Принципы технологии протоколы сети интернет

    Как и во всякой другой сети в Internet существует 7 уровней взаимодействия между компьютерами: физический, логический, сетевой, транспортный, уровень сеансов связи, представительский и прикладной уровень. Соответственно каждому уровню взаимодействия соответствует набор протоколов (т.е. правил взаимодействия).

    Протоколы физического уровня определяют вид и характеристики линий связи между компьютерами. В Internet используются практически все известные в настоящее время способы связи от простого провода (витая пара) до волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).

    Для каждого типа линий связи разработан соответствующий протокол логического уровня, занимающийся управлением передачей информации по каналу. К протоколам логического уровня для телефонных линий относятся протоколы SLIP (Serial Line Interface Protocol) и PPP (Point to Point Protocol). Для связи по кабелю локальной сети - это пакетные драйверы плат ЛВС.

    Протоколы сетевого уровня отвечают за передачу данных между устройствами в разных сетях, то есть занимаются маршрутизацией пакетов в сети. К протоколам сетевого уровня принадлежат IP (Internet Protocol) и ARP (Address Resolution Protocol).

    Протоколы транспортного уровня управляют передачей данных из одной программы в другую. К протоколам транспортного уровня принадлежат TCP (Transmission Control Protocol) и UDP (User Datagram Protocol).

    Протоколы уровня сеансов связи отвечают за установку, поддержание и уничтожение соответствующих каналов. В Internet этим занимаются уже упомянутые TCP и UDP протоколы, а также протокол UUCP (Unix to Unix Copy Protocol).

    Протоколы представительского уровня занимаются обслуживанием прикладных программ. К программам представительского уровня принадлежат программы, запускаемые, к примеру, на Unix-сервере, для предоставления различных услуг абонентам. К таким программам относятся: telnet-сервер, FTP-сервер, Gopher-сервер, NFS-сервер, NNTP (Net News Transfer Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), POP2 и POP3 (Post Office Protocol) и т.д.

    К протоколам прикладного уровня относятся сетевые услуги и программы их предоставления.

    После общего перечисления протоколов, считаю необходимым некоторые из них рассмотреть подробнее:

    TCP. Transmission Control Protocol обеспечивает надежную передачу данных между двумя хостами. Он позволяет клиенту и серверу приложения устанавливать между собой логическое соединение и затем использовать его для передачи больших массивов данных, как если бы между ними существовало прямое физическое соединение. Протокол позволяет осуществлять дробление потока данных, подтверждать получение пакетов данных, задавать таймауты (которые позволяют подтвердить получение информации), организовывать повторную передачу в случае потери данных и т.д. Поскольку этот транспортный протокол реализует гарантированную доставку информации, использующие его приложения получают возможность игнорировать все детали такой передачи.

    Протокол UDP. User Datagram Protocol реализует гораздо более простой сервис передачи, обеспечивая подобно протоколам сетевого уровня, ненадежную доставку данных без установления логического соединения, но, в отличие от IP, - для прикладных систем на хост-компьютерах. Он просто посылает пакеты данных, датаграммы (datagrams), с одной машины на другую, но не предоставляет никаких гарантий их доставки. Все функции надежной передачи должны встраиваться в прикладную систему, использующую UDP. Протокол UDP имеет и некоторые преимущества перед TCP. Для установления логических соединений нужно время, и они требуют дополнительных системных ресурсов для поддержки на компьютере информации о состоянии соединения. UDP занимает системные ресурсы только в момент отправки или получения данных. Поэтому если распределенная система осуществляет непрерывный обмен данными между клиентом и сервером, связь с помощью транспортного уровня TCP окажется для нее более эффективной. Если же коммуникации между хост-компьютерами осуществляются редко, предпочтительней использовать протокол UDP.

    Почему же существуют два транспортных протокола TCP и UDP, а не один из них? Дело в том, что они предоставляют разные услуги прикладным процессам. Большинство прикладных программ пользуются только одним из них. Программист выбирает тот протокол, который наилучшим образом соответствует его потребностям. Если нужна надежная доставка, то лучшим может быть TCP, если же нужна доставка датаграмм, то лучше может быть UDP. Если нужна эффективная доставка по длинному и ненадежному каналу передачи данных, то лучше может подойти протокол TCP, если же нужна эффективность на быстрых сетях с короткими соединениями, то лучшим может быть протокол UDP.

