В основе работы глобальной сети Интернет лежит набор (стек) протоколов TCP/IP. Но эти термины лишь на первый взгляд кажутся сложными. На самом деле стек протоколов TCP/IP - это простой набор правил обмена информацией, и правила эти на самом деле вам хорошо известны, хоть вы, вероятно, об этом и не догадываетесь. Да, все именно так, по существу в принципах, лежащих в основе протоколов TCP/IP, нет ничего нового: все новое - это хорошо забытое старое.

Человек может учиться двумя путями:

1. Через тупое формальное зазубривание шаблонных способов решения типовых задач (чему сейчас в основном и учат в школе). Такое обучение малоэффективно. Наверняка вам приходилось наблюдать панику и полную беспомощность бухгалтера при смене версии офисного софта - при малейшем изменении последовательности кликов мышки, требуемых для выполнения привычных действий. Или приходилось видеть человека, впадающего в ступор при изменении интерфейса рабочего стола?
2. Через понимание сути проблем, явлений, закономерностей. Через понимание принципов построения той или иной системы. В этом случае обладание энциклопедическими знаниями не играет большой роли - недостающую информацию легко найти. Главное - знать, что искать. А для этого необходимо не формальное знание предмета, а понимание сути.

В этой статье я предлагаю пойти вторым путем, так как понимание принципов, лежащих в основе работы Интернета, даст вам возможность чувствовать себя в Интернете уверенно и свободно - быстро решать возникающие проблемы, грамотно формулировать проблемы и уверенно общаться с техподдержкой.

Итак, начнем.

Принципы работы интернет-протоколов TCP/IP по своей сути очень просты и сильно напоминают работу нашей советской почты.

Вспомните, как работает наша обычная почта. Сначала вы на листке пишете письмо, затем кладете его в конверт, заклеиваете, на обратной стороне конверта пишете адреса отправителя и получателя, а потом относите в ближайшее почтовое отделение. Далее письмо проходит через цепочку почтовых отделений до ближайшего почтового отделения получателя, откуда оно тетей-почтальоном доставляется до по указанному адресу получателя и опускается в его почтовый ящик (с номером его квартиры) или вручается лично. Все, письмо дошло до получателя. Когда получатель письма захочет вам ответить, то он в своем ответном письме поменяет местами адреса получателя и отправителя, и письмо отправиться к вам по той же цепочке, но в обратном направлении.

На конверте письма будет написано примерно следующее:

Адрес отправителя: От кого : Иванов Иван Иванович Откуда : Ивантеевка, ул. Большая, д. 8, кв. 25 Адрес получателя: Кому : Петров Петр Петрович Куда : Москва, Усачевский переулок, д. 105, кв. 110

Теперь мы готовы рассмотреть взаимодействие компьютеров и приложений в сети Интернет (да и в локальной сети тоже). Обратите внимание, что аналогия с обычной почтой будет почти полной.

Каждый компьютер (он же: узел, хост) в рамках сети Интернет тоже имеет уникальный адрес, который называется IP-адрес (Internet Protocol Address), например: 195.34.32.116. IP адрес состоит из четырех десятичных чисел (от 0 до 255), разделенных точкой. Но знать только IP адрес компьютера еще недостаточно, т.к. в конечном счете обмениваются информацией не компьютеры сами по себе, а приложения, работающие на них. А на компьютере может одновременно работать сразу несколько приложений (например почтовый сервер, веб-сервер и пр.). Для доставки обычного бумажного письма недостаточно знать только адрес дома - необходимо еще знать номер квартиры. Также и каждое программное приложение имеет подобный номер, именуемый номером порта. Большинство серверных приложений имеют стандартные номера, например: почтовый сервис привязан к порту с номером 25 (еще говорят: «слушает» порт, принимает на него сообщения), веб-сервис привязан к порту 80, FTP - к порту 21 и так далее.

Таким образом имеем следующую практически полную аналогию с нашим обычным почтовым адресом:

"адрес дома" = "IP компьютера" "номер квартиры" = "номер порта"

В компьютерных сетях, работающих по протоколам TCP/IP, аналогом бумажного письма в конверте является пакет , который содержит собственно передаваемые данные и адресную информацию - адрес отправителя и адрес получателя, например:

Адрес отправителя (Source address): IP: 82.146.49.55 Port: 2049 Адрес получателя (Destination address): IP: 195.34.32.116 Port: 53 Данные пакета: ...

Конечно же в пакетах также присутствует служебная информация, но для понимания сути это не важно.

Обратите внимание, комбинация: "IP адрес и номер порта" - называется "сокет" .

В нашем примере мы с сокета 82.146.49.55:2049 посылаем пакет на сокет 195.34.32.116:53, т.е. пакет пойдет на компьютер, имеющий IP адрес 195.34.32.116, на порт 53. А порту 53 соответствует сервер распознавания имен (DNS-сервер), который примет этот пакет. Зная адрес отправителя, этот сервер сможет после обработки нашего запроса сформировать ответный пакет, который пойдет в обратном направлении на сокет отправителя 82.146.49.55:2049, который для DNS сервера будет являться сокетом получателя.

Как правило взаимодействие осуществляется по схеме «клиент-сервер»: "клиент" запрашивает какую-либо информацию (например страницу сайта), сервер принимает запрос, обрабатывает его и посылает результат. Номера портов серверных приложений общеизвестны, например: почтовый SMTP сервер «слушает» 25-й порт, POP3 сервер, обеспечивающий чтение почты из ваших почтовых ящиков «слушает» 110-порт, веб-сервер - 80-й порт и пр.

Большинство программ на домашнем компьютере являются клиентами - например почтовый клиент Outlook, веб-обозреватели IE, FireFox и пр.

Номера портов на клиенте не фиксированные как у сервера, а назначаются операционной системой динамически. Фиксированные серверные порты как правило имеют номера до 1024 (но есть исключения), а клиентские начинаются после 1024.

Повторение - мать учения: IP - это адрес компьютера (узла, хоста) в сети, а порт - номер конкретного приложения, работающего на этом компьютере.

Однако человеку запоминать цифровые IP адреса трудно - куда удобнее работать с буквенными именами. Ведь намного легче запомнить слово, чем набор цифр. Так и сделано - любой цифровой IP адрес можно связать с буквенно-цифровым именем. В результате например вместо 82.146.49.55 можно использовать имя А преобразованием доменного имени в цифровой IP адрес занимается сервис доменных имен - DNS (Domain Name System).

Рассмотрим подробнее, как это работает. Ваш провайдер явно (на бумажке, для ручной настройки соединения) или неявно (через автоматическую настройку соединения) предоставляет вам IP адрес сервера имен (DNS). На компьютере с этим IP адресом работает приложение (сервер имен), которое знает все доменные имена в Интернете и соответствующие им цифровые IP адреса. DNS-сервер «слушает» 53-й порт, принимает на него запросы и выдает ответы, например:

Запрос от нашего компьютера: "Какой IP адрес соответствует имени www.сайт?" Ответ сервера: "82.146.49.55."

Теперь рассмотрим, что происходит, когда в своем браузере вы набираете доменное имя (URL) этого сайта () и, нажав , в ответ от веб-сервера получаете страницу этого сайта.

Например:

IP адрес нашего компьютера: 91.76.65.216 Браузер: Internet Explorer (IE), DNS сервер (стрима): 195.34.32.116 (у вас может быть другой), Страница, которую мы хотим открыть: www.сайт.

Набираем в адресной строке браузера доменное имя и жмем . Далее операционная система производит примерно следующие действия:

Отправляется запрос (точнее пакет с запросом) DNS серверу на сокет 195.34.32.116:53. Как было рассмотренно выше, порт 53 соответствует DNS-серверу - приложению, занимающемуся распознаванием имен. А DNS-сервер, обработав наш запрос, возвращает IP-адрес, который соответствует введенному имени.

Диалог примерно следующий:

Какой IP адрес соответствует имени www.сайт ? - 82.146.49.55 .

Далее наш компьютер устанавливает соединение с портом 80 компьютера 82.146.49.55 и посылает запрос (пакет с запросом) на получение страницы . 80-й порт соответствует веб-серверу. В адресной строке браузера 80-й порт как правило не пишется, т.к. используется по умолчанию, но его можно и явно указать после двоеточия - .

Приняв от нас запрос, веб-сервер обрабатывает его и в нескольких пакетах посылает нам страницу в на языке HTML - языке разметки текста, который понимает браузер.

Наш браузер, получив страницу, отображает ее. В результате мы видим на экране главную страницу этого сайта.

Зачем эти принципы надо понимать?

