лекция Семейство протоколов TCP/IP

Глобальная сеть Интернет – это всемирное объединение различных региональных и корпоративных компьютерных сетей, образующих единое информационное пространство благодаря использованию общих стандартных протоколов передачи данных. Основным стандартным протоколом в Интернет является TCP/IP (Transmission Control Protocol – Internet Protocol).

Выбор протокола TCP/IP в качестве стандартного был обусловлен исторически. В 70-х годах в сети ARPANET Министерства обороны США были впервые использованы коммуникационные протоколы, положенные в основу Интернет. Построенная в то время сеть была очень надежна и использовала протоколы семейства TCP/IP. В 80-е годы шел процесс объединения сетей, использующих TCP/IP, и происходило становление сети Интернет, важную роль в этом сыграл Национальный научный фонд США. В 90-х годах Интернет переживает бурный рост: в геометрической прогрессии увеличивается число подключенных к сети компьютеров, сетевых информационных систем и количество доступных документов, постоянно возрастает объем передаваемой информации.

TCP/IP – название семейства протоколов передачи данных в сети. Протокол – набор правил и команд (язык) с помощью которых происходит передача данных в сети. Протокол TCP/IP – сетевой протокол, обеспечивающий коммуникации по объединенным сетям, составленным из компьютеров с различной аппаратной архитектурой, работающих под управлением различных операционных систем. TCP/IP может использоваться для поддержки коммуникаций с системами Windows NT, с устройствами, использующими другие сетевые продукты Microsoft, а также с системами, отличными от Microsoft, например, UNIX-системами.

Семейство протоколов TCP/IP является стандартным набором сетевых протоколов или правил, управляющих способом передачи данных между компьютерами в сети. TCP/IP используется для соединения с Интернет, объединенной сетью в масштабах всего мира, охватывающей множество университетов, исследовательских лабораторий, организаций, корпораций, а также частные корпоративные сети, объединяющих несколько локальных сетей.

Microsoft TCP/IP обеспечивает все элементы, необходимые для реализации протоколов при организации сетевого взаимодействия. В состав Microsoft TCP/IP входят:

- протокол управления передачей (Transmission Control Protocol, TCP);
- межсетевой протокол (Internet Protocol, IP);
- простой протокол передачи почты (Simple Mail Transfer Protocol, SMTP);
- протокол датаграмм пользователя (User Datagram Protocol, UDP);
- протокол разрешения адреса (Address Resolution Protocol, ARP), определяет уникальные числовые адреса машин в сети;
- межсетевой протокол управления сообщениями (Internet Control Messages Protocol, ICMP).

Это множество межсетевых протоколов предоставляет набор стандартов, определяющих, каким образом взаимодействуют компьютеры, и как можно осуществить объединение сетей. Обеспечивается также поддержка PPP и SLIP, протоколов, используемых для доступа по коммутируемым линиям к сетям TCP/IP, включая Internet.

Каждый компьютер, подключенный к сети Интернет, имеет уникальный числовой идентификатор – IP-адрес длиной в 32 бита из четырех частей по 8 бит, например 194.85.160.21. Для удобства чтения каждый байт IP-адреса при записи отделяется точкой. Используется и другая форма идентификации компьютеров в сети – форма доменных имен. Между IP-адресом компьютера и его доменным именем устанавливается соответствие. IP-адрес также называют сетевым адресом компьютера, а доменное имя – сетевым именем компьютера. Например, компьютер с указанным выше адресом называется StarLab.ifmo.ru.

Семейство протоколов TCP/IP

Термин "TCP/IP" обычно обозначает все, что связано с протоколами TCP и IP. Он охватывает целое семейство протоколов, прикладные программы и даже саму сеть. В состав семейства входят протоколы UDP, ARP, ICMP, TELNET, FTP и многие другие. TCP/IP - это технология межсетевого взаимодействия, технология internet. Сеть, которая использует технологию internet, называется "internet". Если речь идет о глобальной сети, объединяющей множество сетей с технологией internet, то ее называют Internet. Протокол ARP Для отображения IP-адресов в Ethernet адреса используется протокол ARP (Address Resolution Protocol - адресный протокол). Отображение выполняется только для отправляемых IP-пакетов, так как только в момент отправки создаются заголовки IP и Ethernet.

ARP-таблица для преобразования адресов Преобразование адресов выполняется путем поиска в таблице. Эта таблица, называемая ARP-таблицей, хранится в памяти и содержит строки для каждого узла сети. В двух столбцах содержатся IP- и Ethernet-адреса. Если требуется преобразовать IP-адрес в Ethernet-адрес, то ищется запись с соответствующим IP-адресом. Ниже приведен пример упрощенной ARP-таблицы.

