3. 7. Стек протоколів Інтернету

Оскільки сімейство протоколів TCP/IP є основою побудо­ви Інтернету, розглянемо ці протоколи більш докладно.

В Інтернеті використовуються універсальні ідентифікато­ри (адреси) приєднаних до мережі комп'ютерів, тому будь-які дві машини мають можливість взаємодіяти одна з одною. В Інтернеті також реалізований принцип незалежності кори-стувальницького інтерфейсу від фізичної мережі, тобто існує множина способів установлення з'єднань і передачі даних, однакових для усіх фізичних мережевих технологій.

З погляду кінцевих користувачів, Інтернет являє собою єдину віртуальну мережу, до якої приєднані всі комп'юте­ри — незалежно від їх реальних фізичних з'єднань. Фунда­ментальним принципом Інтернету є рівнозначність всіх об'єднаних з його допомогою фізичних мереж: будь-яка сис­тема комунікацій розглядається як компонент Інтернету, незалежно від її фізичних параметрів, розмірів переданих па­кетів даних і географічного масштабу.

Сімейство протоколів TCP/IP дозволяє побудувати універ­сальну мережу, що реалізує зазначені вище принципи. Воно містить у собі протоколи 4 рівнів комунікацій (мал. 3.2).

 

Прикладний рівень	WWW, FTP, Telnet E-mail та інші
Транспортний рівень	TCP, UDP
Мережевий рівень	IP, ICMP, IGMP
Канальний рівень (мережевий інтерфейс)	ARP, RARP

Мал. З.2. Рівні стека протоколів TCP/IP

Рівень мережевого інтерфейсу відповідає за встановлення мережевого з'єднання в конкретній фізичній мережі. На цьо­му рівні працюють драйвер пристрою в операційній системі і відповідна мережева плата комп'ютера (Ethernet-протокол).

Мережевий рівень — основа сімейства протоколів TCP/IP. Саме на цьому рівні реалізується принцип міжмере-жевого з'єднання, зокрема маршрутизація пакетів через Інтернет. На мережевому рівні протокол реалізує ненадійну службу доставки пакетів по мережі від системи до системи без установлення з'єднання. Це означає, що буде виконане все необхідне для доставки пакетів, однак ця доставка не га­рантується. Пакети можуть бути загублені, передані в непра­вильному порядку, продубльовані тощо. Служба, що працює без установлення з'єднання, обробляє пакети, незалежно один від одного. Але головне, що саме на цьому рівні прий­мається рішення про маршрутизацію пакета по міжмереже-вим з'єднанням.

Надійну передачу даних реалізує наступний рівень — транспортний, на якому два основних протоколи, TCP (Transmission Control Protocol) i UDP (User Datagram Protocol), здійснюють зв'язок між машиною-відправником пакетів і машиною-адресатом пакетів.

Нарешті, прикладний рівень — це прикладні програми типу клієнт-сервер, що базуються на протоколах нижніх рівнів. На відміну від протоколів інших трьох рівнів, прото­коли прикладного рівня займаються деталями конкретного додатка, і для них звичайно не важливі способи передачі да­них по мережі. Серед основних додатків TCP/ IP, що при­сутні практично в кожній його реалізації, — протокол ему-ляції терміналу TELNET, протокол передачі файлів FTP, протокол електронної пошти SMTP (Simple Message TransferProtocol), протокол керування мережею SNMP (Simple Network Management Protocol), використовуваний у системі World Wide Web протокол передачі гіпертексту HTTP і ін.

На мал. 3.3 показано, як здійснюється взаємодія двох комп'ютерів з різних мереж з використанням стека прото-, колів TCP/IP. Програмне забезпечення IP-протоколу за до­помогою маршрутизатора передає пакети з однієї мережі Ethernet в іншу. Протоколи верхніх рівнів, прикладного і транспортного, здійснюють з'єднання між комп'ютерами, клієнтом і сервером додатка, у той час як IP забезпечує зв'язок між кінцевою і проміжною системами.

Оскільки в Інтернеті деталі фізичних з'єднань приховані від прикладних програм, прикладний рівень зовсім «не піклується» про те, що клієнт і сервер прикладної програми працюють у різних мережах і що, як канальний протокол в обох мережах використовується протокол Ethernet. Між кінцевими системами може бути кілька десятків маршрути-заторів і безліч проміжних фізичних мереж різних типів. Прикладна програма у будь-якому випадку буде сприймати цей конгломерат як єдину фізичну мережу. Це обумовлює ос­новну силу і привабливість технології Інтернету.

Хоча стек протоколів і називається TCP/IP, самі протоколи TCP і IP є найважливішими, але не єдиними представниками цього сімейства. Кожен рівень комунікацій обслуговується декількома протоколами. Розглянемо їх більш докладно.

TCP і UDP — протоколи транспортного рівня, що організу­ють потік даних між кінцевими системами для додатків верх­нього рівня. Ці протоколи значно відрізняються один від одного.

