Протоколы TCP/IP

Протокол UDP

  Протокол UDP (User Datagram Protocol) является вторым протоколом межхостового уровня (соответствующего транспортному уровню в эталонной модели OSI). UDP обеспечивает простейшие, требующие минимальных затрат средства передачи данных в виде так называемых «дейтаграмм» (datagrams).

  Как правило, UDP используется в приложениях, ориентированных на широковещательную рассылку или работу с сообщениями, а также там, где не требуется полная надежность, обеспечиваемая протоколом TCP.

Задачи протокола UDP

  Протокол UDP намеренно проектировался как эффективный транспортный протокол с минимальными издержками, что напрямую отражено в структуре его заголовка. Информации, хранящейся в заголовке, хватает только для того, чтобы переслать дейтаграмму нужному приложению (то есть номеру порта) и выполнить простейшую проверку ошибок.

  UDP не обладает ни одной из нетривиальных возможностей, обеспечиваемых протоколом ТСР. В нем не предусмотрены таймеры, средства управления потоком или регулировки скорости передачи, подтверждения, механизмы ускоренной доставки срочных данных и т.д. Протокол UDP просто пытается доставить дейтаграмму. Если попытка по какой-либо причине завершается неудачей, дейтаграмма теряется без каких-либо попыток повторной передачи данных.

Telnet

  Термин «Telnet» (TELecommunications NETwork) обычно используется для обозначения, как приложения, так и самого протокола, что наделяет его двойным смыслом. Telnet предоставляет в распоряжение пользователя средства для удаленного входа и прямого выполнения терминальных операций по сети. Иначе говоря, Telnet обеспечивает прямой доступ к удаленному компьютеру. Telnet работает на порте 23.

  На хосте должен работать сервер Telnet, ожидающий аутентифицированного удаленного входа. В Windows 9x/NT/2000, BeOS, Linux и других операционных системах на платформе х86 необходимо установить отдельный сервер Telnet, настроить его и запустить на прием входящих запросов. Системы на базе MacOS также требуют отдельного сервера Telnet. Только в системах Unix имеется собственный сервер Telnet, который обычно называется telnetd («d»-«daemon»- серверное приложение, работающее в фоновом режиме). На другом конце соединения работает приложение Telnet, обеспечивающее текстовый или графический интерфейс для пользовательского сеанса.

FTP

  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.

TFTP

Название протокола TFTP (Trivial FTP) выбрано весьма удачно. TFTP 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.

SMTP

  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.

NFS

  Файловая система NFS (Network File System) создавалась компанией Sun Microsystems, Inc. для решения проблем в сетях с несколькими операционными системами. NFS поддерживает только совместны доступ к файлам и является компонентом многих операционных систем семейства Unix. Кроме того, NFS хорошо поддерживается большинством других операционных систем.

  В NFS версии 1 и 2 в качестве основного транспортного протокола использовался протокол UDP. Поскольку UDP не обеспечивает гарантированной доставки, для ненадежных каналов эта проблема должна решаться на уровне NFS, а не на уровне протокола. Из-за этого в некоторых ранних реализациях NFS существовали проблемы с порчей содержимого файлов.

  Начиная с NFS версии 3, в качестве транспортного протокола может использоваться TCP. Впрочем, появившаяся в NFS 3 поддержка TCP не оптимизирована. При использовании TCP в качестве транспортного протокола NFS может использовать надежность ТСР для повышения качества доставки по ненадежным каналам. Соответственно, NFS версии 3 лучше работает в глобальных сетях и в Интернет.

  «Чистая» реализация NFS не может предотвратить одновременную запись в файл со стороны нескольких пользователей, что легко приводит к порче данных, если пользователи не знают о параллельном выполнении операции с файлом. Тем не менее, механизм блокировки файлов, реализованный протоколом NLM (Network Lock Manager), может использоваться в сочетании с NFS для организации совместного чтения и записи в файл.

  Механизм доступа к файлам через NFS прямолинеен и прозаичен. После монтирования том NFS становится частью системы конечного пользователя. Никаких дополнительных шагов не требуется – естественно, не считая процесса экспортирования, необходимого для синхронизации конфигурации NFS на сервере и у клиентов.

SNMP

  Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) реализует простые средства сбора данных о работе маршрутизатора и управления им с использованием различных протоколов – таких, как UDP, IPX и IP. При любом обсуждении SNMP важно помнить, что первая буква в названии протокола означает «простой». Протокол поддерживает только четыре команды – GET, GETNEXT, SET и TRAP.Первые две команды предоставляют доступ к информации, а третья позволяет осуществлять удаленное управление некоторыми функциями маршрутизаторов. Команда TRAP включает режим получения от устройства информации о проблемах или происходящих событиях.

  Сетевые устройства передают информацию о себе через базу управляющей информации MIB (Management Information Base). Эти данные, описывающие устройство, передаются станции управления SNMP (SNMP Management Station), которая поочередно идентифицирует каждое устройство и сохраняет информацию о нем. Станция управляет всеми SNMP-совместимыми устройствами. Для каждого устройства запускается агент SNMP, представляющий клиентскую сторону операций с устройствами. Когда станция управления запрашивает информацию о порте командой GET, агент возвращает эту информацию.

