Технология Internet, ее принципы работы. Протокол ТСР/IP и его основные свойства

    В последнее время в Internet появилась новая возможность – передавать и получать факсы по сети с использованием компьютера. Можно послать заказ на посылку или прием факса. Составляется обычное электронное письмо, оформленное должным образом, и посылается на адрес компьютерного узла, занимающегося факсимильными операциями. Текст этого письма в виде факса будет доставлен на факсимильный аппарат адресата.

    Программное обеспечение для работы с факсимильными  сообщениями позволяет преобразовывать данные в различных форматах к формату факсимильных аппаратов.

    Кроме того, в настоящее время, посредством Internet, можно абсолютно бесплатно отправить сообщение на любой мобильный телефон или пейджер. 

2. Протокол TCP/IP и его основные свойства 

    Стек  протоколов TCP/IP (англ. Transmission Control Protocol/Internet Protocol) — собирательное название для сетевых протоколов разных уровней, используемых в сетях. Слово «стек» (англ. stack, стопка) подразумевает, что протокол TCP работает поверх IP.

     В модели OSI (абстрактная сетевая модель для коммуникаций и разработки сетевых протоколов) данный стек занимает (реализует) все уровни и делится сам на 4 уровня: прикладной, транспортный, межсетевой, уровень доступа к сети (в OSI это уровни — физический, канальный и частично сетевой). На стеке протоколов TCP/IP построено всё взаимодействие пользователей в сети, от программной оболочки до канального уровня модели OSI. По сути это база, на которой завязано всё взаимодействие. При этом стек является независимым от физической среды передачи данных.

     Существуют  разногласия в том, как вписать  модель TCP/IP в модель OSI, поскольку уровни в этих моделях не совпадают.

     К тому же, модель OSI не использует дополнительный уровень — «Internetworking» — между  транспортным и сетевым уровнями. Примером спорного протокола может  быть ARP или STP.

     Вот как традиционно протоколы TCP/IP вписываются в модель OSI:

     Обычно  в стеке TCP/IP верхние 3 уровня (прикладной, представительный и сеансовый) модели OSI объединяют в один — прикладной.  

     Физический  уровень

     Физический  уровень описывает среду передачи данных (будь то кабель, оптоволокно  или радиоканал), физические характеристики такой среды и принцип передачи данных (разделение каналов, модуляцию, амплитуду сигналов, частоту сигналов, способ синхронизации передачи, время ожидания ответа и максимальное расстояние). 

     Канальный уровень

     Канальный уровень описывает, каким образом  передаются пакеты данных через физический уровень, включая кодирование (то есть специальные последовательности битов, определяющих начало и конец пакета данных). Ethernet, например, в полях заголовка пакета содержит указание того, какой машине или машинам в сети предназначен этот пакет.

     Примеры протоколов канального уровня — Ethernet, IEEE 802.11 Wireless Ethernet, SLIP, Token Ring, ATM и MPLS.

     PPP не совсем вписывается в такое  определение, поэтому обычно описывается  в виде пары протоколов HDLC/SDLC.

     MPLS занимает промежуточное положение между канальным и сетевым уровнем и, строго говоря, его нельзя отнести ни к одному из них.

     Канальный уровень иногда разделяют на 2 подуровня  — LLC и MAC. 

     Сетевой уровень

     Изначально  разработан для передачи данных из одной (под)сети в другую. Примерами такого протокола является X.25 и IPC в сети ARPANET.

     С развитием концепции глобальной сети в уровень были внесены дополнительные возможности по передаче из любой  сети в любую сеть, независимо от протоколов нижнего уровня, а также  возможность запрашивать данные от удалённой стороны, например в протоколе ICMP (используется для передачи диагностической информации IP-соединения) и IGMP (используется для управления multicast-потоками).

     ICMP и IGMP расположены над IP и должны  попасть на следующий — транспортный — уровень, но функционально являются протоколами сетевого уровня, а поэтому их невозможно вписать в модель OSI.

     Пакеты  сетевого протокола IP могут содержать  код, указывающий, какой именно протокол следующего уровня нужно использовать, чтобы извлечь данные из пакета. Это число — уникальный IP-номер протокола. ICMP и IGMP имеют номера, соответственно, 1 и 2. 

     Транспортный  уровень

     Протоколы транспортного уровня могут решать проблему негарантированной доставки сообщений («дошло ли сообщение до адресата?»), а также гарантировать правильную последовательность прихода данных. В стеке TCP/IP транспортные протоколы определяют для какого именно приложения предназначены эти данные.

     Протоколы автоматической маршрутизации, логически  представленные на этом уровне (поскольку работают поверх IP), на самом деле являются частью протоколов сетевого уровня; например OSPF (IP идентификатор 89).

     TCP (IP идентификатор 6) — «гарантированный»  транспортный механизм с предварительным  установлением соединения, предоставляющий приложению надёжный поток данных, дающий уверенность в безошибочности получаемых данных, перезапрашивающий данные в случае потери и устраняющий дублирование данных. TCP позволяет регулировать нагрузку на сеть, а также уменьшать время ожидания данных при передаче на большие расстояния. Более того, TCP гарантирует, что полученные данные были отправлены точно в такой же последовательности. В этом его главное отличие от UDP.

     UDP (IP идентификатор 17) протокол передачи  датаграмм без установления соединения. Также его называют протоколом «ненадёжной» передачи, в смысле невозможности удостовериться в доставке сообщения адресату, а также возможного перемешивания пакетов. В приложениях, требующих гарантированной передачи данных, используется протокол TCP. 

     UDP обычно используется в таких  приложениях, как потоковое видео  и компьютерные игры, где допускается  потеря пакетов, а повторный  запрос затруднён или не оправдан, либо в приложениях вида запрос-ответ  (например, запросы к DNS), где создание  соединения занимает больше ресурсов, чем повторная отправка.

     И TCP, и UDP используют для определения  протокола верхнего уровня число, называемое портом. 

     Прикладной  уровень

     На  прикладном уровне работает большинство  сетевых приложений.

     Эти программы имеют свои собственные протоколы обмена информацией, например, HTTP для WWW, FTP (передача файлов), SMTP (электронная почта), SSH (безопасное соединение с удалённой машиной), DNS (преобразование символьных имён в IP-адреса) и многие другие.

     В массе своей эти протоколы  работают поверх TCP или UDP и привязаны к определённому порту, например: 

• HTTP на TCP-порт 80 или 8080,
• FTP на TCP-порт 20 (для передачи данных) и 21 (для управляющих команд),
• SSH на TCP-порт 22,
• запросы DNS на порт UDP (реже TCP) 53,
• обновление маршрутов по протоколу RIP на UDP-порт 520.

     Эти порты определены Агентством по выделению  имен и уникальных параметров протоколов (IANA).

     Бесспорно, к этому уровню относятся: DHCP, Echo, Finger, Gopher, HTTP, HTTPS, IMAP, IMAPS, IRC, NNTP, NTP, POP3, POPS, QOTD, RTSP, SNMP, SSH, Telnet, XDMCP.