Структура стека протоколов TCP/IP и адресация IP и DNS

Сеть Internet представляет собой объединение десятков тысяч отдельных сетей, которые используют протокол TCP/IP и единое пространство IP-адресов. Адрес каждого компьютера в Интернете должен быть определен однозначно. Для записи адресов используются два равноценных формата IP и DNS (Domain Name System).
10.8.1. IP- адрес в сети Internet
IP адрес - это номер, представляющий собой числовой адрес компьютера. Каждому компьютеру в Интернете присваивается свой номер, свой уникальный IP-адрес. Каждый IP-адрес имеет длину ровно 32 бита и записывается обычно как четыре десятичных числа (от 0 до 255), - например, 123.45.67.89. Такая схема нумерации позволяет иметь в сети более четырех миллиардов компьютеров. Сеть Internet включает в себя множество автономных (независимых) сетей, поэтому начало адреса определяет, частью какой сети является данный компьютер. Правый конец адреса использует автономная сеть, чтобы определить, какой компьютер или хост должен получить пакет.
Когда локальная сеть или отдельный компьютер впервые присоединяется к сети Internet, специальная организация (провайдер) присваивает им IP-номер, гарантируя его уникальность.

Доменная система имен и указатели ресурсов
Компьютерам в сети Internet присваивают также собственные символьные имена, а не только IP-адрес. Такие имена проще запоминаются. Служба, которая обеспечивает перевод имен компьютеров в их IP-адреса, называется Доменной Службой Имен (DNS -Domain Name System). Это что-то вроде гигантского, распределенного по многим компьютерам справочника IP-адресов. Первым в DNS-адресе стоит имя реального компьютера с IP-адресом. Далее последовательно идут адреса доменов, в которые входит компьютер, вплоть до домена страны (для них принята двухбуквенная кодировка). Например, duma.ru: duma - имя домена Государственной думы, ru - страна Россия, аналогично mvd.ru. Иркутский государственный технический университет имеет доменное имя: istu.edu.ru
Здесь администратор, который отвечает за домен первого уровня “ru” (Россия), зарегистрировал домен второго уровня “edu.ru” и передал туда все полномочия на регистрацию новых имен в пределах этого домена, Иркутский государственный технический университет зарегистрировал в этом домене свое доменное имя "istu". В свою очередь администратор домена “edu.ru” зарегистрировал имя “istu.edu.ru” за определенным IP-адресом. Такая структура службы DNS обеспечивает, с одной стороны, уникальность имен компьютеров в пределах всей сети Internet, а с другой стороны, четкое разделение административной ответственности.
DNS является службой сети Internet, которая используется всеми остальными службами, от telnet до www. Перевод имен DNS в IP-адреса производится автоматически при помощи сервера DNS. Таким образом, по DNS-имени можно определить эквивалентный IP-адрес.
Хотя не существует особых правил, как следует называть домены, в применении к доменам первого, самого верхнего уровня сложилась определенная практика. Международные организации и США используют домены первого уровня com - для коммерческих, org и net - для некоммерческих организаций. В большинстве стран существует один домен первого уровня для страны: ru - для России, de - для Германии, uk - для Великобритании и т.д.
Так же, как каждый компьютер имеет свое уникальное имя, уникальное имя имеет и каждый документ в сети Internet
Это уникальное имя называется URL - Универсальный Указатель Ресурса (Universal Resource Locator). URL имеет следующую форму:
служба://имя_компьютера/директория/поддиректория/.../имя_файла
Например, сайт автора этой работы имеет адрес: http://elanina.narod.ru. Здесь "ru" домен первого уровня (Россия), в домене первого уровня зарегистрирован домен второго уровня "narod", имя сайта в домене (второго уровня) “elanina”. Если вы откроете страницу на этом сайте для прочтения, к адресу будет добавлен путь, определяющий нахождение этой страницы на сайте.
URL служба обозначается соответствующим протоколом, чаще всего вы встретите http:// для веб-страниц и ftp:// для файловых архивов.
Чтобы найти необходимую страницу, ваш запрос должен пройти определенный маршрут.

Стек протоколов TCP/IP
Для доставки пакетов в сети Internet составляются и модифицируются таблицы маршрутизации. Таблицы маршрутизации составляются по определенным правилам, правила задают протоколы ICMP (Internet Control Message Protocol), RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First). Узлы, занимающиеся маршрутизацией, называются маршрутизаторами.
Аналогичнов сети Internet имеется набор правил (протоколов) по обращению с пакетами. Internet протокол IP (Internet Protocol) берет на себя заботы по адресации или по подтверждению того, что узлы понимают, что следует делать с вашими данными по пути их дальнейшего следования. В начало каждого послания помещается заголовок, несущий информацию об адресате, сети. Чтобы определить, куда и как доставить пакет данных, этой информации достаточно. Для определения, где в локальной сети находится компьютер с данным числовым IP-адресом, локальные сети используют свои собственные протоколы сетевого уровня. Например, для отыскания Ethernet-адреса по IP-адресу компьютера, находящегося в данной сети, использует протокол ARP - протокол разрешения(в смысле различения) адресов.

