Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое структура сети интернет базовые определения службы интернет протоколы протокол tcp/ip , Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое структура сети интернет базовые определения службы интернет протоколы протокол tcp/ip , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Сетевая экономика (Электронная коммерция).
Интернет - это технология соединения компьютерных сетей. Его разработку начали американские военные в 60-х годах ХХ века. К тому времени уже существовали компьютерные сети и информационные сетевые технологии, и основная задача, которая ставилась перед Интернет - это обеспечение компьютерных сетевых коммуникаций территориально распределенных узлов - компьютерных сетей - при нанесении противником ударов по территории, в том числе и ядерных, при которых возникают колоссальные разрушения инфраструктур.
На базе особых правил передачи данных, которые называются сетевыми протоколами - TCP/IP (Transmission ControlProtocol и Internet Protocol), в 1969 в Минобороны США был завершен проект по совместному использованию ресурсов Минобороны, университетов и других правительственных учреждений. Создаваемая система сначала называлась ARPANET - Advanced Research Projects Agency Net, затем, после гигантского разрастания по всему миру получил название Internet. Интернет - по замыслу и существу межсетевая система, система, объединяющая компьютерные сети (по другим источникам первым протоколом сети был NCP).
В 1971 году появилась первая программа для отправки электронной почты.
В 1973 через трансатлантический кабель к сети подключились первые иностранные государства – Норвегия и Великобритания.
В 70-х годах сеть в основном использовалась для отправки электронной почты, использовались также доски объявлений и новостные группы.
В 1984 году разработана система доменных имен (DNS), а также появилась сеть FIDO. С этого года начинает активное развитие сеть NSFNet (National Science Foundation Network) – сеть Национального научного фонда США.
В 1988 году изобретен протокол IRC – появились первые чаты.
В 1989 году в стенах CERN (Швейцария) родилась идея Всемирной паутины. Ее предложил британец Тим Бернерс-Ли, который в течении двух лет разработал протокол HTTP, язык HTML и идентификаторы URL.
В 1990 году ARPANET прекратила свое существование проиграв конкуренцию NSFNet.
В 1991 году WWW стала общедоступной в Интернет.
В 1995 году маршрутизацией сети стали заниматься сетевые провайдеры, а не суперкомпьютеры Национального научного фонда США. В этом же году по трафику HTTP обогнал FTP, став основным поставщиком информации в Интернет.
В 90-е годы Интернет объединил в себе большинство сетей, за исключением пожалуй FIDOnet, а также закрытых специализированных сетей.
В СССР Интернет стал зарождаться с 1952 года благодаря работам ИТМиВТ АН СССР в рамкам работ по созданию автоматизированной системы противоракетной обороны. Сеть использовалась для расчета траекторий полета ракет (также это можно назвать и одной из первых GRID - сетей). С 1972 года работала единая сеть передачи данных в рамках кассовых операций АСУ «Экспресс» в Министерстве путей и сообщений. Выход во всемирную среду осуществился 28.08.1990 благодаря Институту атомной энергетики им. Курчатова и ИПК «Минавтопрома». Домен “ru” зарегистрирован в 1994 году (до этого был su – SovietUnion, который существует до сих пор).
Интернет состоит из многих тысяч корпоративных, научных, правительственных и домашних компьютерных сетей. Объединение сетей разной архитектуры и топологии стало возможно благодаря протоколу IP (англ. Internet Protocol) и принципу маршрутизации пакетов данных. В настоящий момент (2010 год) в сети насчитывается 234 миллиона сайтов.
Компьютер пользователя с помощью линии связи подключается к компьютеру провайдера, который, в свою очередь подключен к другому компьютеру сети и т.д. Информация в сети хранится как на компьютерах провайдера, так и на специальных компьютерах, которые называются информационными серверами. Компьютеры, к которым подключаются многие другие компьютеры называют серверами. Провайдером называется организация, через которую рядовые компьютеры подключаются к глобальной сети.
