Протоколы TCP/IP

       Содержание

1. Введение          2
2. Протоколы TCP/IP        2

1. Единая логическая сеть      2
2. Терминология        3
3. Потоки данных        3
4. Работа с несколькими сетевыми интерфейсами  5
5. Межсетевой протокол IP      6
6. Прямая маршрутизация      6
7. Косвенная маршрутизация      6
8. Правила маршрутизации в модуле IP    8
9. IP-адрес          8
10. Выбор адреса                                                                         10
11. Подсети                                                                                   11
12. Как назначить номера сетей и подсетей                          12
13. Имена                                                                                      13
14. IP-таблица маршрутов                                                        15
15. Подробности прямой маршрутизации                             15
16. Порядок прямой маршрутизации                                     16
17. Подробности косвенной маршрутизации                        16
18. Порядок косвенной маршрутизации                                17
19. Протокол TCP/IP                                                                  19

3. Заключение                                                                                    21
4. Список используемой литературы                                           

       Введение

       Термин «TCP/IP» обычно обозначает все, что связано с протоколами TCP и IP. Он охватывает целое семейство протоколов, прикладные программы и даже саму сеть. В состав семейства входят протоколы UDP, ARP, ICMP, TELNET, FTP и многие другие. TCP/IP - это технология межсетевого взаимодействия, технология Internet. Сеть, которая использует технологию Internet, называется «Internet». Если речь идет о глобальной сети, объединяющей множество сетей с технологией Internet, то ее называют Internet.

       Единая логическая сеть

       Архитектура протоколов TCP/IP предназначена для объединенной сети, состоящей из соединенных друг с другом шлюзами отдельных разнородных пакетных подсетей, к которым подключаются разнородные машины. Каждая из подсетей работает в соответствии со своими специфическими требованиями и имеет свою природу средств связи. Однако предполагается, что каждая подсеть может принять пакет информации и доставить его по указанному адресу в этой конкретной подсети. Не требуется, чтобы подсеть гарантировала обязательную доставку пакетов и имела надежный сквозной протокол. Таким образом, две машины, подключенные к одной подсети, могут обмениваться пакетами.

       Когда необходимо передать пакет между  машинами, подключенными к разным подсетям, то машина-отправитель посылает пакет в соответствующий шлюз (шлюз подключен к подсети также как обычный узел). Оттуда пакет направляется по определенному маршруту через систему шлюзов и подсетей, пока не достигнет шлюза, подключенного к той же подсети, что и машина-получатель; там пакет направляется к получателю. Объединенная сеть обеспечивает датаграммный сервис.

       Проблема  доставки пакетов в такой системе  решается путем реализации во всех узлах и шлюзах межсетевого протокола IP. Межсетевой уровень является по существу базовым элементом во всей архитектуре протоколов, обеспечивая возможность стандартизации протоколов верхних уровней.

       Терминология

       Драйвер – это программа, непосредственно взаимодействующая с сетевым адаптером.

       Модуль – это программа, взаимодействующая с драйвером, сетевыми прикладными программами или другими модулями. Драйвер сетевого адаптера и, возможно, другие модули, специфичные для физической сети передачи данных, предоставляют сетевой интерфейс для протокольных модулей семейства TCP/IP.

       Название  блока данных, передаваемого по сети, зависит от того, на каком уровне стека протоколов он находится. Блок данных, с которым имеет дело сетевой интерфейс, называется кадром; если блок данных находится между сетевым интерфейсом и модулем IP, то он называется IP-пакетом; если он – между модулем IP и модулем UDP, то – UDP-датаграммой; если между модулем IP и модулем TCP, то – TCP-сегментом (или транспортным сообщением); наконец, если блок данных находится на уровне сетевых прикладных процессов, то он называется прикладным сообщением.

       Потоки  данных

       Рассмотрим  потоки данных, проходящие через стек протоколов. В случае использования  протокола TCP (Transmission Control Protocol – протокол управления передачей), данные передаются между прикладным процессом и модулем TCP. Типичным прикладным процессом, использующим протокол TCP, является модуль FTP (File Transfer Protocol – протокол передачи файлов). Стек протоколов в этом случае будет FTP/TCP/IP/ENET. При использовании протокола UDP (User Datagram Protocol – протокол пользовательских датаграмм), данные передаются между прикладным процессом и модулем UDP. Например, SNMP (Simple Network Management Protocol – простой протокол управления сетью) пользуется транспортными услугами UDP. Его стек протоколов выглядит так: SNMP/UDP/IP/ENET.

       Модули TCP, UDP и драйвер Ethernet являются мультиплексорами n x 1. Действуя как мультиплексоры, они переключают несколько входов на один выход. Они также являются демультиплексорами 1 x n. Как демультиплексоры, они переключают один вход на один из многих выходов в соответствии с полем типа в заголовке протокольного блока данных.

       Когда Ethernet-кадр попадает в драйвер сетевого интерфейса Ethernet, он может быть направлен  либо в модуль ARP (Address Resolution Protocol – адресный протокол), либо в модуль IP (Internet Protocol – межсетевой протокол). На то, куда должен быть направлен Ethernet-кадр, указывает значение поля типа в заголовке кадра.

       Если IP-пакет попадает в модуль IP, то содержащиеся в нем данные могут быть переданы либо модулю TCP, либо UDP, что определяется полем «протокол» в заголовке IP-пакета.

       Если UDP-датаграмма попадает в модуль UDP, то на основании значения поля «порт» в заголовке датаграммы определяется прикладная программа, которой должно быть передано прикладное сообщение. Если TCP-сообщение попадает в модуль TCP, то выбор прикладной программы, которой должно быть передано сообщение, осуществляется на основе значения поля «порт» в заголовке TCP-сообщения.