Структура стека протоколов TCP/IP
Сетевой протокол предписывает правила работы компьютерам, которые подключены к сети. В Интернет имеется несколько уровней протоколов, которые взаимодействуют друг с другом. На нижнем уровне используются два основных протокола: IP (Internet Protocol) – Протокол сети Internet и TCP (Transmission Control Protocol) – Протокол управления передачей. Так как эти два протокола тесно взаимосвязаны, то их часто объединяют, и говорят, что в сети Internet базовым протоколом является TCP/IP.
Протокол TCP разбивает информацию на порции и нумерует все порции, чтобы при получении можно было правильно собрать информацию (подобно разборке деревянного сруба нумеруют бревна, чтобы быстро собрать дом в другом месте). Далее с помощью протокола IP все части передаются получателю, где с помощью протокола TCP проверяется, все ли части получены. Так как отдельные части могут путешествовать по Интернет самыми разными путями, то порядок прихода частей может быть нарушен. После получения частей TCP располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое.
Для протокола TCP не имеет значения, какими путями информация путешествует по Интернет. Этим занимается протокол IP. К каждой полученной порции информации протокол IP добавляет служебную информацию, из которой можно узнать адреса отправителя и получателя информации. Если следовать аналогии с почтой, то данные помещаются в конверт, на котором пишется адрес получателя. Далее протокол IP так же как и обычная почта, обеспечивает доставку всех конвертов получателю. При этом скорость и пути прохождения разных конвертов могут быть различными. Если при путешествии отдельного конверта наблюдались помехи и информация пришла искаженной, следует повторный запрос об отправке искаженной части до тех пор, пока она не будет принята без искажений (в этом еще один плюс приема–передачи информации порциями).

Сравнение стека протоколов TCP со стеком протоколов модели OSI
Стек протоколов TCP отличается от стека модели OSI. Обычно его можно представить в виде схемы, представленной на рисунке 1.

Рис. 1. Структура стека протоколов TCP/IP

В этой схеме на уровне доступа к сети располагаются все протоколы доступа к физическим устройствам. Выше располагаются протоколы межсетевого обмена. Еще выше основные транспортные протоколы TCP и UDP, которые кроме сбора пакетов в сообщения еще и определяют какому приложению необходимо данные отправить или от какого приложения необходимо данные принять. Над транспортным уровнем располагаются протоколы прикладного уровня, которые используются приложениями для обмена данными.
Базируясь на классификации OSI (Open System Integration) сопоставим архитектуру протоколов семейства TCP/IP с эталонной моделью OSI (Рис.2).

Рис. 2. Схема распределения протоколов TCP/IP по уровням

Прямоугольниками на схеме обозначены модули, обрабатывающие пакеты. Прежде чем обсуждать приведенную схему познакомимся со следующими необходимыми понятиями:

· Сетевой интерфейс - физическое устройство, подключающее компьютер к сети. В нашем случае - карта Ethernet.

· Кадр - это блок данных, который принимает/отправляет сетевой интерфейс.

· IP-пакет - это блок данных, которым обменивается модуль IP с сетевым интерфейсом.

· UDP-датаграмма - блок данных, которым обменивается модуль IP с модулем UDP.

· TCP-сегмент - блок данных, которым обменивается модуль IP с модулем TCP.

· Прикладное сообщение - блок данных, которым обмениваются программы сетевых приложений с протоколами транспортного уровня.

· Инкапсуляция - способ упаковки данных в формате одного протокола в формат другого протокола. Например, упаковка IP-пакета в кадр Ethernet или TCP-сегмента в IP-пакет. Согласно словарю иностранных слов термин "инкапсуляция" означает "образование капсулы вокруг чужих для организма веществ (инородных тел, паразитов и т.д.)". В рамках межсетевого обмена понятие инкапсуляции имеет несколько более расширенный смысл. Если в случае инкапсуляции IP в Ethernet речь идет действительно о помещении пакета IP в качестве данных Ethernet-фрейма, или, в случае инкапсуляции TCP в IP, помещение TCP-сегмента в качестве данных в IP-пакет, то при передаче данных по коммутируемым каналам происходит "нарезка" пакетов теперь уже на пакеты SLIP или фреймы PPP.

Рис. 3. Инкапсуляция протоколов верхнего уровня в протоколы TCP/IP

Вся схема (Рис.3) называется стеком протоколов TCP/IP или просто стеком TCP/IP.

Расшифруем аббревиатуры NFS, TCP, UDP, ARP, SLIP, PPP, FTP, TELNET, RPC, TFTP, DNS, RIP:

· NFS - Network File System (Распределенная файловая система и система сетевой печати).

· TCP - Transmission Control Protocol - базовый транспортный протокол, давший название всему семейству протоколов TCP/IP.

· UDP - User Datagram Protocol - второй транспортный протокол семейства TCP/IP.

· ARP - Address Resolution Protocol - протокол используется для определения соответствия IP-адресов и Ethernet-адресов.

· SLIP - Serial Line Internet Protocol (Протокол передачи данных по телефонным линиям).

· PPP - Point to Point Protocol (Протокол обмена данными "точка-точка").

· FTP - File Transfer Protocol (Протокол обмена файлами).

· TELNET - протокол эмуляции виртуального терминала.

· RPC - Remote Process Control (Протокол управления удаленными процессами).

· TFTP - Trivial File Transfer Protocol (Тривиальный протокол передачи файлов).

· DNS - Domain Name System (Система доменных имен).

· RIP - Routing Information Protocol (Протокол маршрутизации).

Дата добавления: 2014-01-05