    Среди известных распределенных приложений, использующих TCP, - Telnet, FTP и SMTP. Протоколом UDP пользуется, в частности, протокол сетевого управления SNMP. Протоколы прикладного уровня ориентированы на конкретные прикладные задачи. Они определяют как процедуры по организации взаимодействия определенного типа между прикладными процессами, так и форму представления информации при таком взаимодействии.

    Протокол TELNET. Позволяет обслуживающей машине рассматривать все удаленные терминалы как стандартные «сетевые виртуальные терминалы» строчного типа, работающие в коде ASCII, а также обеспечивает возможность согласования более сложных функций (например, локальный или удаленный эхо-контроль, страничный режим, высота и ширина экрана и т.д.) TELNET работает на базе протокола TCP. На прикладном уровне над TELNET находится либо программа поддержки реального терминала (на стороне пользователя), либо прикладной процесс в обсуживающей машине, к которому осуществляется доступ с терминала. Протокол TELNET существует уже давно. Он хорошо опробован и широко распространен. Создано множество реализаций для самых разных операционных систем.

    Протокол FTP. File Transfer Protocol. В отличие от протокола Telnet, позволяющего работать на удаленном хосте, протокол FTP (File Transfer Protocol) играет более пассивную роль и предназначается для приема и отправки файлов на удаленный сервер. Такая возможность идеально подходит для web-мастеров и вообще для всех, кому потребуется переслать большие файлы с одного компьютера на другой без прямого подключения. FTP обычно используется в так называемом «пассивном» режиме, при котором клиент загружает данные о дереве каталогов и отключается, но периодически сигнализирует серверу о необходимости сохранять открытый порт.

    В системах Unix поддержка FTP обычно обеспечивается программами ftpd и ftp. По умолчанию протокол FTP работает на портах 20 (пересылка данных) и 21 (пересылка команд). FTP отличается от всех остальных протоколов ТСР/IP тем, что команды могут передаваться одновременно с передачей данных в реальном времени; у других протоколов подобная возможность отсутствует.

    Клиенты и сервера FTP в той или иной форме существуют во всех операционных системах. Приложения FTP на базе MacOS имеют графический интерфейс, как и большинство приложений для системы Windows. Преимущество графических клиентов FTP заключается в том, что команды, обычно вводимые вручную, теперь автоматически генерируются клиентом, что снижает вероятность ошибок, упрощает и ускоряет работу. С другой стороны, серверы FTP  после первоначальной настройки не требуют дополнительного внимания, поэтому графический интерфейс для них оказывается лишним.

    Протокол TFTP. Trivial FTP - поддерживает лишь малое подмножество функций FTP. Он работает на базе протокола UDP. TFTP не следит за доставкой пакетов и практически не обладает средствами обработки ошибок. С другой стороны, эти ограничения снижают непроизводительные затраты при пересылке. TFTP не выполняет аутентификации; он просто устанавливает соединение. В качестве защитной меры TFTP позволяет перемещать только общедоступные файлы.

    Применение TFTP создает серьезную угрозу для безопасности системы. По этой причине TFTP обычно используется во встроенных приложениях, для копирования конфигурационных файлов при настройке маршрутизатора, при необходимости жесткой экономии ресурсов, а также в тех случаях, когда безопасность обеспечивается другими средствами. Протокол TFTP также используется в сетевых конфигурациях, в которых загрузка компьютеров производится с удаленного сервера, а протокол TFTP может быть легко записан в ПЗУ сетевых адаптеров.

    Протокол SMTP. Simple Mail Transfer Protocol является фактическим стандартом пересылки электронной почты в сетях, особенно в Интернете. Во всех операционных системах имеются почтовые клиенты с поддержкой SMTP, а большинство поставщиков услуг Интернета использует SMTP для работы с исходящей почтой. Серверы SMTP существуют для всех операционных систем, включая Windows 9x/NT/2K, MacOS, семейство Unix, Linux, BeOS, и даже AmigaOS.

    Протокол SMTP проектировался для транспортировки сообщений электронной почты в разных сетевых средах. В сущности, SMTP не следит за тем, как перемещается сообщение, а лишь за тем, чтобы оно было доставлено к месту назначения.

    SMTP обладает мощными средствами обработки почты, обеспечивающими автоматическую маршрутизацию по определенным критериям. В частности, SMTP может оповестить отправителя о том, что адрес не существует, и вернуть ему сообщение, если почта остается не доставленной в течение определенного периода времени (задаваемого системным администратором сервера, с которого отправляется сообщение). SMTP использует порт ТСР с номером 25.

