Справочник по сетевым протоколам
Сетевая архитектура TCP/IP
Так как стек TCP/IP был разработан до появления модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI, то, хотя он также имеет многоуровневую структуру, соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI достаточно условно.
Структура протоколов TCP/IP приведена на рисунке. Протоколы TCP/IP делятся на 4 уровня.
Самый нижний (уровень IV) соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. Этот уровень в протоколах TCP/IP не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня: для локальных сетей это Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, для глобальных сетей - протоколы соединений "точка-точка" SLIP и PPP, протоколы территориальных сетей с коммутацией пакетов X.25, frame relay. Разработана также специальная спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта канального уровня. Обычно при появлении новой технологии локальных или глобальных сетей она быстро включается в стек TCP/IP за счет разработки соответствующего RFC, определяющего метод инкапсуляции пакетов IP в ее кадры.
Следующий уровень (уровень III) - это уровень межсетевого взаимодействия, который занимается передачей пакетов с использованием различных транспортных технологий локальных сетей, территориальных сетей, линий специальной связи и т. п.
В качестве основного протокола сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке используется протокол IP, который изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Протокол IP является дейтаграммным протоколом, то есть он не гарантирует доставку пакетов до узла назначения, но старается это сделать.
К уровню межсетевого взаимодействия относятся и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol).
Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизаторами сети и узлом - источником пакета. С помощью специальных пакетов ICMP сообщается о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п.
Следующий уровень (уровень II) называется основным. На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между удаленными прикладными процессами за счет образования виртуальных соединений. Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным способом, как и IP, и выполняет только функции связующего звена между сетевым протоколом и многочисленными прикладными процессами.
Верхний уровень (уровень I) называется прикладным. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил большое количество протоколов и сервисов прикладного уровня. К ним относятся такие широко используемые протоколы, как протокол копирования файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной информации, такие как WWW и многие другие. Остановимся несколько подробнее на некоторых из них.
Протокол пересылки файлов FTP (File Transfer Protocol) реализует удаленный доступ к файлу. Для того, чтобы обеспечить надежную передачу, FTP использует в качестве транспорта протокол с установлением соединений - TCP. Кроме пересылки файлов протокол FTP предлагает и другие услуги. Так, пользователю предоставляется возможность интерактивной работы с удаленной машиной, например, он может распечатать содержимое ее каталогов. Наконец, FTP выполняет аутентификацию пользователей. Прежде, чем получить доступ к файлу, в соответствии с протоколом пользователи должны сообщить свое имя и пароль.
Для доступа к публичным каталогам FTP- архивов Internet парольная аутентификация не требуется, и ее обходят за счет использования для такого доступа предопределенного имени пользователя Anonymous.
В стеке TCP/IP протокол FTP предлагает наиболее широкий набор услуг для работы с файлами, однако он является и самым сложным для программирования. Приложения, которым не требуются все возможности FTP, могут использовать другой, более экономичный протокол - простейший протокол пересылки файлов TFTP (Trivial File Transfer Protocol). Этот протокол реализует только передачу файлов, причем в качестве транспорта используется более простой, чем TCP, протокол без установления соединения - UDP.
Протокол telnet обеспечивает передачу потока байтов между процессами, а также между процессом и терминалом. Наиболее часто этот протокол используется для эмуляции терминала удаленного компьютера. При использовании сервиса telnet пользователь фактически управляет удаленным компьютером так же, как и локальный пользователь, поэтому такой вид доступа требует хорошей защиты. Поэтому серверы telnet всегда используют как минимум аутентификацию по паролю, а иногда и более мощные средства защиты, например, систему Kerberos.
Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) используется для организации сетевого управления. Изначально протокол SNMP был разработан для удаленного контроля и управления маршрутизаторами Internet, которые традиционно часто называют также шлюзами. С ростом популярности протокол SNMP стали применять и для управления любым коммуникационным оборудованием - концентраторами, мостами, сетевыми адаптерами и т.д. и т.п. Проблема управления в протоколе SNMP разделяется на две задачи.
Первая задача связана с передачей информации. Протоколы передачи управляющей информации определяют процедуру взаимодействия SNMP-агента, работающего в управляемом оборудовании, и SNMP-монитора, работающего на компьютере администратора, который часто называют также консолью управления. Протоколы передачи определяют форматы сообщений, которыми обмениваются агенты и монитор.
