Структура связей протокольных модулей

Логическая структура сетевого программного обеспечения, реализующего протоколы семейства TCP/IP в каждом узле сети internet, изображена на рисунке 19.11.

Рисунок 19.11 – Структура протокольных модулей в узле сети TCP/IP

Прямоугольники обозначают обработку данных, а линии, соединяющие прямоугольники, – пути передачи данных. Горизонтальная линия внизу рисунка обозначает кабель сети Ethernet, которая используется в качестве примера физической среды; «o» – это трансивер.

Знак «*» – обозначает IP–адрес, а «@» – адрес узла в сети Ethernet (Ethernet–адрес). Понимание этой логической структуры является основой для понимания всей технологии internet.

Рассмотрим потоки данных, проходящие через стек протоколов, изображенный на рисунке 19.11. В случае использования протокола TCP, данные передаются между прикладным процессом и модулем TCP. Типичным прикладным процессом, использующим протокол TCP, является модуль FTP. Стек протоколов в этом случае будет FTP/TCP/IP/ENET. При использовании протокола UDP, данные передаются между прикладным процессом и модулем UDP. Например, SNMP пользуется транспортными услугами UDP. Его стек протоколов выглядит так: SNMP/UDP/IP/ENET. Модули TCP, UDP и драйвер Ethernet являются мультиплексорами . Действуя как мультиплексоры, они переключают несколько входов на один выход. Они также являются демультиплексорами . Как демультиплексоры, они переключают один вход на один из многих выходов в соответствии с полем типа в заголовке протокольного блока данных (рисунок 19.12).

Рисунок 19.12 – Мультиплексор n x 1 и демультиплексор 1 x n

Когда Ethernet–кадр попадает в драйвер сетевого интерфейса Ethernet, он может быть направлен либо в модуль ARP (Address Resolution Protocol адресный протокол), либо в модуль IP (Internet Protocol – межсетевой протокол). На то, куда должен быть направлен Ethernet–кадр, указывает значение поля типа в заголовке кадра.

Если IP–пакет попадает в модуль IP, то содержащиеся в нем данные могут быть переданы либо модулю TCP, либо UDP, что определяется полем «протокол» в заголовке IP–пакета.

Если UDP–дейтаграмма попадает в модуль UDP, то на основании значения поля «порт» в заголовке дейтаграммы определяется прикладная программа, которой должно быть передано прикладное сообщение. Если TCP–сообщение попадает в модуль TCP, то выбор прикладной программы, которой должно быть передано сообщение, осуществляется на основе значения поля «порт» в заголовке TCP–сообщения.

Мультиплексирование данных в обратную сторону осуществляется довольно просто, так как из каждого модуля существует только один путь вниз. Каждый протокольный модуль добавляет к пакету свой заголовок, на основании которого машина, принявшая пакет, выполняет демультиплексирование. Данные от прикладного процесса проходят через модули TCP или UDP, после чего попадают в модуль IP и оттуда – на уровень сетевого интерфейса.

Хотя технология Internet поддерживает много различных сред передачи данных предполагается использование Ethernet, так как именно эта среда чаще всего служит физической основой для IP–сети. Машина на рисунке 19.11 имеет одну точку соединения с Ethernet. Шестибайтный Ethernet–адрес является уникальным для каждого сетевого адаптера и распознается драйвером.

Машина имеет также четырехбайтный IP–адрес. Этот адрес обозначает точку доступа к сети на интерфейсе модуля IP с драйвером. IP–адрес должен быть уникальным в пределах всей сети Internet. Работающая машина всегда знает свой IP–адрес и Ethernet–адрес.

Работа с несколькими сетевыми интерфейсами. Одна машина может быть подключена одновременно к нескольким сегментам сети (средам передачи данных). Например, машина на рисунке 19.13 имеет два сетевых интерфейса Ethernet и, следовательно, 2 Ethernet–адреса. Из рисунка также видно, что эта машина имеет также 2 IP–адреса. Также видно, что в рассматриваемом случае модуль IP выполняет более сложную функцию – сложнее, чем в первом примере, так как осуществляет мультиплексирование входных и выходных данных в обоих направлениях и может передавать (ретранслировать) данные между сетями, модуль IP выполняет функции мультиплексора n x m и демультиплексора m x n (рисунок 19.13).

Рисунок 19.13 – Узел сети TCP/IP с двумя сетевыми интерфейсами

Такая функция, называется маршрутизацией. Данные, поступившие через один сетевой интерфейс, могут быть ретранслированы через другой сетевой интерфейс. Ретранслируемый пакет не поступает в модули TCP или UDP. Если модули TCP и UDP отсутствуют, то мы имеем дело с машиной – маршрутизатором (рисунок 19.14). Если модули TCP и UDP имеются, то это рабочая станция.

Рисунок 19.14 – Мультиплексор n x m и демультиплексор m x n

Таким образом, он осуществляет мультиплексирование входных и выходных данных в обоих направлениях. Модуль IP в данном случае сложнее, чем в первом примере, так как может передавать данные между сетями. Данные могут поступать через любой сетевой интерфейс и быть ретранслированы через любой другой сетевой интерфейс. Процесс передачи пакета в другую сеть называется ретрансляцией IP–пакета. Машина, выполняющая ретрансляцию, называется шлюзом.