Структура глобальной сети Интернет

1.3. Семейство протоколов TCP/IP

1.3.1. Введение в TCP/IP 

Протокол в сетевых  технологиях определяется как четко  регламентированный свод правил, которые одинаково применимы для различных систем (программ, шлюзов, пакетов данных и др.), участвующих в передаче информации. Благодаря протоколам, взаимодействие этих систем происходит по заранее установленному сценарию. 

С целью лучшего понимания понятия протокола, рассмотрим один пример, который не имеет отношения к компьютерным сетям. Предположим, что в некотором регионе расположены два предприятия А и Б, которые сотрудничают друг с другом, рис. 10. Деловая активность предприятий базируется на многочисленных договоренностях и соглашениях, таких, например, как регулярные поставки продукции одного предприятия другому. Исходя из этой договоренности начальник отдела продаж предприятия А каждый месяц должен посылать сообщение начальнику отдела закупок предприятия В о том, сколько и какого товара они могут поставить в этом месяце. В ответ на это сообщение начальник отдела закупок отправляет заявку на нужный объем продукции во внутренний отдел производства. Такой порядок взаимодействия между начальниками или директорами в данном случае соответствует понятию «протокол уровня директоров». У начальников есть секретари, через которых отправляются все сообщения. 

После того как сообщения  поступили секретарям, начальников не интересуют способы отправки и дальнейшего передвижения письма - обычной или электронной почтой, факсом или курьером. Выбор способа передачи лежит на секретарях, которые решают этот вопрос, не уведомляя об этом начальство, так как их протокол взаимодействия завязан только на передаче сообщений, поступающих сверху, и не касается содержания этих сообщений. После отправки письма, секретари считают свою работу выполненной. Однако хороший секретарь может еще проверить получил ли адресат сообщение.  
При решении разных проблем начальники могут взаимодействовать по другому сценарию, но это не отразится на работе секретарей, для которых не важно, какие сообщения отправлять, а важно, чтобы они дошли адресату. Другими словами, мы имеем два уровня – уровень начальников и секретарей, и каждый уровень имеет собственный протокол, который может быть изменен независимо от протокола другого уровня. Так как протоколы независимы друг от друга, то это дает возможность использовать многоуровневый подход.

Перейдя от примера к  реальной сети, можно увидеть схожую картину. По мере движения пакета данных по сети на разных последовательных этапах его взаимодействия с другими  сетевыми элементами отрабатывают протоколы разных уровней. Полная совокупность таких протоколов, используемых для успешного взаимодействия разных элементов в рамках сети данного типа, называют семейством или стеком. Интернет работает под семейством протоколов TCP/IP, которое имеет многоуровневую структуру. TCP/IP расшифровывается как Transmission Control Protocol/Интернет Protocol (Протокол управления передачей данных/Протокол Интернет). 

Структура протоколов TCP/IP имеет четыре основных уровня и приведена на рис. 2.

 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

Рисунок 2. Стек TCP/IP

Самый нижний (уровень IV) соответствует уровню доступа к  сети, который работает на основе популярных стандартных протоколах физического и канального уровня, таких, какEthernet, Token Ring, SLIP, PPP и других. Протоколы этого уровня отвечают за пакетную передачу данных в сети на уровне аппаратных средств. 

Следующий уровень (уровень III) обеспечивает межсетевое взаимодействие при передаче пакетов данных из одной подсети в другую. В качестве протокола в стеке задействован протокол IP. 

Следующий уровень (уровень II) является основным и работает на базе  протокола управления передачей TCP. Этот протокол необходим для надежной передачи сообщений между размещенными на разных машинах прикладными программами за счет образования виртуальных соединений между ними.  
Все обозначенные выше уровни можно отнести к «уровню секретарей» из примера, описанного выше. Пользователя («начальника») больше всего интересует правильная работа самого верхнего уровня (уровень I), или «уровня начальников», который называется на языке стека TCP/IP прикладным.  
Так как стек TCP/IP существует достаточно давно, то он включает в себя большое количество протоколов и сервисов прикладного уровня. Наиболее важными и популярными являются следующие протоколы: протокол передачи файлов FTP, протокол Telnet, протокол Gopher для доступа к ресурсам всемирного пространства GopherSpace, и самый известный протокол HTTP для доступа к удаленным гипертекстовым базам данных во всемирный паутине.  
Классифицируем протоколы по характеру выполняемых задач. 