Рисунок 1. Структура сети Интернет
Отличительной особенностью сети Интернет является высокая надежность: при выходе из строя части компьютеров и линий связи сеть будет продолжать функционировать и будет передавать сообщения по другим линиям связи. Такая надежность обеспечивается тем, что в Интернет нет единого центра управления. Организации, соединенные друг с другом самыми скоростными линиями связи, образуют базовую часть сети или хребет. Если провайдер подключен непосредственно к хребту, то скорость передачи информации пользователям будет максимальной. Провайдеры могут быть мелкими и крупными. В действительности разница между пользователями и провайдерами достаточно условна. Любой пользователь может предоставить услуги подключения к сети другим пользователям.
Типы адресов: физический (MAC-адрес), сетевой (IP-адрес) и символьный (DNS-имя)
Каждый компьютер в сети TCP/IP имеет адреса трех уровней:
Пример: для адреса ru.wikipedia.org , домен первого уровня – org, домен второго – wikipedia, домен третьего – ru.
Ниже приводятся несколько примеров доменов:
com коммерческая организация США
edu образовательные учреждения
gov правительственные учреждения США
mil военные организации и учреждения США
org частные организации США
net сети
Домены также часто включают код страны (если сервер расположен за пределами США). Ниже приведено несколько примеров.
ca Канада
br Бразилия
jp Япония
au Австралия
gr Германия
ru Россия
su страны СНГ, включая и Россию
Телеконференции(USENET)
Эта служба работает примерно также, как электронная почта, но получаемые письма доступны для общего обозрения. Для удобства дискуссий образованы группы. Дискуссии в группах ведутся по определенной теме. Чтобы стать членом такой группы, пользователю необходимо подписаться на данную конференцию у своего провайдера. Часто можно найти ответы на свои вопросы, подключившись к нужной группе и попросив совета у ее участников.
FTP(File Transfer Protocol)
С помощью этого сервиса сети можно “перекачивать” файлы с другого компьютера на ваш компьютер. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Эти компьютеры называются FTP – серверами. На них хранятся огромные архивы файлов. Этот сервис является одним из основных способов распространения бесплатных программ, а также различных дополнений и исправлений к коммерческим версиям программ.
FTP-протокол передачи файлов позволяет компьютерам перемещать копию нужного файла на свои компьютеры или в свои локальные системы.
Gopher(суслик)
Эта система вложенных меню, разветвленных, как норы суслика, была прообразом Всемирной паутины. Gopher – меню ресурсов Internet, в которых можно отыскать нужную вам информацию. Но так как ходить по паутине значительно удобнее, чем ползать по норам суслика, в настоящее время эта система постепенно отмирает.
Internet Relay Chat (IRC)
Беседы через Internet в реальном времени. Сервис похож на телеконференции. Отличие заключается в том, что вы переговариваетесь с группой пользователей без задержек, подобно разговору людей, собравшихся в одном помещении.
Telnet
Этот сервис позволяет управлять с вашего компьютера работой другого компьютера. Ваш компьютер является удаленным терминалом этого другого компьютера. Удаленный терминал отличается тем, что не выполняет собственные вычисления. Все, что вводится на вашей клавиатуре, передается удаленному компьютеру, а получаемые результаты передаются обратно и выводятся на ваш монитор. На удаленных компьютерах, как правило, установлена операционная система UNIX. Поэтому знание основных команд этой операционной системы обязательно для пользователя. С появлением графических операционных систем, таких, как Windows, командный режим работы стал менее популярен, и сервис Telnet в последнее время большинство пользователей не применяют.
Для работы с WWW используется специальный протокол НТТР (Hyper Text Transfer Protocol) – Протокол передачи гипертекста. Cервис WWW называют Всемирной паутиной.
Гипертекстовые документы создаются с помощью специального языка HTML (Hyper Text Markup Language) – языка разметки гипертекста.
В модели OSI, называемой также моделью взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection - OSI) и разработанной Международной Организацией по Стандартам (International Organization for Standardization - ISO), средства сетевого взаимодействия делятся на семь уровней, для которых определены стандартные названия и функции.
Сетевой уровень занимает в модели OSI промежуточное положение: к его услугам обращаются протоколы прикладного уровня, сеансового уровня и уровня представления. Для выполнения своих функций сетевой уровень вызывает функции канального уровня, который в свою очередь обращается к средствам физического уровня.
Рассмотрим коротко основные функции уровней модели OSI.