Например, вы заметили странное поведение своего компьютера - непонятная сетевая активность, тормоза и пр. Что делать? Открываем консоль (нажимаем кнопку «Пуск» - «Выполнить» - набираем cmd - «Ок»). В консоли набираем команду netstat -an и жмем . Эта утилита отобразит список установленных соединений между сокетами нашего компьютера и сокетами удаленных узлов. Если мы видим в колонке «Внешний адрес» какие-то чужие IP адреса, а через двоеточие 25-й порт, что это может означать? (Помните, что 25-й порт соответствует почтовому серверу?) Это означает то, что ваш компьютер установил соединение с каким-то почтовым сервером (серверами) и шлет через него какие-то письма. И если ваш почтовый клиент (Outlook например) в это время не запущен, да если еще таких соединений на 25-й порт много, то, вероятно, в вашем компьютере завелся вирус, который рассылает от вашего имени спам или пересылает номера ваших кредитных карточек вкупе с паролями злоумышленникам.

Также понимание принципов работы Интернета необходимо для правильной настройки файерволла (проще говоря брандмауэра:)). Эта программа (которая часто поставляется вместе с антивирусом), предназначенна для фильтрации пакетов - "своих" и "вражеских". Своих пропускать, чужих не пущать. Например, если ваш фаерволл сообщает вам, что некто хочет установить соединение с каким-либо портом вашего компьютера. Разрешить или запретить?

Ну и самое главное - эти знания крайне полезны при общении с техподдержкой .

Напоследок приведу список портов, с которыми вам, вероятно, придется столкнуться:

135-139 - эти порты используются Windows для доступа к общим ресурсам компьютера - папкам, принтерам. Не открывайте эти порты наружу, т.е. в районную локальную сеть и Интернет. Их следует закрыть фаерволлом. Также если в локальной сети вы не видите ничего в сетевом окружении или вас не видят, то вероятно это связано с тем, что фаерволл заблокировал эти порты. Таким образом для локальной сети эти порты должны быть открыты, а для Интернета закрыты. 21 - порт FTP сервера. 25 - порт почтового SMTP сервера. Через него ваш почтовый клиент отправляет письма. IP адрес SMTP сервера и его порт (25-й) следует указать в настройках вашего почтового клиента. 110 - порт POP3 сервера. Через него ваш почтовый клиент забирает письма из вашего почтового ящика. IP адрес POP3 сервера и его порт (110-й) также следует указать в настройках вашего почтового клиента. 80 - порт WEB -сервера. 3128, 8080 - прокси-серверы (настраиваются в параметрах браузера).

Несколько специальных IP адресов:

127.0.0.1 - это localhost, адрес локальной системы, т.е. локальный адрес вашего компьютера. 0.0.0.0 - так обозначаются все IP-адреса. 192.168.xxx.xxx - адреса, которые можно произвольно использовать в локальных сетях, в глобальной сети Интернет они не используются. Они уникальны только в рамках локальной сети. Адреса из этого диапазона вы можете использовать по своему усмотрению, например, для построения домашней или офисной сети.

Что такое маска подсети и шлюз по умолчанию (роутер, маршрутизатор)?

(Эти параметры задаются в настройках сетевых подключений).

Все просто. Компьютеры объединяются в локальные сети. В локальной сети компьютеры напрямую «видят» только друг друга. Локальные сети соединяются друг с другом через шлюзы (роутеры, маршрутизаторы). Маска подсети предназначена для определения - принадлежит ли компьютер-получатель к этой же локальной сети или нет. Если компьютер-получатель принадлежит этой же сети, что и компьютер-отправитель, то пакет передается ему напрямую, в противном случае пакет отправляется на шлюз по умолчанию, который далее, по известным ему маршрутам, передает пакет в другую сеть, т.е. в другое почтовое отделение (по аналогии с советской почтой).

Напоследок рассмотрим что же означают непонятные термины:

TCP/IP - это название набора сетевых протоколов. На самом деле передаваемый пакет проходит несколько уровней. (Как на почте: сначала вы пишете писмо, потом помещаете в конверт с адресом, затем на почте на нем ставится штамп и т.д.).

IP протокол - это протокол так называемого сетевого уровня. Задача этого уровня - доставка ip-пакетов от компьютера отправителя к компьютеру получателю. По-мимо собственно данных, пакеты этого уровня имеют ip-адрес отправителя и ip-адрес получателя. Номера портов на сетевом уровне не используются. Какому порту, т.е. приложению адресован этот пакет, был ли этот пакет доставлен или был потерян, на этом уровне неизвестно - это не его задача, это задача транспортного уровня.

TCP и UDP - это протоколы так называемого транспортного уровня. Транспортный уровень находится над сетевым. На этом уровне к пакету добавляется порт отправителя и порт получателя.

TCP - это протокол с установлением соединения и с гарантированной доставкой пакетов. Сначала производится обмен специальными пакетами для установления соединения, происходит что-то вроде рукопожатия (-Привет. -Привет. -Поболтаем? -Давай.). Далее по этому соединению туда и обратно посылаются пакеты (идет беседа), причем с проверкой, дошел ли пакет до получателя. Если пакет не дошел, то он посылается повторно («повтори, не расслышал»).

UDP - это протокол без установления соединения и с негарантированной доставкой пакетов. (Типа: крикнул что-нибудь, а услышат тебя или нет - неважно).

Над транспортным уровнем находится прикладной уровень. На этом уровне работают такие протоколы, как http , ftp и пр. Например HTTP и FTP - используют надежный протокол TCP, а DNS-сервер работает через ненадежный протокол UDP.

Как посмотреть текущие соединения?

Текущие соединения можно посмотреть с помощью команды

Netstat -an

(параметр n указывает выводить IP адреса вместо доменных имен).

Запускается эта команда следующим образом:

«Пуск» - «Выполнить» - набираем cmd - «Ок». В появившейся консоли (черное окно) набираем команду netstat -an и жмем . Результатом будет список установленных соединений между сокетами нашего компьютера и удаленных узлов.

Например получаем:

Активные подключения

Имя	Локальный адрес	Внешний адрес	Состояние
TCP	0.0.0.0:135	0.0.0.0:0	LISTENING
TCP	91.76.65.216:139	0.0.0.0:0	LISTENING
TCP	91.76.65.216:1719	212.58.226.20:80	ESTABLISHED
TCP	91.76.65.216:1720	212.58.226.20:80	ESTABLISHED
TCP	91.76.65.216:1723	212.58.227.138:80	CLOSE_WAIT
TCP	91.76.65.216:1724	212.58.226.8:80	ESTABLISHED

...

В этом примере 0.0.0.0:135 - означает, что наш компьютер на всех своих IP адресах слушает (LISTENING) 135-й порт и готов принимать на него соединения от кого угодно (0.0.0.0:0) по протоколу TCP.

91.76.65.216:139 - наш компьютер слушает 139-й порт на своем IP-адресе 91.76.65.216.

Третья строка означает, что сейчас установлено (ESTABLISHED) соединение между нашей машиной (91.76.65.216:1719) и удаленной (212.58.226.20:80). Порт 80 означает, что наша машина обратилась с запросом к веб-серверу (у меня, действительно, открыты страницы в браузере).

В следующих статьях мы рассмотрим, как применять эти знания, например

13.10.06 5.6K

Большинство из нас знает TCP/IP как "клей", связующий Internet. Но не многие способны дать убедительное описание того, что этот протокол представляет собой и как работает. Итак, что же такое TCP/IP в действительности?

TCP/IP — это средство для обмена информацией между компьютерами, объединенными в сеть. Не имеет значения, составляют ли они часть одной и той же сети или подключены к отдельным сетям. Не играет роли и то, что один из них может быть компьютером Cray, а другой Macintosh. TCP/IP — это не зависящий от платформы стандарт, который перекидывает мосты через пропасть, лежащую между разнородными компьютерами, операционными системами и сетями. Это протокол, который глобально управляет Internet, и в значительной мере благодаря сети TCP/IP завоевал свою популярность.

Понимание TCP/IP главным образом подразумевает способность разбираться в наборах таинственных протоколов, которые используются главными компьютерами TCP/IP для обмена информацией. Давайте рассмотрим некоторые из этих протоколов и выясним, что составляет оболочку TCP/IP.

Основы TCP/IP

TCP/IP — это аббревиатура термина Transmission Control Protocol/Internet Protocol (Протокол управления передачей/Протокол Internet). В терминологии вычислительных сетей протокол — это заранее согласованный стандарт, который позволяет двум компьютерам обмениваться данными. Фактически TCP/IP не один протокол, а несколько. Именно поэтому вы часто слышите, как его называют набором, или комплектом протоколов, среди которых TCP и IP — два основных.