       Мультиплексирование данных в обратную сторону осуществляется довольно просто, так как из каждого  модуля существует только один путь вниз. Каждый протокольный модуль добавляет к, на основании которого машина, принявшая пакет, выполняет демультиплексирование.

       Мультиплексор n x 1 и демультиплексор 1 x n. Данные от прикладного процесса проходят через модули TCP или UDP, после чего попадают в модуль IP и оттуда – на уровень сетевого интерфейса.

       Хотя  технология Internet поддерживает много различных сред передачи данных, в основном используют Ethernet, так как именно эта среда чаще всего служит физической основой для IP-сети. Машина не имеет одну точку соединения с Ethernet. Шестибайтный Ethernet-адрес является уникальным для каждого сетевого адаптера и распознается драйвером.

       Машина  имеет также четырехбайтный IP-адрес. Этот адрес обозначает точку доступа  к сети на интерфейсе модуля IP с драйвером. IP-адрес должен быть уникальным в пределах всей сети Internet. Работающая машина всегда знает свой IP-адрес и Ethernet-адрес.

       Работа  с несколькими  сетевыми интерфейсами

       Машина  может быть подключена одновременно к нескольким средам передачи данных. Для машин с несколькими сетевыми интерфейсами модуль IP выполняет функции мультиплексора n x m и демультиплексора m x n . Таким образом, он осуществляет мультиплексирование входных и выходных данных в обоих направлениях. Модуль IP может передавать данные между сетями. Данные могут поступать через любой сетевой интерфейс и быть ретранслированы через любой другой сетевой интерфейс. Процесс передачи пакета в другую сеть называется ретрансляцией IP-пакета. Машина, выполняющая ретрансляцию, называется шлюзом.

       Ретранслируемый пакет не передается модулям TCP или UDP. Некоторые шлюзы вообще могут не иметь модулей TCP и UDP.

       Межсетевой  протокол IP

       Модуль IP является базовым элементом технологии Internet, а центральной частью IP является его таблица маршрутов. Протокол IP использует эту таблицу при принятии всех решений о маршрутизации IP-пакетов. Содержание таблицы маршрутов определяется администратором сети. Ошибки при установке маршрутов могут заблокировать передачи.

       Прямая  маршрутизация

       Протокол IP требует дополнительных расходов на создание, передачу и обработку IP-заголовка. Когда в машине модуль IP получает IP-пакет от некоторой машины A, он сопоставляет IP-адрес места назначения со своим, и, если адреса совпадают, то передает датаграмму протоколу верхнего уровня. В данном случае используется прямая маршрутизация.

       Косвенная маршрутизация

       Рассмотрим  случай, когда сеть Internet состоит из трех сетей Ethernet, на базе которых работают три IP-сети, объединенные некоторым шлюзом. Каждая IP-сеть включает четыре машины; каждая машина имеет свои собственные IP- и Ethernet адреса.

       Шлюз соединяет все три сети и, следовательно, имеет три IP-адреса и три Ethernet-адреса. Эта машина имеет стек протоколов TCP/IP, но вместо двух модулей ARP и двух драйверов, он содержит три модуля ARP и три драйвера Ethernet, хотя эта машина имеет только один модуль IP.

       Менеджер  сети присваивает каждой сети Ethernet уникальный номер, называемый IP-номером  сети. 

       Когда первая  машина посылает IP-пакет второй машине,  то процесс передачи идет в пределах одной сети. При всех взаимодействиях между машинами, подключенными к одной IP-сети, используется прямая маршрутизация. Каждая пара машин, связанных со шлюзом принадлежит одной IP-сети. Однако, если какая-нибудь машина взаимодействует с машинами, включенными в другую IP-сеть, то взаимодействие уже не будет прямым. Эта машина должна использовать шлюз для ретрансляции IP-пакетов в другую IP-сеть. Такое взаимодействие называется «косвенным».

       Маршрутизация IP-пакетов выполняется модулями IP и является прозрачной для модулей TCP, UDP и прикладных процессов.

       Если  какая-то машина посылает некой другой машине IP-пакет, то IP-адрес и Ethernet-адрес отправителя соответствуют адресам первой машины. IP-адрес места назначения является адресом второй машины, но поскольку модуль IP в первую машину посылает IP-пакет через шлюз, Ethernet-адрес места назначения является адресом этого шлюза.

       Таким образом можно  сделать вывод о том, что при прямой маршрутизации IP- и Ethernet-адреса отправителя соответствуют адресам того узла, который послал IP-пакет, а IP- и Ethernet-адреса места назначения соответствуют адресам получателя. При косвенной маршрутизации IP- и Ethernet-адреса не образуют таких пар.

       В рассмотренном примере сеть Internet является очень простой. Реальные сети могут быть гораздо сложнее, так как могут содержать несколько шлюзов и несколько типов физических сред передачи. Здесь несколько сетей Ethernet объединяются шлюзом для того, чтобы локализовать широковещательный трафик в каждой сети.  

       Правила маршрутизации в  модуле IP

       Для отправляемых IP-пакетов, поступающих  от модулей верхнего уровня, модуль IP должен определить способ доставки – прямой или косвенный – и выбрать сетевой интерфейс. Этот выбор делается на основании результатов поиска в таблице маршрутов.

       Для принимаемых IP-пакетов, поступающих  от сетевых драйверов, модуль IP должен решить, нужно ли ретранслировать IP-пакет  по другой сети или передать его  на верхний уровень. Если модуль IP решит, что IP-пакет должен быть ретранслирован, то дальнейшая работа с ним осуществляется также, как с отправляемыми IP-пакетами. Входящий IP-пакет никогда не ретранслируется через тот же сетевой интерфейс, через который он был принят.