Структура стека TCP/IP. Коротка характеристика протоколів

Оскільки стек TCP/IP був розроблений до появи моделі взаємодії відкритих систем ISO/OSI, то, хоча він також має багаторівневу структуру, відповідність рівнів стека TCP/IP рівням моделі OSI достатньо умовно.

Структура протоколів TCP/IP приведена на малюнку 2.1. Протоколи TCP/IP діляться на 4 рівні.

Рисунок 1.1 – Стек TCP/IP

Самий нижній (рівень IV) відповідає фізичному і канальному рівням моделі OSI. Цей рівень в протоколах TCP/IP не регламентується, але підтримує всі популярні стандарти фізичного і канального рівня: для локальних мереж це Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, для глобальних мереж – протоколи з'єднань «точка-точка» SLIP і PPP, протоколи територіальних мереж з комутацією пакетів X.25, frame relay. Розроблена також спеціальна специфікація, що визначає використання технології АТМ як транспорт канального рівня. Зазвичай при появі нової технології локальних або глобальних мереж вона швидко включається в стек TCP/IP за рахунок розробки відповідного RFC, що визначає метод інкапсуляції пакетів IP в її кадри.

Наступний рівень (рівень III) - це рівень міжмережевої взаємодії, який займається передачею пакетів з використанням різних транспортних технологій локальних мереж, територіальних мереж, ліній спеціального зв'язку і т.п.

Як основний протокол мережевого рівня (в термінах моделі OSI) в стеку використовується протокол IP, який спочатку проектувався як протокол передачі пакетів в складених мережах, що складаються з великої кількості локальних мереж, об'єднаних як локальними, так і глобальними зв'язками. Тому протокол IP добре працює в мережах з складною топологією, раціонально використовуючи наявність в них підсистем і економно витрачаючи пропускну спроможність низькошвидкісних ліній зв'язку. Протокол IP є дейтаграммным протоколом, тобто він не гарантує доставку пакетів до вузла призначення, але старається це зробити.

До рівня міжмережевої взаємодії відносяться і всі протоколи, пов'язані з складанням і модифікацією таблиць маршрутизації, такі як протоколи збору маршрутної інформації RIP (Routing Internet Protocol) і OSPF (Open Shortest Path First), а також протокол міжмережевих керуючих повідомлень ICMP (Internet Control Message Protocol). Останній протокол призначений для обміну інформацією про помилки між маршрутизаторами мережі і вузлом - джерелом пакету. За допомогою спеціальних пакетів ICMP повідомляється про неможливість доставки пакету, про перевищення часу життя або тривалості збірки пакету з фрагментів, про аномальні величини параметрів, про зміну маршруту пересилки і типу обслуговування, про стан системи і т.п.

Наступний рівень (рівень II) називається основним. На цьому рівні функціонують протокол управління передачею TCP (Transmission Control Protocol) і протокол дейтаграмм користувача UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP забезпечує надійну передачу повідомлень між віддаленими прикладними процесами за рахунок утворення віртуальних з'єднань. Протокол UDP забезпечує передачу прикладних пакетів дейтаграммным способом, як і IP, і виконує тільки функції сполучної ланки між мережевим протоколом і численними прикладними процесами.

Верхній рівень (рівень I) називається прикладним. За довгі роки використання в мережах різних країн і організацій стек TCP/IP накопичив велику кількість протоколів і сервісів прикладного рівня. До них відносяться такі широко використовувані протоколи, як протокол копіювання файлів FTP, протокол емуляції терміналу Telnet, поштовий протокол SMTP, використовуваний в електронній пошті мережі Internet, гіпертекстові сервіси доступу до віддаленої інформації, такі як WWW і багато інших. Зупинимося декілька докладніше на деяких з них.

Протокол пересилки файлів FTP (File Transfer Protocol) реалізує видалений доступ до файлу. Для того, щоб забезпечити надійну передачу, FTP використовує як транспорт протокол зі встановленням з'єднань - TCP. Окрім пересилки файлів протокол FTP пропонує і інші послуги. Так, користувачеві надається можливість інтерактивної роботи з видаленою машиною, наприклад, він може роздрукувати вміст її каталогів. Нарешті, FTP виконує аутентифікацію користувачів. Перш, ніж дістати доступ до файлу, відповідно до протоколу користувачі повинні повідомити своє ім'я і пароль. Для доступу до публічних каталогів FTP-архівів Internet парольна аутентифікація не потрібна, і її обходять за рахунок використання для такого доступу зумовленого імені користувача Anonymous.

У стеку TCP/IP протокол FTP пропонує найбільш широкий набір послуг для роботи з файлами, проте він є і найскладнішим для програмування. Додатки, яким не потрібні всі можливості FTP, можуть використовувати інший, економічніший протокол – простий протокол пересилки файлів TFTP (Trivial File Transfer Protocol). Цей протокол реалізує тільки передачу файлів, причому як транспорт використовується більш простій, ніж TCP, протокол без встановлення з'єднання – UDP.

Протокол Telnet забезпечує передачу потоку байтів між процесами, а також між процесом і терміналом. Найчастіше цей протокол використовується для емуляції терміналу віддаленого комп'ютера. При використанні сервісу Telnet користувач фактично управляє віддаленим комп'ютером так само, як і локальний користувач, тому такий вид доступу вимагає хорошого захисту. Тому сервери Telnet завжди використовують як мінімум аутентифікацію по паролю, а іноді і потужніші засоби захисту, наприклад, систему Kerberos.

Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) використовується для організації мережевого управління. Спочатку протокол SNMP був розроблений для віддаленого контролю і управління маршрутизаторами Internet, які традиційно часто називають також шлюзами. Із зростанням популярності протокол SNMP стали застосовувати і для управління будь-яким комунікаційним устаткуванням – концентраторами, мостами, мережевими адаптерами і т.д. і т.п.