При построении транспортной подсистемы наибольший интерес представляют функции физического, канального и сетевого уровней, тесно связанные с используемым в данной сети оборудованием: сетевыми адаптерами, концентраторами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами. Функции прикладного и сеансового уровней, а также уровня представления реализуются операционными системами и системными приложениями конечных узлов. Транспортный уровень выступает посредником между этими двумя группами протоколов.
Отметим, что модель OSI является теоретической, и содержит достаточно много недоработок. Были попытки строить сети в точном соответствии с моделью OSI, но созданные таким образом сети были дорогими, ненадежными и неудобными в эксплуатации. Реальные сетевые протоколы, используемые в существующих сетях, вынуждены отклоняться от нее, обеспечивая непредусмотренные возможности, поэтому привязка некоторых из них к уровням OSI является несколько условной: некоторые протоколы занимают несколько уровней модели OSI, функции обеспечения надежности реализованы на нескольких уровнях модели OSI.
Основная недоработка OSI — непродуманный транспортный уровень. На нем OSI позволяет осуществлять обмен данными между приложениями (вводя понятие порта — идентификатора приложения), однако, возможность обмена простыми датаграммами (по типу UDP) в OSI не предусмотрена — транспортный уровень должен образовывать соединения, обеспечивать доставку, управлять потоком и т. п. (по типу TCP). Реальные же протоколы реализуют такую возможность.
Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) - это промышленный стандарт стека протоколов, разработанный для глобальных сетей. Стандарты TCP/IP опубликованы в серии документов, названных Request for Comment (RFC). Документы RFC описывают внутреннюю работу сети Internet. Некоторые RFC описывают сетевые сервисы или протоколы и их реализацию, в то время как другие обобщают условия применения. Стандарты TCP/IP всегда публикуются в виде документов RFC, но не все RFC определяют стандарты.
Стек был разработан по инициативе Министерства обороны США (Department of Defence, DoD) более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сателлитными сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Сеть ARPA поддерживала разработчиков и исследователей в военных областях. В сети ARPA связь между двумя компьютерами осуществлялась с использованием протокола Internet Protocol (IP), который и по сей день является одним из основных в стеке TCP/IP и фигурирует в названии стека.
Большой вклад в развитие стека TCP/IP внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей версии ОС UNIX. Широкое распространение ОС UNIX привело и к широкому распространению протокола IP и других протоколов стека. На этом же стеке работает всемирная информационная сеть Интернет, чье подразделение Internet Engineering Task Force (IETF) вносит основной вклад в совершенствование стандартов стека, публикуемых в форме спецификаций RFC.
Лидирующая роль стека TCP/IP объясняется следующими его свойствами:
Так как стек TCP/IP был разработан до появления модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI, то, хотя он также имеет многоуровневую структуру, соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI достаточно условно.
Структура протоколов TCP/IP приведена на рисунке 2.1. Протоколы TCP/IP делятся на 4 уровня.
Рис. 2.1. Стек TCP/IP
Самый нижний (уровень IV) соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. Этот уровень в протоколах TCP/IP не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня: для локальных сетей это Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, для глобальных сетей - протоколы соединений "точка-точка" SLIP и PPP, протоколы территориальных сетей с коммутацией пакетов X.25, frame relay. Разработана также специальная спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта канального уровня. Обычно при появлении новой технологии локальных или глобальных сетей она быстро включается в стек TCP/IP за счет разработки соответствующего RFC, определяющего метод инкапсуляции пакетов IP в ее кадры.
Следующий уровень (уровень III) - это уровень межсетевого взаимодействия, который занимается передачей пакетов с использованием различных транспортных технологий локальных сетей, территориальных сетей, линий специальной связи и т. п.
В качестве основного протокола сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке используется протокол IP, который изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Протокол IP является дейтаграммным протоколом, то есть он не гарантирует доставку пакетов до узла назначения, но старается это сделать.
К уровню межсетевого взаимодействия относятся и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol). Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизаторами сети и узлом - источником пакета. С помощью специальных пакетов ICMP сообщается о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п.
Следующий уровень (уровень II) называется основным. На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между удаленными прикладными процессами за счет образования виртуальных соединений. Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным способом, как и IP, и выполняет только функции связующего звена между сетевым протоколом и многочисленными прикладными процессами.
