1.2.2 Краткая характеристика протоколов

Основным протоколом сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке является протокол IP (Internet Protocol). Этот протокол 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. Так как протокол IP является дейтаграммным протоколом, 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 сообщает 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.

На основном (транспортном) 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 логических соединений. Этот протокол позволяет равноранговым объектам на компьютере-отправителе и компьютере-получателе поддерживать обмен данными в дуплексном режиме. TCP позволяет без ошибок доставить сформированный на одном из компьютеров поток байт в любой другой компьютер, входящий в составную сеть. TCP делит поток байт на части - сегменты, и передает их ниже лежащему уровню межсетевого взаимодействия. После того как эти сегменты будут доставлены средствами уровня межсетевого взаимодействия в пункт назначения, протокол TCP снова соберет их в непрерывный поток байт.

Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным способом, как и главный протокол уровня межсетевого взаимодействия IP, и выполняет только функции связующего звена (мультиплексора) между сетевым протоколом и многочисленными службами прикладного уровня или пользовательскими процессами.

В отличие от протоколов остальных трех уровней, протоколы прикладного уровня занимаются деталями конкретного приложения и «не интересуются» способами передачи данных. Сюда входят следующие протоколы: Telnet, FTP, TFTP, DNS, SNMP, HTTP.

1.2.3 Надежность протоколов

Протоколы бывают надежными и ненадежными. Данные, обрабатываемые надежным протоколом, будут гарантированно доставлены по назначению. Ниже описаны некоторые свойства надежных протоколов. Прежде всего надежный протокол обменивается сообщениями-подтверждениями о доставке с приложениями клиента. То есть программа, посылая данные, ожидает услышать в ответ: «Эй, я только что успешно принял последний пакет переданных тобой данных!» Если вдруг программа не получила подтверждения, она посылает данные повторно снова и снова, пока не получит его.

Далее, чтобы убедиться в том, что данные не повреждены, надежный протокол подсчитывает одну или несколько контрольных сумм при каждой передаче. Принимающий компьютер снова подсчитывает контрольную сумму блока, и если старая сумма не совпадает с новой, считается, что данные повреждены.

Если вы не очень хорошо представляете, что же такое контрольная сумма, не беспокойтесь. Позже мы расскажем в подробностях о том, как она подсчитывается. На данный момент достаточно понимать, что наличие подсчитанной заранее контрольной суммы позволяет определить, что данные не были повреждены при передаче по сети. Транспортный протокол (TCP)— надежный протокол, использующий весь доступный технический арсенал: контрольные суммы, сообщения-подтверждения и другие методы, позволяющие гарантировать надежную доставку данных.

Напротив, ненадежные протоколы не могут гарантировать надежную доставку данных. Ненадежный протокол просто пытается передать данные, но не гарантирует, что они попадут по назначению. Более того, если данные вдруг пропадут, такой протокол даже не уведомит приложение о случившемся.

Ненадежный протокол похож на письмо без обратного адреса. Если вдруг оно не дойдет до получателя, вы никогда об этом не узнаете, так как работникам почты неизвестно, кто его отправил. Даже если адрес на конверте правильный, никто не застрахован от утери своего письма почтовыми работниками.

Сообщение, передаваемое ненадежным протоколом, может случайно исчезнуть. Ненадежный протокол не только не гарантирует доставку, но также и не уведомляет о потере данных. Однако так же, как содержимое письма защищено конвертом, сетевое сообщение, если уж оно дошло, может защищаться ненадежным протоколом при помощи одной или нескольких контрольных сумм.

Протокол Интернет (IP) всегда использует контрольные суммы, а протокол доставки пользовательских датаграмм (UDP) может применять, а может и не применять контрольные суммы. Оба этих протокола ненадежны. Вы можете спросить: «Почему же кто-то пользуется ненадежными протоколами?» Все дело в цене, которую мы платим за надежность. Ненадежный протокол гораздо проще в реализации и применении. Его стоимость в терминах сложности использования и пропускной способности сети оказывается значительно ниже стоимости надежных протоколов.

Несмотря на название, ненадежный протокол все равно можно заставить работать надежно. Просто функции, гарантирующие доставку данных, нужно встроить в прикладную программу, а в остальном положиться на ненадежный протокол. Немного позже вы узнаете, что надежный сетевой протокол TCP пользуется услугами ненадежного протокола Интернет (IP) для передачи всех своих данных. Тем не менее этот альянс вполне надежен, так как функции обеспечения гарантированной доставки встроены в TCP.