Стек протоколів TCP/IP: топологічні особливості, функції рівнів

TCP/IP – загальна назва для набору (стеку) мережевих протоколів різних рівнів, що використовуються в мережі Інтернет. Особливості TCP/IP:

· відкриті стандарти протоколів, що розроблялися незалежно від апаратного та програмного забеспечення;

· незалежність від фізичної середи передачі даних;

· система унікальної адресації;

· стандартизовані протоколи високого рівня для популярних сервісів.

Модель протоколу TCP/IP поділена на чотирі рівні:

· рівень мережевого інтерфейсу керує обміном данних між пристроєм та мережею, а також маршрутизує данні між пристроямі однеї мережи. Функціонально еквівалентний фізичному та канальному рівням моделі OSI;

· міжмережевий рівень керує обміном данними між пристроями, що знаходяться в різних мережах. Відповідає за функції сітьової адресації та відповідно сітьовому рівню в моделі OSI.

· транспортний рівень організовує зв'язок між джерелом та приймачем данних. Відповідає транспортному рівню моделі OSI.

· прикладний рівень забезпечує функції, що необхідні програмам користувача та включає в себе функції вищих рівней моделі OSI.

Транспортный протокол ТСР в стеке протоколов TCP/IP. Эти протоколы берут свое начало от одной из первых территориальных сетей ARPANET. Они получили широкое распространение благодаря реализации в ОС Unix и в сети Internet и в настоящее время оформлены в виде стандартов RFC (Requests For Comments) организацией IETF (Internet Engineering Task Force). TCP - дуплексный транспортный протокол с установлением соединения. Его функции: упаковка и распаковка пакетов на концах транспортного соединения; установление виртуального канала путем обмена запросом и согласием на соединение; управление потоком; помещение срочных данных между специальными указателями, т.е. возможность управлять скоростью передачи.

Сетевой протокол IP в стеке протоколов TCP/IP. IP - дейтаграммный сетевой протокол без установления соединения. Его функции: фрагментация и сборка пакетов при прохождении через промежуточные сети, имеющие другие протоколы; маршрутизация; проверка контрольной суммы заголовка пакета (правильность передачи всего пакета проверяется на транспортном уровне, т.е. с помощью TCP, в оконечном узле); управление потоком - сброс дейтаграмм при превышении заданного времени жизни.

В состав протокола IP входит ряд частных протоколов. Среди них протоколы ARP, IGP, EGP, относящиеся к маршрутизации на разных иерархических уровнях в архитектуре сети. На одном уровне с IP находится протокол управления ICMP (Internet Control Message Protocol).

Протокол ARP (Address Resolution Protocol) относится к связям "хост-хост" или "хост-шлюз" в конкретной подсети. Он использует локальные таблицы маршрутизации - ARP-таблицы, устанавливающие соответствие IP-адресов с NPA (Network Point of Attachment) адресами серверов доступа в соответствующих подсетях. В подсетях не нужно рассчитывать кратчайший путь и определять маршрут в разветвленной сети, что, естественно, ускоряет доставку. ARP-таблицы имеются в каждом узле. Если в таблице отправителя нет строки для IP-адреса получателя, то отправитель сначала посылает широковещательный запрос. Если некоторый узел имеет этот IP-адрес, он откликается своим NPA, и отправитель пополняет свою таблицу и отсылает пакет. Иначе отправка пакета произойдет на внешний порт сети.

Протокол IGP (Interior Dateway Pr.) предназначен для управления маршрутизацией в некотором домене (автономной сети - AS), т.е. он определяет маршруты между внутренними сетями домена. Другими словами, в AS имеется (или может быть получена) информация о путях ко всем сетям домена, и протокол IGP доставляет дейтаграмму в нужную подсеть в соответствии с алгоритмом маршрутизации RIP или OSPF. (В основе – алг. Дейкстры).

Протокол EGP (Exterior Gateway Pr.) относится к корневой сети и предназначен для управления маршрутизацией между внешними шлюзами и пограничными маршрутизаторами доменов. В TCP/IP входит также протокол UDP (User Datagram Protocol) - транспортный протокол без установления соединения, он значительно проще TCP, но используется чаще всего для сообщений, умещающихся в один пакет. После оформления UDP-пакета он передается с помощью средств IP к адресату, который по заголовку IP-пакета определяет тип протокола и передает пакет не агенту ТСР, а агенту UDP. Агент определяет номер порта и ставит пакет в очередь к этому порту. В UDP служебная часть дейтаграммы короче, чем в ТСР, не требуется предварительного установления соединения или подтверждения правильности передачи, как это делается в TCP, что и обеспечивает большую скорость за счет снижения надежности доставки

Среди протоколов управления различают протоколы, реализующие управляющие функции сетевого уровня, и протоколы мониторинга за состоянием сети, относящиеся к более высоким уровням. Основные функции протоколов мониторинга заключаются в сборе информации о состоянии сети, в предоставлении этой информации нужным лицам путем посылки ее на соответствующие узлы, в возможном автоматическом принятии необходимых управляющих мер. В сетях ТСР/IP роль первых из них выполняет протокол ICMP, роль вторых - протокол SNMP (Simple Network Management Protocol).

Основные функции ICMP:

· оповещение отправителя с чрезмерным трафиком о необходимости уменьшить интенсивность посылки пакетов;

· передача откликов (квитанций) на успешно переданные пакеты;

· контроль времени жизни Т дейтаграмм и их ликвидация при превышении Т или по причине искажения данных в заголовке;

· оповещение отправителя о недостижимости адресата;

· формирование и посылка временных меток (измерение задержки) для контроля времени доставки пакетов.

ICMP-пакеты вкладываются в IP-дейтаграммы при доставке.

Протокол SNMP относится к прикладному уровню в стеке протоколов TCP/IP. Менеджер (серверная программа SNMP) посылает запросы агентам, агенты (т.е. программы SNMP объектов управления) устанавливаются в контролируемых узлах, они собирают информацию (например, о загрузке, очередях, временах совершения событий), и передают ее серверу для принятия нужных мер.

Для посылки команд SNMP используется транспортный протокол UDP. Одной из проблем управления по SNMP является защита агентов и менеджеров от ложных команд и ответов, которые могут дезорганизовать работу сети. Используется шифрование сообщений, но это снижает скорость реакции сети на происходящие события. Расширением SNMP являются протоколы RMON (Remote Monitoring) для сетей Ethernet и Token Ring и RMON2 для сетевого уровня.