PspoClasses/080702/02TcpIpIntro

Введение в TCP/IP

Перечисленные выше пять задач соответствуют четырехуровневой схеме TCP/IP. Уровни носителя и интерфейса нашей схемы соответствуют физическому уровню TCP/IP.

Независимость уровней TCP/IP

Одна из важных характеристик этих схем --- независимость уровней друг от друга, Поэтому

• если обеспечен интерфейс между компьютером и средой передачи данных, например, установлена сетевая карта Ethernet, то при решении задачи маршрутизации пакетов на сетевом уровне можно не беспокоиться о свойствах кабеля или радиосигнала;
• транспортный уровень, организуя надёжный канал передачи данных, может не заботиться о том, по каким маршрутам передаются отдельные пакеты на сетевом уровне;
• когда программа прикладного уровня, например, веб-браузер, получает некоторую страничку, она может не беспокоиться, сколько раз на транспортном уровне пришлось запрашивать повторные пакеты для обеспечения надёжной доставки.

Cуществует два фундаментально разных дисциплины передачи данных.

• Сети с коммутацией каналов. В качестве примера можно рассмотреть телефонную сеть. Два абонента арендуют канал для звонка. Этот канал в некотором смысле виртуальный --- он состоит из цепочки физических каналов, арендованных на каждом участке сети, однако абоненты этого не замечают. Во время звонка каждый из абонентов занят и не может осуществить другой звонок. Достоинством подобных сетей является отсутствие помех и перепадов скорости --- на время соединения качество связи более или менее гарантировано. Основной их недостаток --- возможные перегрузки сети, при которых из-за нехватки физических каналов на том или ином участке сети, не обязательно ближайшем к абоненту, абонент может быть "занят", хотя сам и не совершает звонка.

• Сети с коммутацией пакетов. Единицей передачи данных является пакет. Один абонент может отправить другому абоненту пакет в любой момент. Время между отправками отдельных пакетов определяется дисциплиной передачи пакетов, например, нужно ли дождаться ответного пакета от получателя или серию пакетов можно послать без подтверждения. Возможна ситуация, когда качество существующего соединения между абонентами ухудшится, например из-за перегрузки пакетами на каком-то из промежуточных узлов.

Уже на интерфейсном уровне в свое время было принято решение использовать сеть с коммутацией пакетов. Понятие пакета встречается на каждом уровне. Для физического уровня это может быть Ethernet-фрейм, для сетевого --- IP-пакет, для траспортного --- TCP-пакет, для прикладного --- например, DNS-пакет.

Инкапсуляция протоколов TCP/IP

Пакеты протоколов более высокого уровня "прозрачно" передаются в качестве данных в пакетах более низкого уровня.

Например, пусть у нас работает FTP-клиент, он принадлежит прикладному уровню. Допустим, он приготовил FTP-специфический массив данных, например, большой файл и собирается его передать, воспользовавшись услугами транспортного уровня (допустим, TCP). Для передачи по TCP этот файл должен быть разбит на фрагменты определенного размера. Каждый такой фрагмент инкапсулируется в TCP-пакет и снабжается дополнительной служебной информацией, характерной для протокола TCP. На этом дело не останавливается. Для передачи каждого TCP-пакета средствами IP он должен быть, в свою очередь разбит на фрагменты определенного размера (характерного для IP). Каждый из этих фрагментов инкапсулируется в IP-пакет и снабжается своей служебной информацией, на этот раз характерной для протокола IP. Допустим, по правилам маршрутизации выяснилось, что нам нужно передать этот пакет нашему ближайшему соседу по сети. Операция повторяется снова --- IP-пакет разбивается и инкапсулируется в несколько пакетов физического уровня, например, ethernet-фреймов.

После передачи фреймов по физическому каналу происходит обратное преобразование: из "фарша" восстанавливается "корова": протокол физического уровня Ethernet составляет из нескольких своих фреймов некоторый набор данных, который передает на уровень выше. Протокол IP в этом наборе данных узнаёт IP-пакет и интерпретирует служебную информацию, в частности IP-адрес. Предположим, по правилам маршрутизации IP-пакет надо отправить следующему соседу. Тогда пакет снова передаётся на физический уровень, где инкапсулируется в несколько фреймах, и т.д. Если IP-протокол решит, что именно эта машина является получателем, то он из нескольких IP-пакетов соберёт некоторый набор данных, и передает его на уровень TCP, который узнает в этом наборе TCP-пакет и обработает его подобающим образом.

В некоторых случаях, в частности, когда это связано с ретрансляцией через сетевые экраны, решение о судьбе пакета может приниматься на TCP-уровне

Инкапсуляция протколов приводит к накладным расходам: фактически по сети передаётся существенно больше данных, чем было запланировано прикладном уровне.

Сведения о ресурсах