IT История

Стек TCP/IP, более известный пользователям как сетевой протокол, был разработан по инициативе Министерства обороны США более двадцати лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнообразной вычислительной среды. Большой вклад в развитие стека TCP/IP, который получил свое название по популярным протоколам IP и TCP, внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей версии операционной системы UNIX.

Среди различных сетевых протоколов в настоящее время наибольшую популярность приобрел именно стек TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). На его основе построено 80% составных сетей в общемировой инсталляционной базе. В TCP/IP реализована многоуровневая архитектура, каждый уровень которой несет в себе функцию для реализации главной задачи - организации надежной, производительной работы составной части сети, части которой построены на основе разных сетевых технологий. Таким образом, структура TCP/IP делится на уровни, всего их можно выделить четыре:

1) Прикладной уровень
2) Основной (транспортный) уровень
3) Уровень межсетевого взаимодействия
4) Уровень сетевых интерфейсов

В список задач сетевого уровня входит: передача пакетов между конечными узлами в составных сетях, выбор маршрута, согласование отдельных технологий отдельных подсетей. Составная сеть собственно internet - это совокупность нескольких сетей, которые называются подсетями (subnet), соединяемые маршрутизаторами. Организация совместной транспортной службы в составной сети называется межсетевым взаимодействием (internetworking).

Основой всей архитектуры служит уровень межсетевого взаимодействия. Он реализует концепцию передачи пакетов без предварительного установления соединений, иначе говоря, дейтаграммным способом. Основные протоколы этого уровня - IP-протокол и протоколы маршрутизации (такие как RIP, OSPF, BGP и прочие). Протоколы маршрутизации (RIP, OSPF) собирают и передают по сети чисто служебную информацию о возможных маршрутах для передачи данных пользователя, в то время как протокол IP, собственно, и занимается передачей пользовательских данных. Маршрут - последовательность маршрутизаторов, через которые должен пройти пакет отправителя до пункта назначения. Маршрутизатор - это сложное многофункциональное устройство, которое выполняет следующий круг задач: построение таблицы маршрутизации, определение на основе этой таблицы маршрута, буферизация, фрагментация и фильтрация поступающих пакетов, поддержка сетевых интерфейсов. В роли маршрутизаторов могут выступать как специализированные устройства, так и универсальные компьютеры с установленным на них соответствующим программным обеспечением. Маршрутизаторы и конечные узлы выбирают маршрут из нескольких возможных на основе таблиц маршрутизации. Запись в таблицу маршрутизации может заноситься вручную администратором сети или же автоматически протоколами маршрутизации. Таким образом, данный уровень обеспечивает возможность перемещения пакетов по сети, используя наиболее рациональный маршрут для данного момента. Также он называется уровнем internet, название тем самым указывает на его основную функцию - передачу данных через составную сеть.

Изначально IP-протокол был спроектирован для передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей. Исходя из этого, протокол хорошо работает в сетях со сложной топологией и рационально использует наличие в них подсистем, а также экономно расходует пропускную способность низкоскоростных линий связи. Однако, поскольку IP-протокол дейтаграммный, он не может гарантировать доставку пакетов до узла назначения, а также их приход к месту назначения в том порядке, в котором они были отправлены. Задачу обеспечения надежной связи между двумя конечными узлами решает основной уровень TCP/IP (транспортный)

На основном уровне работает протокол TCP (Transmission Control Protocol) - говоря по-русски, протокол управления передачей и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между удаленными прикладными процессами, образуя логические соединения. Он позволяет двум равноранговым объектам на компьютере-получателе и компьютере-отправителе обмениваться данными в дуплексном режиме. С помощью TCP-протокола поток байт, сформированный на одном компьютере составной сети, можно без ошибок доставить на любой другой компьютер, входящий в эту сеть. TCP-протокол разделяет поток передаваемых байт на сегменты и передает их нижележащему уровню межсетевого взаимодействия. Когда эти сегменты будут доставлены уровнем межсетевого взаимодействия в место назначения, TCP-протокол снова собирает их в непрерывный поток байт.

UDP-протокол производит передачу прикладных пакетов дейтаграммным способом, как и протокол IP, и выполняет функции связующего звена между сетевым протоколом и разнообразными службами прикладного уровня, а также пользовательскими процессами.

Прикладной уровень объединяет все службы, которые система предоставляет пользовательским приложениям. За немалое время своего существования и использования в сетях разных стран и организаций TCP/IP накопил большое количество протоколов и служб прикладного уровня. Прикладной уровень реализуется программными системами, построенными архитектурой клиент-сервер и базирующимися на протоколах нижних уровней. Протоколы прикладного уровня, в отличие от протоколов остальных трех уровней, занимаются деталями конкретного приложения, и им безразличны способы передачи данных по сети. Этот уровень постоянно расширяется за счет присоединения к прошедшим длительную эксплуатацию сетевым службам, таким как Telnet, FTP, DNS, относительно новых служб, например, таких как протокол передачи гипертекстовой информации HTTP.

Главное отличие архитектуры TCP/IP от архитектуры других стеков - наличие самого нижнего уровня - уровня сетевых интерфейсов. Сеть TCP/IP должна иметь средства включения в себя любой другой сети, какую бы технологию передачи данных эта сеть не использовала. Таким образом, этот уровень не может быть определен раз и навсегда для каждой технологии, включаемой в составную сеть подсети, должны быть разработаны свои собственные средства интерфейса. Уровень сетевых интерфейсов в TCP/IP не регламентирован, он поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней как локальных сетей (Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet), так и глобальных сетей - протоколы соединений точка-точка , SLIP и PPP, протоколы территориальных сетей с коммутацией пакетов Х.25, frame relay.

Если обобщить все вышесказанное и попытаться выразить это простыми словами, которые были бы понятны практически любому пользователю ПК, то можно сказать следующее. TCP/IP - это совокупность взаимодействия двух основных протоколов, соответственно TCP и IP, один из которых, IP, обеспечивает передачу данных от одного пользователя к другому по сети, но не гарантирует правильного порядка переданных байт, а второй, TCP, отвечает за то, чтобы пользователь, получающий данные, получил именно то и в том виде, в котором это было отправлено отправителем. TCP-протокол на компьютере отправителя разбивает весь объем отправляемых данных на отдельные пакеты и передает через протокол IP далее по сети. По протоколу IP данные идут в произвольном порядке, и на компьютер получателя могут поступить отнюдь не в той последовательности, в которой они были отправлены. А для того чтобы получатель смог увидеть информацию в нормальном виде, TCP-протокол на его компьютере принимает все эти пакеты данных и выстраивает их в единую цепочку в том порядке, в каком они должны быть. Именно это взаимодействие протоколов и позволяет нам вот уже более двадцати лет отправлять и получать абсолютно все виды информации по сети Internet.