27. Багаторівнева структура стеку tcp/ip.

Сімейство протоколів (або стек протоколів) ТCP / IP має чотири яскраво виражених рівня:

I - прикладний рівень;

II - транспортний (основний) рівень;

III - мережевий рівень (рівень міжмережевої взаємодії);

IV - канальний рівень (рівень мережевих інтерфейсів).

Кожен рівень виконує свої функції по вирішенню основного завдання - організації надійної та ефективної роботи складовою мережі, тобто сукупності декількох мереж, побудованих на основі різних мережевих технологій і з'єднаних між собою маршрутизаторами. Протокол на більш високому рівні при своїй роботі використовує сервіси, що надаються протоколами більш низького рівня.

За допомогою багаторівневої моделі стека TCP / IP проблема переміщення інформації між взаємодіючими комп'ютерами через середовище мережі розбивається на більш дрібні і більш легше розв'язні проблеми. Кожен рівень відносно автономний, тобто його функції можна представити незалежно від інших рівнів. Багаторівнева модель даної АС виключає прямий зв'язок між відповідними рівнями моделі інший АС. Цей зв'язок здійснюється через послуги, що надаються даному рівню моделі з боку суміжних рівнів.

Модель стека TCP / IP була розроблена до появи моделі ВОС, тому відповідність рівнів цього стека рівням моделі ВОС (див. Рис.2) носить умовний характер. У багаторівневій архітектурі TCP / IP можна виділити рівні Мережезалежні і незалежні від конкретної технічної реалізації мережі. Протоколи прикладного рівня є мереженезалежні. Вони працюють на комп'ютерах, що виконують прикладні програми користувачів, і навіть повна зміна мережевого обладнання в загальному випадку не впливає на роботу додатків. Протоколи транспортного рівня вже залежать від мережі, так як вони взаємодіють з рівнями, безпосередньо організують передачу даних по мережі. Протоколи двох нижніх рівнів є повністю мережезалежними і програмні модулі, що реалізують ці протоколи, встановлюються як на кінцевих вузлах складеної мережі (на РС), так і на маршрутизаторах. Програмні модулі, що реалізують протоколи прикладного та транспортного рівнів, встановлюються тільки на кінцевих вузлах.

Кожен протокол стека TCP / IP оперує зі своєю одиницею переданих даних, назви яких або стандартизовані, або визначаються традиційно (див. Рис.3). Від прикладного рівня до транспортного дані надходять у вигляді потоку. На транспортному рівні протоколами TCP і UDР з потоку нарізаються сегменти або дейтаграми. Під дейтаграмою розуміється одиниця даних, якими оперують протоколи без встановлення з'єднань (дейтаграммний протоколи). До них відноситься і протокол IP мережного рівня. На мережевому рівні протоколом IP дейтаграма перетвориться в пакет. Нарешті, на канальному рівні пакети перетворюються в кадри (фрейми). Кадрами прийнято називати одиниці даних, на основі яких IP-пакети переносяться через підмережі складовою мережі. Кожна одиниця даних складається з заголовка і власне даних. У міру переміщення даних зверху вниз на кожному рівні додається свій заголовок, тобто кожен пакет більш високого рівня вкладається в "конверт" протоколу нижнього рівня (це нагадує вкладені одна в одну матрьошки). На приймальній стороні, де дані переміщаються знизу вгору, відбуваються зворотні процеси: на кожному наступному рівні пакет звільняється від заголовка попереднього рівня, так що до користувача надходять тільки власне дані. Таким чином, протокол - це система правил для роботи з даними певного формату, а формат даних визначається їх заголовком (саме заголовок пакета даних визначає спосіб його обробки мережевим програмним забезпеченням).

Розглянемо склад і основні функції протоколів кожного рівня стека TCP / IP.

Прикладний рівень об'єднує всі служби, що надаються користувальницьким додаткам. Він ідентифікує і встановлює наявність передбачуваних партнерів для зв'язку, синхронізує спільно працюють прикладні програми, визначає наявність ресурсів для реалізації взаємодії з іншими вузлами мережі, забезпечує читабельність інформації на прикладному рівні інший абонентської системи, встановлює угоду по процедурам усунення помилок і управління цілісністю інформації, встановлює і завершує сеанси взаємодії між прикладними завданнями, управляє цими сеансами, синхронізує діалог між взаємодіючими вузлами мережі і управляє обміном інформацією між ними.

Протоколи прикладного рівня займаються деталями конкретного додатка і не беруть участь в реалізації способів передачі даних по мережі. Виконання цих протоколів здійснюється програмними засобами, побудованими в архітектурі клієнт-сервер.

Комплект протоколів прикладного рівня включає в себе велику кількість протоколів. Він постійно розширюється за рахунок приєднання до старих, які пройшли багаторічну експлуатацію мережевим службам типу Telnet, FTR, SNMP, порівняно нових служб таких, як гіпертекстова система WWW, що надає для роботи зі своїм сервісом високорівнева протокол HTTP.

Транспортний рівень надає послуги з транспортування даних, вирішуючи питання надійної та достовірної передачі даних через мережу. Він реалізує механізми установки, підтримки і закриття з'єднання, а також механізми виявлення та усунення помилок у переданих даних, управління інформаційним потоком.

