Лекция 8

Стек TCP/IP

Стек TCP/IP был разработан по инициативе Министерства обороны США более 20 лет на­зад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих прото­колов для разнородной вычислительной среды. Большой вклад в развитие стека TCP/IP, который получил свое название по популярным протоко­лам IP и TCP, внес университет Беркли, реали­зовав протоколы стека в своей вер­сии ОС UNIX. Популярность этой опера­ционной системы привела к широкому распространению протоколов TCP, IP и других протоколов стека. Сего­дня этот стек используется для связи компьютеров всемирной ин­формационной сети Internet, а также в огромном числе корпоративных сетей.

Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты фи­зического и ка­нального уровней: для локальных сетей — это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобаль­ных — протоколы работы на аналоговых коммутируемых и вы­деленных линиях SLIP, РРР, прото­колы территориальных сетей Х.25 и ISDN.

Основными протоколами стека, давшими ему название, являются протоколы IP и TCP. Эти протоколы в терминологии модели OSI относятся к сетевому и транспортному уров­ням соот­ветственно. IP обеспечивает продвижение пакета по составной сети, a TCP гаран­тирует на­дежность его доставки.

За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP во­брал в себя большое количество протоколов прикладного уровня. К ним относятся такие популяр­ные протоколы, как протокол пересылки файлов FTP, протокол эмуляции терми­нала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы службы WWW и многие другие.

Сегодня стек TCP/IP представляет собой один из самых распространенных стеков транс­портных протоколов вычислительных сетей. Действительно, только в сети Internet объеди­нено около 10 миллионов компьютеров по всему миру, кото­рые взаимодействуют друг с дру­гом с помощью стека протоколов TCP/IP.

Хотя протоколы TCP/IP неразрывно связаны с Internet и каждый из много­миллионной ар­мады компьютеров Internet работает на основе этого стека, суще­ствует большое количе­ство локаль­ных, корпоративных и территориальных сетей, непосредственно не являю­щихся частями Internet, в которых также используют протоколы TCP/IP. Чтобы отличать их от Internet, эти сети называют сетями TCP/IP или просто IP-сетями.

Поскольку стек TCP/IP изначально создавался для глобальной сети Internet, он имеет много особенностей, дающих ему преимущество перед другими протоко­лами, когда речь заходит о построении сетей, включающих глобальные связи. В част­ности, очень полезным свойством, делающим возможным применение этого протокола в больших сетях, является его способ­ность фрагментировать пакеты. Действительно, большая составная сеть часто состоит из се­тей, построенных на совершенно разных принципах. В каждой из этих сетей может быть ус­тановлена собственная величина максимальной длины единицы передавае­мых данных (кад­ра). В таком случае при переходе из одной сети, имеющей большую мак­симальную длину, в сеть с меньшей максимальной длиной может возникнуть необходи­мость деления передавае­мого кадра на несколько частей. Протокол IP стека TCP/IP эф­фек­тивно решает эту задачу.

Другой особенностью технологии TCP/IP является гибкая система адреса­ции, позволяю­щая более просто по сравнению с другими протоколами аналогич­ного назначения вклю­чать в ин­терсеть сети других технологий. Это свойство также способствует применению стека TCP/IP для построения больших гетеро­генных сетей.

В стеке TCP/IP очень экономно используются возможности широковещатель­ных рассы­лок. Это свойство совершенно необходимо при работе на медленных каналах связи, харак­терных для территориальных сетей.

Однако, как и всегда, за получаемые преимущества надо платить, и платой здесь оказыва­ются высокие требования к ресурсам и сложность администрирования IP-сетей. Мощные функцио­нальные возможности протоколов стека TCP/IP требуют для своей реализации высоких вы­числительных затрат. Гибкая система адресации и отказ от широковещатель­ных рассылок приводят к наличию в IP-сети различ­ных централизованных служб типа DNS, DHCP и т. п. Каждая из этих служб направлена на облегчение администрирования сети, в том числе и на облегчение кон­фигурирования оборудования, но в то же время сама требует пристального внима­ния со стороны администраторов.

Можно приводить и другие доводы за и против стека протоколов Internet, од­нако факт ос­та­ется фактом — сегодня это самый популярный стек протоколов

Комплект протоколов ТCP/IP

Стек протоколов ТСР/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol - протокол управ­ле­ния передачей/межсетевой протокол) - наиболее широко используемый стандарт.

Прежде всего отметим, что - это не один протокол, а целый ряд протоколов, совместная ра­бота которых обеспечивает выполнение разных функций связи. Основными достоинст­вами TCP/IP является следующее:

1. Масштабируемость - комплект TCP/IP обеспечивает выполнение широчайшей гаммы сервисных функций, Пользователи могут совместно использовать файлы и принтеры так же, как и NT и NetWare. С помощью сервисов эмуляции терминалов они могут выпол­нять при­ложения на удаленных компьютерах, позволяя использовать возможности боль­ших систем для выполнения конкретных программ. TCP/IP обладает высокой степенью масштабируемо­сти, и пользователи могут по своему усмотрению выбрать любое подмно­жество протоколов в качестве клиентских или серверных сервисов.

