Протоколы сети Интернет

Если вы хотите, чтобы ваше письмо достигло места  назначения, вы не можете просто бросить листочек бумаги в ящик. Вам следует уложить его в стандартный конверт и написать на нем адрес получателя в стандартной форме. Только тогда почта сможет правильно обработать ваше письмо и доставить его по назначению. Аналогично в Интернете имеется набор правил по обращению с пакетами — протоколы. Протокол IP берет на себя заботы по адресации или по подтверждению того, что узлы понимают, что следует делать с вашими данными по пути их дальнейшего следования. Согласно нашей аналогии, протокол Интернета работает так же, как правила обработки почтового конверта. В начало каждого вашего послания помещается заголовок, несущий информацию об адресате, сети. Чтобы определить, куда и как доставить пакет данных, этой информации достаточно.

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 вы являетесь. Правый конец адреса говорит этой сети, какой компьютер или хост должен получить пакет. Каждый компьютер в Интернете имеет в этой схеме уникальный адрес (аналогично обычному почтовому адресу, а еще точнее — индексу). Обработка пакета согласно адресу также аналогична. Почтовая служба знает, где находится указанное в адресе почтовое отделение, а почтовое отделение подробно знает подопечный район. Интернет знает, где искать указанную сеть, а эта сеть знает, где в ней находится конкретный компьютер. Для определения, где в локальной сети находится компьютер с данным числовым IP-адресом, локальные сети используют свои собственные протоколы сетевого уровня.

Числовой адрес  компьютера в Интернете аналогичен почтовому индексу отделения  связи. Почтовые цифры индекса говорят о регионе, последние две цифры — номер почтового отделения в городе, области, или районе. Промежуточные цифры могут относиться как к региону, так и к отделению, в зависимости от территориального деления и вида населенного пункта. Аналогично существует несколько типов адресов Интернет (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 различных 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 1 —1500 байт. Это защищает сеть от монополизирования каким-либо пользователем и предоставляет всем примерно равные права. Поэтому же, если сеть недостаточно быстра, чем больше пользователей ею одновременно пользуются, 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. Как только данные помещаются в оболочку IP, сеть имеет всю необходимую информацию для передачи их с исходного компьютера получателю, однако чрезвычайна неудобную для пользователя. Поэтому нужно построить на основе услуг, предоставляемых IP, более совершенную и удобную систему. Для этого сначала следует разобраться с некоторыми важными проблемами, которые имеют место при пересылке информации:

—        большая часть пересылаемой информации длиннее 1500 символов. Что было бы, если бы почта пересылала только почтовые карточки и отказывалась бы от пересылки чего-либо большего, например писем длиннее одной страницы. Практической пользы от такой почты было бы очень немного;

—        возможны и неудачи. Нередко бывает, что почта теряет письма; сеть тоже иногда теряет пакеты или искажает в пути информацию в них. В отличие от почты, Интернет может с честью выходить из таких затруднительных положений;

-  пакеты могут приходить в последовательности, отличной от начальной. Пара писем, отправленных друг за другом, не всегда приходит к получателю в том же порядке; то же верно и для Интернет.

Таким образом, следующий уровень Интернета  должен обеспечить способ пересылки больших массивов информации и позаботиться об устранении искажений, которые могут возникать по вине сети.

1.3. Протокол управления передачей (TCP)

Transmission Control Protocol — это протокол, тесно связанный  с IP, который используется в  аналогичных целях, но на более высоком уровне — транспортном уровне. Часто эти протоколы, по причине их тесной связи, именуются вместе — TCP/IP. Термин «TCP/IP» обычно означает все, что связано с протоколами TCP и IP. Он охватывает целое семейство протоколов, прикладные программы и даже саму сеть. В состав семейства входят протоколы TCP, UDP, ICMP, telnet, FTP и многие другие. TCP/IP — это технология межсетевого взаимодействия.

