Протоколы TCP IP

Содержание

I.
Введение 2

II.
Протоколы
TCP
/
IP
2

1.
Единая логическая сеть 2

2.
Терминология 3

3.
Потоки данных 3

4.
Работа с несколькими сетевыми интерфейсами 5

5.
Межсетевой протокол
IP
6

6.
Прямая маршрутизация 6

7.
Косвенная маршрутизация 6

8.
Правила маршрутизации в модуле
IP
8

9.
IP-
адрес 8

10.
Выбор адреса 10

11.
Подсети 11

12.
Как назначить номера сетей и подсетей 12

13.
Имена 13

14.
IP
-таблица маршрутов 15

15.
Подробности прямой маршрутизации 15

16.
Порядок прямой маршрутизации 16

17.
Подробности косвенной маршрутизации 16

18.
Порядок косвенной маршрутизации 17

19.
Протокол
TCP/IP
19

III.
Заключение 21

IV.
Список используемой литературы

Введение

Термин «TCP/IP» обычно обозначает все, что связано с протоколами TCP и IP. Он охватывает целое семейство протоколов, прикладные программы и даже саму сеть. В состав семейства входят протоколы UDP, ARP, ICMP, TELNET, FTP и многие другие. TCP/IP - это технология межсетевого взаимодействия, технология Internet. Сеть, которая использует технологию Internet, называется «Internet». Если речь идет о глобальной сети, объединяющей множество сетей с технологией Internet, то ее называют Internet.

Единая логическая сеть

Архитектура протоколов TCP/IP предназначена для объединенной сети, состоящей из соединенных друг с другом шлюзами отдельных разнородных пакетных подсетей, к которым подключаются разнородные машины. Каждая из подсетей работает в соответствии со своими специфическими требованиями и имеет свою природу средств связи. Однако предполагается, что каждая подсеть может принять пакет информации и доставить его по указанному адресу в этой конкретной подсети. Не требуется, чтобы подсеть гарантировала обязательную доставку пакетов и имела надежный сквозной протокол. Таким образом, две машины, подключенные к одной подсети, могут обмениваться пакетами.

Когда необходимо передать пакет между машинами, подключенными к разным подсетям, то машина-отправитель посылает пакет в соответствующий шлюз (шлюз подключен к подсети также как обычный узел). Оттуда пакет направляется по определенному маршруту через систему шлюзов и подсетей, пока не достигнет шлюза, подключенного к той же подсети, что и машина-получатель; там пакет направляется к получателю. Объединенная сеть обеспечивает датаграммный сервис.

Проблема доставки пакетов в такой системе решается путем реализации во всех узлах и шлюзах межсетевого протокола IP. Межсетевой уровень является по существу базовым элементом во всей архитектуре протоколов, обеспечивая возможность стандартизации протоколов верхних уровней.

Терминология

Драйвер
– это программа, непосредственно взаимодействующая с сетевым адаптером.

Модуль
– это программа, взаимодействующая с драйвером, сетевыми прикладными программами или другими модулями. Драйвер сетевого адаптера и, возможно, другие модули, специфичные для физической сети передачи данных, предоставляют сетевой интерфейс для протокольных модулей семейства TCP/IP.

Название блока данных, передаваемого по сети, зависит от того, на каком уровне стека протоколов он находится. Блок данных, с которым имеет дело сетевой интерфейс, называется кадром
; если блок данных находится между сетевым интерфейсом и модулем IP, то он называется IP-пакетом
; если он – между модулем IP и модулем UDP, то – UDP-датаграммой
; если между модулем IP и модулем TCP, то – TCP-сегментом
(или транспортным сообщением); наконец, если блок данных находится на уровне сетевых прикладных процессов, то он называется прикладным сообщением
.

Потоки данных

Рассмотрим потоки данных, проходящие через стек протоколов. В случае использования протокола TCP
(Transmission Control Protocol – протокол управления передачей), данные передаются между прикладным процессом и модулем TCP. Типичным прикладным процессом, использующим протокол TCP, является модуль FTP
(File Transfer Protocol – протокол передачи файлов). Стек протоколов в этом случае будет FTP/TCP/IP/ENET
. При использовании протокола UDP
(User Datagram Protocol – протокол пользовательских датаграмм), данные передаются между прикладным процессом и модулем UDP. Например, SNMP
(Simple Network Management Protocol – простой протокол управления сетью) пользуется транспортными услугами UDP. Его стек протоколов выглядит так: SNMP/UDP/IP/ENET
.

Модули TCP, UDP и драйвер Ethernet являются мультиплексорами n x 1. Действуя как мультиплексоры, они переключают несколько входов на один выход. Они также являются демультиплексорами 1 x n. Как демультиплексоры, они переключают один вход на один из многих выходов в соответствии с полем типа в заголовке протокольного блока данных.

