43. Транспортные протоколы. Протоколы tcp и udp.

История развития стека TCP/IP (как и история Интернета) началась еще в конце 60-х гг. прошлого, XX века с проекта ARPANet — сети Агентства перспективных исследовательских проектов (AdvancedResearchProjectAgencyNetwork) Министерства обороны США. Поскольку для военных во времена «холодной войны» была особенно важна возможность передачи данных даже в условиях атомных бомбардировок, ARPANet задумывалась как высоконадежная сеть, объединяющая военные, государственные и научные учреждения. Получившаяся в результате сеть и разработанный несколько позже (в 70-х гг.) стек протоколов TCP/IP оказались настолько удачными, что даже после прекращения финансирования проекта ARPANet Министерством обороны продолжали жить и успешно развиваться, создав основы современного Интернета.

Основные преимущества стека TCP/IP перед другими (например, перед стеком IPX/SPX) — более удобная система сетевой адресации, возможность фрагментации пакетов и очень небольшое количество широковещательных сообщений. Эти преимущества оказались решающими не только при построении глобальных сетей, объединяющих сети с разнородными архитектурами, но и при создании крупных корпоративных сетей. В результате сегодня стек TCP/IP практически вытеснил все остальные — он используется и в небольших домашних сетях, и в глобальной сети Интернет.

Поскольку стек TCP/IP является общедоступным, его стандарты (а также просто информационные материалы) публикуются в Интернете в виде специальных документов под названием «RFC» («RequestforComments», «запрос комментариев») с последовательно возрастающим номером. К примеру, спецификация протокола IP опубликована в RFC 791, а протокола HTTP версии 1.1 — в RFC 2616. Первый документ RFC был представлен еще в апреле 1969 г., а сейчас текущие номера RFC перевалили за 4 тысячи.

Стек TCP/IP, в отличие от семиуровневой модели OSI, принято описывать в рамках четырех уровней (рисунок 4).

Рисунок 4 – Основные протоколы стека TCP/IP

На физическом уровне TCP/IP поддерживает работу с основными технологиями локальных сетей — Ethernet, TokenRing, Wi-Fi, Bluetooth и т. д.

На сетевом уровне располагаются несколько протоколов:

1. протокол ARP (AddressResolutionProtocol) является звеном, связывающим сетевой уровень с физическим. Он отвечает за преобразование сетевых IP-адресов в аппаратные MAC-адреса;

2. протокол RARP (ReverseAddressResolutionProtocol) — осуществляет обратное преобразование MAC-адресов в IP-адреса (в операционных системах Windows поддержка протокола RARP не предусмотрена);

3. протокол ICMP (InternetControlMessageProtocol)— используется для передачи сообщений об ошибках, диагностики доступности сетевого узла и маршрута доставки пакетов (именно его используют такие популярные утилиты, как PINGи TRACERT);

4. протокол IGMP (InternetGroupManagementProtocol) — используется для управления группами компьютеров, например, при передаче в сетях потокового видео и звука, когда для снижения нагрузки на сеть пакет посылается по специальному адресу сразу нескольким компьютерам (многоадресная рассылка);

5. протокол IP (InternetProtocol) — один из самых важных в стеке TCP/IP. Как следует из его названия («IP» переводится как «межсетевой протокол»), он отвечает за доставку IP-дейтаграмм (так правильно называются пакеты на уровне протокола IP), обеспечивая передачу пакета из одной сети в другую. О том, как это происходит, будет подробно рассказано далее.

На транспортном уровне работают два протокола:

1. протокол TCP (TransmissionControlProtocol, протокол управления передачей)– основной протокол транспортного уровня. Обеспечивает установку соединения между отправителем и получателем, разбиение крупного блока информации(например, файла)нанебольшие TCP-пакеты и их гарантированную доставку получателю (в нужном порядке и без ошибок). Соответственно, протокол TCPиспользуется в тех приложениях, где важно обеспечить целостность при передаче данных;

2. протокол UDP (UserDatagramProtocol),в отличие от TCP, не устанавливает соединения перед передачей информации и не обеспечивает надежной доставки данных, работая при этом быстрее, чем TCP. Его используют там, где обеспечение доставки информации не особенно важно по сравнению со скоростью передачи (контроль за целостностью данных в этом случае возлагается на использующее протокол UDPприложение).

