Книга: Linux-сервер своими руками
1.7.5. Многоуровневая архитектура стека TCP/IP
Разделы на этой странице:
1.7.5. Многоуровневая архитектура стека TCP/IP
Этот пункт книги является необязательным: если вы считаете, что у вас уже достаточно знаний о протоколе TCP/IP, то можете перейти к следующим разделам, а к этому вернуться позже. Здесь будет описана многоуровневая архитектура протокола TCP/IP — для большего понимания происходящего.
Вначале давайте рассмотрим историю создания протокола TCP/IP. Протокол TCP/IP был создан в конце 60-х — начале 70-х годов агентством DARPA Министерства Обороны США (U.S. Department of Defense Advanced Research Projects Agency). Основные этапы развития этого протокола отмечены в табл. 1.4.
Этапы развития протокола TCP/IP Таблица 1.4
| Год | Событие |
|---|---|
| 1970 | Введен в использование протокол NCP (Network Control Protocol) для узлов сети Arpanet |
| 1972 | Вышла первая спецификация Telnet (см. RFC 318) |
| 1973 | Введен протокол FTP (RFC 454) |
| 1974 | Программа TCP (Transmission Control Program) |
| 1981 | Опубликован стандарт протокола IP (RFC 791) |
| 1982 | Объединение протоколов TCP и IP в одно целое — TCP/IP |
| 1983 | Сеть Arpanet переведена на протокол TCP (ранее использовался протокол NCP) |
| 1984 | Введена доменная система имен DNS |
Как вы видите, все стандарты Интернет-протоколов опубликованы в документах RFC. Документы RFC (Request For Comments) — это запрос комментариев. В этих документах описывается устройство сети Интернет.
Документы RFC создаются сообществом Интернет (Internet Society, ISOC). Любой член ISOC может опубликовать свой стандарт в документе RFC. Документы RFC делятся на пять типов:
| Требуется (Required) | данный стандарт должен быть реализован на всех основных узлах TCP/IP. |
| Рекомендуется (Recommended) | обычно такие спецификации RFC также реализуются |
| Выборочно (Elective) | реализация не обязательна. |
| Ограниченное использование (Limited use) | не рекомендуется для всеобщего применения. |
| Не рекомендуется (Not recommended) | не рекомендуется. |
Все необходимые документы RFC вы найдете на прилагаемом компакт-диске.
Протоколы семейства TCP/IP можно представить в виде модели, состоящей из четырех уровней: прикладного, основного, межсетевого и сетевого (см. рис. 1.11).
| Уровень 1 | Прикладной уровень (уровень приложения, Application Layer) |
| Уровень 2 | Основной (транспортный) уровень (Transport Layer) |
| Уровень 3 | Межсетевой уровень (уровень Internet, Internet Layer) |
| Уровень 4 | Уровень сетевых интерфейсов (Network Interface Layer) |
Рис. 1.11. Уровни стека протоколов TCP/IP
Каждый из этих уровней выполняет определенную задачу для организации надежной и производительной работы сети.
Уровень сетевого интерфейса
Данный уровень лежит в основании всей модели протоколов семейства TCP/IP. Уровень сетевого интерфейса отвечает за отправку в сеть и прием из сети кадров, которые содержат информацию. Кадры передаются по сети как одно целое. Кадр (frame) — это единица данных, которыми обмениваются компьютеры в сети Ethernet. Для обозначения блоков данных определенных уровней используют термины кадр (frame), пакет (packet), дейтаграмма (datagram), сегмент (segment). Все эти термины обозначают транспортируемые отдельно блоки данных и их можно считать синонимами. Название блока пересылаемых данных изменяется в зависимости от уровня (см. рис. 1.12).
Рис. 1.12. Пересылка блока данных в стеке протоколов TCP/IP
Межсетевой уровень
Протоколы Интернет инкапсулируют блоки данных в пакеты (дейтаграммы) и обеспечивают необходимую маршрутизацию. К основным Интернет-протоколам относятся:
| IP (Internet Protocol) | предназначен для отправки и маршрутизации пакетов. |
| ARP (Address Resolution Protocol) | используется для получения МАС-адресов (аппаратных адресов) сетевых адаптеров. |
| ICMP (Internet Control Message Protocol) | предназначен для отправки извещений и сообщений об ошибках при передаче пакетов. |
| IGMP (Internet Group Management Protocol) | используется узлами для сообщения маршрутизаторам, которые поддерживают групповую передачу, о своем участии в группах. |
| RIP (Route Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First) | протоколы маршрутизации. |
На этом уровне реализуется передача пакетов без установки соединения — дейтаграммным способом. Межсетевой уровень обеспечивает перемещение пакетов по сети с использованием наиболее рационального маршрута (протокол OSPF). Основная функция межсетевого уровня — передача пакетов через составную сеть, поэтому этот уровень также называется уровнем Интернет.
Транспортный (основной) уровень
Данный уровень обеспечивает сеансы связи между компьютерами. Существует два транспортных протокола: TCP (Transmission Control Protocol) и UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP ориентирован на установление соединения, то есть перед передачей данных компьютеры «договариваются» между собой. Обычно по этому протоколу передаются большие объемы данных или данные, для которых требуется подтверждение их приема. Этот протокол используется большинством сетевых приложений, так как обеспечивает достаточную надежность при передаче данных.
Протокол UDP не ориентирован на соединение и не гарантирует доставку пакетов (дейтаграмм). Однако протокол UDP является более быстродействующим по сравнению с TCP. Обычно по этому протоколу передаются небольшие объемы данных. Ответственность за доставку данных несет сетевая программа.
Уровень приложений
Данный уровень является вершиной модели TCP/IP. На этом уровне работают практически все распространенные утилиты и службы: DNS, Telnet, WWW, Gopher, WAIS, SNMP, FTP, TFTP, SMTP, POP, IMAP.
В качестве завершения данного пункта рассмотрим соответствие уровней стека протокола TCP/IP семиуровневой модели OSI (см. табл. 1.5).
Соответствие уровней стека TCP/IP модели OSI Таблица 1.5
| Уровень модели OSI | Протокол | Уровень стека TCP/IP |
|---|---|---|
| 7, 6 | WWW (HTTP), FTP, TFTP, SMTP, POP, telnet, WAIS, SNMP | 1 |
| 5, 4 | TCP, UDP | 2 |
| 3 | IP, ICMP, RIP, OSPF, ARP | 3 |
| 2, 1 | Ethernet, PPP, SLIP | 4 |
В следующем пункте рассмотрено такое важное понятие протокола TCP/IP как порт. В том же пункте будут рассмотрены структуры пакетов IP и TCP, поскольку рассмотрение этого материала без введения определения порта не имеет смысла.
Оглавление книги