Программное обеспечение для TCP/IP, на вашем компьютере, представляет собой специфичную для данной платформы реализацию TCP, IP и других членов семейства TCP/IP. Обычно в нем также имеются такие высокоуровневые прикладные программы, как FTP (File Transfer Protocol, Протокол передачи файлов), которые дают возможность через командную строку управлять обменом файлами по Сети.

TCP/IP — зародился в результате исследований, профинансированных Управлением перспективных научно-исследовательских разработок (Advanced Research Project Agency, ARPA) правительства США в 1970-х годах. Этот протокол был разработан с тем, чтобы вычислительные сети исследовательских центров во всем мире могли быть объединены в форме виртуальной "сети сетей" (internetwork). Первоначальная Internet была создана в результате преобразования существующего конгломерата вычислительных сетей, носивших название ARPAnet, с помощью TCP/IP.

Причина, по которой TCP/IP столь важен сегодня, заключается в том, что он позволяет самостоятельным сетям подключаться к Internet или объединяться для создания частных интрасетей. Вычислительные сети, составляющие интрасеть, физически подключаются через устройства, называемые маршрутизаторами или IP-маршрутизаторами. Маршрутизатор — это компьютер, который передает пакеты данных из одной сети в другую. В интрасети, работающей на основе TCP/IP, информация передается в виде дискретных блоков, называемых IP-пакетами (IP packets) или IP-дейтаграммами (IP datagrams). Благодаря программному обеспечению TCP/IP все компьютеры, подключенные к вычислительной сети, становятся "близкими родственниками". По существу оно скрывает маршрутизаторы и базовую архитектуру сетей и делает так, что все это выглядит как одна большая сеть. Точно так же, как подключения к сети Ethernet распознаются по 48-разрядным идентификаторам Ethernet, подключения к интрасети идентифицируются 32-разрядными IP-адресами, которые мы выражаем в форме десятичных чисел, разделенных точками (например, 128.10.2.3). Взяв IP-адрес удаленного компьютера, компьютер в интрасети или в Internet может отправить данные на него, как будто они составляют часть одной и той же физической сети.

TCP/IP дает решение проблемы данными между двумя компьютерами, подключенными к одной и той же интрасети, но принадлежащими различным физическим сетям. Решение состоит из нескольких частей, причем каждый член семейства протоколов TCP/IP вносит свою лепту в общее дело. IP — самый фундаментальный протокол из комплекта TCP/IP — передает IP-дейтаграммы по интрасети и выполняет важную функцию, называемую маршрутизацией, по сути дела это выбор маршрута, по которому дейтаграмма будет следовать из пункта А в пункт B, и использование маршрутизаторов для "прыжков" между сетями.

TCP — это протокол более высокого уровня, который позволяет прикладным программам, запущенным на различных главных компьютерах сети, обмениваться потоками данных. TCP делит потоки данных на цепочки, которые называются TCP-сегментами, и передает их с помощью IP. В большинстве случаев каждый TCP-сегмент пересылается в одной IP-дейтаграмме. Однако при необходимости TCP будет расщеплять сегменты на несколько IP-дейтаграмм, вмещающихся в физические кадры данных, которые используют для передачи информации между компьютерами в сети. Поскольку IP не гарантирует, что дейтаграммы будут получены в той же самой последовательности, в которой они были посланы, TCP осуществляет повторную "сборку" TCP-сегментов на другом конце маршрута, чтобы образовать непрерывный поток данных. FTP и telnet — это два примера популярных прикладных программ TCP/IP, которые опираются на использование TCP.

Другой важный член комплекта TCP/IP — User Datagram Protocol (UDP, протокол пользовательских дейтаграмм), который похож на TCP, но более примитивен. TCP — "надежный" протокол, потому что он обеспечивает проверку на наличие ошибок и обмен подтверждающими сообщениями чтобы данные достигали своего места назначения заведомо без искажений. UDP — "ненадежный" протокол, ибо не гарантирует, что дейтаграммы будут приходить в том порядке, в котором были посланы, и даже того, что они придут вообще. Если надежность — желательное условие, для его реализации потребуется программное обеспечение. Но UDP по-прежнему занимает свое место в мире TCP/IP, и испльзуется во многих программах. Прикладная программа SNMP (Simple Network Management Protocol, простой протокол управления сетями), реализуемый во многих воплощениях TCP/IP, — это один из примеров программ UDP.

Другие TCP/IP протоколы играют менее заметные, но в равной степени важные роли в работе сетей TCP/IP. Например, протокол определения адресов (Address Resolution Protocol, ARP) ппреобразует IP-адреса в физические сетевые адреса, такие, как идентификаторы Ethernet. Родственный протокол — протокол обратного преобразования адресов (Reverse Address Resolution Protocol, RARP) — выполняет обеспечивает обратное действие, преобразуя физические сетевые адреса в IP-адреса. Протокол управления сообщениями Internet (Internet Control Message Protocol, ICMP) представляет собой протокол сопровождения, который использует IP для обмена управляющей информацией и контроля над ошибками, относящимися к передаче пакетов IP. Например, если маршрутизатор не может передать IP-дейтаграмму, он использует ICMP, с тем чтобы информировать отправителя, что возникла проблема. Краткое описание некоторых других протоколов, которые "прячутся под зонтиком" TCP/IP, приведено во врезке.

Краткое описание протоколов семейства TCP/IP с расшифровкой аббревиатур
ARP (Address Resolution Protocol, протокол определения адресов): конвертирует 32-разрядные IP-адреса в физические адреса вычислительной сети, например, в 48-разрядные адреса Ethernet.

FTP (File Transfer Protocol, протокол передачи файлов): позволяет передавать файлы с одного компьютера на другой с использованием TCP-соединений. В родственном ему, но менее распространенном протоколе передачи файлов — Trivial File Transfer Protocol (TFTP) — для пересылки файлов применяется UDP, а не TCP.

ICMP (Internet Control Message Protocol, протокол управляющих сообщений Internet): позволяет IP-маршрутизаторам посылать сообщения об ошибках и управляющую информацию другим IP-маршрутизаторам и главным компьютерам сети. ICMP-сообщения "путешествуют" в виде полей данных IP-дейтаграмм и обязательно должны реализовываться во всех вариантах IP.

IGMP (Internet Group Management Protocol, протокол управления группами Internet): позволяет IP-дейтаграммам распространяться в циркулярном режиме (multicast) среди компьютеров, которые принадлежат к соответствующим группам.

IP (Internet Protocol, протокол Internet): низкоуровневый протокол, который направляет пакеты данных по отдельным сетям, связанным вместе с помощью маршрутизаторов для формирования Internet или интрасети. Данные "путешествуют" в форме пакетов, называемых IP-дейтаграммами.

RARP (Reverse Address Resolution Protocol, протокол обратного преобразования адресов): преобразует физические сетевые адреса в IP-адреса.

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol, простой протокол обмена электронной почтой): определяет формат сообщений, которые SMTP-клиент, работающий на одном компьютере, может использовать для пересылки электронной почты на SMTP-сервер, запущенный на другом компьютере.

TCP (Transmission Control Protocol, протокол управления передачей): протокол ориентирован на работу с подключениями и передает данные в виде потоков байтов. Данные пересылаются пакетами — TCP-сегментами, — которые состоят из заголовков TCP и данных. TCP — "надежный" протокол, потому что в нем используются контрольные суммы для проверки целостности данных и отправка подтверждений, чтобы гарантировать, что переданные данные приняты без искажений.

UDP (User Datagram Protocol, протокол пользовательских дейтаграмм): протокол, не зависящий от подключений, который передает данные пакетами, называемыми UDP-дейтаграммами. UDP — "ненадежный" протокол, поскольку отправитель не получает информацию, показывающую, была ли в действительности принята дейтаграмма.

Архитектура TCP/IP

Проектировщики вычислительных сетей часто используют семиуровневую модель ISO/OSI (International Standards Organization/Open Systems Interconnect, Международная организация по стандартизации/ Взаимодействие открытых систем), которая описывает архитектуру сетей. Каждый уровень в этой модели соответствует одному уровню функциональных возможностей сети. В самом основании располагается физический уровень, представляющий физическую среду, по которой "путешествуют" данные, — другими словами, кабельную систему вычислительной сети. Над ним имеется канальный уровень, или уровень звена данных, функционирование которого обеспечивается сетевыми интерфейсными платами. На самом верху размещается уровень прикладных программ, где работают программы, использующие служебные функции сетей.

