Лекция № 7 (2 часа)

Тема: Стек протоколов TCP/IP

Цель: Ознакомится со струкурой стека протоколов TCP/IP, соответствием его уровней сетевой модели OSI и назначением.

План

Введение

1. История появления стека протоколов TCP/IP

2. Структура стека TCP/IP. Краткая характеристика протоколов

Введение

Стек протоколов TCP/IP - это промышленный стандарт стека протоколов, разработанный для глобальных сетей.

Стандарты TCP/IP опубликованы в серии документов RFC (Request for Comment). Документы RFC описывают внутреннюю работу сети Internet. Некоторые документы RFC описывают сетевые сервисы или протоколы и их реализацию, в то время как другие обобщают условия применения. Стандарты TCP/IP всегда публикуются в виде документов RFC.

1. История появления стека протоколов TCP/IP

Стек был разработан по инициативе Министерства обороны США (Department of Defence, DoD) для организации связи в экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Сеть ARPAnet поддерживала разработчиков и исследователей в военных областях. В сети ARPAnet связь между двумя компьютерами осуществлялась с использованием протокола IP (Internet Protocol), который и по сей день является одним из основных протоколов в стеке TCP/IP и фигурирует в названии стека.

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, чье подразделение IETF (Internet Engineering Task Force) вносит основной вклад в совершенствование стандартов стека, публикуемых в форме спецификаций RFC.

Лидирующая роль стека протоколов TCP/IP объясняется следующими его свойствами:

- это наиболее завершенный стандартный и в то же время популярный стек сетевых протоколов, имеющий многолетнюю историю;

- почти все большие сети передают основную часть своего трафика с помощью протоколов TCP/IP;

- это метод получения доступа к сети Internet;

- этот стек служит основой для создания корпоративных сетей, использующих транспортные услуги Internet;

- все современные операционные системы поддерживают стек протоколов 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 построенных по технологии клиент-сервер.

2. Структура стека TCP/IP. Краткая характеристика протоколов

Стек протоколов TCP/IP был разработан до появления модели взаимодействия открытых систем OSI, и основывался на модели сетевого взаимодействия DOD. Стек протоколов TCP/IP также имеет многоуровневую структуру, но соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI является достаточно условным.

Структура стека протоколов TCP/IP приведена на рисунке 32. Протоколы TCP/IP делятся на 4 уровня.

Рисунок 32. Стек протоколов TCP/IP

Самый нижний уровень (уровень IV) это уровень сетевых интерфейсов, он соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. Этот уровень в протоколах TCP/IP не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня.

Для локальных сетей это:

- Ethernet;

- Token Ring;

- FDDI;

- Fast Ethernet;

- и др.

Для глобальных сетей это:

- протоколы соединений "точка-точка" SLIP и PPP;

- протоколы территориальных сетей с коммутацией пакетов X.25, frame relay.

Обычно при появлении новой технологии локальных или глобальных сетей она быстро включается в стек TCP/IP за счет разработки соответствующего документа RFC, определяющего метод инкапсуляции пакетов IP в ее кадры.

Следующий уровень (уровень III) - это уровень межсетевого взаимодействия, который занимается передачей пакетов с использованием различных транспортных технологий локальных сетей.

В качестве основного протокола сетевого уровня (в терминах модели OSI) 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. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Протокол IP является датаграммным протоколом, то есть он не гарантирует доставку пакетов до узла назначения, но старается это сделать.

К уровню межсетевого взаимодействия относятся и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol). Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизаторами сети и узлом - источником пакета. С помощью специальных пакетов ICMP сообщается о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п.

Следующий уровень (уровень II) называется основным. На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол датаграмм 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 датаграммным способом, как и IP, и выполняет только функции связующего звена между сетевым протоколом и многочисленными прикладными процессами.

Верхний уровень (уровень I) называется прикладным. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил большое количество протоколов и сервисов прикладного уровня. К ним относятся такие широко используемые протоколы, как протокол передачи файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной информации, такие как WWW и многие другие. Остановимся несколько подробнее на некоторых из них.

В стеке TCP/IP протокол FTP предлагает наиболее широкий набор услуг для работы с файлами, однако он является и самым сложным для программирования. Приложения, которым не требуются все возможности FTP, могут использовать другой, более экономичный протокол - простейший протокол пересылки файлов TFTP (Trivial File Transfer Protocol). Этот протокол реализует только передачу файлов, причем в качестве транспорта используется более простой, чем TCP, протокол без установления соединения - UDP.

Протокол telnet обеспечивает передачу потока байтов между процессами, а также между процессом и терминалом. Наиболее часто этот протокол используется для эмуляции терминала удаленного компьютера. При использовании сервиса telnet пользователь фактически управляет удаленным компьютером так же, как и локальный пользователь, поэтому такой вид доступа требует хорошей защиты. Поэтому серверы telnet всегда используют как минимум аутентификацию по паролю, а иногда и более мощные средства защиты, например шифрование пересылаемых данных.

Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) используется для организации сетевого управления. Изначально протокол SNMP был разработан для удаленного контроля и управления маршрутизаторами Internet, которые традиционно часто называют также шлюзами. С ростом популярности протокол SNMP стали применять и для управления любым коммуникационным оборудованием - коммутаторами, мостами, сетевыми адаптерами и т.д. и т.п. Проблема управления в протоколе SNMP разделяется на две задачи.

Первая задача связана с передачей информации. Протоколы передачи управляющей информации определяют процедуру взаимодействия SNMP -агента, работающего в управляемом оборудовании, и SNMP -монитора, работающего на компьютере администратора, который часто называют также консолью управления. Протоколы передачи определяют форматы сообщений, которыми обмениваются агенты и монитор.

Вторая задача связана с контролируемыми переменными, характеризующими состояние управляемого устройства. Стандарты регламентируют, какие данные должны сохраняться и накапливаться в устройствах, имена этих данных и синтаксис этих имен. В стандарте SNMP определена спецификация информационной базы данных управления сетью. Эта спецификация, известная как база данных MIB (Management Information Base), определяет те элементы данных, которые управляемое устройство должно сохранять, и допустимые операции над ними.

Контрольные вопросы

1. Опишите структуру стека протоколов TCP/IP.

2. Опишите назначение уровня сетевых интерфейсов стека TCP/IP и его соответствие уровням сетевой модели OSI.

3. Опишите назначение уровня межсетевого взаимодействия стека TCP/IP и его соответствие уровням сетевой модели OSI.

4. Опишите назначение основного (транспортного) уровня стека TCP/IP и его соответствие уровням сетевой модели OSI.

5. Опишите назначение прикладного уровня стека TCP/IP и его соответствие уровням сетевой модели OSI.

6. Основное назначение протокола IP?

7. Основное назначение протокола TCP?

8. Основное назначение протоколов FTP, TFTP и их отличие?

9. Основное назначение протокола Telnet?

10. Основное назначение протокола SNMP?