Семейство протоколов TCP/IP. Структура стека.

В стеке TCP/IP определены четыре уровня. Каждый из этих уровней ориентирован на решение ряда задач по организации надежной и производительной работы составной сети, части которой построены на основе разных сетевых технологий.

Канальный уровень (Linklayer) описывает, каким образом передаются пакеты данных через физический уровень, включая кодирование (то есть специальные последовательности бит, определяющих начало и конец пакета данных). Ethernet, например, в полях заголовка пакета содержит указание того, какой машине или машинам в сети предназначен этот пакет. Примеры протоколов канального уровня — Ethernet, IEEE 802.11 WirelessEthernet, SLIP, TokenRing, ATM и MPLS. Кроме того, канальный уровень описывает среду передачи данных (будь то коаксиальный кабель, витая пара, оптическое волокно или радиоканал), физические характеристики такой среды и принцип передачи данных (разделение каналов, модуляцию, амплитуду сигналов, частоту сигналов, способ синхронизации передачи, время ожидания ответа и максимальное расстояние).

 

Уровень межсетевого взаимодействия

Стержнем всей архитектуры является уровень межсетевого взаимодействия, который реализует концепцию передачи пакетов в режиме без установления соединений, то есть дейтаграммным способом. Именно этот уровень обеспечивает возможность перемещения пакетов по сети, используя тот маршрут, который в данный момент является наиболее рациональным. Этот уровень также называют уровнем internet, указывая тем самым на основную его функцию — передачу данных через составную сеть. Основным протоколом сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке является протокол IP (InternetProtocol). Важное свойство IP протокола – способность фрагментировать пакет с длинным полем данных при передаче через сеть, допускающую только кадры с меньшим полем данных.

 

Основной уровень (транспортный)

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 — обеспечение надежной информационной связи между двумя конечными узлами — решает основной уровень стека TCP/IP, называемый также транспортным.

На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (UserDatagramProtocol). Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между удаленными прикладными процессами за счет образования логических соединений, т.е. это протокол с установлением соединения между получателем и отправителем. Этот протокол позволяет равноранговым объектам на компьютере-отправителе и компьютере-получателе поддерживать обмен данными в дуплексном режиме. TCP позволяет без ошибок доставить сформированный на одном из компьютеров поток байт в любой другой компьютер, входящий в составную сеть. TCP делит поток байт на части — сегменты, нумерует их и передает ниже лежащему уровню межсетевого взаимодействия. Пересылка пакетов в протоколе TCP осуществляется методов скользящего окна: с подтверждением получения пакетов с помощью квитанций от получателя и повторной отсылкой испорченных пакетов отправителем в том случае, если он (отправитель) не получил квитанцию в течении времени таймаута. После того как все сегменты в пакетах будут доставлены средствами протокола межсетевого взаимодействия IP в пункт назначения, протокол TCP снова соберет их в непрерывный поток байт.

Протокол UDP 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. Этот протокол работает быстрее, но не гарантирует доставки пакетов, поэтому может использоваться, для передачи единичных сообщений или мультимедийного трафика реального времени.

 

Прикладной уровень

Прикладной уровень объединяет все службы, предоставляемые системой пользовательским приложениям. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил большое количество протоколов и служб прикладного уровня. Прикладной уровень реализуется программными системами, построенными в архитектуре клиент-сервер, базирующимися на протоколах нижних уровней. В отличие от протоколов остальных трех уровней, протоколы прикладного уровня занимаются деталями конкретного приложения и «не интересуются» способами передачи данных по сети. Этот уровень постоянно расширяется за счет присоединения к старым, прошедшим многолетнюю эксплуатацию сетевым службам типа Telnet, FTP, TFTP, DNS, SNMP сравнительно новых служб таких, например, как протокол передачи гипертекстовой информации HTTP, IMAP4, NTP и др.

 

Адресация в IP - сетях.

Каждый компьютер в сети TCP/IP имеет адреса трех уровней:

• Локальный адрес узла, определяемый технологией, с помощью которой построена отдельная сеть, в которую входит данный узел. Для узлов, входящих в локальные сети - это МАС-адрес сетевого адаптера или порта маршрутизатора, например, 11-А0-17-3D-BC-01. Эти адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными адресами, так как управляются централизовано. Для всех существующих технологий локальных сетей МАС-адрес имеет формат 6 байтов: старшие 3 байта - идентификатор фирмы производителя, а младшие 3 байта назначаются уникальным образом самим производителем. Для узлов, входящих в глобальные сети, такие как Х.25 или frame relay, локальный адрес назначается администратором глобальной сети.
• IP-адрес, состоящий из 4 байт, например, 109.26.17.100. Этот адрес используется на сетевом уровне. Он назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер сети может быть выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения Internet (Network Information Center, NIC), если сеть должна работать как составная часть Internet. Обычно провайдеры услуг Internet получают диапазоны адресов у подразделений NIC, а затем распределяют их между своими абонентами.

 

Протокол IP.

IP (Internet Protocol) – протокол сетевого уровня сетевой модели OSI (Open Systems Interconnection) и относится к протоколам, которые организуют соединения на основе коммутации каналов. Из названия уже видно, что главная его задача – это передача данных, в том числе и во время доступа в сеть Интернет. Принцип организации IP-соединения следующий: информация поступающая от источника нарезается на небольшие порции, т.е. ячейки. Причем они могут быть не обязательно равной длинны. После нарезки к пакету информации присоединяется заголовок, в котором содержится служебная информация, необходимая для передачи: длинна пакета, класс трафика, версия протокола, а также адреса получателя и отправителя. В зависимости от формата, а точнее от числа байт, задействуемых для передачи адреса различают IPv4. Главным преимуществом технологии IP-коммутации является распределенность сети, т.е. у нее нет единого центра и, соответственно, "узкого горлышка".