Чтобы лучше представить себе работу протоколов TCP и UDP, вернемся к нашей аналогии с почтой. Пусть вам надо переслать в издательство целый роман, а в письмо разрешается вкладывать не больше нескольких страниц текста. Чтобы в такой ситуации ничего не потерять при пересылке и не перепутать при приеме рукописи в печать, вначале хорошо бы договориться с издательством о системах обозначения именно для вашего романа и о нумерации сообщений. Для этого нужно послать письмо, извещающее из­дательство о вашем намерении переслать роман, в котором указать исходящий номер вашего следующего сообщения. Издательство подтвердит получение вашего сообщения и в ответном письме сообщит вам свои исходящие и входящие номера, а вы подтвердите получение этих номеров. Таким образом, обе стороны согласуют номера сообщений, ко­торые они позже будут ожидать друг от друга, что и означает установку связи. Дальше вам остается только разделить роман на небольшие части и посылать каждую в отдельном письме, а издательству — подтверждать получение этих частей. Ошибки работы почты (если какое-то сообщение не дойдет до издательства из-за потери или повреждения письма либо придет вне очереди) легко определить по входящим и исходящим номерам, чтобы принять соответствующие меры — заново переслать утерянную часть или собрать страницы романа в нужном порядке.

Примерно так же работает и протокол TCP:

• устанавливает соединение между компьютерами по определенным портам;

• на компьютере-отправителе разбивает информацию на пакеты, нумерует их и с помощью протокола IPпередает получателю;

• на компьютере-получателе проверяет, все ли пакеты получены, а если пакет пропущен или поврежден, запрашивает у отправителя повторную пересылку;

• после получения всех пакетов закрывает соединение, собирает пакеты в нужном порядке и передает полученные данные приложению более высокого уровня.

Протокол же UDPв этой аналогии можно сравнить с рассылкой рекламных сообщений. Никакого установления связи и подтверждения получения корреспонденции здесь нет — письма с рекламной информацией просто бросают в ваш почтовый ящик. При этом ни отправителя, ни получателя надежность доставки информации или ее целостность, вообще говоря, не особенно беспокоят.

Очевидно, почтовые отправления в обоих этих примерах являются аналогами IP-пакетов, а почтальоны выполняют функции протокола IP.

Порт в TCPили UDP— это логический канал с определенным номером (от 0 до 65536), обеспечивающий текущее взаимодействие между отправителем и получателем. Порты позволяют компьютеру с одним IP-адресом параллельно обмениваться данными с множеством других компьютеров. Некоторые номера портов (так называемые «хорошо известные», или «well-known», порты с номерами от 0 до 1024) привязаны к определенным службам и приложениям, что позволяет клиентам легко обращаться к нужным им сетевым сервисам.

Наконец, самым богатым по набору протоколов является прикладной уровень стека TCP/IP. Ниже в таблице 1 приведены самые популярные протоколы, а также зарезервированные для них порты, хотя для протоколов обычно резервируются одинаковые номера портов и для TCP, и для UDP, в таблице приведены порты для наиболее часто применяемого протокола транспортного уровня (TCPили UDP).

