Назначение и организация стека TCP/IP
Многоуровневое представление средств сетевого взаимодействия имеет свою специфику, связанную с тем, что в процессе обмена сообщениями участвуют две стороны, то есть в данном случае необходимо организовать согласованную работу двух «иерархий», работающих на разных компьютерах. Процедура взаимодействия двух узлов ВС может быть описана в виде набора правил взаимодействия каждой пары компьютеров соответствующих уровней обеих участвующих сторон. Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколами. Модули, реализующие протоколы соседних уровней и находящиеся в одном узле, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами и с помощью стандартизованных форматов сообщений – эти правила называются интерфейсом. В сущности, протокол и интерфейс выражают одно и то же понятие, но традиционно в сетях за ними закрепили разные области действия: • протоколы определяют правила взаимодействия модулей одного уровня в разных узлах; • интерфейсы определяют правила взаимодействия модулей соседних уровней в одном узле. Средства каждого уровня должны обрабатывать: • во-первых, свой собственный протокол; • во-вторых, интерфейсы с соседними уровнями. Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называются стеком коммуникационных протоколов. В настоящее время в сетях используется большое количество стеков коммуникационных протоколов. Наиболее популярными в настоящее время являются: • стек TCP/IP (протокол управления передачей/межсетевой протокол) – Transmission Control Protocol/Internet Protocol, пара взаимосвязанных протоколов сетевого и транспортного уровней; • стек IPX/SPX (протоколы сетевого и сеансового уровней) – Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange, разработан для сетевой операционной системы NetWare фирмы Novell, популярность которой сейчас значительно уступает операционным системам Microsoft; • стек NetBIOS/SMB – Network Basic Input/Output System, широко используется в продуктах компании IBM и Microsoft, на физическом и канальном уровнях которого задействованы все наиболее распространенные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и др. Стек TCP/IP был разработан по инициативе Министерства обороны США Агентством перспективных оборонных исследовательских проектов (DAPRA) для связи экспериментальной сети APPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Большой вклад в развитие стека TCP/IP, который получил свое название по протоколам IP и TCP, внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей версии ОС UNIX. Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для ЛВС – это Ethernet, Token Ring, FDDI, для ГС – протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP, PPP, протоколы территориальных сетей Х.25 и ISBN. Протокол TCP/IP располагается между протоколами верхних уровней и канальным уровнем (рис. 33). Протокол TCP организует создание виртуальных каналов, проходящих через коммуникационную сеть. В соответствии с этим ТСР относят к транспортному уровню области взаимодействия открытых систем (OSI). Протокол IP ориентирован на использование одиночных пакетов, именуемых датаграммами. Datagram – дейтаграмма – для обозначения блоков данных определенных уровней специального названия кадр (frame), пакет (packet), сегмент (segment). Его задачей являются обеспечение взаимодействия друг с другом и выполнение процессов, связанных с коммутацией и маршрутизацией. Для этого IP передает датаграммы из одной сети в другую. IP относят к сетевому уровню. Задачей ТСР является предоставление сервиса передачи датаграмм при гарантии упорядоченной доставки последовательностей блоков данных, несмотря на возможные их повреждения, потери, дублирования, нарушения последовательности. ТСР имеет три фазы работы: • установление соединения; • передача по нему датаграмм; • разъединение соединения. Так как межсетевой протокол IP ненадежен, то ТСР является сложным протоколом, обеспечивающим высокую степень надежности передачи данных. Протокол IP осуществляет следующую реализацию коммуникационных аспектов: • присвоение, контроль и преобразование имен объектов сети; • сообщения о состояниях (недостижимость адресов, ошибки и запросы повторных вызовов); • обеспечение обмена данными через шлюзы; • управление передачей и сбор данных о работе сетей; • изменение размеров передаваемых датаграмм (их фрагментация). Успех продуктов ТСР/IP связан с тем, что благодаря современному техническому развитию микропроцессоров стала возможной и эффективная реализация. Хотя протоколы ТСР/ IP неразрывно-связаны с Интернетом и каждый из многомиллионной армады компьютеров Интернета работает на основе этого стека, существует большое количество локальных, корпоративных и территориальных сетей, непосредственно не являющихся частями Интернета, в которых также используются протоколы ТСР/ IP. Очень полезным свойством, делающим возможным применение стека ТСР/ IP в больших сетях, является его возможность фрагментировать пакеты, что позволяет при переходе одной сети, имеющей большую максимальную длину, в сеть меньшей максимальной длиной проводить деление передаваемого кадра на несколько частей. Другой особенностью технологии TCP/IP является гибкая система адресации, позволяющая проще, чем другие протоколы аналогичного назначения, включать в интерсеть сети разных технологий. 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 к недостаткам технологии TCP/IP следует отнести высокие требования к ресурсам и сложность администрирования IP-сетей. Мощные функциональные возможности протоколов стека TCP/IP требуют для своей реализации больших вычислительных затрат. Гибкая система адресации и отказ от широковещательных рассылок приводят к наличию в IP-сети разнообразных централизованных служб типа DNS (Domain Name System – специальная распределенная служба доменных имен), DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol – протокол динамической конфигурации «хоста» (конечный узел Интернета)) и т. п. Каждая из этих служб направлена на обеспечение 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 TCP/IP, однако факт остается фактом – сегодня это самый популярный стек протоколов, широко используемый как в глобальных, так и в локальных сетях.
Рис. 33. Модель ТСР/IP
|