Сам протокол TCP занимается проблемой пересылки  больших объемов информации, основываясь на возможностях протокола IP. Как можно переслать книгу по почте, если та принимает только письма и ничего более? Очень просто: разделить ее на страницы и отправить страницы отдельными конвертами. Получатель, руководствуясь номерами страниц, легко сможет книгу восстановить. Этим же простым и естественным методом и пользуется TCP,

TCP делит информацию, которую надо переслать, на  несколько частей. Нумерует каждую  часть, чтобы позже восстановить  порядок. Чтобы пересылать эту  нумерацию вместе с данными,  он обкладывает каждый кусочек информации своей обложкой — конвертом, который содержит соответствующую информацию. Это и есть TCP-конверт. Получившийся ТСР -пакет помешается в отдельный IP-конверт и получается IP-пакет, с которым сеть уже умеет обращаться.

Получатель распаковывает IP-конверты и видит ТСР - конверты, распаковывает и их и помещает данные в последовательность частей в соответствующее место. Если чего-то не достает, он требует переслать этот кусочек снова. В конце концов, информация собирается в нужном порядке и полностью восстанавливается. Вот теперь этот массив пересылается выше к пользователю (на диск, на экран, на печать).

Это слегка упрощенный взгляд на TCP. В реальности пакеты не только теряются, но и могут искажаться при передаче из-за наличия помех на линиях связи. TCP решает и эту проблему. Для этого он пользуется системой кодов, исправляющих ошибки, Существует целая наука о таких кодировках. Простейшим примером такового служит код с добавлением к каждому пакету контрольной суммы (и к каждому байту бита проверки на четность). При помещении в ТСР - конверт вычисляется контрольная сумма, которая записывается с TCP-заголовок. Если при приеме заново вычисленная сумма не совпадает с той, что указана на конверте, значит, что-то тут не то, где-то в пути имели место искажения, так что надо переслать этот пакет заново, что и делается.

Большие возможности TCP требуют большой производительности процессора и большой пропускной способности сети. Когда прикладной процесс начинает использовать TCP, то начинают общаться модуль TCP па машине пользователя и модуль на машине сервера. Эти два оконечных модуля TCP поддерживают информацию о состоянии соединения — виртуального канала. Этот виртуальный канал потребляет ресурсы обоих оконечных модулей TCP. Один прикладной процесс пишет данные в TCP-порт, откуда они модулями соответствующих уровней по цепочке передаются по сети и выдаются в TCP-порт на другом конце канала, и другой прикладной процесс читает их, отсюда — из своего TCP-порта. Все это создает видимость выделенной линии связи двух пользователей. Гарантирует неизменность передаваемой информации. Что входит на одном конце, выйдет с другого. Хотя в действительности никакая прямая линия отправителю и получателю в безраздельное владение не выделяется (другие клиенты могут пользоваться теми же узлами и каналами связи в сети в промежутках между пакетами этих), но извне это именно так и выглядит.

Существует и упрощенная версия протокола TCP, предназначенная  для пересылки небольших порций данных — протокол UDP (User Datagram Protocol — протокол пользовательских дейтаграмм). UDP проще TCP, поскольку он не заботится о возможной пропаже данных, пакетов, о сохранении правильного порядка данных и т. д. UDP используется для клиентов, которые посылают только короткие сообщения и могут просто заново послать сообщение, если отклик подтверждения не придет достаточно быстро.

Предположим, что вы пишите программу, которая просматривает  базу данных с телефонными номерами где-нибудь в другом месте сети. Совершенно незачем устанавливать TCP-связь, чтобы передать десяток байт в каждом направлении. Вы можете просто уложить имя в UDP-пакет, запаковать это в IP-пакет и послать. На другом конце прикладная программа получит пакет, прочитает имя, посмотрит телефонный номер, положит его в другой UDP-пакет и отправит обратно. Что произойдет, если пакет по пути потеряется? Баша программа тогда должна действовать так: если она ждет ответа слишком долго и становится ясно, что пакет затерялся, она просто повторяет запрос, т. е. посылает еще раз то же послание. Так обеспечивается надежность передачи при использовании протокола UDP.

