Многоуровневая структура стека ТСР/IP.

 

В стеке ТСР/IP определены 4 уровня (рис. 34). Каждый из этих уровней несет на себе некоторую нагрузку по решению основной задачи – организации надежной и производительной работы составной сети, части которой построены на основе разных сетевых технологий.

1-й уровень. Прикладной (application) уровень стека ТСР/IP соответствует трем верхним уровням модели OSI: прикладному, представительному и сеансовому. Он объединяет службы предоставленные системой пользовательским приложениям. Протоколы прикладного уровня устанавливаются на «хостах», то есть конечный узел в Интернете. Прикладной уровень реализуется программными системами, построенными в архитектуре клиент-сервер. В отличие от протоколов других трех уровней, протоколы прикладного уровня занимаются деталями конкретного приложения и «не интересуются» способами передачи данных по сети, они обращаются к протоколам нижних уровней как к некоторому набору инструментов. Так, клиентская часть протокола прикладного уровня для обмена сообщениями со своей серверной частью, установленной на отдельном узле составной сети, должна обратиться с запросом к нижележащему транспортному уровню.

Этот уровень постоянно расширяется за счет присоединения к нему широко используемых протоколов сетевых служб типа Telnet – протокол эмуляции (преобразование характеристик реального терминала в характеристики, принятые в информационной сети) терминала, FTP (File Transfer Protocol) – протокол копирования файлов, SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – простой протокол передачи электронной почты, HTTP (Hypertext Transfer Protocol) – протокол передачи гипертекстовой информации и многие другие.

2-й уровень. Основной или транспортный (transport) уровень стека ТСР/IP может предоставлять вышеизложенному уровню два типа сервиса:

- гарантированная доставка – протокол управления передачей (Transmission Control Protocol) – ТСР;

- доставка по возможности (“best effort”) – протокол пользовательских дейтаграмм (датаграмм) (User Datagram Protocol) – UDP.

Уровни OSI	№ уровня стека	Уровни стека ТСР/IP
Прикладной (Application)	Уровень I	Прикладной (Application)	FTP, telnet, SMTP, HTTP
Представительный (Presentation)
Сеансовый (Session)
Транспортный (Transport)	Уровень II	Транспортный (Transport)
Сетевой (Network)	Уровень III	Сетевой (Network)
Канальный (Link)	Уровень IV	Уровень сетевых интерфейсов (Network Interface)	Протоколы инкапсуляции и преобразования адресов
Физический (Physical)

Рис. 34 Многоуровневая структура стека ТСР/IP.

FTP – File Transfer Protocol – протокол передачи файлов.

SMPT – Simple Mail Transfer Protocol – простой протокол передачи почты.

SNMP – Simple Network Management Protocol – простой протокол управления сетью.

HTTP – HyperText Transfer Protocol – протокол передачи гипертекста.

Telnet – служба, которая осуществляет сервис виртуального терминала.

Протоколы инкапсуляции – способ передачи пакетов, немаршрутизи-руемых протоколов в пакеты какого-либо сетевого протокола.

Архитектура ARPANET – информационная сеть Агентсва перспективных исследований проектов (DAPPA) МО США.

 

Уровни	Прикладные процессы
5-7	- Telnet - FTP - SMTP
	TCP
	IP
	Канальный уровень
	Физический уровень

 

Поскольку на сетевом уровне не устанавливаются соединения, то нет никаких гарантий, что все пакеты будут доставлены в место назначения целыми и невредимыми или придут в том же порядке, в котором они были отправлены. Эту задачу – надежной информационной связи между двумя отдельными узлами – решает основной (транспортный) уровень стека ТСР/IP.

Первый протокол ТСР – «гарантированная доставка» - обеспечивает надежную передачу сообщений между удаленными прикладными процессами за счет образования логических соединений, что позволяет ему нумеровать пакеты, подтверждать их прием квитанциями, в случае потери организовывать повторные передачи, распознавать и уничтожать дубликаты, доставлять прикладному уровню пакеты в том порядке, в котором они были отправлены.

Этот протокол позволяет равноранговым объектам на компьютере-отправителе и компьютере-получателе поддерживать обмен данными в дуплексном режиме. ТСР позволяет без ошибок доставить сформулированный на одном из компьютеров поток байтов с любого другого компьютера, входящий в составную сеть. ТСР делит поток байтов на части – сегменты и передает их нижележащему уровню межсетевого взаимодействия. После того как эти сегменты будут доставлены средствами уровня межсетевого взаимодействия в пункт назначения, протокол ТСР снова соберет их в непрерывный поток байтов.