Вторая задача связана с контролируемыми переменными, характеризующими состояние управляемого устройства. Стандарты регламентируют, какие данные должны сохраняться и накапливаться в устройствах, имена этих данных и синтаксис этих имен. В стандарте SNMP определена спецификация информационной базы данных управления сетью. Эта спецификация, известная как база данных MIB (Management Information Base), определяет те элементы данных, которые управляемое устройство должно сохранять, и допустимые операции над ними.
Данная архитектура является одной из самых распространенных, так как ее протоколы используются для создания глобальной мегасети Internet. На рисунке приведена схема взаимодействия протоколов данной сетевой архитектуры. В таблице
представлен перечень протоколов архитектуры TCP/IP.
Основные особенности архитектуры состоят в следующем.
Протокол сетевого уровня IP реализует дейтаграммный способ передачи блоков данных (без установления соединения).
Используются два транспортных протокола ТСР (с установлением соединения и подтверждением доставки данных) и UDP (без установления соединения и подтверждения).
Протокол ТСР для передачи использует прикладные протоколы SMTP, RPC, TELNET, FTP и др. На протокол UDP ориентированы прикладные протоколы SNMP, TFTP, BOOTP.
Для адресации кроме IP-адресов используются условные имена ЭВМ (доменные имена службы DNS). Поэтому в составе сети имеются серверы имен DNS, обеспечивающие преобразование имен в IP-адреса.
Семейство протоколов маршрутизации делится на группу протоколов определения маршрутов внутри автономной сети (IGP, RIP, IGRP, OSPF, GATED) и группу внешних протоколов, обеспечивающих взаимодействие маршрутизаторов (EGP, BGP, IDRP).
Транспортные протоколы TCP и UDP не приспособлены для поддержки приложений реального времени, с этой целью разработана группа протоколов реального времени RTP, RTCP, RSVP.
| Обозна- чение | Название протокола (анг.) | Назначение протокола |
| TCP/IP | Transmission Control Protocol | Транспортный протокол с установлением соединения и подтверждением доставки |
| ISO-DE | ISO Development Tnvironment | |
| ARP | Address Resolution Protocol | Протокол преобразования IP-адреса в Ethernet-адрес. Используется в локальных сетях. Обеспечивает механизм привязки MAC адреса абонента (адрес сетевой карты) к его IP адресу |
| RARP | Reverse ARP | Протокол обратной трансляции адресов |
| RIP | Routing Information Protocol | Протокол внутренней маршрутизации, обеспечивает обмен маршрутной информации между маршрутизаторами |
| PPP | Point tu Point | Протокол организации двухточечного соединения объектов для последоват. канала связи, используется для связи с серверами доступа к сети и для связи маршрутизаторов друг с другом, поддерживает механизмы мультипротокольности и сжатия заголовков |
| SLIP | Serial Line over IP | Байториентированный протокол инкапсуляции IP-дейтограмм для последовательных каналов связи, используется для связи с серверами доступа к сети. |
| CSLIP | Compessed SLIP | Модификация протокола SLIP за счет сжатия заголовка |
| X.25 | Packet Level Protocol | Сетевой протокол ISO, предназначенный для построения распределенных глобальных сетей, часто выступает в качестве транспорта для передачи TCP/IP трафика. |
| IP | Internet Protocol | Межсетевой протокол без установления соединения (дейтограммный режим), используемый для построения сетей всех типов (глобальных, корпоративных, локальных), является базовым протоколом сетей Internet и DDN |
| UDP | User Datagram Protocol | Транспортный протокол без установления соединения и подтверждения доставки, активно используется для передачи речи и видео через ИВС. |
| BGP | Border Gateway Protocol | Протокол пограничного (внешнего) маршрутизатора для обмена маршрутной информацией между внешними маршрутизаторами (шлюзами) подсетей глобальной сети Internet |
| EGP | Exterior Gateway Protocol | Протокол внешней маршрутизации для обмена маршрутной информацией между внешними маршрутизаторами (шлюзами) подсетей глобальной сети Internet |