 

	Взаємодія на прикладному рівні
Клієнтський додаток			Клієнтський додаток

TCP забезпечує надійну передачу даних між двома хоста­ми. Він дозволяє клієнту і серверу додатка встановлювати між собою логічне з'єднання і потім використовувати його для передачі великих масивів даних, ніби між ними існує пряме фізичне з'єднання. Протокол дозволяє здійснювати дроблення потоку даних, підтверджувати одержання пакетів даних, задавати тайм-аути, організовувати повторну переда­чу у випадку втрати даних і т. д. Оскільки цей транспортний протокол реалізує гарантовану доставку інформації, при­кладні програми, що його використовують, одержують мож­ливість ігнорувати всі деталі такої передачі.

Протокол UDP реалізує набагато більш простий алгоритм передачі, забезпечуючи, подібно протоколам мережевого рівня, ненадійну доставку даних без установлення логічного з'єднання. Він просто посилає пакети даних, дейтаграми (datagrams), з однієї машини на іншу, але не надає жодних гарантій їхньої доставки.

IP — основний протокол мережевого рівня, що дозволяє реалізовувати міжмережеві з'єднання. Він використовується обома протоколами транспортного рівня. IP визначає базову одиницю передачі даних в Інтернеті — ІР-дейтаграму. Про­грамне забезпечення IP виконує функції маршрутизації, вибираючи шлях для даних. Для визначення маршруту підтримуються спеціальні таблиці; вибір здійснюється на ос­нові адреси мережі, до якої підключений комп'ютер-адресат. Протокол IP визначає маршрут окремо для кожного пакета даних, не гарантуючи надійної доставки в потрібному поряд­ку. Він задає безпосереднє відображення даних на фізичний рівень передачі, що лежить нижче, і тим самим реалізує висо­коефективну доставку пакетів.

Крім IP на мережевому рівні використовуються також протоколи ІСМР і IGMP. ІСМР (Internet ControlMessage Protocol) відповідає за обмін повідомленнями про помилки та іншу важливу інформацію з мережевого рівня на іншому хості чи маршрутизатор!. IGMP (Internet Group Management Protocol) використовується для відправлення ІР-дейтаграм множини хостів у мережі.

На самому нижньому рівні — рівні мережевого інтер­фейсу — використовуються спеціальні протоколи визначен­ня адрес ARP (Adress Resolution Protocol) і RARP (Reverse Adress Resolution Protocol). Ці протоколи застосовуються для перетворення адрес мережевого рівня в адреси фізичної мережі і назад.

Відкритість, масштабованість, універсальність і просто­та використання — незаперечні переваги TCP/IP, але в цьо­му сімействі протоколів є й очевидні недоліки. Настільки приваблива простота доступу обертається для Інтернету серйознішого проблемою захисту інформації, що отримує особливу гостроту зараз, коли світова мережа усе активніше використовується для електронної комерції. Невпорядко­ваність передачі пакетів і неможливість відстежити марш­рут їхнього просування також являють собою важливі проблеми, оскільки перешкоджають реалізації таких не­обхідних у сучасних комунікаціях можливостей, як переда-

ча мультимедийних даних у реальному часі. Нарешті, заува­жимо, що наданий IP-обсяг адресного простору, особливо в зв'язку з його неефективним використанням, уже на преве­лику силу дозволяє задовольняти потреби гігантської й усе більш розростаючої мережі.

Багато зазначених проблем мають бути зняті реалізацією протоколу IPv6. Крім чотириразового збільшення розміру адреси, що забезпечить адресний простір обсягом близько 4 квадрильйонів адрес у порівнянні із сучасними 4 мільяр­дами, новий стандарт забезпечує реалізацію вбудованих функцій, захисту від несанкціонованого доступу, підтримку передачі мультимедійних даних в реальному часі і можли­вості автоматичного реконфігурування адрес.

Контролем використання TCP/IP, визначенням основних напрямків розвитку, розробкою і затвердженням стандартів сьогодні займається декілька організацій. Основною з них є Internet SocietyISOC) — професійне співтовариство, що зай­мається загальними питаннями еволюції і росту Інтернету як глобальної інфраструктури дослідницьких комунікацій. (

Під керуванням ISOC діє Internet Architecture Board (ІАВ) — організація, у веденні якої знаходиться технічний контроль і координація Інтернету. ІАВ координує напрямки досліджень і нових розробок для TCP/IP і є кінцевою інстанцією у визначенні нових стандартів для Інтернету. У ІАВ входять дві основні групи: Internet Engineering Task Force (IETF) і Internet Research Task Force (IRTF). IETF — інженерна група, що займається рішенням найближчих технічних проблем Інтернету. IETF поділяється на дев'ять підгруп, відповідно до основних областей (додатки, маршру­тизація й адресація, захист інформації і т. д.) і визначає спе­цифікації, що потім стають стандартами Інтернету. Зокрема, протокол IPv6 є плодом зусиль IETF. У свою чергу, IRTF ко­ординує довгострокові дослідницькі проекти з протоколів TCP/ IP і технології Інтернету в цілому.

Різноманітна документація, пов'язана з Інтернетом, про­позиції зі стандартів і самі офіційні стандарти протоколів TCP/IP публікуються в серії технічних повідомлень Internet Request for Comments, чи RFC. RFCможуть бути короткими чи довгими, викладати глобальні концепції чи описувати де­талі певного проекту, формулювати офіційний стандарт чи давати пропозиції з нових протоколів.