На рисунке показано, как TCP/IP согласуется с моделью ISO/OSI. Этот рисунок также иллюстрирует уровневое строение TCP/IP и показывает взаимосвязи между основными протоколами. При переносе блока данных из сетевой прикладной программы в плату сетевого адаптера он последовательно проходит через ряд модулей TCP/IP. При этом на каждом шаге он доукомплектовывается информацией, необходимой для эквивалентного модуля TCP/IP на другом конце цепочки. К тому моменту, когда данные попадают в сетевую плату, они представляют собой стандартный кадр Ethernet, если предположить, что сеть основана именно на этом интерфейсе. Программное обеспечение TCP/IP на приемном конце воссоздает исходные данные для принимающей программы путем захвата кадра Ethernet и прохождения его в обратном порядке по набору модулей TCP/IP. (Один из наилучших способов разобраться во внутреннем устройстве TCP/IP стоит в использовании программы-"шпиона", чтобы найти внутри кадров, "пролетающих" по сети, информацию, добавленную различными модулями TCP/IP.)

Уровни сетей и протоколы TCP/IP

ISO/OSI TCP/IP _____________________________ __________________________ | Уровень прикладных программ | | | |_____________________________| | _________ _________ | _____________________________ | |Сетевая | |Сетевая | | Уровень | Уровень представления | | |программа| |программа| | прикладных |_____________________________| | |_________| |_________| | программ _____________________________ | | | Уровень сеанса | | | |_____________________________| |__________________________| | | _____________________________ _____|_____________|______ | Транспортный уровень | | TCP UDP | Транспортный |_____________________________| |_____|_____________|______| уровень | | _____________________________ _____|_____________|______ | Сетевой уровень | | | | | Сетевой |_____________________________| | ----> IP <--- | уровень |__________________________| _________ _____________________________ _______| Сетевая |________ | Уровень звена данных | | ARP<->| плата |<->RARP | Уровень |_____________________________| |_______|_________|________| звена | данных _____________________________ | | Физический уровень | _____________|______________ Физический |_____________________________| Кабельные соединения сети уровень

В левой части этой диаграммы показаны уровни модели ISO/OSI. Правая часть диаграммы иллюстрирует корреляцию TCP/IP с этой моделью.

Для иллюстрации роли, которую TCP/IP играет в вычислительных сетях в реальном мире, рассмотрим, что происходит, когда Web-браузер использует HTTP (HyperText Transfer Protocol, протокол передачи гипертекста) для извлечения страницы HTML-данных из Web-сервера, подключенного к Internet. Для формирования виртуального подключения к серверу браузер использует абстракцию программного обеспечения высокого уровня, называемую гнездом (socket). А чтобы извлечь страницу Web, он посылает на сервер команду GET HTTP, записывая ее в гнездо. Программное обеспечение гнезда, в свою очередь, применяет TCP для пересылки битов и байтов, составляющих команду GET на Web-сервер. TCP сегментирует данные и передает отдельные сегменты модулю IP, который пересылает сегменты в дейтаграммах на Web-сервер.

Если браузер и сервер работают на компьютерах, подключенных к различным физическим сетям (как это обычно бывает), дейтаграммы передаются от сети к сети до тех пор, пока не достигнут той, к которой физически подключен сервер. В конце концов дейтаграммы достигают пункта своего назначения и вновь собираются таким образом, чтобы Web-сервер, который считывает цепочки данных из своего гнезда, получал непрерывный поток данных. Для браузера и сервера данные, записанные в гнездо на одном конце, как по волшебству, "всплывают" на другом конце. Но между этими событиями происходят все виды сложных взаимодействий для создания иллюзии непрерывной передачи данных между вычислительными сетями.

И это практически все, чем занимается TCP/IP: превращением множества небольших сетей в одну большую и предоставлением услуг, которые нужны прикладным программам для обмена информацией друг с другом по получающейся в итоге Internet.

Краткое заключение

О TCP/IP можно было бы рассказать много больше, но есть три ключевых момента:

* TCP/IP — это набор протоколов, которые позволяют физическим сетям объединяться вместе для образования Internet. TCP/IP соединяет индивидуальные сети для образования виртуальной вычислительной сети, в которой отдельные главные компьютеры идентифицируются не физическими адресами сетей, а IP-адресами.
* В TCP/IP используется многоуровневая архитектура, которая четко описывает, за что отвечает каждый протокол. TCP и UDP обеспечивают высокоуровневые служебные функции передачи данных для сетевых программ, и оба опираются на IP при передаче пакетов данных. IP отвечает за маршрутизацию пакетов до их пункта назначения.
* Данные, перемещающиеся между двумя прикладными программами, работающими на главных компьютерах Internet, "путешествуют" вверх и вниз по стекам TCP/IP на этих компьютерах. Информация, добавленная модулями TCP/IP на стороне отправителя, "разрезается" соответствующими TCP/IP-модулями на принимающем конце и используется для воссоздания исходных данных.

Хорошо Плохо

Основное, что отличает Интернет от других сетей - это ее протоколы — TCP/IP . Вообще, термин TCP/IP обычно означает все, что связано с протоколами взаимодействия между компьютерами в Интернете. Он охватывает целое семейство протоколов, прикладные программы, и даже саму сеть. TCP/IP - это технология межсетевого взаимодействия. Сеть, которая использует технологию TCP/IP, называется «internet» . Если речь идет о глобальной сети, объединяющей множество сетей с технологией TCP/IP, то ее называют Интернет.

Свое название протокол TCP/IP получил от двух коммуникационных протоколов (или протоколов связи). Это Transmission Control Protocol (TCP) и Internet Protocol (IP). Несмотря на то, что в сети Интернет используется большое число других протоколов, сеть Интернет часто называют ТСР/1Р-сетью , так как эти два протокола, безусловно, являются важнейшими.

Протокол IP (Internet Protocol) заведует непосредственной передачей информации по сети. Вся информация разбивается на части - пакеты и пересылается от отправителя получателю. Для того чтобы точно адресовать пакет, необходимо задать четкие координаты получателя или его адрес.

Адрес в Интернете состоит из 4 байт. При записи байты отделяются друг от друга точками: 123.45.67.89 или 3.33.33.3. В действительности адрес состоит из нескольких частей. Так как Интернет есть сеть сетей, начало адреса говорит узлам Интернета, частью какой из сетей является адрес. Правый конец адреса говорит этой сети, какой компьютер или хост должен получить пакет. Каждый компьютер в Интернете имеет в этой схеме уникальный адрес.

Числовой адрес компьютера в Интернете аналогичен почтовому индексу отделения связи. Существует несколько типов адресов Интернета (типы: А, В, С, D, Е), которые по-разному делят адрес на поля номера сети и номера узла, от типа такого деления зависит количество возможных сетей и машин в таких сетях.

Из-за ограничений оборудования информация, пересылаемая по сетям IP, делится на части (по границам байтов), раскладываемые в отдельные пакеты . Длина информации внутри пакета обычно составляет от 1 до 1500 байт. Это защищает сеть от монополизирования каким-либо пользователем и предоставляет всем примерно равные права. По этой же причине, если сеть недостаточно быстра, чем больше пользователей ее одновременно использует, тем медленнее она будет общаться с каждым.

Одно из достоинств Интернета состоит в том, что протокола IP самого по себе уже вполне достаточно для работы. Однако этот протокол имеет и ряд недостатков:

• - большая часть пересылаемой информации длиннее 1500 символов, поэтому ее приходится разбивать на несколько пакетов;
• - некоторые пакеты могут теряться в пути следования;
• - пакеты могут приходить в последовательности, отличной от начальной.

Используемые протоколы должны обеспечить способы пересылки больших объемов информации без искажений, которые могут возникать по вине сети.

Протокол управления передачей (TCP, Transmission Control Protocol) - это протокол, тесно связанный с IP, который используется в аналогичных целях, но на более высоком уровне. Протокол TCP занимается проблемой пересылки больших объемов информации, основываясь на возможностях протокола IP.

TCP делит информацию, которую надо переслать, на несколько частей и нумерует каждую часть, чтобы позже восстановить порядок. Чтобы пересылать эту нумерацию вместе с данными, он обкладывает каждый кусочек информации своей обложкой - TCP-конвертом, который содержит соответствующую информацию.

Получатель по получении распаковывает IP-конверты и видит TCP-конверты, распаковывает и их и помещает данные в последовательность частей в соответствующее место. Если чего-то недостает, он требует переслать этот кусочек снова. В конце концов, информация собирается в нужном порядке и полностью восстанавливается.