    Протокол SMTP поддерживает передачу сообщений (электронной почты) между произвольными узлами сети internet. Имея механизмы промежуточного хранения почты и механизмы повышения надежности доставки, протокол SMTP допускает использование различных транспортных служб. Он может работать даже в сетях, не использующих протоколы семейства TCP/IP. Протокол SMTP обеспечивает как группирование сообщений в адрес одного получателя, так и размножение нескольких копий сообщения для передачи в разные адреса.

    X-Window. Система X-Window использует протокол X-Window, который  работает  на базе  TCP,  для  многооконного  отображения графики и текста на растровых дисплеях рабочих станций.  X-Window - это гораздо больше, чем просто утилита  для  рисования окон; это целая философия человеко-машинного взаимодействия.

    Протоколы сетей Х.25. Сети X.25 получили свое название по имени рекомендации - «X.25», выпущенной МККТТ (Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии). Данная рекомендация описывает интерфейс доступа пользователя в сеть передачи данных и интерфейс взаимодействия с удаленным пользователем через сеть передачи данных.

    Внутри же самой сети передача данных может происходить в соответствии  с другими правилами. Ядро сети может быть построено и на более скоростных протоколах frame relay. Мы, однако, рассматривая вопросы построения сетей X.25  будем иметь в виду сети, передача данных внутри которых производится также по протоколам, описанным в рекомендации X.25. Именно таким образом и строится в настоящее время большинство корпоративных сетей X.25 в России.

    Рекомендация X.25 описывает три уровня протоколов - физический, сетевой и уровень звена передачи данных.

    Первый описывает уровни сигналов и логику взаимодействия в терминах физического интерфейса.

    Второй (протокол доступа к каналу/процедура сбалансированного доступа к каналу, LAP/LAPB), с теми или иными модификациями.

    Этот уровень протоколов отвечает за эффективную и надежную передачу данных по соединению «точка-точка», т.е. между соседними узлами сети X.25. Данным протоколом обеспечивается коррекция ошибок при передаче между соседними узлами и управление потоком данных (если принимающая сторона не готова к получению данных, она извещает об этом передающую сторону, и та приостанавливает передачу). Кроме того, он определяет параметры, меняя значения которых, режим передачи можно оптимизировать по скорости в зависимости от протяженности канала между двумя точками (времени задержки в канале) и его качества (вероятности искажения информации при передаче).

    И, наконец, третий уровень протоколов - сетевой. Он наиболее интересен в контексте обсуждения сетей X.25, так как их специфику, в первую очередь, определяет именно он.

    Функционально данный протокол отвечает, прежде всего, за маршрутизацию в сети передачи данных X.25. Со своей стороны протокол третьего уровня также структурирует информацию, иными словами, разбивает ее на «порции».

    Однако, при всех достоинствах сетевой технологии, базирующейся на протоколе X.25, у нее есть и свои ограничения. Одно из них - невозможность передавать по сетям X.25 такие виды информации, как голос и видео. Указанные ограничения преодолеваются в технологии, базирующейся на протоколе frame relay.

    Протокол H.323. Стремление использовать сложившуюся структуру IP сетей привело к появлению в 1996 году стандарта H.323 (Visual Telephone Systems and Terminal Equipment for Local Area Networks which Provide a Non-Guaranteed Quality of Service - Видеотелефоны и терминальное оборудование для локальных сетей с негарантированным качеством обслуживания). Сейчас H.323 - один из важнейших стандартов из этой серии. H.323 - это рекомендации ITU-T для мультимедийных приложений в вычислительных сетях, не обеспечивающих гарантированное качество обслуживания (QoS). Такие сети включают в себя сети пакетной коммутации IP и IPX на базе Ethernet, Fast Ethernet и Token Ring.

    Рекомендация Н.323 является зонтичной спецификацией, в рекомендациях, входящих в семейство Н.323, определены протоколы, методы и сетевые элементы, необходимые для организации мультимедийной связи между двумя или более пользователями.

    Описание протокола Н.323. Архитектура системы на базе стандарта Н.323. Основными устройствами сети являются: терминал, привратник, шлюз и устройство управления конференциями. Все перечисленные компоненты организованы в так называемые зоны Н.323. Одна зона состоит из привратника и нескольких оконечных точек, причем привратник управляет всеми оконечными точками своей зоны. Зоной может быть и вся сеть поставщика услуг IP-телефонии или ее часть, охватывающая отдельный регион. Деление на зоны Н.323 не зависит от топологии пакетной сети, но может быть использовано для организации наложенной сети Н.323 поверх пакетной сети, используемой исключительно в качестве транспорта.