Транспортные  протоколы предназначены для управления передачей данных между двумя машинами: 

- TCP (Transmission Control Protocol). Этот протокол поддерживает передачу данных, которая основана на логическом соединении между передающим и принимающим компьютерами. 

- UDP (User Datagram Protocol). Этот протокол обеспечивает передачу данных без установления логического соединения. Другими словами данные отправляются без предварительно установленного соединения между компьютерами получателя и отправителя. 

Протоколы маршрутизации предназначены для обрабатки адресов данных и определения наилучших путей до адресата. Кроме того, они обеспечивают разбиение больших сообщений на несколько маленьких сообщений, которые затем передаются последовательной цепочкой и компонуются в единое целое на компьютере-получателе:  
- IP (Internet Protocol). Протокол обеспечивает фактическую передачу данных.  
- ICMP (Internet Control Message Protocol). Протокол обрабатывает сообщения состояния для IP протокола, например, ошибки и изменения в сетевых аппаратных средствах, которые влияют на маршрутизацию.  
- RIP (Routing Information Protocol). Один из нескольких протоколов для определения наилучшего маршрута доставки сообщения.  
- OSPF (Open Shortest Path First). Альтернативный протокол для определения маршрутов. 

Протоколы поддержки  сетевого адреса используются для идентификации машины с уникальным номером и именем. 

- ARP (Address Resolution Protocol). Протокол определяет уникальные числовые адреса машин в сети.

- DNS (Domain Name System). Протокол для определения числовых адресов по именам машин. 

- RARP (Reverse Address Resolution Protocol). Протокол для определения адреса машин в сети, но способом, обратным ARP. 

Прикладные  сервисы представляют собой пользовательские программы, которые используются для получения доступа к различным услугам. 

- ВООТР (Boot Protocol). Протокол загружает сетевую машину, читая информацию для начальной загрузки с сервера. 

- FTP (File Transfer Protocol). Протокол передачи файлов между компьютерами.

1.3.2. Сетевое взаимодействие  «клиент-сервер»

В основу взаимодействия компонентов информационных сервисов Сети в большинстве случаев положена модель «клиент-сервер». Как правило, в качестве клиента выступает программа, которая установлена на компьютере пользователя, а в качестве сервера - программа, установленная у провайдера. В данном контексте под провайдером понимаем организацию или частное лицо, которые ведут (поддерживают) информационные ресурсы. При этом возможны два варианта организации самой информационной системы, которая обеспечивает доступ к информационному ресурсу. Большинство систем Интернет построены по принципу взаимодействия "каждый с каждым", например система World Wide Wed, т.е. каждый пользователь может напрямую взаимодействовать с каждым сервером без посредников. Такой подход позволяет упростить всю технологическую схему построения системы, однако приводит к порождению большого трафика в Сети. Альтернативный вариант построения системы, например системы Usenet, когда пользователь может взаимодействовать только со «своим» сервером и не может обратиться к произвольному серверу в Сети. Однако доступ он получает ко всей информации, которая присутствует в данной информационной системе, так как серверы обмениваются ею между собой. 

В ряде случаев возможен выбор между первым способом реализации информационного обслуживания и вторым, например, это возможно в службе доменных имен DNS. Администратор сервера может настроить его для работы через другой сервер или непосредственно с программами-клиентами. Аналогично настраиваются и специальные серверы-посредники для различных информационных серверов Интернет. Несколько таких схем показано на рис.3.

 

 

 

  

 

 

 

 

 

Рисунок 3. Различные схемы «Клиент-Сервер» для информационных сервисов Интернет

Принципиальным различием  между схемой с посредником и схемой Usenet является то, что при посреднике работа по доступу к ресурсу перекладывается на его плечи. При этом он будет устанавливать соединение с каждым сервером в сети. По схеме Usenet это делать не обязательно, так как информацию в принципе можно получить с любого сервера. 

 

1.3.3. Недостатки протоколов 

Проблемы защиты информации являются "врожденными" практически для всех протоколов и служб Интернет. 

Система имен доменов (Domain Name System - DNS) представляет собой распределенную базу данных, которая преобразует имена пользователей и хостов в IP-адреса и наоборот. DNS также хранит информацию о структуре сети компании, например количестве компьютеров с IP-адресами в каждом домене. Одной из проблем DNS является то, что эту базу данных очень трудно "скрыть" от неавторизованных пользователей. В результате, DNS часто используется хакерами как источник информации об именах доверенных хостов. 