Стек протоколов TCP/IP – это альфа и омега Интернета, и нужно не только знать, но также понимать модель и принцип работы стека.

Мы разобрались с классификацией, стандартами сетей и моделью OSI. Теперь поговорим о стеке, на базе которого построена всемирная система объединенных компьютерных сетей Интернет.

Модель TCP/IP

Изначально данный стек создавался для объединения больших компьютеров в университетах по телефонным линиям связи соединения «точка-точка». Но когда появились новые технологии, широковещательные (Ethernet) и спутниковые, возникла необходимость адаптировать TCP/IP, что оказалось непростой задачей. Именно поэтому наряду с OSI появилась модель TCP/IP.

Через модель описывается, как необходимо строить сети на базе различных технологий, чтобы в них работал стек протоколов TCP/IP.

В таблице представлено сравнение моделей OSI и TCP/IP. Последняя включает в себя 4 уровня:

1. Самый нижний, уровень сетевых интерфейсов , обеспечивает взаимодействие с сетевыми технологиями (Ethernet, Wi-Fi и т. д.). Это объединение функций канального и физического уровней OSI.
2. Уровень интернет стоит выше, и по задачам перекликается с сетевым уровнем модели OSI. Он обеспечивает поиск оптимального маршрута, включая выявление неполадок в сети. Именно на этом уровне работает маршрутизатор.
3. Транспортный отвечает за связь между процессами на разных компьютерах, а также за доставку переданной информации без дублирования, потерь и ошибок, в необходимой последовательности.
4. Прикладной объединил в себе 3 уровня модели OSI: сеансовый, представления и прикладной. То есть он выполняет такие функции, как поддержка сеанса связи, преобразование протоколов и информации, а также взаимодействие пользователя и сети.

Иногда специалисты пытаются объединить обе модели в нечто общее. Например, ниже приведено пятиуровневое представление симбиоза от авторов «Компьютерные сети» Э. Таненбаума и Д. Уэзеролла:

Модель OSI обладает хорошей теоретической проработкой, но протоколы не используются. С моделью TCP/IP все иначе: протоколы широко используются, но модель подходит исключительно для описания сетей на базе TCP/IP.

Не путайте их:

• TCP/IP – это стек протоколов, представляющий собой основу Интернета.
• Модель OSI (Базовая Эталонная Модель Взаимодействия Открытых Систем) подходит для описания самых разных сетей.

Стек протоколов TCP/IP

Рассмотрим каждый уровень более подробно.

Нижний уровень сетевых интерфейсов включает в себя Ethernet, Wi-Fi и DSL (модем). Данные сетевые технологии формально не входят в состав стека, но крайне важны в работе интернета в целом.

Основной протокол сетевого уровня – IP (Internet Protocol). Это маршрутизированный протокол, частью которого является адресация сети (IP-адрес). Здесь также работают такие дополнительные протоколы, как ICMP, ARRP и DHCP. Они обеспечивают работу сетей.

На транспортной уровне расположились TCP – протокол, обеспечивающий передачу данных с гарантией доставки, и UDP – протокол для быстрой передачи данных, но уже без гарантии.

Прикладной уровень – это HTTP (для web), SMTP (передача почты), DNS (назначение IP-адресам понятных доменных имен), FTP (передача файлов). Протоколов на прикладном уровне стека TCP/IP больше, но приведенные можно назвать самыми значимыми для рассмотрения.

Помните, что стек протоколов TCP/IP задает стандарты связи между устройствами и содержит соглашения о межсетевом взаимодействии и маршрутизации.

Введение в TCP/IP

Работа сети Internet основана на использовании семейства коммуникационных протоколов ТСР/IР,что расшифровывается как Transmission Control Protocol/Intemet Protocol (Протокол правления передачей Данных/Протокол Internet). TCP/IP используется для передачи данных как в глобальной сети Internet, так и во многих локальных сетях.
Разумеется, для работы с Internet в качестве пользователя не требуется никаких специальных знаний о протоколах TCP/IP, но понимание основных принципов поможет вам в решении возможных проблем общего характера, возникающих, в частности, при настройке системы электронной почты.
TCP/IP также тесно связан с двумя другими базовыми приложениями Internet: FTP и Telnet. Наконец, знание ряда основополагающих концепций Internet поможет вам в полной мере оценить степень сложности этой системы, подобно тому как представление о работе двигателя внутреннего сгорания помогает проникнуться уважением к устройству автомобиля.
TCP/IP - достаточно сложная и обширная тема, которой посвящено множество справочников и объемных статей. В этом разделе рассматриваются лишь базовые концепции, а технические подробности не описываются.

Что такое TCP/IP

TCP/IP - это название семейства протоколов передачи данных в сети. Протокол - это набор правил, которых должны придерживаться все компании, чтобы обеспечить совместимость производимого аппаратного и программного обеспечения. Эти правила гарантируют, что машина фирмы Digital Equipment, работающая с пакетом TCP/IP, сможет общаться с PC Compaq, также работающим с TCP/IP. При соблюдении определенных стандартов для функционирования всей системы нс имеет значения, кто является производителем программного обеспечения или аппаратных средств. Идеология открытых систем предполагает использование стандартных аппаратных средств и программного обеспечения. TCP/IP - открытый протокол, и это значит, что вся специальная информация о протоколе издана и может быть свободно использована.
Протокол определяет, каким образом одно приложение связывается с другим. Эта связь программного обеспечения подобна диалогу: "Я посылаю вам эту порцию информации, затем вы посылаете мне обратно то-то, потом я отправлю вам это. Вы должны сложить все биты и послать обратно общий результат, а если возникнут проблемы, вы должны послать мне соответствующее сообщение."Протокол определяет, как различные части полного пакета управляют передачей информации. Протокол показывает, содержит ли пакет сообщение электронной почты, статью телеконференции или служебное сообщение. Стандарты протокола сформулированы таким образом.что принимают во внимание возможные непредвиденные обстоятельства. Протокол также включает правила обработки ошибок.
Термин TCP/IP включает названия двух протоколов - Transmission Control Protocol (TCP) и Internet Protocol (IP). TCP/IP не является одной программой, как ошибочно полагают многие пользователи. Напротив, TCP/IP относится к целому семейству связанных между собой протоколов, разработанных для передачи информации по сети и одновременного обеспечения информацией о состоянии самой сети. TCP/IP является программным компонентом сети. Каждая часть семейства TCP/IP решает определенную задачу: отправление электронной почты, обеспечение удаленного обслуживания входа в систему, пересылку файлов, маршрутизацию сообщений или обработку сбоев в сети. Применение TCP/IP не ограничено глобальной сетью Internet. Это наиболее широко используемые во всем мире сетевые протоколы, применяемые как в крупных корпоративных сетях, так и в локальных сетях с небольшим числом компьютеров.
Как только что говорилось, TCP/IP - не один протокол, а их семейство. Почему иногда употребляют термин TCP/IP, хотя имеется в виду сервис, отличный от TCP или IP? Обычно общее название используют при обсуждении всего семейства сетевых протоколов. Однако некоторые пользователи, говоря о TCP/IP, имеют в виду лишь некоторые из протоколов семейства: они предполагают, что другая сторона в диалоге понимает, о чем конкретно идет речь. В действительности лучше называть каждый из сервисов своим именем, чтобы внести большую ясность в предмет разговора.

Компоненты TCP/IP

Различный сервис, включаемый в TCP/IP, и их функции могут быть классифицированы по типу выполняемых задач. Далее приводится описание групп протоколов и их назначение.
Транспортные протоколы управляют передачей данных между двумя машинами.

• TCP (Transmission Control Protocol). Протокол, поддерживающий передачу данных, основанную на логическом соединении между посылающим и принимающим компьютерами.
• UDP (User Datagram Protocol). Протокол, поддерживающий передачу данных без установления логического соединения. Это означает, что данные посылаются без предварительного установления соединения между компьютерами получателя и отправителя. Можно провести аналогию с отправлением почты по какому-то адресу, когда нет никакой гарантии, что это сообщение прибудет к адресату, если он вообще существует. , (Две машины соединены в том смысле, что обе подключены к Internet, но они не поддерживают связь между собой через логическое соединение.)

Протоколы маршрутизации обрабатывают адресацию данных и определяют наилучшие пути до адресата. Они также могут обеспечивать разбиение больших сообщений на несколько сообщений меньшей длины, которые затем последовательно передаются и компонуются в единое целое на компьютере-адресате.