Когда Ethernet-кадр попадает в драйвер сетевого интерфейса Ethernet, он может быть направлен либо в модуль ARP
(Address Resolution Protocol – адресный протокол), либо в модуль IP
(Internet Protocol – межсетевой протокол). На то, куда должен быть направлен Ethernet-кадр, указывает значение поля типа в заголовке кадра.

Если IP-пакет попадает в модуль IP, то содержащиеся в нем данные могут быть переданы либо модулю TCP, либо UDP, что определяется полем «протокол» в заголовке IP-пакета.

Если UDP-датаграмма попадает в модуль UDP, то на основании значения поля «порт» в заголовке датаграммы определяется прикладная программа, которой должно быть передано прикладное сообщение. Если TCP-сообщение попадает в модуль TCP, то выбор прикладной программы, которой должно быть передано сообщение, осуществляется на основе значения поля «порт» в заголовке TCP-сообщения.

Мультиплексирование данных в обратную сторону осуществляется довольно просто, так как из каждого модуля существует только один путь вниз. Каждый протокольный модуль добавляет к, на основании которого машина, принявшая пакет, выполняет демультиплексирование.

Мультиплексор n x 1 и демультиплексор 1 x n.
Данные от прикладного процесса проходят через модули TCP или UDP, после чего попадают в модуль IP и оттуда – на уровень сетевого интерфейса.

Хотя технология Internet поддерживает много различных сред передачи данных, в основном используют Ethernet, так как именно эта среда чаще всего служит физической основой для IP-сети. Машина не имеет одну точку соединения с Ethernet. Шестибайтный Ethernet-адрес является уникальным для каждого сетевого адаптера и распознается драйвером.

Машина имеет также четырехбайтный IP-адрес. Этот адрес обозначает точку доступа к сети на интерфейсе модуля IP с драйвером. IP-адрес должен быть уникальным в пределах всей сети Internet. Работающая машина всегда знает свой IP-адрес и Ethernet-адрес.

Работа с несколькими сетевыми интерфейсами

Машина может быть подключена одновременно к нескольким средам передачи данных. Для машин с несколькими сетевыми интерфейсами модуль IP выполняет функции мультиплексора n x m и демультиплексора m x n . Таким образом, он осуществляет мультиплексирование входных и выходных данных в обоих направлениях. Модуль IP может передавать данные между сетями. Данные могут поступать через любой сетевой интерфейс и быть ретранслированы через любой другой сетевой интерфейс. Процесс передачи пакета в другую сеть называется ретрансляцией IP-пакета. Машина, выполняющая ретрансляцию, называется шлюзом.

Ретранслируемый пакет не передается модулям TCP или UDP. Некоторые шлюзы вообще могут не иметь модулей TCP и UDP.

Модуль IP является базовым элементом технологии Internet, а центральной частью IP является его таблица маршрутов. Протокол IP использует эту таблицу при принятии всех решений о маршрутизации IP-пакетов. Содержание таблицы маршрутов определяется администратором сети. Ошибки при установке маршрутов могут заблокировать передачи.

Протокол IP требует дополнительных расходов на создание, передачу и обработку IP-заголовка. Когда в машине модуль IP получает IP-пакет от некоторой машины A, он сопоставляет IP-адрес места назначения со своим, и, если адреса совпадают, то передает датаграмму протоколу верхнего уровня. В данном случае используется прямая маршрутизация.

Рассмотрим случай, когда сеть Internet состоит из трех сетей Ethernet, на базе которых работают три IP-сети, объединенные некоторым шлюзом. Каждая IP-сеть включает четыре машины; каждая машина имеет свои собственные IP- и Ethernet адреса.

Шлюз соединяет все три сети и, следовательно, имеет три IP-адреса и три Ethernet-адреса. Эта машина имеет стек протоколов TCP/IP, но вместо двух модулей ARP и двух драйверов, он содержит три модуля ARP и три драйвера Ethernet, хотя эта машина имеет только один модуль IP.

Менеджер сети присваивает каждой сети Ethernet уникальный номер, называемый IP-номером сети.

Когда первая машина посылает IP-пакет второй машине, то процесс передачи идет в пределах одной сети. При всех взаимодействиях между машинами, подключенными к одной IP-сети, используется прямая маршрутизация. Каждая пара машин, связанных со шлюзом принадлежит одной IP-сети. Однако, если какая-нибудь машина взаимодействует с машинами, включенными в другую IP-сеть, то взаимодействие уже не будет прямым. Эта машина должна использовать шлюз для ретрансляции IP-пакетов в другую IP-сеть. Такое взаимодействие называется «косвенным».

Маршрутизация IP-пакетов выполняется модулями IP и является прозрачной для модулей TCP, UDP и прикладных процессов.

Если какая-то машина посылает некой другой машине IP-пакет, то IP-адрес и Ethernet-адрес отправителя соответствуют адресам первой машины. IP-адрес места назначения является адресом второй машины, но поскольку модуль IP в первую машину посылает IP-пакет через шлюз, Ethernet-адрес места назначения является адресом этого шлюза.