На цьому рівні функціонує протокол управління передачею TCP, про який сказано вище, і протокол дейтаграм користувача UDP (User Data gram Protocol). Протокол UDP працює без встановлення з'єднання, тобто забезпечує передачу пакетів дейтаграмним способом. Його функції істотно простіше, ніж у протоколу TCP: він тільки відправляє пакети без будь-якого додаткового сервісу. Протокол TCP забезпечує повний сервіс транспортного рівня - надійність, достовірність і контроль з'єднання.

Мережевий рівень є стрижнем всієї архітектури стека TCP / IP. Він забезпечує передачу (через складену мережу) пакетів дейтаграмним способом, використовуючи найбільш раціональний в даний момент маршрут. На цьому рівні працює основний протокол стека - міжмережевий протокол IP. Він добре працює в складових мережах зі складною топологією, використовуючи в них протоколи підсистем і економно витрачаючи пропускну спроможність низькошвидкісних ліній зв'язку. Протокол IP відрізняється від інших мережевих протоколів здатністю виконувати динамічну фрагментацію пакетів при передачі їх між різними мережами. Це властивість багато в чому сприяло тій домінуючої позиції, яку зайняв протокол IP в складних складових мережах.

До мережному рівню відносяться і всі протоколи, що забезпечують маршрутизацію пакетів. Це протоколи збору маршрутної інформації RIP і OSPF, необхідної для складання та модифікації таблиць маршрутизації, протокол міжмережевих керуючих повідомлень ISMP, призначений для обміну інформацією про помилки між маршрутизаторами мережі і вузлом-джерелом пакета, та ін.

Канальний рівень (рівень мережевих інтерфейсів, рівень сполучення з фізичним середовищем) забезпечує передачу даних по фізичному каналу. Протоколи цього рівня повинні забезпечувати інтеграцію в складену мережу інших мереж незалежно від того, яка внутрішня технологія передачі даних в них використовується. Для кожної технології повинні бути власні інтерфейсні засоби, наприклад протоколи інкапсуляції IP-пакетів в кадри локальних технологій. У зв'язку з цим канальний рівень не можна визначити раз і назавжди, цей рівень у протоколах TCP / IP не регламентується, але підтримує всі популярні стандарти фізичного і канального рівня ЛКС.

Протоколи канального рівня тісно пов'язані з фізичною (апаратної) середовищем, в якому вони працюють (Ethernet, Token Ring, FDDI, ISDN та ін.). У стеці TCP / IP немає протоколів цього рівня, за рахунок чого і досягається апаратна незалежність сімейства TCP / IP.

Нижче канального рівня розташований тільки апаратний рівень, головні функції якого полягають у визначенні електротехнічних, механічних, функціональних і процедурних характеристик активізації, підтримки і деактивизации фізичного каналу між взаємодіючими кінцевими вузлами.

Багаторівневу схему протоколів TCP / IP можна представити у вигляді дерева: канальний рівень уподібнюється корені цього дерева (подібно до того, як коріння дерева складаються з безлічі відростків, так і конкретні фізичні реалізації мережі дуже різноманітні), стовбур дерева - це мережевий рівень (рівень IP) , товсті гілки дерева - це рівень TCP, гілки крони - прикладний рівень і, нарешті, листя крони - користувальницькі додатки, що працюють з протоколами верхнього рівня.

Підключення до мережі Internet. Для підключення індивідуального комп'ютера до мережі Internet необхідно мати модем, телефонну лінію і провайдера - постачальника мережевих послуг, що має шлюз в цю мережу. Зазвичай при цьому пропонується комутований (dial-up) доступ до ресурсів мережі та надається можливість використовувати комп'ютер постачальника, безпосередньо підключений до Internet. Такий комп'ютер називається хостом. На хості запускаються наявні у постачальника програми-клієнти, які і дозволяють отримати доступ до потрібного сервера мережі. Таке коммутируемое підключення до мережі відрізняється тим, що забезпечує доступ тільки до тих клієнтів, які є на хост-машині. Пересилається з мережі інформація спочатку потрапляє на хост, а потім перекачується на індивідуальний комп'ютер.

Більш повноцінним є таке підключення індивідуального комп'ютера до мережі, коли провайдери забезпечують зв'язок по комутованих лініях по протоколу SLIP або PPP. У цьому випадку індивідуальний комп'ютер перетворюється як би в хост-комп'ютер; програми та файли, одержувані з мережі, зберігаються на індивідуальному комп'ютері.

Локальна мережа підключається до Internet зазвичай не по комутованих лініях, а по виділених орендованих лініях зв'язку через шлюз з використанням додаткового програмного забезпечення. Це пряме (on-line) підключення, що забезпечує оперативне надання мережевих ресурсів організації, яка має великою кількістю комп'ютерів, об'єднаних в локальну мережу. Для доступу до Web-серверів та інших ресурсів мережі Internet кожний комп'ютер ЛКС повинен мати

IP-адресу. Такий доступ забезпечує шлюз (комунікаційний вузол), що зв'язує ЛКС з Internet.