Сетевые протоколы, используемые в сети Интернет.

Протокол – это набор соглашений и правил, определяющих порядок обмена информацией в компьютерной сети.

Протокол TCP/IP (1974)

q TCP (Transmission Control Protocol)

§ файл делится на пакеты размером не более 1,5 Кб

§ пакеты передаются независимо друг от друга

§ в месте назначения пакеты собираются в один файл

q IP (Internet Protocol)

§ определяет наилучший маршрут движения пакетов

q HTTP (HyperText Transfer Protocol) – служба WWW

q FTP (File Transfer Protocol) – служба FTP

q SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – отправка сообщений электронной почты

q POP3 (Post Office Protocol) – прием сообщений электронной почты (требуется пароль)

 

Иерархия протоколов TCP/IP

	Application level
	Transport level
	Internet level
	Network interface
	Hardware level

Протоколы TCP/IP широко применяются во всем мире для соединения компьютеров в сеть Internet. Архитектура протоколов TCP предназначена для объединенной сети, состоящей из соединенных друг с другом шлюзами отдельных разнородных компьютерных подсетей. Иерархию управления в TCP/IP-сетях обычно представляют в виде двух уровневой модели, приведенной на рисунке.

1. Этот нижний уровень hardware описывает ту или иную среду передачи данных

2. На уровне network interface (сетевой интерфейс) лежит аппаратно — зависимое программное обеспечение, реализующее, распространение информации на том или ином отрезке среды передачи данных. Отметим, что TCP/IP, изначально ориентированный на независимость от среды передачи данных, никаких ограничений "от себя" на программное обеспечение, этих двух уровней не накладывает. Понятия «среда передачи данных» и «программное обеспечение сетевого интерфейса» могут на практике иметь различные по сложности и функциональности наполнения. Это могут быть и простое модемное двухточечное звено, и представляющая сложную многоузловую коммуникационную структуру сеть Х.25 или Frame Relay.

3. Уровень internet (межсетевой) представлен протоколом IP. главная задача — маршрутизация (выбор пути через множество промежуточных узлов) при доставке информации от узла отправителя до узла-адресата. Вторая важная задача протокола IP - сокрытие аппаратно-программных особенностей среды передачи данных и предоставление вышележащим уровням единого унифицированного и аппаратно независимого интерфейса для доставки информации. Достигаемая при этом канальная (аппаратная) независимость и обеспечивает много платформенное применение приложений, работающих над TCP/IP.

4. Протокол IP не обеспечивает транспортную службу в том смысле, что не гарантирует доставку пакетов, сохранение порядка и целостности потока пакетов и не различает логические объекты (процессы), порождающие поток информации. Это задачи других протоколов — TCP и UDP, относящихся к следующему transport (транспортному) уровню. TCP и UDP реализуют различные режимы доставки данных. TCP, как говорят, — протокол с установлением соединения. Это означает, что два узла, связывающиеся помощи этого протокола, "договариваются" о том, что будут обме­ниваться потоком данных, и принимают некоторые соглашения об управлении этим потоком. UDP (как, собственно, и IP) является дейтаграммным протоколом, т. е. таким, что каждый блок переда­ваемой информации (пакет) обрабатывается и распространяется от узла к узлу не как часть некоторого потока, а как независимая еди­ница информации — дейтаграмма (datagram).

5. Выше — на уровне application (прикладном) — лежат прикладные задачи, такие как обмен, файлами (File Transfer Protocol, FTP) и со­общениями электронной почты (Simple Mail Transfer Protocol, SMTP), терминальный доступ к удаленным серверам (Telnet)

В связи с особой ролью протоколов TCP/IP в сети Internet остановим­ся на них более подробно. Знание этого семейства протоколов поможет узнать, как работает Internet. Передаваемая по сети информация разбива­ется на пакеты — небольшие (не более 1500 символов) порции данных Пакеты посылают независимо друг от друга, а в пункте приема собира­ются в нужной последовательности. Такой режим передачи называется дейтаграммным. Другими словами, протокол TCP/IP распределяет ин­формацию по множеству дейтаграмм, после чего в пункте приема прове­ряет их достоверность и собирает снова. Протокол IP управляет адреса­цией, последовательностью и пересылкой. Протоколы TCP/IP относятся к транспортному уровню Эталонной модели взаимодействия открытых систем и не зависят от протоколов других уровней этой модели. Благода­ря этому протоколы TCP/IP идеально подходят для современной Internet. Когда сорок (или около того) миллионов людей используют в своей ра­боте самые разнообразные системы, значительно удобнее осуществлять проверку ошибок на уровне протокола, который поддерживают все эти системы.