Таким образом можно сделать вывод о том, что при прямой маршрутизации IP- и Ethernet-адреса отправителя соответствуют адресам того узла, который послал IP-пакет, а IP- и Ethernet-адреса места назначения соответствуют адресам получателя. При косвенной маршрутизации IP- и Ethernet-адреса не образуют таких пар.

В рассмотренном примере сеть Internet является очень простой. Реальные сети могут быть гораздо сложнее, так как могут содержать несколько шлюзов и несколько типов физических сред передачи. Здесь несколько сетей Ethernet объединяются шлюзом для того, чтобы локализовать широковещательный трафик в каждой сети.

Для отправляемых IP-пакетов, поступающих от модулей верхнего уровня, модуль IP должен определить способ доставки – прямой или косвенный – и выбрать сетевой интерфейс. Этот выбор делается на основании результатов поиска в таблице маршрутов.

Для принимаемых IP-пакетов, поступающих от сетевых драйверов, модуль IP должен решить, нужно ли ретранслировать IP-пакет по другой сети или передать его на верхний уровень. Если модуль IP решит, что IP-пакет должен быть ретранслирован, то дальнейшая работа с ним осуществляется также, как с отправляемыми IP-пакетами. Входящий IP-пакет никогда не ретранслируется через тот же сетевой интерфейс, через который он был принят.

Решение о маршрутизации принимается до того, как IP-пакет передается сетевому драйверу, и до того, как происходит обращение к ARP-таблице.

Менеджер сети присваивает IP-адреса машинам в соответствии с тем, к каким IP-сетям они подключены. Старшие биты 4-х байтного IP-адреса определяют номер IP-сети. Оставшаяся часть IP-адреса - номер узла (хостномер). Для машины с IP-адресом 223.1.2.1 сетевой номер равен 223.1.2, а хост-номер - 1. Напомним, что IP-адрес узла идентифицирует точку доступа модуля IP к сетевому интерфейсу, а не всю машину.

Существуют 5 классов IP-адресов, отличающиеся количеством бит в сетевом номере и хост-номере. Класс адреса определяется значением его первого октета.

В таблице 1 приведено соответствие классов адресов значениям первого октета и указано количество возможных IP-адресов каждого класса.

Таблица 1. Характеристики классов адресов.

Адреса класса A предназначены для использования в больших сетях общего пользования. Они допускают большое количество номеров узлов. Адреса класса B используются в сетях среднего размера, например, сетях университетов и крупных компаний. Адреса класса C используются в сетях с небольшим числом компьютеров. Адреса класса D используются при обращениях к группам машин, а адреса класса E зарезервированы на будущее.

Некоторые IP-адреса являются выделенными и трактуются по-особому. В выделенных IP-адресах все нули соответствуют либо данному узлу, либо данной IP-сети, а IP-адреса, состоящие из всех единиц, используются при широковещательных передачах. Для ссылок на всю IP-сеть в целом используется IP-адрес с нулевым номером узла. Особый смысл имеет IP-адрес, первый октет которого равен 127. Он используется для тестирования программ и взаимодействия процессов в пределах одной машины. Когда программа посылает данные по IP-адресу 127.0.0.1, то образуется как бы «петля». Данные не передаются по сети, а возвращаются модулям верхнего уровня, как только что принятые. Поэтому в IP-сети запрещается присваивать машинам IP-адреса, начинающиеся со 127.

Прежде чем использовать сеть с TCP/IP, нужно получить один или несколько официальных сетевых номеров. Выделением номеров занимается DDN Network Information Center
(NIC)

Выделение номеров производится бесплатно и занимает около недели. Сетевой номер можно получить вне зависимости от того, для чего предназначена сеть. Даже если сеть не имеет связи с объединенной сетью Internet, получение уникального номера желательно, так как в этом случае есть гарантия, что в будущем при включении в Internet или при подключении к сети другой организации не возникнет конфликта адресов.

Одно из важнейших решений, которое необходимо принять при установке сети, заключается в выборе способа присвоения IP-адресов вашим машинам. Этот выбор должен учитывать перспективу роста сети. Иначе в дальнейшем вам придется менять адреса. Когда к сети подключено несколько сотен машин, изменение адресов становится почти невозможным.

Организации, имеющие небольшие сети с числом узлов до 126, должны запрашивать сетевые номера класса C. Организации с большим числом машин могут получить несколько номеров класса C или номер класса B. Удобным средством структуризации сетей в рамках одной организации являются подсети.

Адресное пространство сети Internet может быть разделено на непересекающиеся подпространства – «подсети», с каждой из которых можно работать как с обычной сетью TCP/IP. Таким образом, единая IP-сеть организации может строиться как объединение подсетей. Как правило, подсеть соответствует одной физической сети, например, одной сети Ethernet.