26. Протоколы стека tcp/ip.

Стек протоколов TCP/IP – Transmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP/IP) – это промышленный стандарт протоколов, разработанный для глобальных сетей, получивший широкое распространение и используемый практически во всех видах компьютерных сетей.

Стек TCP/IP был разработан Управлением перспективных научно-исследовательских разработок (Advanced Research Project Agency, ARPA) правительства США в 1970-х гг. и был впервые реализован в сети ARPAnet, на основе которой впоследствии была создана общественная сеть Internet. В сети, работающей на основе стека TCP/IP, информация передается в виде дискретных блоков, называемых IP-пакетами (IP-packets), или IP-дейтаграммами (IP-datagrams). IP-протокол является базовым протоколом в стеке, кроме него в стек входят следующие основные протоколы:

TCP (Transmission Control Protocol) – протокол управления передачей;

UDP (User Datagram Protocol) – протокол пользовательских дейтаграмм;

ARP (Address Resolution Protocol) – протокол определения адресов;

RARP (Reverse Address Resolution Protocol) – протокол обратного преобразования адресов;

ICMP (Internet Control Message Protocol) – протокол управляющих сообщений Internet;

IGMP (Internet Group Management Protocol) – протокол управления группами Internet;

RIP (Routing Information Protocol) – протокол информации маршрутизации (протокол маршрутизации);

HTTP (HyperText Transfer Protocol) – протокол передачи гипертекста;

FTP (File Transfer Protocol) – протокол передачи файлов;

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – простой протокол обмена электронной почтой и др.

В настоящее время наиболее распространены две версии (2 стандарта) IP-протокола: IPv4 и новая версия – IPv6. К основным отличительным особенностям IPv6 можно отнести расширенную схему адресации, возможность управления качеством передачи данных, наличие встроенных средств шифрования данных, поддержку многоадресного вещания.

Протокол DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) предназначен для автоматической настройки параметров стека TCP/IP сетевого узла в момент первоначального запуска его сетевых служб. Эти данные передаются узлу сервером DHCP в ответ на широковещательный запрос узла о сетевой конфигурации. Параметры конфигурации включают в себя IP-адрес узла, а также (опционально) адреса маршрутизатора (шлюза) и сервера DNS, имя домена и другие сведения. IP-адрес, присваиваемый узлу, может выбираться сервером из диапазона выделенных адресов – пула адресов (берется первый свободный адрес). В этом случае у узла нет постоянного IP-адреса, он назначается динамически. Для фиксации IP-адреса за узлом необходимо на сервере указать соответствие MAC- и IP-адресов узла и соответствующим образом настроить сервер. DHCP позволяет избежать конфигурирования стека TCP/IP на каждом узле сети отдельно и проводить гибкую централизованную административную политику.

Служба DNS (Domain Name Service) – распределенная БД, поддерживающая иерархическую систему имен для идентификации узлов в сети Internet или иной сети работающей на базе стека TCP/IP. Служба DNS предназначена для автоматического поиска IP-адреса по известному символьному имени узла. Система DNS несимметрична – ее функционирование подразумевает наличие DNS-серверов и DNS-клиентов. DNS-серверы хранят часть распределенной в сети базы данных о соответствии символьных имен и IP-адресов. БД DNS имеет структуру дерева, называемого доменным пространством имен, в котором каждый домен (узел дерева) имеет имя и может содержать поддомены. Имя домена идентифицирует его положение в этой базе данных по отношению к родительскому домену, причем точки в имени отделяют части, соответствующие узлам домена.

Протокол ARP (адресный протокол) предназначен для преобразования IP-адресов в MAC-адреса.

Протокол поддерживает в памяти сетевого узла динамическую ARP-таблицу в целях кэширования информации о соответствии IP- и MAC-адресов. Пример содержимого ARP-таблицы: Интерфейс: 10.242.33.24 on Interface 0x1000003

Адрес IP Физический адрес Тип

10.242.33.12 00-00-21-eb-3c-24 Динамический

10.242.33.16 00-00-21-24-24-4c Динамический

Когда с межсетевого уровня поступает IP-дейтаграмма для передачи в физический канал, осуществляется просмотр ARP-таблицы и, если в ней не содержится записи об MAC-адресе, соответствующем нужному IP-адресу, формируется ARP-запрос (ARP-request), который передается в Ethernet-кадре с широковещательным MAC-адресом получателя, поэтому все узлы, подключенные к данной сети, могут просмотреть этот запрос. Узел, обнаруживший в запросе свой IP-адрес, отправляет отправитель запроса ARP-ответ (ARP-response) с указанием своего MAC-адреса. Полученные данные заносятся в ARP-таблицу, теперь исходная IP-дейтаграмма может быть передана адресно по физическому каналу.