В TCP/IP для проверки правильности пакета используется механизм, который носит название контрольная сумма. Контрольная сумма — это число, помещаемое в дейтаграмму и вычисляемое по специальному алгоритму для всех символов дейтаграммы. Заголовок содержит также номер дейтаграммы в передаваемой последовательности дейтаграмм, служащий для определения порядка дейтаграмм при восстановлении первоначаль­ной информации. После добавления заголовка TCP передает дейтаграм­му протоколу IP.

Протокол IP добавляет к каждой дейтаграмме заголовок адреса. Заго­ловок включает в себя адреса отправителя и получателя каждой дейта­граммы. После этого IP передает дейтаграмму компьютеру-отправителю, использующему собственный протокол (например, протокол Internet Point-to-Point (точка-точка) или сокращенно — РРР), который помещает дейтаграмму в кадр данных.

Пока кадр данных путешествует по Internet, он проходит через не­сколько IP-маршрутизаторов Internet. Каждый маршрутизатор читает ад­рес назначения кадра и выбирает адрес следующего маршрутизатора, ко­торому нужно послать кадр, чтобы тот достиг пункта назначения. Вслед­ствие того, что поток информации в сети никогда не бывает постоян­ным, то разные кадры могут идти через различные маршрутизаторы. Кроме того, некоторые маршрутизаторы могут не работать по какой-либо причи­не. Если маршрутизатор IP обнаруживает, что адрес занят или не работает, то он выбирает альтернативный адрес, по которому и посылает кадр.

Из всего этого следует, что кадры могут прибыть по назначению со­всем не в том порядке, в котором они были отправлены из исходного пункта, следовательно, их нужно проверить и выстроить по порядку.

По­сле того как получающий компьютер принимает кадр, он первым делом проверяет верхний и нижний заголовки кадра, чтобы удостовериться в корректности содержащейся в нем дейтаграммы. IP отвечает за адрес ка­ждой дейтаграммы, а TCP проверяет корректность дейтаграммы. Для этого рассчитывается контрольная сумма, которая сравнивается с исход­ной. Если контрольные суммы не совпадают, то TCP посылает запрос на повторную отправку пакета. После получения и проверки всех дейта­грамм, TCP восстанавливает их порядок, удаляет заголовки и передает информацию получающему компьютеру.

Система IP-адресации.

Для организации всемирной сети нужна хорошая система адресации, которая будет использоваться для направления информации всем адреса­там. Союз Internet установил для адресации всех узлов Internet единый стандарт, называемый адресацией IP. Любой IP-адрес состоит из четырех чисел в интервале от 1 до 254, разделенных точками. Ниже приведен пример IP-адреса: 10.18.49.102. В схемах IP-адресации также могут ис­пользоваться числа 0 и 255, но они зарезервированы для специальных целей. Число 255 используется для направления дейтаграммы всем ком­пьютерам сети IP. Число 0 используется для более точного указания ад­реса. Предположим, что в приведенном выше примере адрес служит для обозначения узла 102 в сети 10.18.49.102. В таком случае адрес 10.18.49.0 будет обозначать только сеть, а 0.0.0.102 будет обозначать один узел.

IP-адрес можно использовать для построения как сетей с несколькими узлами, так и сетей, содержащих миллионы узлов. Для этого Союз Internet определил пять классов сетей, отличающихся друг от друга по размеру.

¨ Класс А: Большие сети с миллионами узлов.
Первый октет (самый ле­вый) обозначает адрес сети. Оставшиеся три — обозначают номер узла.

¨ Класс В: Сети средних размеров с тысячами узлов.
Первые два октета (слева) обозначают адрес сети. Остальные два (справа) — обозначают номер узла.

¨ Класс С: Небольшие сети с несколькими сотнями узлов.

 

¨ Классы D и E используются для служебных целей

Класс сети	w	Номер сети	Номер компьютера	Число сетей	Число компьютеров
A	1..126	w	x.y.z
B	128-191	w.x	y.z
C	192-223	w.x.y	z

¨

¨ Первые три октета обозначают адрес сети. Последний октет — адрес узла.

За уникальным IP-адресом сети обращайтесь к своему провайдеру Internet. После того как вам будет выделена подсеть, вы должны будете присвоить каждому ее узлу свой IP-адрес. В стандартных сете­вых операционных системах, например Novell InternetWare и Microsoft Windows NT, есть специальные утилиты, с помощью которых можно присвоить сети IP-адрес.

Естественно, довольно тяжело запомнить IP-адреса всех компьютеров сети, не говоря уже обо всей Internet.

