен для автоматического обновления таблицы маршрутов, при этом используется информация о состоянии сети, которая рассылается маршрутизаторами (routers). В соответствии с протоколом RIP любая машина может быть маршрутизатором. При этом все маршрутизаторы делятся на активные и пассивные.

Активные маршрутизаторы сообщают о маршрутах, которые они поддерживают в сети. Пассивные маршрутизаторы читают эти широковещательные сообщения и исправляют свои таблицы маршрутов, но при этом сами информации в сеть не предоставляют. Обычно в качестве активных маршрутизаторов выступают шлюзы, а в качестве пассивных — обычные машины (hosts).