Верхний уровень (уровень I) называется прикладным. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил большое количество протоколов и сервисов прикладного уровня. К ним относятся такие широко используемые протоколы, как протокол копирования файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной информации, такие как WWW и многие другие. Остановимся несколько подробнее на некоторых из них.
Протокол пересылки файлов FTP (File Transfer Protocol) реализует удаленный доступ к файлу. Для того, чтобы обеспечить надежную передачу, FTP использует в качестве транспорта протокол с установлением соединений - TCP. Кроме пересылки файлов протокол FTP предлагает и другие услуги. Так, пользователю предоставляется возможность интерактивной работы с удаленной машиной, например, он может распечатать содержимое ее каталогов. Наконец, FTP выполняет аутентификацию пользователей. Прежде, чем получить доступ к файлу, в соответствии с протоколом пользователи должны сообщить свое имя и пароль. Для доступа к публичным каталогам FTP-архивов Internet парольная аутентификация не требуется, и ее обходят за счет использования для такого доступа предопределенного имени пользователя Anonymous.
В стеке TCP/IP протокол FTP предлагает наиболее широкий набор услуг для работы с файлами, однако он является и самым сложным для программирования. Приложения, которым не требуются все возможности FTP, могут использовать другой, более экономичный протокол - простейший протокол пересылки файлов TFTP (Trivial File Transfer Protocol). Этот протокол реализует только передачу файлов, причем в качестве транспорта используется более простой, чем TCP, протокол без установления соединения - UDP.
Протокол telnet обеспечивает передачу потока байтов между процессами, а также между процессом и терминалом. Наиболее часто этот протокол используется для эмуляции терминала удаленного компьютера. При использовании сервиса telnet пользователь фактически управляет удаленным компьютером так же, как и локальный пользователь, поэтому такой вид доступа требует хорошей защиты. Поэтому серверы telnet всегда используют как минимум аутентификацию по паролю, а иногда и более мощные средства защиты, например, систему Kerberos.
Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) используется для организации сетевого управления. Изначально протокол SNMP был разработан для удаленного контроля и управления маршрутизаторами Internet, которые традиционно часто называют также шлюзами. С ростом популярности протокол SNMP стали применять и для управления любым коммуникационным оборудованием - концентраторами, мостами, сетевыми адаптерами и т.д. и т.п. Проблема управления в протоколе SNMP разделяется на две задачи.
Первая задача связана с передачей информации. Протоколы передачи управляющей информации определяют процедуру взаимодействия SNMP-агента, работающего в управляемом оборудовании, и SNMP-монитора, работающего на компьютере администратора, который часто называют также консолью управления. Протоколы передачи определяют форматы сообщений, которыми обмениваются агенты и монитор.
Вторая задача связана с контролируемыми переменными, характеризующими состояние управляемого устройства. Стандарты регламентируют, какие данные должны сохраняться и накапливаться в устройствах, имена этих данных и синтаксис этих имен. В стандарте SNMP определена спецификация информационной базы данных управления сетью. Эта спецификация, известная как база данных MIB (Management Information Base), определяет те элементы данных, которые управляемое устройство должно сохранять, и допустимые операции над ними.
Протокол IPv6 – это новая версия протокола IP, которая призвана решить проблему нехватки адресного пространства при использовании предыдущей версии IPv4, за счет увеличения длины адреса с 32 до 128 бит. В настоящее время (2009 год) уже используется более чем в 2000 сетях по всему миру, но пока еще не получил всеобщего распространения. Планируется плавная замена IPv4 на IPv6, за счет параллельной работы и постепенного увеличения трафика через последний. Основная проблема замена – значительная часть оборудования и программного обеспечения разработаны только под IPv6.
В качестве альтернативы IPv6 рассматривались протоколы IPv7 (разработчик Ullman), TUBA (Gallon), CATNIP, ENCAPS (Hinden), SIPP (Deering) и PIP (Fracis). В 1994 году SIPP и PIP слились послужив базой для IPv6, другое название которого IPng (IP next generation). Документом фиксирующем IPv6 является спецификация RFC 1752 «The recommendation for the IP Next Generation Protocol». В данной спецификации определенны такие положения как:
В результате работ в протоколе появились следующие нововведения:
Введение в протоколе IPv6 поля «Метка потока» позволяет значительно упростить процедуру маршрутизации однородного потока пакетов. Поток - это последовательность пакетов, посылаемых отправителем определенному адресату. При этом предполагается, что все пакеты данного потока должны быть подвергнуты определенной обработке. Характер данной обработки задается дополнительными заголовками.