  Протокол SNMP не предназначен для управления всеми сетевыми устройствами с возможностью точного описания операций. Это простой протокол для повседневной работы, который позволяет получить нужную информацию без загрузки 5-6 управляющих интерфейсов. Для отправки сообщений SNMP используется транспортный протокол UDP.

World Wide Web

  World Wide Web часто называют технологическим прорывом 1990-х годов. Web стала величайшим достижением с первых дней революции, произведенной широким внедрением персональных компьютеров.

  Концепция World Wide Web разрабатывалась в Европейской лаборатории по ядерным исследованиям (CERN) для упрощения совместного доступа к файлам и обмена информацией между учеными-физиками. В 1993 году в Национальном центре по использованию суперкомпьютеров (NCSA) был разработан первый графический браузер Mosaic. С разработки этого web-клиента началась World Wide Web в том виде, в котором она существует сегодня.

HTTP

  Протокол HTTP заложен в основу работы World Wide Web. В сущности, именно HTTP принадлежит основная заслуга в бурном развитии Интернета в середине 1990-х годов. Сначала появились первые клиенты HTTP (такие, как Mosaic и Netscape), которые позволяли наглядно «увидеть» Web. Вскоре стали появляться web-серверы с полезной информацией. В наше время в Интернете существует более шести миллионов web-сайтов, работающих на базе HTTP. Протокол HTTP работает на хорошо известном порте TCP с номером 80.  Протокол передачи гипертекста (HTTP) - протокол прикладного уровня для распределенных, совместных, многосредных информационных систем. HTTP используется в World Wide Web (WWW) начиная с 1990 года. Первой версией HTTP, известной как HTTP/0.9, был простой протокол для передачи необработанных данных через Интернет. HTTP/1.0 был улучшением этого протокола, допускал MIME-подобный формат сообщений, содержащий метаинформацию о передаваемых данных и имел модифицированную семантику запросов/ответов. Однако HTTP/1.0 недостаточно учитывал особенности работы с иерархическими прокси-серверами (hierarchical proxies), кэшированием, постоянными соединениями, и виртуальными хостами (virtual hosts). Кроме того, быстрый рост числа не полностью совместимых с протоколом HTTP/1.0 приложений, потребовал введения новой версии протокола, в которой были бы заложены дополнительные возможности, которые помогли бы привести эти приложения к единому стандарту.

  Большие информационные системы требуют большего количества функциональных возможностей, чем просто загрузку информации, включая поиск и модификацию данных при помощи внешних интерфейсов. HTTP предоставляет открытый (open-ended) набор методов, которые основаны на системе ссылок, которые обеспечиваются URI (Универсальными Идентификаторами Ресурсов). URI могут идентифицировать как расположение (URL), так и имя (URN) ресурса, к которому применяется данный метод. Сообщения передаются в формате, подобному используемому электронной почтой согласно определениям MIME (Многоцелевых Расширений Электронной Почты).

  HTTP также используется как обобщенный протокол связи между агентами пользователей (user agents) и прокси-серверами/шлюзами (proxies/gateways) или другими Интернет-сервисами, включая такие как SMTP, NNTP, FTP, Gopher и WAIS. Таким образом, HTTP определяет основы многосредного доступа к ресурсам для разнообразных приложений.

  Протокол HTTP - это протокол запросов/ответов. Клиент посылает по соединению запрос серверу, содержащий: метод запроса, URI, версию протокола, MIME-подобное сообщение, включающее модификаторы запроса, клиентскую информацию и, возможно, тело запроса. Сервер отвечает строкой состояния, включающей версию протокола сообщения, кодом успешного выполнения или ошибки, MIME-подобным сообщением, содержащим информацию о сервере, метаинформацию объекта и, возможно, тело объекта.

  Большинство HTTP соединений, инициализируется агентом пользователя и состоит из запроса, который нужно применить к ресурсу на некотором первоначальном сервере. В самом простом случае, он может быть выполнен посредством одиночного соединения между агентом пользователя и первоначальным сервером.

  Более сложная ситуация возникает, когда в цепочке запросов/ответов присутствует один или несколько посредников. Существуют три основных разновидности посредников: прокси-сервера, шлюзы, и туннели. Прокси-сервер является агентом-посредником, который получает запросы на некоторый URI в абсолютной форме, изменяет все сообщение или его часть и отсылает измененный запрос серверу, идентифицированному URI. Шлюз - это принимающий агент, действующий как бы на уровень выше некоторого другого сервера и при необходимости транслирующий запросы в протокол основного сервера. Туннель действует как реле между двумя соединениями, не изменяя сообщений; туннели используются, когда связь нужно производить через посредника (например, firewall), который не понимает содержание сообщений.

  Фактически, имеется широкое разнообразие архитектур и конфигураций кэшей и прокси-серверов, разрабатываемых в настоящее время или развернутых в World Wide Web; эти системы включают национальные иерархии прокси-кэшей, которые сохраняют пропускную способность межокеанских каналов, системы, которые распространяют по многим адресам содержимое кэша, организации, которые распространяют подмножества кэшируемых данных на CD-ROM, и так далее. HTTP системы используются в корпоративных интернетсетях с высокоскоростными линиями связи, и для доступа через PDA с маломощными радиолиниями и неустойчивой связью. Цель HTTP/1.1 состоит в поддержании широкого многообразия конфигураций, уже построенных при введении ранних версий протокола, а также в удовлетворении потребностей разработчиков web приложений, требующих все более высокой надежности.