Протокол ICMP (протокол управляющих сообщений Internet) является неотъемлемой частью модуля IP. Он обеспечивает обратную связь в виде диагностических сообщений, посылаемых отправителю при невозможности доставки его дейтаграммы, и в других случаях.

ICMP-сообщение строится из IP-пакетов, сгенерировавших ICMP-ответ. IP инкапсулирует соответствующее ICMP-сообщение с новым заголовком IP (чтобы отправить ICMP-сообщение обратно отправителю) и передает полученные пакеты дальше.

Например, каждая машина (такая, как маршрутизатор), которая перенаправляет IP-пакеты, уменьшает Time to live (TTL) поля заголовка IP на единицу, если TTL достигает 0, ICMP-сообщение о превышении TTL отправляется на источник пакета.

Каждое ICMP-сообщение инкапсулируется непосредственно в пределах одного IP-пакета, и, таким образом, как и UDP, ICMP является ненадежным (надежным является TCP).

ICMP основан на протоколе IP. Его цели отличны от целей транспортных протоколов, таких как TCP и UDP: он, как правило, не используется для передачи и приема данных между конечными системами. ICMP не используется непосредственно в приложениях пользователей сети (исключение составляют инструменты Ping и Traceroute).

I nternet Protocol или IP (internet protocol - межсетевой протокол) - маршрутизируемый сетевой протокол, протокол сетевого уровня семейства TCP/IP. Протокол IP используется для негарантированной доставки данных, разделяемых на так называемые пакеты от одного узла сети к другому. Это означает, что на уровне этого протокола (третий уровень сетевой модели OSI) не даётся гарантий надёжной доставки пакета до адресата. В частности, пакеты могут прийти не в том порядке, в котором были отправлены, продублироваться (когда приходят две копии одного пакета; в реальности это бывает крайне редко), оказаться повреждёнными (обычно повреждённые пакеты уничтожаются) или не прибыть вовсе. Гарантию безошибочной доставки пакетов дают протоколы более высокого (транспортного уровня) сетевой модели OSI — например, TCP — которые используют IP в качестве транспорта. Протокол IP (Internet Protocol) входит в состав стека протоколов TCP/IP и является основным протоколом сетевого уровня, использующимся в Интернет и обеспечивающим единую схему логической адресации устройств в сети и маршрутизацию данных.

Типы адресов стека TCP/IP. В стеке TCP/IP используются три типа адресов: локальные (называемые также аппаратными), IP-адреса и символьные доменные имена. В терминологии TCP/IP под локальным адресом понимается такой тип адреса, который используется средствами базовой технологии для доставки данных в пределах подсети, являющейся элементом составной интерсети Если подсетью интерсети является локальная сеть, то локальный адрес - это МАС - адрес - назначается сетевым адаптерам и сетевым интерфейсам маршрутизаторов. Они назначаются производителями оборудования и являются уникальными, так как управляются централизованно. Для всех существующих технологий локальных сетей МАС - адрес имеет формат 6 байт, например 11-AO-17-3D-BC-01. IP-адреса представляют собой основной тип адресов, на основании которых сетевой уровень передает пакеты между сетями. Эти адреса состоят из 4 байт, например 109.26.17.100. IP-адрес назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение. IP обеспечивает продвижение пакета по составной сети, a TCP гарантирует надежность его доставки.

Transmission Control Protocol (TCP) (протокол управления передачей) - один из основных сетевых протоколов Интернета, предназначенный для управления передачей данных в сетях и подсетях TCP/IP. Выполняет функции протокола транспортного уровня модели OSI. TCP - это транспортный механизм, предоставляющий поток данных, с предварительной установкой соединения, за счёт этого дающий уверенность в достоверности получаемых данных, осуществляет повторный запрос данных в случае потери данных и устраняет дублирование при получении двух копий одного пакета. В отличие от UDP гарантирует целостность передаваемых данных и уведомление отправителя о результатах передачи.

Р еализация TCP, как правило, встроена в ядро ОС, хотя есть и реализации TCP в контексте приложения.

Когда осуществляется передача от компьютера к компьютеру через Интернет, TCP работает на верхнем уровне между двумя конечными системами, например, браузером и веб-сервером. Также TCP осуществляет надежную передачу потока байтов от одной программы на некотором компьютере к другой программе на другом компьютере. Программы для электронной почты и обмена файлами используют TCP. TCP контролирует длину сообщения, скорость обмена сообщениями, сетевой трафик.

Соответствие уровней стека TCP/IP семиуровневой модели OSI/ISO (модель взаимодействия открытых систем – Open System Interconnection/ International Organization for Standardization).