Допускается существование нескольких потоков между отправителем и получателем. Метка потока присваивается узлом-отправителем путем генерации псевдослучайного 20-битного числа. Все пакеты одного потока должны иметь одинаковые заголовки, обрабатываемые маршрутизатором.
При получении первого пакета с меткой потока маршрутизатор анализирует дополнительные заголовки, выполняет предписанные этими заголовками функции и запоминает результаты обработки (адрес следующего узла, опции заголовка переходов, перемещение адресов в заголовке маршрутизации и т. д.) в локальном кэше. Ключом для такой записи является комбинация адреса источника и метки потока. Последующие пакеты с той же комбинацией адреса источника и метки потока обрабатываются с учетом информации кэша без детального анализа всех полей заголовка.
Время жизни записи в кэше составляет не более 6 секунд, даже если пакеты этого потока продолжают поступать. При обнулении записи в кэше и получении следующего пакета потока, пакет обрабатывается в обычном режиме и для него происходит новое формирование записи в кэше. Следует отметить, что указанное время жизни потока может быть явно определено узлом отправителем с помощью протокола управления или опций заголовка переходов, и может превышать 6 секунд.
Рисунок 2. Структура заголовка IPv6
Рисунок 3. Структура заголовка IPv4
Приоритезация пакетов обеспечивается маршрутизаторами на основе поля приоритета. Данное 4-битное поле содержит код требуемого приоритета.
Существуют различные типы адресов IPv6: одноадресные (Unicast), групповые (Anycast) и многоадресные (Multicast). Адреса типа Unicast хорошо известны. Пакет, посланный на такой адрес, достигает в точности интерфейса, который этому адресу соответствует.
Адреса типа Anycast синтаксически неотличимы от адресов Unicast, но они адресуют группу интерфейсов. Пакет, направленный такому адресу, попадет в ближайший (согласно метрике маршрутизатора) интерфейс. Адреса Anycast могут использоваться только маршрутизаторами.
Адреса типа Multicast идентифицируют группу интерфейсов. Пакет, посланный на такой адрес, достигнет всех интерфейсов, привязанных к группе многоадресного вещания.
Широковещательные адреса IPv4 (обычно xxx.xxx.xxx.255) выражаются адресами многоадресного вещания IPv6.
Адреса IPv6 отображаются как 8 групп шестнадцатеричных цифр, разделенных двоеточием. Например, 7628:0d18:11a3:09d7:1f34:8a2e:07a0:765d.
Если одна или более групп подряд равны 0000, то они могут быть опущены и заменены на двойное двоеточие (::). Например, 7628:0000:0000:0000:0000:0000:ae21:ad12 может быть сокращен до 7628::ae21:ad12, или 0000:0000:0000:0000:0000:0000:ae21:ad12 может быть сокращен до ::ae21:ad12. Сокращению не могут быть подвергнуты 2 разделенные нулевые группы из-за возникновения неоднозначности.
Литература:
Вопросы для самопроверки:
1. Что такое протокол без подтверждения прихода пакета?
2. Возможно ли реализовать видеоконференцию с помощью протокола TCP?
3. Чем отличается FTP от SSL?
4. Возможно ли существование двух одинаковых IP – адресов? Двух одинаковых MAC – адресов?
5. Где находится Mozilla Firefox в стеке протоколов?
Прочтение данной статьи про структура сети интернет базовые определения службы интернет протоколы протокол tcp/ip позволяет сделать вывод о значимости данной информации для обеспечения качества и оптимальности процессов. Надеюсь, что теперь ты понял что такое структура сети интернет базовые определения службы интернет протоколы протокол tcp/ip и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Сетевая экономика (Электронная коммерция)
Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.
Комментарии
Оставить комментарий
Сетевая экономика (Электронная коммерция)
Термины: Сетевая экономика (Электронная коммерция)