1.4. HTTP

Протокол HTTP (Hypertext Transfer Protocol - Протокол передачи гипертекста) является протоколом более высокого уровня по отношению к протоколу TCP/IP - протоколом уровня приложения. HTTP был разработан для эффективной  передачи по Интернету Web-страниц. Именно благодаря HTTP мы имеем возможность созерцать страницы Сети во всем великолепии. Протокол HTTP является основой системы World Wide Web.

Вы отдаете  команды HTTP, используя интерфейс браузера, который является HTTP-клиентом. При щелчке мышью на ссылке браузер запрашивает у Web-сервера данные того ресурса, на который указывает ссылка - например, очередной Web-страницы.

Чтобы текст, составляющий содержимое Web-страниц, отображался  на них определенным образом - в соответствии с замыслом создателя страницы - он размечается с помощью особых текстовых меток - тегов языка разметки гипертекста (HyperText Markup Language, HTML).

Адреса ресурсов Интернета, к которым вы обращаетесь  по протоколу HTTP, выглядит примерно следующим образом: http://www. softtime.ru

1.5. FTP

FTP (File Transfer Protocol или "Протокол  Передачи Файлов") - один из  старейших протоколов в Internet и  входит в его стандарты, специально  разработан для передачи файлов  по Интернету. Адрес FTP-ресурса  в Интернете выглядит следующим  образом: ftp://ftp.netscape.com Обмен данными в FTP проходит по TCP-каналу. Построен обмен по технологии "клиент-сервер". На рисунке 1 изображена модель протокола.

Рис. 1. Модель протокола

В FTP соединение инициируется интерпретатором  протокола пользователя. Управление обменом осуществляется по каналу управления в стандарте протокола TELNET. Команды FTP генерируются интерпретатором протокола  пользователя и передаются на сервер. Ответы сервера отправляются пользователю также по каналу управления. В общем случае пользователь имеет возможность установить контакт с интерпретатором протокола сервера и отличными от интерпретатора пользователя средствами.

Команды FTP определяют параметры канала передачи данных и самого процесса передачи. Они также определяют и характер работы с удаленной и локальной файловыми системами.

Сессия управления инициализирует канал передачи данных. При организации  канала передачи данных последовательность действий другая, отличная от организации канала управления. В этом случае сервер инициирует обмен данными в соответствии с параметрами, согласованными в сессии управления.

Канал данных устанавливается для  того же host'а, что и канал управления, через который ведется настройка канала данных. Канал данных может быть использован как для приема, так и для передачи данных.

Возможна ситуация, когда данные могут передаваться на третью машину. В этом случае пользователь организует канал управления с двумя серверами  и организует прямой канал данных между ними. Команды управления идут через пользователя, а данные напрямую между серверами (рисунок 2).

Канал управления должен быть открыт при передаче данных между машинами. В случае его закрытия передача данных прекращается.

Рис. 2. Соединение с двумя разными серверами  и передача данных между ними

1.6. TELNET

С помощью этого  протокола вы можете подключиться к  удаленному компьютеру как пользователь (если наделены соответствующими правами, то есть знаете имя пользователя и пароль) и производить действия над его файлами и приложениями точно так же, как если бы работали на своем компьютере.

Telnet является  протоколом эмуляции терминала.  Работа с ним ведется из командной строки. Если вам нужно воспользоваться услугами этого протокола, не стоит рыскать по дебрям Интернета в поисках подходящей программы. Telnet-клиент поставляется, например, в комплекте Windows XP.

Чтобы дать команду  клиенту Telnet соединиться с удаленным компьютером, подключитесь к Интернету, выберите в меню Пуск (Start) команду Выполнить (Run) и наберите в строке ввода, например, следующее: telnet lib.ru

(Вместо lib.ru вы, разумеется, можете ввести другой  адрес.) После этого запустится программа Telnet, и начнется сеанс связи.

1.7. WAIS

WAIS расшифровывается как Wide-Area Information Servers. Этот протокол был разработан для поиска информации в базах данных. Информационная система WAIS представляет собой систему распределенных баз данных, где отдельные базы данных хранятся на разных серверах. Сведения об их содержании и расположении хранятся в специальной базе данных - каталоге серверов. Просмотр информационных ресурсов осуществляется с помощью программы - клиента WAIS.