TCP/IP

TCP/IP

Начало формы

Конец формы

RFC1180 Семейство протоколов TCP/IP в переводе Брежнева и Смелянского

Оригинал - RFC1180 T.Socolofsky and C.Kale

http://www.alcpress.com/rfc/tcpip/rfc1180.htm

Перевод с английского: Брежнев А.Ф., Смелянский Р.Л.

Содержание

1. Введение ....................................................... 1

2. Основы TCP/IP .................................................. 1

2.1. Модуль IP создает единую логическую сеть ..................... 1

2.2. Структура связей протокольных модулей ........................ 2

2.3. Терминология ................................................. 3

2.4. Потоки данных ................................................ 3

2.5. Работа с несколькими сетевыми интерфейсами ................... 5

3. Ethernet ....................................................... 6

3.1. Аналогия с разговором ........................................ 7

4. Протокол ARP ................................................... 7

4.1. ARP-таблица для преобразования адресов ....................... 8

4.2. Порядок преобразования адресов ............................... 8

4.3. Запросы и ответы протокола ARP ............................... 9

4.4. Продолжение преобразования адресов ........................... 10

5. Межсетевой протокол IP ......................................... 11

5.1. Прямая маршрутизация ......................................... 11

5.2. Косвенная маршрутизация ...................................... 12

5.3. Правила маршрутизации в модуле IP ............................ 14

5.4. IP-адрес ..................................................... 15

5.5. Выбор адреса ................................................. 17

5.6. Подсети ...................................................... 17

5.7. Как назначать номера сетей и подсетей ........................ 18

5.8. Имена ........................................................ 19

5.9. IP-таблица маршрутов ......................................... 20

5.10. Подробности прямой маршрутизации ............................ 21

5.11. Порядок прямой маршрутизации ................................ 22

5.12. Подробности косвенной маршрутизации ......................... 22

5.13. Порядок косвенной маршрутизации ............................. 23

6. Установка маршрутов ............................................ 25

6.1. Фиксированные маршруты ....................................... 25

6.2. Перенаправление маршрутов .................................... 26

6.3. Слежение за маршрутизацией ................................... 28

6.4. Протокол ARP с представителем ................................ 30

7. Протокол UDP ................................................... 32

7.1. Порты ........................................................ 33

7.2. Контрольное суммирование ..................................... 33

8. Протокол TCP ................................................... 34

9. Протоколы прикладного уровня ................................... 35

9.1. Протокол TELNET .............................................. 36

9.2. Протокол FTP ................................................. 37

9.3. Протокол SMTP ................................................ 37

9.4. r-команды .................................................... 37

9.5. NFS .......................................................... 38

9.6. Протокол SNMP ................................................ 38

9.7. X-Window ..................................................... 38

10. Взаимозависимость протоколов семейства TCP/IP ................. 39

Приложение 1. Путеводитель по RFC ................................. 40

Приложение 2. Стандарты семейства протоколов TCP/IP ............... 75

-- 11 --

* 1. Введение *

Семейство протоколов TCP/IP широко применяется во всем мире для

объединения компьютеров в сеть Internet. Единая сеть Internet состоит из

множества сетей различной физической природы, от локальных сетей типа

Ethernet и Token Ring, до глобальных сетей типа NSFNET. Основное внима-

ние в книге уделяется принципам организации межсетевого взаимодействия.

Многие технические детали, исторические вопросы опущены. Более подробную

информацию о протоколах TCP/IP можно найти в RFC (Requests For Comments)

- специальных документах, выпускаемых Сетевым Информационным Центром

(Network Information Center - NIC). Приложение 1 содержит путеводитель

по RFC, а приложение 2 отражает положение дел в области стандартизации

протоколов семейства TCP/IP на начало 1991 года.

В книге приводятся примеры, основанные на реализации TCP/IP в ОС

UNIX. Однако основные положения применимы ко всем реализациям TCP/IP.

Надеюсь, что эта книга будет полезна тем, кто профессионально рабо-

тает или собирается начать работать в среде TCP/IP: системным администра-

торам, системным программистам и менеджерам сети.

* 2. Основы TCP/IP *

Термин "TCP/IP" обычно обозначает все, что связано с протоколами TCP

и IP. Он охватывает целое семейство протоколов, прикладные программы и

даже саму сеть. В состав семейства входят протоколы UDP, ARP, ICMP, TEL-

NET, FTP и многие другие. TCP/IP - это технология межсетевого взаимо-

действия, технология internet. Сеть, которая использует технологию

internet, называется "internet". Если речь идет о глобальной сети, объе-

диняющей множество сетей с технологией internet, то ее называют Internet.

