9.7.Сетевая модель Internet и стек протоколов tcp/ip

Стек TCP/IP был разработан по инициативе Министерства обороны США более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Большой вклад в развитие стека TCP/IP, который получил свое название по популярным протоколам IP и TCP, внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей версии ОС UNIX. Популярность этой операционной системы привела к широкому распространению протоколов ТСР, IP и других протоколов стека. Сегодня этот стек используется для связи компьютеров всемирной информационной сети Internet, а также в огромном числе корпоративных сетей.

Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей - это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных - протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP, PPP, протоколы территориальных сетей Х.25 и 150К.

TCP/IP - собирательное название для набора (стека) сетевых протоколов разных уровней, используемых в Internet.За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек ТСР/IР вобрал в себя большое количество протоколов прикладного уровня. К ним относятся такие популярные протоколы, как протокол пересылки файлов FTP, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Ethernet, гипертекстовые сервисы службы WWW и многие другие. Сеть Internet - это сеть сетей, объединяющая как локальные сети, так и глобальные сети. Поэтому центральным местом при обсуждении принципов построения сети является семейство протоколов межсетевого обмена TCP/IP.

Особенности TCP/IP:

открытые стандарты протоколов, разрабатываемые независимо от программного и аппаратного обеспечения;

независимость от физической среды передачи;

система уникальной адресации;

стандартизованные протоколы высокого уровня для распространенных пользовательских сервисов

Сетевая модель Internet (рис. 20) представлена четырьмя уровнями. На рисунке приведены также основные протоколы стека TCP/IP.

Рис.20.Сетевая модель Internet

Стек протоколов TCP/IP делится на 4 уровня:

прикладной (уровень приложений),

транспортный,

сетевой (межсетевой),

физический и канальный, называемый также уровнем доступа к сети.

Данные передаются в пакетах. Данные верхних уровней вставляются, в пакеты нижних уровней. Инкапсуляция - способ упаковки данных в формате одного протокола в формат другого протокола. Например, упаковка IP-пакета в кадр Ethernet или TCP-сегмента в IP-пакет. Согласно словарю иностранных слов термин "инкапсуляция" означает "образование капсулы вокруг чужих для организма веществ (инородных тел, паразитов и т.д.)". В рамках межсетевого обмена понятие инкапсуляции имеет несколько более расширенный смысл. Если в случае инкапсуляции IP в Ethernet речь идет действительно о помещении пакета IP в качестве данных Ethernet-кадра, или, в случае инкапсуляции TCP в IP, помещение TCP-сегмента в качестве данных в IP-пакет, то при передаче данных по коммутируемым каналам происходит дальнейшая "нарезка" пакетов теперь уже на пакеты SLIP или фреймы PPP. Пример инкапсуляции пакетов в стеке TCP/IP приведён на рис.21.

Рис.21. Пример инкапсуляции пакетов в стеке TCP/IP

Главной задачей стека TCP/IP является объединение в сеть пакетных подсетей через шлюзы. Каждая сеть работает по своим собственным законам, однако предполагается, что шлюз может принять пакет из другой сети и доставить его по указанному адресу. Пакет из одной сети передается в другую подсеть через последовательность шлюзов, которые обеспечивают сквозную маршрутизацию пакетов по всей сети. В данном случае, под шлюзом понимается точка соединения сетей. При этом соединяться могут как локальные сети, так и глобальные сети. В качестве шлюза могут выступать как специальные устройства, маршрутизаторы, так и компьютеры, которые имеют программное обеспечение, выполняющее функции маршрутизации пакетов. Маршрутизация - это процедура определения пути следования пакета из одной сети в другую. На рис. 22 представлена схема объединения сетей.

Рис.22. Схема объединения ЛВС и Internet

Сегодня стек ТСР/IР представляет собой один из самых распространенных стеков протоколов вычислительных сетей. Только в сети Internet объединено более 10 миллионов компьютеров по всему миру, которые взаимодействуют друг с другом с помощью стека протоколов ТСР/IР. Рассмотрим основные протоколы всех уровней сетевой модели Internet.