• IP (Internet Protocol). Обеспечивает фактическую передачу данных.
• ICMP (Internet Control Message Protocol). Обрабатывает сообщения состояния для IP, например, ошибки и изменения в сетевых аппаратных средствах, которые влияют на маршрутизацию.
• RIP (Routing Information Protocol). Один из нескольких протоколов, которые определяют наилучший маршрут доставки сообщения.
• OSPF (Open Shortest Path First). Альтернативный протокол для определения маршрутов.

Поддержка сетевого адреса - это способ идентификации машины с уникальным номером и именем. (Более подробно об адресах см. ниже)

• ARP (Address Resolution Protocol). Определяет уникальные числовые адреса машин в сети.
• DNS (Domain Name System). Определяет числовые адреса по именам машин.
• RARP (Revere Address Resolution Protocol). Определяет адреса машин в сети, но способом, обратным ARP.

Прикладные сервисы - это программы, которые пользователь (или компьютер) использует для получения доступа к различным услугам.

• ВООТР (Boot Protocol) загружает сетевую машину, читая информацию для начальной загрузки с сервера.
• FTP (File Transfer Protocol) передает файлы между компьютерами.
• TELNET обеспечивает уличенный терминальный доступ к системе, т. с. пользователь одного компьютера может соединяться с другим компьютером и чувствоиать себя так, как будто он работает за клавиатурой удаленной машины.

Шлюзовые протоколы помогают передавать по сети сообщения о маршрутизации и информацию о состоянии сети, а также обрабатывать данные для локальных сетей.

• EGP (Exterior Gateway Protocol) служит для передачи маршрутизационной информации для внешних сетей.
• GGP (Gateway-to-Gateway Protocol) служит win передачи маршрутизационной информации между шлюзами.
• IGP (Interior Gateway Protocol) служит для передам маршрутизационной информации для внутренних сетей.

Другие протоколы не относятся к категориям, упомянутым выше, но играют важную роль в сети.

• NFS (Network File System) позволяет использовать каталоги и файлы удаленного компьютера так, как если бы они существовали на локальной машине.
• NIS (Network Information Service) поддерживает в сети информацию о пользователях нескольких компьютеров, упрощая вход в систему и проверку паролей .
• RPC (Remote Procedure Call) позволяет удаленным прикладным программам связываться друг с другом простым и эффективным способом.
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) - это протокол, который передает сообщения электронной почты между машинами.
• SNMP (Simple Network Management Protocol) - протокол для администрирования, который посылает сообщения о состоянии сети и подключенных к ней устройств.

Все эти виды сервиса в совокупности составляют TCP/IP - мощное и эффективное семейство сетевых протоколов.
Мы не будем рассматривать все эти протоколы подробно, потому что технические подробности несущественны для конечного пользователя. Вместо этого мы кратко остановимся на некоторых важных аспектах протоколов TCP/IP. Если вы хотите больше узнать о TCP/IP, то обратитесь к специально посвященным этой теме книгам.

Краткая история TCP/IP и Internet

Internet, как уже говорилось ранее, не является единой сетью, а представляет собой совокупность многих сетей, поддерживающих связь путем использования общих протоколов. TCP/IP и Internet так тесно связаны, что архитектура TCP/IP-сетеИ часто называется Internet-apхитектурой. Internet появился на базе первой сети ARPANET (the Advanced Research Projects Agency"s network), которая была разработана, чтобы предоставить исследователям, работающим над военными проектами, возможность быстро общаться друг с другом. На начальном этапе сеть была разработана фирмой Bolt, Beranek и Newinan (BBN) - компанией, которая оказала сильное влияние на пути развития этой сети.
ARPANET начала функционировать в 1971 г. С самого начала сеть постоянно модернизировалась в соответствии с требованиями пользователей, предоставляя им все большее количество функциональных возможностей. Одним из важных требований была возможность передачи (файлов между компьютерами, что в конечном счете привело к разработке щютокола передачи файлов (FTP).
Другой важной потребностью была поддержка удаленного терминального доступа в систему, который позволил бы пользователю одной системы соединиться с другой машиной в сети и работать на ней, как на своей собственной. Для этого были созданы Telnet и login - две утилиты, реализующие удаленный терминальный доступ к системе.
С увеличением количества пользователей и ростом интенсивности использования сети уже подключенными пользователями существенно увеличился сетевой трафик. Вследствие этого стало очевидным, что не только сеть должна расширяться, но должен быть разработан улучшенный протокол связи. Протоколы TCP/IP были предложены в 1973 г. и приняты в стандартизованной версии в 1982 г. Одна из исследовательских лабораторий, работающих над программным обеспечением для сетей, находилась в Калифорнийском Университете в Беркли (University of California at Berkeley - UCB). Этот университет многие годы был центром разработки операционной системы UNIX и внес большой вклад в усовершенствование TCP/IP. В 1983 г. UCB выпустил версию системы UNIX, которая включала в себя TCP/IP как неотъемлемую часть операционной системы. TCP/IP стал очень популярным благодаря широкому использованию UNIX, особенно в сетях, соединенных с растущим ARPANET.
Когда TCP/IP стал достаточно развит, были поданы предложения в National Science Foundation, которые привели к открытию финансирования проекта создания Computer Science Network (Научной компьютерной сети) в качестве замены перегруженной ARPANET. В 1984 г. это привело к разделению сети на две. Одна сеть, названная MILNET, была выделена для военного ведомства. Другая часть ARPANET была отдана для проведения исследований и для иных невоенных применений.
Сеть ARPANET была преобразована, когда был утвержден проект создания сети для широкомасштабного доступа к суперкомпьютерам, реализация которого была поручена Office of Advanced Scientific Computing (OASC, Центр перспективных научных вычислений). OASC создал другую сеть - NSFNET, которая с использованием высокоскоростных телефонных каналов соединила шесть суперкомпьютеров, находящихся в разных частях страны. Другие сети присоединились к этой сети для совместного использования доступа к суперкомпьютерам и высокоскоростных каналов связи. NFSNET стал основной магистральной структурой (backbone) сети Internet. В 1990 г. Министерство обороны, которое создало сеть ARPANET, официально объявило об ее упразднении как выполнившей свои задачи и ныне устаревшей.

Числовой адрес компьютера

Каждая машина, которая подключена к Internet или любой другой TCP/IP-ссти, должна быть уникально идентифицирована. Без уникального идентификатора сеть не знает, как доставить сообщение для вашей машины. Если один и тот же идентификатор окажется у нескольких компьютеров, то сеть не сможет адресовать сообщение.
В Internet компьютеры сети идентифицируются путем назначения Internet-адреса или, более правильно, IP-адреса. IP-адреса всегда имеют длину 32 бита и состоят из четырех частей по 8 бит. Это значит, что каждая часть может принимать значение в пределах от 0 до 255. Четыре части объединяют в запись, в которой каждое восьмибитовое значение отделяется точкой. Например, 255.255.255.255 или 147.120.3.28 - это два IP-адреса. Когда речь идет о сетевом адресе, то обычно имеется в виду IP-адрес.
Если бы использовались все 32 бита в IP-адресе, то получилось бы свыше четырех миллиардов возможных адресов - более чем достаточно для будущего расширения Internet! Однако некоторые комбинации битов зарезервированы для специальных целей, что уменьшает число потенциальных адресов. Кроме того, 8-битные четверки сгруппированы специальными способами в зависимости от типа сети, так что фактическое число возможных адресов еще меньше.
IP-адреса назначаются не по принципу перечисления хостов в сети -1,2,3,.... На самом деле IP-адрес как бы состоит из двух частей: адреса сети и адреса хоста в этой сети. Благодаря такой структуре IP-адреса компьютеры в разных сетях могут иметь одинаковые номера. Поскольку адреса сетей различны, то компьютеры идентифицируются однозначно. Без такой схемы нумерация быстро становится очень неудобной.
IP-адреса выделяются в зависимости от размеров организации и типа ее деятельности. Если это небольшая организация, то скорее всего в ее сети немного компьютеров (и, следовательно, IP-адресов). Напротив, у большой корпорации могут быть тысячи компьютеров, объединенных в несколько соединенных между собой локальных сетей. Для обеспечения максимальной гибкости IP-адреса выделяются в зависимости от количества сетей и компьютеров в организации и разделяются на классы А, В и С. Еще существуют классы D и Е, но они используются для специфических целей.
Три класса IP-адресов позволяют распределять их в зависимости от размера сети организации. Так как 32 бита - допустимый полный размер IP-адреса, то классы разбивают четыре 8-битные части адреса на адрес сети и адрес хоста в зависимости от класса. Один или несколько битов зарезервированы в начале IP-адреса для идентификации класса.
Адрес сети класса А имеет только 7 бит для сетевого адреса и 24 бита для адреса хоста. Это позволяет идентифицировать более 16 миллионов различных хостов в одной подсети - более чем достаточно для самой большой организации. Конечно, может существовать только 128 (2 в седьмой степени) сетей класса А.
Адрес сети класса В имеет 14 бит для сетевого адреса и 16 бит для адреса хоста, что позволяет выделить большее количество сетей класса В, но с меньшим количеством хостов. Тем не менее 16 бит позволяют идентифицировать более 65000 хостов. И, наконец, IP-сети класса С могут иметь максимум 254 хоста, но таких сетей может быть очень много. Большинство сетей относятся к классам В или С, хотя решающее слово относительно назначения класса сети оставлено за Internet Network Information Center (InterNIC).
Тип класса, к которому относится сеть компании, можно узнать по первому числу IP-адреса. Существуют следующие правила для первого 8-битного числа:

• Адреса класса А - числа между 0 и 127
• Адреса класса В - числа между 128 и 191
• Адреса класса С - числа между 192 и 223

Если IP-адрес вашей машины - 147.14.87.23, то вы знаете, что ваша машина находится в сети класса В, сетевой идентификатор - 147.14, а уникальный номер вашей машины в этой сети - 87.23. Если IP-адрес - 221.132.3.123, то машина находится в сети класса С с сетевым идентификатором 221.132.3 и идентификатором хоста 123.
Всякий раз, когда посылается сообщение какому-либо хост-компьютеру в Internet, IP-адрес используется для указания адреса отправителя и получателя. Конечно, вам не придется самому запоминать все IP-адреса, так как для этого существует специальный сервис TCP/IP, называемый Domain Name System (Доменная система имен).

Шлюзовые протоколы

Для быстрого и эффективного перенаправления датаграмм шлюзы должны знать, что происходит в сети. Помимо информации о маршрутизации сообщений, им необходима информация о параметрах подсетей, подключенных к более крупной сети, для корректировки маршрутов в случае сбоев в некоторых частях сети.
Существуют шлюзы двух типов: внутренние и внешние. Шлюзы, которые расположены в небольшой подсети, могут обеспечивать связь с более крупной корпоративной сетью. Такие шлюзы называются автономными или самодостаточными, потому что соединения между этими шлюзами являются постоянными и редко изменяются. Эти шлюзы поддерживают связь между собой с помощью внутреннего шлюзового протокола - IGP (Internal Gateway Protocol).
Большие сети, подобные Internet, не являются статическими по своей структуре. Настройки шлюзов постоянно меняются, поскольку происходят изменения в многочисленных мелких подсетях. Связь между такими шлюзами осуществляется через внешний шлюзовый протокол - EGP (Extenor Gateway Protocol).
Существует еще один шлюзовый протокол, о котором вы, может быть, слышали, называемый Gateway-to-Gateway Protocol, или GGP. Он используется между специальными шлюзами в магистральных каналах Internet. Такие шлюзы относятся ко всему Internet в целом и обес- печивают передачу трафика в скоростной магистральной части сети.

TCP и UDP

Как уже говорилось в начале этой главы при рассмотрении уровней протоколов, транспортый уровень архитектуры TCP/IP обеспечивает сервис доставки сообщений. В семейство TCP/IP входят два различных протокола, реализующие этот сервис: Transmission Control Protocol (TCP) и User Datagram ProtocolUser Datagram Protocol (UDP). Оба нашли широкое применение.
Различие между ними заключается в способе установления соединения между двумя компь- ютерами. TCP устанавливает непосредственное логическое соединение, т. е. компьютеры как бы соединяются напрямую и каждый из них знает о состоянии другого. UDP не пытается устанавливать такое соединение. Этот протокол просто добавляет к сформированному сообщению IP-адрес и отправляет его в сеть.
Очевидно, что TCP - более надежный метод связи, поскольку происходит подтверждение каждого принятого сообщения. С использованием UDP нет никакой гарантии, что сообщение будет действительно получено. Для подтверждения приема сообщения UDP использует схему, при которой машина адресата должна послать подтверждение о принятом сообщении, и если в течение некоторого промежутка времени такое подтверждение не будет получено отправителем, то передача сообщения повторяется.
Можно подумать, что все захотят использовать TCP для передачи сообщения, но на самом деле большинство полагается на UDP. Представьте, сколько соединений неоходимо установить со всеми машинами в сети - это гигантская цифра, и каждую секунду появляются новые и исчезают старые соединения. Использование UDP чрезвычайно упрощает сетевой трафик.
Каждый вид сервиса TCP/IP разработан так, что допускает использование или UDP, или TCP. Например, Telnet и FTP используют TCP, так как соединение должно постоянно существовать между двумя компьютерами. Другой способ передачи файлов - протокол, называемый Trivial FTP (TFTP, тривиальный FTP) использует UDP (см. "Тривиальный FTP" далее в этой главе).
Оба протокола (TCP и UDP) добавляют заголовок в начало сообщения, которое транспортный уровень получает от более высоких уровней. Содержание и структура заголовка TCP отличны от UDP, но оба содержат одну и ту же базовую информацию о том, кто послал пакет и кому, специальную информацию о типе сообщения и статистические данные.
И в заключение несколько слов о связанном с TCP/IP термином "датаграмма". Датагралма - это скомпонованное сообщение, переданное через все уровни в сеть. Когда говорят о TCP/IP, то правильнее использовать именно термин "датаграмма" вместо термина "сообщение".

TCP-порты и сокеты

Прикладные программы, которые используют TCP, должны иметь способ установления связи с определенным сервисом. Для этого введены номера портов, соответствующих каждому виду сервиса. Например, Telnet использует порт с номером 23. Номер порта определяет тип сервиса, запрашиваемого одной машиной у другой, поэтому когда одна машина посылает запрос на 23-й порт другой машины, ответ придет тоже на 23-й порт.
Не путайте порты TCP с портами на задней панели вашего компьютера. Последовательные порты машины, например, являются физическими, в то время как порты TCP - логические. При установлении соединения с компьютером может быть использован его физический порт (к нему может быть подключена линия передачи данных), но система потом назначит логический TCP-порт для каждого типа сервиса.
Номера портов могут быть переназначены администратором, но при изменении номера порта могут появиться проблемы. Большинство систем используют стандартные номера портов, список которых имеется в документации по TCP/IP. Обычные пользователи могут не знать, какой порт когда используется, но в этом нет никакой необходимости, так как все Windows-версии TCP/IP пакетов используют стандартные номера портов. Список наиболее часто используемых портов приведен ниже:

Каждая точка входа/выхода любого из TCP-уровней на каждой машине уникально идентифицируется парой чисел, вместе называемых номером сокета (socket number), который состоит из IP-адреса и номера порта. Компьютер может использовать номер сокета для связи с другим компьютером и сети, так как IP-адреса однозначно идентифицируют все компьютеры в сети.
Каждая машина в сети поддерживает небольшую таблицу, которая содержит описание использования всех портов. Она называется таблицей портов (port table). Когда устанавливается соединение, в таблицу портов заносится номер порта другой машины, поддерживающей соединение. Таким образом, обе машины, участвующие в соединении, будут иметь номера портов другой машины, что называется port bindings (связывание портов). Порт может быть одновременно использован для нескольких соединений - это называется мультиплексированием.

Протокол IP

Internet Protocol (IP) - основной протокол TCP/IP. Важно понимать, что хотя слово "Internet" встречается в имени протокола, это не ограничивает его использование. IP определяет протокол, а не соединение.
Internet Protocol не устанавливает логического соединения. Это значит, что IP не контролирует доставку сообщений конечному адресату. IP-адреса машины-отправителя и машины-получателя включаются в заголовок датаграммы и используются для передают датаграмм между шлюзами. При этом используется информация о маршрутизации, находящаяся на шлюзе и указывающая, куда передать датаграмму на каждом этапе.
Основной задачей IP является адресация датаграмм и их передача между компьютерами. Он анализирует информацию об адресате и использует ее для определения наилучшего маршрута. IP добавляет свой собственный заголовок к сообщению, полученному от более высоких уровней (TCP или UDP).
IP решает также другую задачу, связанную с разбиением длинных датаграмм на несколько частей меньшего размера и последующей сборкой в первоначальный вид в точке назначения. Большие датаграммы могут быть разбиты по ряду причин, включая ограничение размера IP-сообщений (приблизительно 64К). Обычно сеть не может непосредственно передать такое большое сообщение, требуя разрыва датаграммы на маленькие фрагменты по несколько килобайт.
Для описания этого процесса используются несколько специальных терминов:

• Segmentation (сегментация) - процесс разбиения датаграммы на несколько меньших датаграмм.
• Reassembly (компоновка) - процесс объединения маленьких датаграмм в первоначальную большую датаграмму.
• Separation (разделение) - обратный конкатенации процесс разбиения целой датаграммы на несколько небольших сообщений для различных прикладных программ.