2.1. Модуль IP создает единую логическую сеть

Архитектура протоколов TCP/IP предназначена для объединенной сети,

состоящей из соединенных друг с другом шлюзами отдельных разнородных

пакетных подсетей, к которым подключаются разнородные машины. Каждая из

подсетей работает в соответствии со своими специфическими требованиями и

имеет свою природу средств связи. Однако предполагается, что каждая под-

сеть может принять пакет информации (данные с соответствующим сетевым

заголовком) и доставить его по указанному адресу в этой конкретной под-

-- 22 --

сети. Не требуется, чтобы подсеть гарантировала обязательную доставку

пакетов и имела надежный сквозной протокол. Таким образом, две машины,

подключенные к одной подсети могут обмениваться пакетами.

Когда необходимо передать пакет между машинами, подключенными к раз-

ным подсетям, то машина-отправитель посылает пакет в соответствующий шлюз

(шлюз подключен к подсети также как обычный узел). Оттуда пакет направ-

ляется по определенному маршруту через систему шлюзов и подсетей, пока не

достигнет шлюза, подключенного к той же подсети, что и машина-получатель;

там пакет направляется к получателю. Объединенная сеть обеспечивает

датаграммный сервис.

Проблема доставки пакетов в такой системе решается путем реализации

во всех узлах и шлюзах межсетевого протокола IP. Межсетевой уровень

является по существу базовым элементом во всей архитектуре протоколов,

обеспечивая возможность стандартизации протоколов верхних уровней.

2.2. Структура связей протокольных модулей

Логическая структура сетевого программного обеспечения, реализующего

протоколы семейства TCP/IP в каждом узле сети internet, изображена на

рис.1. Прямоугольники обозначают обработку данных, а линии, соединяющие

прямоугольники, - пути передачи данных. Горизонтальная линия внизу

рисунка обозначает кабель сети Ethernet, которая используется в качестве

примера физической среды; "o" - это трансивер. Знак "*" - обозначает

------------------------------

| прикладные процессы |

| ... \ | / ... \ | / ... |

| ------- ------- |

| | TCP | | UDP | |

| ------- ------- |

| \ / |

| ------ |

| ------- | IP | |

| | ARP | -*---- |

| ------- | |

| \ | |

| -------- |

| | ENET | |

| ---@---- |

| | |

------------|-----------------

|

-------------------o--------

кабель Ethernet

Рис.1. Структура протокольных модулей в узле сети TCP/IP

-- 33 --

IP-адрес, а "@" - адрес узла в сети Ethernet (Ethernet-адрес). Понимание

этой логической структуры является основой для понимания всей технологии

internet. В дальнейшем мы будем часто ссылаться на эту схему.

2.3. Терминология

Введем ряд базовых терминов, которые мы будем использовать в даль-

нейшем.

Драйвер - это программа, непосредственно взаимодействующая с сетевым

адаптером. Модуль - это программа, взаимодействующая с драйвером, сете-

выми прикладными программами или другими модулями. Драйвер сетевого

адаптера и, возможно, другие модули, специфичные для физической сети

передачи данных, предоставляют сетевой интерфейс для протокольных модулей

семейства TCP/IP.

Название блока данных, передаваемого по сети, зависит от того, на

каком уровне стека протоколов он находится. Блок данных, с которым имеет

дело сетевой интерфейс, называется кадром; если блок данных находится

между сетевым интерфейсом и модулем IP, то он называется IP-пакетом; если

он - между модулем IP и модулем UDP, то - UDP-датаграммой; если между

модулем IP и модулем TCP, то - TCP-сегментом (или транспортным сообще-

нием); наконец, если блок данных находится на уровне сетевых прикладных

процессов, то он называется прикладным сообщением.

Эти определения, конечно, несовершенны и неполны. К тому же они

меняются от публикации к публикации. Более подробные определения

можно найти в RFC-1122, раздел 1.3.3.

2.4. Потоки данных

Рассмотрим потоки данных, проходящие через стек протоколов, изобра-

женный на рис.1. В случае использования протокола TCP (Transmission Con-

trol Protocol - протокол управления передачей), данные передаются между

прикладным процессом и модулем TCP. Типичным прикладным процессом,

использующим протокол TCP, является модуль FTP (File Transfer Protocol -

протокол передачи файлов). Стек протоколов в этом случае будет

FTP/TCP/IP/ENET. При использовании протокола UDP (User Datagram Protocol

- протокол пользовательских датаграмм), данные передаются между приклад-

ным процессом и модулем UDP. Например, SNMP (Simple Network Management

Protocol - простой протокол управления сетью) пользуется транспортными

услугами UDP. Его стек протоколов выглядит так: SNMP/UDP/IP/ENET.

Модули TCP, UDP и драйвер Ethernet являются мультиплексорами n x 1.

Действуя как мультиплексоры, они переключают несколько входов на один

выход. Они также являются демультиплексорами 1 x n. Как демультиплек-

соры, они переключают один вход на один из многих выходов в соответствии

с полем типа в заголовке протокольного блока данных (рис.2).

