Уровень сетевых интерфейсов

Идеологическим отличием архитектуры стека TCP/IP от многоуровневой организации других стеков является интерпретация функций самого нижнего уровня - уровня сетевых интерфейсов. Протоколы этого уровня должны обеспечивать интеграцию в составную сеть других сетей, причем задача ставится так: сеть TCP/IP должна иметь средства включения в себя любой другой сети, какую бы внутреннюю технологию передачи данных эта сеть не использовала. Отсюда следует, что этот уровень нельзя определить раз и навсегда. Для каждой технологии, включаемой в составную сеть подсети, должны быть разработаны собственные интерфейсные средства. К таким интерфейсным средствам относятся протоколы инкапсуляции IP-пакетов уровня межсетевого взаимодействия в кадры локальных технологий. Например, документ RFC 1042 определяет способы инкапсуляции IP-пакетов в кадры технологий IEEE 802. Для этих целей должен использоваться заголовок LLC/ SNAP, причем в поле Type заголовка SNAP должен быть указан код 0х0800. Только для протокола Ethernet в RFC 1042 сделано исключение - помимо заголовка LLC/ SNAP разрешается использовать кадр Ethernet DIX, не имеющий заголовка LLC, зато имеющий поле Type. В сетях Ethernet предпочтительным является инкапсуляция IP-пакета в кадр Ethernet DIX.

Уровень сетевых интерфейсов в протоколах TCP/IP не регламентируется, но он поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей это Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 100VG-AnyLAN, для глобальных сетей - протоколы соединений «точка-точка» SLIP и РРР, протоколы территориальных сетей с коммутацией пакетов Х.25, frame relay. Разработана также специальная спецификация, определяющая использование технологии АТМ 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 IP-пакетов в ее кадры (спецификация RFC 1577, определяющая работу IP через сети АТМ, появилась в 1994 году вскоре после принятия основных стандартов этой технологии).

Рисунок Сетезависимые и сетенезависимые уровни стека TCP/IP

Протоколы прикладного уровня стека TCP/IP работают на компьютерах, выполняющих приложения пользователей. Даже полная смена сетевого оборудования в общем случае не должна влиять на работу приложений, если они получают доступ к сетевым возможностям через протоколы прикладного уровня.

Протоколы транспортного уровня уже более зависят от сети, так как они реализуют интерфейс к уровням, непосредственно организующим передачу данных по сети. Однако, подобно протоколам прикладного уровня, программные модули, реализующие протоколы транспортного уровня, устанавливаются только на конечных узлах. Протоколы двух нижних уровней являются сетезависимыми, а следовательно, программные модули протоколов межсетевого уровня и уровня сетевых интерфейсов устанавливаются как на конечных узлах составной сети, так и на маршрутизаторах.

Каждый коммуникационный протокол оперирует с некоторой единицей передаваемых данных. Названия этих единиц иногда закрепляются стандартом, а чаще просто определяются традицией. В стеке TCP/IP за многие годы его существования образовалась устоявшаяся терминология в этой области (рисунок).

Рисунок - Название единиц данных, используемые в TCP/IP

Потоком называют данные, поступающие от приложений на вход протоколов транспортного уровня TCP и UDP.

Протокол TCP нарезает из потока данных сегменты.

Единицу данных протокола UDP часто называют дейтаграммой (или датаграммой). Дейтаграмма - это общее название для единиц данных, которыми оперируют протоколы без установления соединений. К таким протоколам относится и протокол межсетевого взаимодействия IP.

Дейтаграмму протокола IP называют также пакетом.

В стеке TCP/IP принято называть кадрами (фреймами) единицы данных протоколов, на основе которых IP-пакеты переносятся через подсети составной сети. При этом не имеет значения, какое название используется для этой единицы данных в локальной технологии.

