Електронний посібник

Лекція № 10

Тема: Протокольний стек TCP/IP. Багаторівнева структура протокольного стеку TCP/IP: прикладний рівень, транспортний, мережний рівень, рівень доступ до середовища передачі даних

Мета: ознайомитися з багаторівневою структурою протокольного стеку TCP/IP

План

1 Рівень міжмережевої взаємодії

2 Основний рівень

3 Прикладний рівень

4 Рівень мережевих інтерфейсів

Лекційний матеріал

У стеку TCP/IP визначено чотири рівні (табл.1). Кожен з них несе на собі деяку частку навантаження за рішенням основного завдання - організації надійної і продуктивної роботи складеної мережі, частини якої побудовані на основі різних мережевих технологій.


Табл.1. Рівні стека TCP/IP.

Рівень I Прикладний рівень

Рівень II Основний (транспортний) рівень

Рівень III Рівень міжмережевої взаємодії

Рівень IV Рівень мережевих інтерфейсів


Рівень міжмережевої взаємодії

Стрижнем всієї архітектури є рівень міжмережевої взаємодії, або мережевий рівень, який реалізує концепцію передачі пакетів в режимі без встановлення з'єднань, тобто дейтаграммным способом. Саме цей рівень забезпечує можливість переміщення пакетів по мережі, використовуючи той маршрут, який в даний момент є найбільш раціональним. Цей рівень також називають рівнем internet, указуючи, тим самим, на основну його функцію - передачу даних через складену мережу.

Основним протоколом рівня (у термінології моделі OSI) в стеку TCP/IP є протокол IP. Цей протокол спочатку проектувався як протокол передачі пакетів в складених мережах, що складаються з великої кількості локальних мереж, об'єднаних як локальними, такими глобальними зв'язками. Тому протокол IP добре працює в мережах з безліччю топологий, раціонально використовуючи наявність в них підсистем і економно витрачаючи пропускну спроможність низькошвидкісних ліній зв'язку. Оскільки протокол IP є дейтаграммным протоколом, він не гарантує доставку пакетів до вузла призначення, але старається це зробити.

До рівня міжмережевої взаємодії відносяться всі протоколи, пов'язані із станом і модифікацією таблиць маршрутизації, такі як протоколи збору маршрутної інформації RIP і OSPF, а також протокол міжмережевих повідомлень ICMP, що управляють. Останній протокол призначений для обміну інформацією про помилки між маршрутизаторами мережі і видаленим джерелом пакету. За допомогою спеціальних пакетів ICMP повідомляє про неможливість доставки пакету, про перевищення часу життя або тривалості збірки пакету з фрагментів, про аномальні величини параметрів, про зміну маршруту пересилки і типу обслуговування, про стан системи і тому подібне


Основний рівень

Оскільки на мережевому рівні не встановлюється з'єднання, то немає ніяких гарантій того, що всі пакети будуть доставлені в місце призначення цілими і неушкодженими або прийдуть в тому ж порядку, в якому вони були відправлені. Це завдання - забезпечення надійності інформаційного зв'язку між двома кінцевими вузлами - вирішує основний рівень стека TCP/IP, званий також транспортним.

На цьому рівні функціонують протокол управління передачею TCP і протокол дейтаграмм користувача UDP. Протокол TCP забезпечує надійну передачу повідомлень між видаленими прикладними процесами за рахунок утворення логічних з'єднань. Цей протокол дозволяє равноранговым об'єктам на комп'ютері-відправнику і на комп'ютері-одержувачі підтримувати обмін даними в дуплексному режимі. TCP дозволяє без помилок доставляти сформований на одному з комп'ютерів потік байт в будь-який інший комп'ютер, що входить в складену мережу. TCP ділить потік байт на частини - сегменти і передає їх рівню міжмережевої взаємодії, що пролягає нижче. Після того, як ці сегменти будуть доставлені в пункт призначення, протокол TCP знову збере їх в безперервний потік байт.

Протокол UDP забезпечує передачу прикладних пакетів дейтаграммным способом, як і головний протокол рівня міжмережевої взаємодії IP, і виконує тільки функції сполучної ланки (мультиплексора) між мережевим протоколом і численними системами прикладного рівня, або призначеними для користувача процесами.


Прикладний рівень

Прикладний рівень об'єднує всі служби, що представляються системою призначеним для користувача застосуванням. За довгі роки використання в мережах різних країн і організацій стік TCP/IP накопичив велике число протоколів і служб прикладного рівня. Прикладний рівень реалізується програмними системами, побудованими в архітектурі клієнт-сервер, що базується на протоколах нижніх рівнів.

На відміну від протоколів решти трьох рівнів, протоколи прикладного рівня займаються деталями конкретного застосування і "не цікавляться" способами передачі даних по мережі. Цей рівень постійно розширюється за рахунок приєднання до старих, таких, що пройшли багаторічну експлуатацію мережевим службам типу Telnet, FTP, TFTP, DNS, SNMP, порівняно нових служб, таких, наприклад, як протокол передачі гіпертекстовій інформації HTTP.


Рівень мережевих інтерфейсів

Ідеологічною відмінністю архітектури стека TCP/IP від багаторівневої організації інших стеків є інтерпретація функцій самого нижнього рівня - рівня мережевих інтерфейсів. Протоколи цього рівня повинні забезпечувати інтеграцію в складену мережу інших мереж, причому завдання ставиться так: мережа TCP/IP повинна мати засоби включення будь-якої іншої мережі, яку б внутрішню технологію передачі даних ця мережа не використала. Звідси витікає, що цей рівень не можна визначити раз і назавжди. Для кожної технології, що включається в складену мережу підмережі, повинні бути розроблені власні інтерфейсні засоби. До таких інтерфейсних засобів відноситься протокол інкапсуляції IP-пакетов міжмережевої взаємодії в кадрів локальних технологій.

Рівень мережевих інтерфейсів в протоколах TCP/IP не регламентується, але він підтримує всі популярні стандарти фізичного і канального рівнів: для локальних мереж - це Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 100VG-AnyLAN, для глобальних мереж - протоколи з'єднань "точка-крапка" SLIP і PPP, протоколи територіальних мереж з комутацією пакетів X.25, frame relay. Розроблена також спеціальна специфікація, що визначає використання технології АТМ як транспорт канального рівня.