Когда Ethernet-кадр попадает в драйвер сетевого интерфейса Ethernet,

он может быть направлен либо в модуль ARP (Address Resolution Protocol -

адресный протокол), либо в модуль IP (Internet Protocol - межсетевой про-

токол). На то, куда должен быть направлен Ethernet-кадр, указывает зна-

чение поля типа в заголовке кадра.

Если IP-пакет попадает в модуль IP, то содержащиеся в нем данные

могут быть переданы либо модулю TCP, либо UDP, что определяется полем

"протокол" в заголовке IP-пакета.

Если UDP-датаграмма попадает в модуль UDP, то на основании значения

поля "порт" в заголовке датаграммы определяется прикладная программа,

которой должно быть передано прикладное сообщение. Если TCP-сообщение

попадает в модуль TCP, то выбор прикладной программы, которой должно быть

передано сообщение, осуществляется на основе значения поля "порт" в заго-

ловке TCP-сообщения.

Мультиплексирование данных в обратную сторону осуществляется

довольно просто, так как из каждого модуля существует только один путь

вниз. Каждый протокольный модуль добавляет к пакету свой заголовок, на

основании которого машина, принявшая пакет, выполняет демультиплексирова-

ние.

1 2 3 .... n | 1 2 3 .... n ^

\ | | / | \ | | / |

----------------- поток ------------------- поток

| мультиплексор | данных | демультиплексор | данных

----------------- | ------------------- |

| | ^ |

v V | |

1 1

Рис.2. Мультиплексор n x 1 и демультиплексор 1 x n

-- 55 --

Данные от прикладного процесса проходят через модули TCP или UDP,

после чего попадают в модуль IP и оттуда - на уровень сетевого интер-

фейса.

Хотя технология internet поддерживает много различных сред передачи

данных, здесь мы будем предполагать использование Ethernet, так как

именно эта среда чаще всего служит физической основой для IP-сети.

Машина на рис.1 имеет одну точку соединения с Ethernet. Шестибайтный

Ethernet-адрес является уникальным для каждого сетевого адаптера и рас-

познается драйвером.

Машина имеет также четырехбайтный IP-адрес. Этот адрес обозначает

точку доступа к сети на интерфейсе модуля IP с драйвером. IP-адрес дол-

жен быть уникальным в пределах всей сети Internet.

Работающая машина всегда знает свой IP-адрес и Ethernet-адрес.

2.5. Работа с несколькими сетевыми интерфейсами

Машина может быть подключена одновременно к нескольким средам пере-

дачи данных. На рис.3 показана машина с двумя сетевыми интерфейсами Eth-

ernet. Заметим, что она имеет 2 Ethernet-адреса и 2 IP-адреса.

Из представленной схемы видно, что для машин с несколькими сетевыми

интерфейсами модуль IP выполняет функции мультиплексора n x m и демуль-

типлексора m x n (рис.4).

---------------------------------

| прикладные процессы |

| ... \ | / .... \ | / ... |

| ------- ------- |

| | TCP | | UDP | |

| ------- ------- |

| \ / |

| ------ |

| ------- | IP | ------- |

| | ARP | -*--*- | ARP | |

| ------- | | ------- |

| \ | | / |

| -------- -------- |

| | ENET | | ENET | |

| ---@---- ---@---- |

| | | |

----------|---------|------------

| |

| ---o---------------

--------------o---- Ethernet 2

Ethernet 1

Рис.3. Узел сети TCP/IP с двумя сетевыми интерфейсами

-- 66 --

1 2 3 .... n | 1 2 3 ...... n ^

\ | | / | \ | | / |

----------------- поток ------------------- поток

| мультиплексор | данных | демультиплексор | данных

----------------- | ------------------- |

/ | | ... \ V / | | ..... \ |

1 2 3 m 1 2 3 m

Рис.4. Мультиплексор n x m и демультиплексор m x n

Таким образом, он осуществляет мультиплексирование входных и выходных

данных в обоих направлениях. Модуль IP в данном случае сложнее, чем в

первом примере, так как может передавать данные между сетями. Данные

могут поступать через любой сетевой интерфейс и быть ретранслированы

через любой другой сетевой интерфейс. Процесс передачи пакета в другую

сеть называется ретрансляцией IP-пакета. Машина, выполняющая ретрансля-

цию, называется шлюзом. [1]

Как показано на рис.5, ретранслируемый пакет не передается модулям

TCP или UDP. Некоторые шлюзы вообще могут не иметь модулей TCP и UDP.

* 3. Ethernet *

В этом разделе мы кратко рассмотрим технологию Ethernet.

Кадр Ethernet содержит адрес назначения, адрес источника, поле типа

и данные. Размер адреса в Ethernet - 6 байт. Каждый сетевой адаптер

имеет свой Ethernet-адрес. Адаптер контролирует обмен информацией, про-

------- -------

| TCP | | UDP |

------- -------

\ /

----------

| |

| IP |

| ____ |

| / \ |

----------

/ \

данные данные

поступают отправляются

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5