2. Другая примечательная черта TCP/IP - его «открытость». Хотя Microsoft и пользуется для передачи данных в сети общедоступной спецификацией SMB, она вводит в другие ком­поненты собственные сетевые сервисы. Нельзя просто включить какой-то SMB -кли­ент в до­мен, созданный на базе Windows NT, и ожидать, что он заработает. У Novell дела еще хуже, потому что она слишком охраняет свой NCP, хотя оказалось возможным создать их но­вую реализацию исходя из выполняемых функций (осуществить так назы­ваемое обратное проектирование).

Сетевые средства Мicrosoft всегда создавались на основе интерфейса прикладного програм­ми­рования (API), NetBIOS и различных родственных протоколов (NBF, NetBEUI).

Основная проблема совместимости между NetBIOS и ТСР/IP возникает в результате различного подхода к идентификации систем в сети. Протокол NetBIOS использует для иден­тификации узлов сети имена компьютеров, связанные непосредственно с аппарату­рой (обычно Ethernet), тогда как в ТСР/IP применяется четырехсегментный IP- адрес с точками.

И Microsoft и Novell лицензируют свои серверные продукты для работы на целом ряде плат­форм, включая миникомпьютеры и мэйнфреймы, но при этом пользователь должен выпол­нять данный сетевой сервис на каждом хост-компьютере и на каждом клиенте у себя в орга­низации - в лучшем случае это крайне дорого и обременительно. ÒCP/IP же - полно­стью об­щедоступная спецификация. Любой человек может предлагать дополнения к этой специфика­ции и процесс протекает абсолютно открыто. Так, многие фирмы предлагают свои плат­формы с уже встроенными протоколами и сервисами ТCP/IP. Это облегчает ко­нечному поль­зователю задачу совместного использования различных ресурсов без при­вязки к конкретному поставщику.

3. Третье важное преимущество TCP/IP состоит в том, что это набор очень надежных прото­колов, в состав которых входят транспортные протоколы, эффективно работающие в гло­бальных сетях. Протокол NBF (и в меньшей степени IPX) предназначался для ис­пользова­ния в локальных сетях. В глобальных сетевых средах эта схема работает плохо. Протокол IPX - полностью маршрутизируемый, но более высокоуровневый. NCP преду­сматривает яв­ное квитирование всех передаваемых сетевых пакетов, что сильно замедляет его работу с глобальными сетевыми каналами. Ни один из этих наборов протоколов не подходит для ис­пользования в Internet.

Комплект протоколов TCP/IP с самого начала разрабатывался для соединения хост-ком­птю­теров между собой через глобальные сети, поэтому он и маршрутизируемый, и эф­фективный. Эти достоинства сохраняются и в локальных сетях, что делает TCP/IP отлич­ным вариантом и для мелко-, и для крупномасштабных сетей. Именно поэтому TCP/IP яв­ляется стержнем Internet.

Три вышеупомянутых качества (масштабируемость, открытость и надежность) де­лают TCP/IP привлекательным вариантом для пользователей разнородных сред. Они могут использовать одни и те же протоколы и сервисы почти во всех своих хостах и клиент­ских системах. По этой причине многие покупатели считают поддержку TCP/IP од­ним из ре­шающих критериев при приобретении сетей.

Архитектура TCP/IP

В основу архитектуры TCP/IP была целенаправленно заложена «анархическая» одноран­говая структура. TCP/IP имеет распределенную природу, в отличие от классической «нис­ходящей» модели обеспечения надежности. Большинство систем имели иерархическую структуру, которая распространялась на всю архитектуру вычислительных средств. Всем, включая и сами сетевые сервисы, управляла центральная машина. Два узла могли общаться ме­жду собой только через центральную машину.

В среде с TCP/IP нет центрального узла. Узлы взаимодействуют непосредственно друг с другом, и каждый из них обладает полной информацией о всех доступных осте­вых сер­висах. Если какой-либо их хост-компьютеров отказывает, ни одна из остальных машин на это не реагирует.

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.

Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. Деление IP-адреса на поле номера сети и номера узла – гибкое, и граница между этими полями может устанавливаться весьма произвольно. Узел может входить в несколько IP-сетей. В этом случае узел должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей. Таким образом IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.

Символьный идентификатор-имя, например, SERV1.IBM.COM. Этот адрес назначается администратором и состоит из нескольких частей, например, имени машины, имени организации, имени домена. Такой адрес, называемый также DNS-именем, используется на прикладном уровне, например, в протоколах FTP или telnet.

Дата добавления: 2014-10-15