| GGP | Gateway to Gateway Protocol | Протокол передачи информации для узловых маршрутизаторов о подключенных сетях, обеспечивает обмен маршрутной информацией между внутренними маршрутизаторами (шлюзами) подсетей глобальной сети Internet. |
| IGMP | Interior Gateway Routing Protocol CISCO | Протокол для видеоконференций, передачи звуковых сообщений,а также для группового исполнения команд, для обмена маршрутной информацией между внутреннии маршрутизаторами фирмы CISCO |
| OSPF | Open Shortest Path First Routing Protocol | Протокол состояния маршрута, для обмена маршрутной информации между маршрутизаторами, поддерживающими процедуру маршрутизации OSPF |
| ICMP | Internet Control Message Protocol | Протокол передачи команд и сообщений об ошибках, для обмена диагностическими и управляющими сообщениями между клиентами сети |
| BOOTP | Bootstrap Protocol | Протокол дистанционной загрузки и запуска устройств в сети, обеспечивает автоматическую дистанционную замену СПО на различных сетевых объектах. |
| IGRP | Протокол внутренней маршрутизации, обеспечивает создание и поддержку групп в сети, обмен информацией в режиме коллективной широковещательной рассылки между членами группы. | |
| X WIN | X Windows Systems X10/X11 | Системный протокол X-Windows, обеспечивающий удаленное управление оконным экранным интерфейсом X-Windows операционной системы Unix, обеспечивает обмен команд и данных при модификации окон. |
| ARPA Services: | ||
| FTP | File Transfer Protocol | Протокол обмена файлами, поддерживает механизмы аутенфикации, удаленного доступа к каталогам, выбора и передачи файлов; обеспечивает поддержку одновременно двух соединений: для обмена управляющими командами в режиме диалога и для пересылки файлов. |
| VT | Virtual Terminal | Протокол удаленного доступа к ЭВМ в режиме виртуального терминала; позволяет запускать на удаленной ЭВМ приложения, обращаться к другим элементам сети от имени ЭВМ, на которой получен доступ в режиме Telnet; поддерживает механизмы аутенфикации. Протокол сводится к обмену текстовыми сообщениями. |
| SMTP | Simple Mail Transfer Protocol | Протокол электронной почты в сети Internet, используется для обмена почтой между серверами SMTP. |
| HP - Hewlett-Packard Network Services: | ||
| NFT | Network File Transfer | Протокол передачи файлов, аналог FTP |
| RDA | Remote Database Access | Протокол удаленного доступа к серверам баз данных, обеспечивает формирование запросов на языке SQL и получение ответов. |
| RFA | Remote File Access | Удаленный доступ к файлам, обеспечивает управление файлами, просмотр и редактирование. |
| RPC | Remote Process Comm. | Протокол удаленного запуска приложений в ЭВМ |
| VT | Virtual Terminal | Аналог протокола Telnet |
| NTP | Network Time Protocol | Протокол времени, обеспечивающий автоматическую синхронизацию времени в элементах сети. |
| TFTP | Trivial File Transfer Protocol | Протокол упрощенной пересылки файлов. |
| CMOT | CMIP over TCP/IP, see also ISO | Протокол обмена служебной информацией между элементами сети, обеспечивает удаленный контроль и управление. |
| DNS | Domain Name Server | Протокол получения IP адресов, соответствующих доменных названий и наоборот, используется для организации запросов от пользователей к серверам доменных имен DNS. |
| RUNIX - Remote UNIX Services: | ||
| IPR | Remote Print | Удаленная печать средствами UNIX |
| RCP | Remote Copi | Удаленное копирование файлов |
| REXES | Remote Execution | Удаленный запуск программ |
| RIOGIN | Remote Login | Удаленный доступ с аутенфикацией пользователя |
| RSH | Remote Shell | Запуск удаленного командного процессора для работы с пользователем |
| SUN - Sun Network Services: | ||
| NFS | Network File System | Прозрачный доступ к удаленным файлам, |
| NIS | Network Information Services | |
| PMAP | Port Mapper | |
| SNMP | Simple Network Mgmt. Protocol V1, V2, RMON | Протокол обмена служебной информацией между элементами сети, обеспечивает удаленный контроль и управление, базируется на АСН.1 нотации. |
| XDR | Exchange Data Represantative Protocol | Формат внешнего представления данных |
| RPC | Remote Procedure Call | Вызов удаленных процедур, запуск процедур и программ на удаленном компьютере |
| ND | Network Disk |