Поэтому в 1993 году был создан Информационный центр сети Internet (Internet Network Information Center — InterNIC), который управляет системой доменных имен (Domain Name System — DNS).

Этот механизм предназначен для подстановки легко за­поминающихся символьных имен доменов вместо числовых IP-адресов. Например, сотруднику кафедры компьютерных систем НТУ "КПИ" лег­че запомнить доменное имя comsys.ntu-kpi, чем соответствующий ему IP адрес 10.18.49.102.

После того как вам будет выделен IP-адрес, вы долж­ны выбрать для себя имя домена в приведенном выше примере — соmsys. Выбранное имя домена должно быть уникальным, кроме того, оно не должно быть связано с каким-либо другим адресом Internet. Ваше имя домена добавляется к иерархической базе данных имен доменов. Имя домена состоит из серий символов, разделенных между собой точками. Самая правая часть имени домена обозначает наибольший домен, к ко­торому принадлежит конкретный адрес, а также тип организации, кото­рой принадлежит данный адрес. Например, в имени домена comsys.ntu-kpi.kiev.ua домен.uа обозначает, что этот адрес принадлежит Украине. В странах, расположенных за пределами Соединенных Штатов, обычно ис­пользуются собственные типы доменов, обычно состоящие из двух букв, обозначающих страну. Например, домен.uа - обозначает Украину,.fr — Францию, a.nl — Нидерланды.

Символы, стоящие перед типом домена, служат для обозначения за­регистрированного имени поддомена, относящегося к IP-адресу. В приве­денном примере под домен обозначает город Киев, под домен.ntu-kpi — Национальный технический университет Украины, comsys — кафедру компьютерных систем этого университета.

Для хранения и управления именами доменов используется иерархия серверов имен. На этих серверах хранятся базы данных имен доменов и связанные с ними IP-адреса. Если пользователь сети хочет подключиться к какому-либо Internet-адресу, то он обращается к локальному серверу имен. Этот сервер сначала пытается найти IP-адрес в собственной базе данных. Найдя его, оно возвращает адрес компьютеру, сделавшему за­прос, и тот устанавливает Internet-соединение. Если в локальной базе данных нет соответствующего имени, то сервер передает запрос следую­щему по иерархии серверу. Имя будет передаваться вверх по иерархии до тех пор, пока запрос не дойдет до корневого сервера имен (root name server), который является сервером, содержащим имена доменов и IP-адреса, принадлежащие к доменам определенных типов, например.corn. Корневые серверы имен расположены на территории Соединенных Шта­тов и принадлежат (точнее будет, сказать сопровождаются) InterNIC. Если IP-адрес есть в базе данных корневого сервера, то он возвращается ком­пьютеру, пославшему запрос. В противном случае сервер возвращает со­общение об отсутствии имени домена. Возвращаемые с корневого сервера IP-адреса запоминаются в кэш-памяти локального сервера имен доменов. Это делается для ускорения обращения к часто используемым серверам, поскольку уменьшает коли­чество запросов к корневым серверам имен.

Кроме того, имена доменов включают категорию верхнего уровня.

На­пример, www в начале имени домена обозначает, что сервер поддержива­ет связь по World Wide Web (обычно называют просто Web), которая яв­ляется одной из самых больших категорий Internet-серверов.

Для того чтобы быть частью World Wide Web, сервер должен использовать стан­дартный метод форматирования документов, называемый Языком форма­тирования гипертекста (HyperText Markup Language — HTML), благодаря чему документ может быть прочитан на любом компьютере, поддержи­вающем HTML. Web-компьютеры также используют Протокол передачи гипертекста (HTTP), который обеспечивает поддержку связей, внедрен­ных в HTML документы. Внедренные связи являются специальными ин­струкциями, с помощью которых можно быстро и легко переходить от документа на одном Web-сервере к документу на другом Web-сервере. Сегодня в Internet существуют миллионы Web-серверов.

Другую распространенную категорию верхнего уровня образуют сер­веры, поддерживающие протокол передачи файлов (File Transfer Protocol — FTP). Эти серверы предназначены преимущественно для хранения и за­грузки файлов данных. Например, фирма-производитель ап­паратного обеспечения может установить FTP-сервер, на котором будет размещать обновленные драйверы устройств и утилиты, а учебное заве­дение может поставить FTP-сервер для хранения файлов виртуальной библиотеки. Например, доменное имя файл-сервера программного обес­печения кафедры ВТ НТУУ КПИ — ftp.comsys.ntu-kpi.kiev.ua