Каждая из информационных служб (информационных сервисов) Интернета решает свои задачи, используя свои прикладные протоколы, опирающиеся на базовые протоколы TCP/IP. Наиболее известные из них:

ü «Всемирная паутина» WWW дает возможность перемещения в огромном ин­формационном пространстве документов, книг, новостей, фотографий, ри­сунков, учебных курсов, справочных материалов и т.д.; претендует на роль основного носителя «коллективной памяти» человечества. Она ис­поль­зует протокол http и подробнее рассмотрена далее.

ü Электронная почта E-Mail (Electronic mail***) позволяет обмениваться по сети «письмами», к ко­то­рым могут прилагаться дополнительные файлы. С ее помощью мож­но пе­ре­давать сообщения на сотовый телефон, факс, пейджер. Для отправки корреспонденции используется протокол SMTP (Simple Mail Transfer Protocol – простой протокол передачи почты), для по­лучения ее из своего «почтового ящика» на почтовом сервере – прото­кол POP (Post Office Protocol – протокол почтового отделения). Протокол IMAP (Internet Message Access Protocol – протокол доступа к сообщениям Интернета) позволяет хранить почту в своем почтовом ящи­ке на почтовом сервере. Для вло­жения в письмо произвольных файлов при­меняется стандарт MIME (Multipurpose Internet Mail Extension – многоцелевое расширение почты Интернета). Правила формирования адресов электронной почты рассматриваются далее.

Для работы с электронной почтой используются почтовые программы Out­look Express (входит в Microsoft Internet Explorer), Microsoft Outlook (вхо­дит в Mic­ro­soft Office), Netscape Messenger (вхо­дит в Netscape Communicator), The Bat! и др.

ü Служба передачи файлов между удаленными компьютерами исполь­зуется для передачи крупных файлов (ар­хи­вов, книг и т.п.) по протоколу FTP (File Transfer Protocol – протокол передачи файлов).

ü Служба телеконференций (новостей, новостных групп) UseNet News (News­groups) обеспечивает просмотр материалов по выбранной тематике, присылаемых на сервер телеконференции самими пользователями. Используются также списки рассылки, формируемые с участием администратора (модератора) конференции и рассылаемые подписавшимся абонентам.

До повсеместного распространения Интернета функции телеконференций во многом выполняли электронные доски объявлений BBS (Bulletin Board System – система электронных бюллетеней), наиболее известной системой которых является сеть FidoNet, подключение к ним осуществляется по малым компьютерным сетям с одним сервером с помощью модемов через телефонные линии.

ü Служба интерактивного общения IRC (Internet Relay Chat – дословно, Интернет–трансляция болтовни), которую часто называют чат-конференциями или просто чатом, поддерживает коллективный разговор, участники которого набирают свои реплики на клавиатуре и видят сказанное другими на мониторе.

ü Система интернет-пейджинга ICQ (эти буквы звучат как английская фраза «I seek you» – я ищу тебя, а на жаргоне русского Интернета эту систему называют «аськой») дает возможность обмениваться сообщениями и файлами в режиме реального времени. Эта система обеспечивает поиск сетевого адреса абонента (постоянного или временного), если он в данный момент подключен к сети, по его персональному идентификационному номеру UIN (Universal Internet Number), получаемому при регистрации на цент­раль­ном сервере данной службы.

ü Режим Telnet служит для удаленного управления (по протоколу Telnet) через Интернет другими компьютерами и установленными на них программами, например, подключеннымми к аппаратуре для проведения экспериментов или выполняющими сложные математические расчеты.

Важными направлениями использования Интернета являются Интернет-телефония (IP-телефония) – передача телефонных разговоров и факсов по Интернету в кодировке, соответствующей протоколу IP, трансляция по Интернету радио- и телевизионных передач, беспроводное подключение к Интернету с мобильных телефонов: непосредственно по протоколу WAP (Wireless Application Protocol – протокол беспроводных приложений), или через компьютер по протоколу GPRS (General Packet Radio Service).

Шифрование передаваемой по Интернету информации обеспечивается протоколом SSL (Secured Socket Layer).