Все эти процессы IP выполняет незаметно для вас. Реализованы специальные алгоритмы проверки того, что сообщение восстановлено правильно и в первоначальном виде, и что все части большого сообщения получены правильно. Это обеспечивает информация в заголовке IP и ряд специальных счетчиков, которые IP использует, чтобы дождаться всех частей сообщения. Одна из проблем, связанных с такой разбивкой сообщений, состоит в том, что фрагментированное сообщение имеет меньшую вероятность доставки, чем нефрагментированное сообщение. Большинство прикладных программ стараются избегать фрагментации везде, где это возможно.

Протокол IСМР

В сети могут происходить сбои, связанные с неправильной маршрутизацией, потерей или повреждением датаграмм. При этом уведомление отправителя о возникших проблемах нe менее важно, чем обработка ошибочных ситуаций в самой сети. Для выполнения этой задачи был создан Internet Control Message Protocol (IСМР, Протокол управляющих сообщений Internet).
IСМР является системой уведомления об ошибках, встроенной в Internet Protocol. Сообщения IСМР могут рассматриваться как специальные IP-сообщения. Другими словами, IСМР является коммуникационной системой уровня IP. Заголовок ICMP-сообщений такой же, как и у обычных IP-пакетов, и их обработка в сети полностью совпадает с обработкой датаграмм. В большинстве случаев сообщения об ошибках, посылаемые IСМР, направляются обратно отправителю, IP-адрес которого находится в заголовке.
Сообщение IСМР содержит информацию о возникшей проблеме, а также фрагмент исходного сообщения. Этот фрагмент служит для идентификации ошибочного сообщения, а также содержит некоторую информацию для диагностики.

Приложения TCP/IP

Теперь, когда вы знаете, как TCP, UDP и IP обеспечивают упаковку и передачу сообщений, мы можем познакомиться с протоколами семейства TCP/IP, которые непосредственно используются в прикладных программах. Одними из наиболее часто используемых протоколов являются Telnet и FTP. К числу основных прикладных протоколов относится также протокол Simple Mail Transfer Protocol (SMTP), применяемый для передачи сообщений электронной почты. И, наконец, существует набор утилит, называемых г-утилитами Беркли (Berkeley r-utilities) по имени университета, в котором они были разработаны.

Telnet

Протокол Telnet (от слов telecommurncation network - телекоммуникационная сеть) обеспечивает возможность входа в удаленную систему. Он позволяет пользователю одного компьютера зарегистрироваться на удаленном компьютере, расположенном в другой части сети. При этом пользователю кажется, что он работает за терминалом удаленного компьютера. Telnet может оказаться полезным, если вы, работая на медленном компьютере, хотите воспользоваться вычислительными ресурсами более мощной машины, а также если на удаленном компьютере имеется необходимое вам программное обеспечение.
До того, как был разработан Telnet, единственным способом доступа к ресурсам другого компьютера являлось непосредственное подключение через модем или через выделенные порты сети, которое наряду с простотой имело и ряд существенных ограничений.
Работу Telnet обеспечивает специальная программа (сервер), запущенная на компьютере, к которому вы подключаетесь, и обрабатывающая поступающие запросы. На вашем компьютере выполняется программа Telnet (Telnet-KAiiCHT), которая обращается к серверу. В процессе установления соединения компьютеры догопариваются о режиме эмуляции терминала в данном сеансе работы. По-сушеству, одна машина запрашивает у другой, какие (функции она поддерживает.
Для начала сеанса работы Telnet необходимо ввести доменное имя или IP-адрес удаленного компьютера. Применение доменного имени возмож"но только в том случае, когда система может преобразовать это имя в числовой IP-адрес, используя сервис DMS. После установления соединения уд:итснная система обычно запрашивает имя пользователя и пароль , хотя это зависит от типа операционной системы и программного обеспечения Telnet, установленных на удушенном компьютере.
Команды Telnet различаются в зависимости от используемого Tclnet-клиента, особенно при работе с графическим интерфейсом типа Windows. В большинстве случаев Tclnet-клиент создаст окно, работа в котором происходит в режиме командной строки.
После установления соединения ваш компьютер играет роль терминала удаленной машины. Все вводимые вами команды выполняются на удаленном компьютере. Для завершения сеанса работы следует ввести соответствующую команду (для UNIX-систем - обычно logout или +.
Находясь в режиме ввода команд для удаленной системы, вы можете персити в командный режим Telnet, используя, как правило, комбинацию клавиш +. В этом режиме вы управляете работой Tclnet-клиента, а не удаленного компьютера.

FTP

В отличие от Telnet, протокол FTP (File Transfer Protocol) предназначен не для работы на удаленном компьютере, а для передачи файлов между подключенными к сети компьютерами. Так же как и Telnet, сервис FTP основан на совместном использовании двух программ - программы-ссрвер, которая выполняется постоянно в фоновом режиме, и программы-клиент, которую вы должны запустить на своем компьютере, чтобы начать сеанс работы по протоколу FTP. Протокол FTP позволяет передавать фаилы как в текстовом, так п и двоичном формате.
Для установления FTP-соединения требуется ввести доменное имя или числовой IP-адрес компьютера, на котором работает программа-сервер.
После установления соединения с удаленным компьютером, как правило, требуется зарегистрироваться на нем. (Некоторые FTP-серверы поддерживают так называемый анонимный доступ, позволяющий всем пользователям свободно копировать хранящиеся там файлы.) Зарегистрировавшись на удаленном компьютере, вы тем не менее продолжаете работать на своем компьютере, отправляя на удаленную машину только команды для просмотра каталогов и передачи файлов. В этом заключается существенное отличие FTP от Telnet, поскольку используя Telnet, вы по-существу работаете на удаленном компьютере.
Большинство FTP-клиентов предназначены для работы в режиме командной строки. Однако FTP-клиенты для Windows предоставляют пользователю графический интерфейс, позволяющий обойтись без ввода команд в режиме командной строки. Все действия выполняются с помощью мента, диалоговых окон и графических кнопок. Поэтому соединение с удаленным компьютером, просмотр каталогов и передача файлов требуют лишь выбора соответствующих пунктов меню и кнопок.
В общем случае работа с FTP-сервером требует ввода идентификатора пользователя и пароля , но многие системы предоставляют возможность свободного копирования находящихся на них файлов всеми пользователями Internet. Такой сервис называют анонимным FTP. Для работы с анонимным FTP не требуется быть зарегистрированным пользователем системы, а достаточно ввести в качестве имени пользователя (login name) "anonymous". При этом пароль либо вообще не вводится, либо в качестве пароля можно ввести слово "guest" (гость), или ваше настоящее имя, или ваш адрес электронной почты.

Тривиальный FTP

Trivial File Transfer Protocol (TFTP, Тривиальный протокол передачи файлов) - это один из простейших протоколов, используемых для передаём файлов. Он отличается от FTP тем, что для передачи файлов не требуется регистрации на удаленном компьютере. Пользователь просто вводит запрос на передачу файла, указывая имя удаленного компьютера. При этом TFTP формирует UDP-сообщения, которые отправляются на удаленную машину и с помощью которых происходит передача файла. По окончанию передачи некоторые версии TFTP отправ- ляют соответствующее уведомление пользователю. Заметим, что многие версии программного обеспечения TCP/IP для Windows не предусматривают поддержку TFTP.

SMTP

Simple Mail Transfer Protocol (SMTP, Простой протокол передачи почты) поддерживает работу электронной почты в Internet и в других сетях. Поскольку способы передачи сообщении электронной почты различаются в разных операционных системах, во многих локальных сетях протокол SMTP не применяется, но он используется для передачи почты в Internet.
Internet (а также большая часть крупных корпоративных сетей) построен на основе UNIX-систем, в которых SMTP принят в качестве стандартного протокола передачи почты. В UNIX-системах SMTP поддерживается с помощью программы, называемой sendmail. Пользователи не взаимодействуют непосредственно с sendmail, а используют различные прикладные программы работы с электронной почтой. Эти программы, в свою очередь, обмениваются сообщениями с sendmail.
Пакеты для работы с электронной почтой в среде Windows базируются на использовании различных протоколов, в том числе и SMTP. Многие развитые почтовые системы имеют встроенную поддержку SMTP, позволяющую обмениваться сообщениями с глобальными ТСР/IР-сетями.