FTP (File Transfer Protocol) обеспечивает передачу текстовых и двоичных файлов, поэтому его часто используют в Интернет для организации совместного доступа к информации. На FTP-серверах хранятся документы, программы, графика и любые другие виды информации. Некоторые FTP-серверы ограничивают доступ пользователей к своим архивам данных с помощью пароля, другие же предоставляют свободный доступ (так называемый анонимный FTP-сервис). Если вы используете опцию анонимного FTP для своего сервера, то должны быть уверены, что на нем хранятся только файлы, предназначенные для свободного распространения. 

Sendmail - популярная в  Интернет программа электронной  почты, использующая для своей  работы некоторую сетевую информацию, такую как IP-адрес отправителя. Перехватывая сообщения, отправляемые с помощью Sendmail, хакеры могут использовать эту информацию для нападений, например для спуфинга (подмены адресов). 

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) - протокол, позволяющий осуществлять почтовую транспортную службу Интернет. Одна из проблем безопасности, связанная с этим протоколом, состоит в том, что пользователь не может проверить адрес отправителя в заголовке сообщения электронной почты. В результате хакер может послать в вашу сеть большое количество почтовых сообщений, что приведет к перегрузке и блокированию работы вашего почтового сервера. 

Telnet - сервис Интернет, при осуществлении которого пользователи должны регистрироваться на сервере Telnet, вводя свое имя и пароль. После аутентификации пользователя его рабочая станция функционирует в режиме «тупого» терминала, подключенного к внешнему хосту. С этого терминала пользователь может вводить команды, которые обеспечивают ему доступ к файлам и возможность запуска программ. Подключившись к серверу Telnet, хакер может сконфигурировать его программу таким образом, чтобы она записывала имена и пароли пользователей. 

Как уже говорилось, стек TCP/IP представляет собой набор протоколов, которые используются в Интернет и интрасетях для передачи пакетов  между компьютерами. При передаче информация заголовков пакетов может  подвергнуться нападению хакеров. Например, хакеры могут подменить адрес отправителя в своих пакетах, после чего они будут смотреться как пакеты, передаваемые авторизованным клиентом. 

 

2. Сервисы (Услуги), предоставляемые сетью Интернет 

 

WWW - система для работы с гипертекстом. Потенциально она является наиболее мощным средством поиска. Гипертекст соединяет различные документы на основе заранее заданного набора слов. Например, когда в тексте встречается новое слово или понятие, система, работающая с гипертекстом, дает возможность перейти к другому документу, в котором это слово или понятие рассматривается более подробно.

WWW часто используется  в качестве интерфейса к базам  данных WAIS, но отсутствие гипертекстовых  связей ограничивает возможности  WWW до простого просмотра, как  у Gopher.

Пользователь со своей стороны может задействовать возможность WWW работать с гипертекстом для связи между своими данными и данными WAIS и WWW таким образом, чтобы собственные записи пользователя как бы интегрировались в информацию для общего доступа. На самом деле этого, конечно, не происходит, но воспринимается именно так.

WWW - это относительно  новая система. Установлены несколько  демонстрационных серверов, в том  числе Vatican Exibit в библиотеке Конгресса  США и мультфильм о погоде "Витки  спутника" в Мичиганском государственном университете. В качестве демонстрационных также работают серверы into. funet. fi (Финляндия); into. cern. ch. (Швейцария) и eies2. njit. edu (США) .

Практически все услуги сети построены на принципе клиент-сервер. Сервером в сети Internet называется компьютер способный предоставлять клиентам (по мере прихода от них запросов) некоторые сетевые услуги. Взаимодействие клиент-сервер строится обычно следующим образом. По приходу запросов от клиентов сервер запускает различные программы предоставления сетевых услуг. По мере выполнения запущенных программ сервер отвечает на запросы клиентов.

Все программное обеспечение  сети также можно поделить на: клиентское и серверное. При этом программное  обеспечение сервера занимается предоставлением сетевых услуг, а клиентское программное обеспечение обеспечивает передачу запросов серверу и получение ответов от него.

Протоколы семейства TCP/IP реализуют всевозможные сервисы (услуги) Интернет.

Все услуги, предоставляемые  сетью Internet, можно условно поделить на две категории: обмен информацией между абонентами сети и использование баз данных сети.