Межсетевой протокол IP

Модуль IP является базовым элементом технологии internet, а центральной частью IP является его таблица маршрутов. Протокол IP использует эту таблицу при принятии всех решений о маршрутизации IP-пакетов. Содержание таблицы маршрутов определяется администратором сети. Ошибки при установке маршрутов могут заблокировать передачи.

Чтобы понять технику межсетевого взаимодействия, нужно понять то, как используется таблица маршрутов. Это понимание необходимо для успешного администрирования и сопровождения IP-сетей.

Протокол UDP

Протокол UDP (User Datagram Protocol - протокол пользовательских датаграмм) является одним из двух основных протоколов, расположенных непосредственно над IP. Он предоставляет прикладным процессам транспортные услуги, которые не многим отличаются от услуг, предоставляемых протоколом IP. Протокол UDP обеспечивает ненадежную доставку датаграмм и не поддерживает соединений из конца в конец. К заголовку IP-пакета он добавляет два поля, одно из которых, поле "порт", обеспечивает мультиплексирование информации между разными прикладными процессами, а другое поле - "контрольная сумма" - позволяет поддерживать целостность данных. Примерами сетевых приложений, использующих UDP, являются NFS (Network File System - сетевая файловая система) и SNMP (Simple Network Management Protocol - простой протокол управления сетью).

Протокол TCP

Протокол TCP предоставляет транспортные услуги, отличающиеся от услуг UDP. Вместо ненадежной доставки датаграмм без установления с оединений, он обеспечивает гарантированную доставку с установлением соединений в виде байтовых потоков. Протокол TCP используется в тех случаях, когда требуется надежная доставка сообщений. Он освобождает прикладные процессы от необходимости использовать таймауты и повторные передачи для обеспечения надежности. Наиболее типичными прикладными процессами, использующими TCP, являются FTP (File Transfer Protocol - протокол передачи файлов) и TELNET. Кроме того, TCP используют система X-Window, rcp (remote copy - удаленное копирование) и другие "r-команды". Большие возможности TCP даются не бесплатно. Реализация TCP требует большой производительности процессора и большой пропускной способности сети. Внутренняя структура модуля TCP гораздо сложнее структуры модуля UDP.

Протокол TELNET

Протокол TELNET позволяет обслуживающей машине рассматривать все удаленные терминалы как стандартные "сетевые виртуальные терминалы" строчного типа, работающие в коде ASCII, а также обеспечивает возможность согласования более сложных функций (например, локальный или удаленный эхо-контроль, страничный режим, высота и ширина экрана и т.д.) TELNET работает на базе протокола TCP. На прикладном уровне над TELNET находится либо программа поддержки реального терминала (на стороне пользователя), либо прикладной процесс в обсуживающей машине, к которому осуществляется доступ с терминала.

Протокол FTP

Протокол FTP (File Transfer Protocol - протокол передачи файлов) распространен также широко как TELNET. Он является одним из старейших протоколов семейства TCP/IP. Также как TELNET он пользуется транспортными услугами TCP. Существует множество реализаций для различных операционных систем, которые хорошо взаимодействуют между собой. Пользователь FTP может вызывать несколько команд, которые позволяют ему посмотреть каталог удаленной машины, перейти из одного каталога в другой, а также скопировать один или несколько файлов.

Протокол SMTP

Протокол SMTP (Simple Mail Transfer Protocol - простой протокол передачи почты) поддерживает передачу сообщений (электронной почты) между произвольными узлами сети internet. Имея механизмы промежуточного хранения почты и механизмы повышения надежности доставки, протокол SMTP допускает использование различных транспортных служб. Он может работать даже в сетях, не использующих протоколы семейства TCP/IP. Протокол SMTP обеспечивает как группирование сообщений в адрес одного получателя, так и размножение нескольких копий сообщения для передачи в разные адреса. Над модулем SMTP располагается почтовая служба конкретных вычислительных систем

Протокол SNMP

Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol - простой протокол управления сетью) работает на базе UDP и предназначен для использования сетевыми управляющими станциями. Он позволяет управляющим станциям собирать информацию о положении дел в сети internet. Протокол определяет формат данных, их обработка и интерпретация остаются на усмотрение управляющих станций или менеджера сети

X-Window

Система X-Window использует протокол X-Window, который работает на базе TCP, для многооконного отображения графики и текста на растровых дисплеях рабочих станций. X-Window - это гораздо больше, чем просто утилита для рисования окон; это целая философия человеко-машинного взаимодействия