Таблица 1 – Протоколы прикладного уровня стека TCP/IP

Протокол	Назначение	Номер порта
NTP (NetworkTimeProtocol)	Протокол сетевого времени, используется для синхронизации системных часов компьютеров в сетях	123 (UDP)
DNS (Domain Name System, или Service)	Служба доменных имен, используется для преобразования (разрешения) понятных людям имен компьютеров (например, имен типа www.microsoft.com) в IP-адреса	53 (TCP и UDP)

Продолжение таблицы 1

NetBIOS name service и WINS (Windows Internet Naming Service)	Служба имен NetBIOS и служба межсетевых имен Windows, используются для преобразования NetBIOS-имен компьютеров (например, имен типа SERVER) в IP-адреса	137 и 138 (UDP)
NetBIOSsessionservice	Служба сеансов NetBIOS, используется для установления сеансов между компьютерами	139 (TCP)
LDAP (Lightweight Directory Access Protocol)	Простой протокол доступа к каталогу, используется для работы с различными сетевыми каталогами (например, со службой ActiveDirectory в доменах на основе WindowsServer 2003)	389 (TCP)
RPC (RemoteProcedureCall)	Вызов удаленной процедуры, используется для работы со многими сетевыми службами в сетях Майкрософт	135 (TCP)
Telnet	Протокол для обеспечения терминального доступа к удаленным компьютерам	23 (TCP)
FTP (FileTransferProtocol)	Протокол передачи файлов, один из «старейших» протоколов Интернета; используется для эффективной и надежной передачи файлов между клиентом и сервером FTP		20 и 21 (TCP)
TFTP (Trivial File Transfer Protocol)	Упрощенный вариант FTP, не имеет таких функций, как проверка пользователя при входе, просмотр каталогов и файлов сервера; используется только для записи и чтения файлов		69 (UDP)
Протокол	Назначение		Номер порта
Gopher	Протокол Gopher («суслик»), используется для доступа к текстовым информационным ресурсам на удаленном сервере		70 (TCP)
HTTP (HyperTextTransferProtocol)	Протокол передачи гипертекста, самый популярный сегодня протокол, используемый во Всемирной паутине (WorldWideWeb); описывает, каким способом нужно представлять данные (текстовые, аудио-, видео- и т. д.) на веб-серверах, как к ним обращаться с помощью веб-браузера (например, программы InternetExplorer) и как передавать эти данные		80 (TCP)
NNTP (Network News Transfer Protocol)	Протокол передачи сетевых новостей, используется для обмена сообщениями в системах телеконференций		119 (TCP)

Продолжение таблицы 1

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)	Простой протокол передачи почты, используется почтовыми серверами для обмена электронными сообщениями (на этапе отправки почтового сообщения его автором)	25 (TCP)
POP3 (PostOfficeProtocol)	«Протокол почтового отделения», довольно простой протокол, используемый почтовым клиентом (например, программой OutlookExpress) для подключения к своему почтовому ящику на сервере и считывания сообщений (на этапе доставки почтового сообщения адресату)	110 (TCP)
IMAP4 (Internet Message Access Protocol)	Протокол доступа к электронным сообщениям — более функциональный, чем POP3, клиентский протокол для доступа к почтовому серверу	143 (TCP)
SSL (SecureSocketsLayer)	Протокол, обеспечивающий согласование алгоритмов и обмен ключами шифрования. Используется для защиты данных при их пересылке по сетям	25 (SMTP) 995 (POP3S) 993 (IMAPS) 443 (HTTPS) (TCP)

Несмотря на существование большого количества наборов протоколов, основным сегодня является общедоступный стек TCP/IP. Он используется практически повсеместно, начиная с небольших домаш­них сетей и заканчивая крупнейшей сетью — Интернетом.

На физическом уровне стек TCP/IP поддерживает работу со всеми основными сетевыми технологиями локальных и глобальных сетей, на сетевом — обеспечивает логичную систему адресации и эффективной межсетевой маршрутизации, на транспорт­ном уровне — протоколы как гарантированной, так и быстрой доставки данных, а на уровне приложений — целую гамму разнообразных протоколов.

44. Высшие уровни модели OSI. Сеансовый уровень, понятие сеанса. Уровень представления. Прикладной уровень.

45. Стандартные правила построения текст‑ориентированных протоколов высших уровней.

46. Основные протоколы высших уровней – HTTP, FTP, SMTP, POP3, IMAP4, NNTP, SMTP. модулев

47. NetBIOS.

48. Протоколы управления сетями SNMP и CMIP.