Второй протокол этого уровня UDP – доставка «по возможности» - простейшим дейтаграммным протоколом, который используется в том случае, когда задача надежного обмена данными либо вообще не ставится, либо решается средствами более высокого уровня – системными прикладными службами или пользовательскими приложениями.

Таким образом, этот поток обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным способом, как и главный протокол уровня межсетевого взаимодействия IP, и выполняет только функции связующего звена (мультиплексора) между сетевым протоколом и многочисленными службами прикладного уровня или пользовательскими процессами от прикладного протокола транспортный уровень принимает задачу на передачу данных с тем или иным качеством, после выполнения рапортирует об этом прикладному уровню. К нижележащему уровню межсетевого взаимодействия протоколы ТСР и UDP обращаются как к своего рода инструменту, не очень надежному, но способному перемещать пакеты в свободном и рискованном путешествии по составной сети. Протокол ТСР и UDP, так же как и протокол прикладного уровня, устанавливаются на хостах (конечных узлах Интернета).

3-й уровень. Уровень межсетевого взаимодействия (internet), называемый так же сетевым (network) уровнем, является стержнем всей архитектуры ТСР/ IP.

Именно этот уровень, функции которого соответствуют сетевому уровню модели OSI, обеспечивает перемещение пакетов в пределах всей составной сети. Протоколы уровня межсетевого взаимодействия поддерживают интерфейсы с вышележащим транспортным уровнем, получая от него запросы на передачу данных по составной сети. Он реализует концепцию передачу пакетов в режиме без установления соединений, то есть дейтаграммным способом и обеспечивает возможность перемещения пакетов по сети, используя тот маршрут, который в данный момент является наиболее рациональным.

Основным протоколом межсетевого уровня (в терминах модели OSI) является межсетевой протокол IP (Internet Protocol). В его задачу входит продвижение пакета между подсетями – от одного программного маршрута до другого, до тех пор, пока пакет не попадет в сеть назначения. В отличие от протоколов «прикладного» и «основного» уровней протокол IP устанавливается не только на хостах, но и на всех шлюзах (маршрутизаторах в Интернете).

Протокол IP – это дейтаграммный протокол, работающий без установления соединений по принципу «по возможности», в соответствии с которым он не берет на себя ответственность за доставку пакета до узла назначения. Если же по каким-то причинам пакет теряется (например, из-за переполнения буфера), протокол IP не пытается повторить его передачу. Максимум на что он способен – послать уведомление о потере пакета узлу-отправителю.

Протокол IP изначально проектировался как хорошо масштабируемое средство передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Учитывая, что между двумя узлами сети может пролегать несколько возможных путей, задача перемещения данных в составной сети включает задачу прокладки и выбора маршрутов.

Протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), также относятся к уровню межсетевого взаимодействия.

На этом же уровне работает и протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol), предназначенный для обмена информацией об ошибках между маршрутизаторами сети и узлом-источником пакета. С помощью специальных пакетов ICMP сообщает 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.

Выбор последовательности шлюзов, через которые надо передавать пакет, чтобы он дошел до места назначения, - это задача протоколов уровня межсетевого взаимодействия. А вот перемещение пакета между соседними шлюзами в пределах каждой из встречающихся на пути пакета подсетей – это уже задача локальной (то есть использующейся в каждой из подсетей) технологии. Каждый раз, когда требуется воспользоваться локальными средствами доставки пакета в пределах подсети, протокол IP обращается к нижележащему уровню межсетевых интерфейсов.

Протоколы маршрутизации (например, RIP или OSPF) следует отличать от собственно сетевых протоколов (например, IP или IPX). В то время как первые собирают и передают по сети чисто служебную информацию о возможных маршрутах, а вторые предназначены для передачи пользовательских данных.

4-й уровень. Уровень сетевых интерфейсов (network interface) является интерпретацией функций самого нижнего уровня. Протоколы этого уровня должны обеспечивать интеграцию в составную сеть других сетей, причем сеть ТСР/ IP должна иметь средства включения себя в любой другой сети, какую бы внутреннюю технологию передачи данных эта сеть не использовала. Нижний уровень стека ТСР/ IP отвечает только за организацию интерфейса с частными технологиями подсетей. Упрощенная задача обеспечения интерфейса между двумя технологиями сводится, во-первых, к определению способа упаковки («инкапсуляции») пакета IP в единицу передаваемых данных промежуточной сети, а во-вторых, к определению способа преобразования сетевого адреса следующего шлюза в новый тип адреса, который принят для адресации узлов в технологии данной промежуточной сети.