TCP/IP Архитектура, протоколы, реализация (включая IP версии 6 и IP Security)

Введение

I.1 Основы

С самых первых дней использования компьютеров хосты обменивались информацией с непосредственно подключенными к ним устройствами, такими, как устройство чтения перфокарт или устройство печати. Интерактивное использование компьютеров потребовало сначала локального, а затем удаленного подключения терминалов конечных пользователей. Далее последовало объединение нескольких компьютеров в рамках одной организации, что было вызвано необходимостью обеспечения обмена данными между компьютерами или потребностью пользователя одного из компьютеров получить доступ к другому компьютеру.

Разработчики компьютерных систем откликнулись на эти потребности созданием соответствующего аппаратного и программного обеспечения. Однако средства того времени обладали следующими недостатками:

■ Программные средства были лицензионными (мы будем использовать для proprietary перевод 'лицензионные', в смысле коммерческие и не доступные для бесплатного использования. — Прим. пер.) и работали только с оборудованием того же производителя.

■ Поддерживался только ограниченный набор локальных и региональных сетей.

■ Часто программные средства были очень сложными и требовали различных диалектов для работы с разными устройствами.

■ Отсутствие гибкости не позволяло объединить уже существующие сети недорогими и простыми в работе средствами.

Эта ситуация изменилась с появлением протокола управления передачей/протокола Интернета (Transmission Control Protocol/Internet Protocol — TCP/IP) и порождаемыми им технологиями маршрутизации.

Сегодня компьютерные сети организаций стали взаимосвязанными системами. В организациях локальными сетями (Local Area Network — LAN) объединяются настольные рабочие станции (workstation), серверы (server) и хосты (host). Локальные сети (ЛС) соединяются с другими ЛС и региональными сетями (Wide Area Network — WAN).

Обычным для сегодняшнего дня требованием стала возможность взаимодействия между системами независимо от их территориального размещения в сети.

I.2 Приложения TCP/IP

С самого начала в TCP/IP было заложено несколько важных свойств для служб работы с приложениями:

■ Терминальный доступ к любому хосту

■ Возможность копирования файлов с одного хоста на другой

■ Обмен сообщениями электронной почты между любыми двумя пользователями

С течением времени в наборе протоколов TCP/IP появились и другие возможности, очень важные для приложений:

■ Печать на удаленном принтере (Remote Printing)

■ Работа с сетевой файловой системой (Network File System — NFS)

■ Сетевые новости (Network News)

■ Gopher

■ Word Wide Web (WWW — Иногда эту службу Интернета в русскоязычной литературе называют 'Всемирной паутиной', однако мы будем придерживаться более распространенного среди специалистов названия WWW. — Прим. пер.)

Кроме того, расширился набор утилит администрирования и обслуживания сети. Среди новых средств можно назвать:

■ Службу каталогов для отображения содержательных сетевых имен хостов на их физические сетевые адреса

■ Протокол динамического конфигурирования хоста (Dynamic Host Configuration Protocol — DHCP)

■ Сетевое управление хостами, маршрутизаторами (router) и другими сетевыми устройствами

Семейство TCP/IP продолжает жить, расширяться и использоваться. Количество применяющих эти протоколы пользователей увеличивается экспоненциально, разрабатываются новые службы и продукты для модульной интеграции в TCP/IP.

Приложения для WWW привели к революционным переменам в вычислениях клиент/сервер и полностью преобразили методы выполнения прикладных расчетов.

Благодаря программным продуктам для TCP/IP множество организаций смогли подключиться к Интернету, что добавило новые силы этому семейству протоколов, первоначально разработанных для применения в военных и правительственных учреждениях. Именно с последними раньше были связаны основные проблемы сетевой адресации, которые решались путем разработки эффективного механизма адресации и маршрутизации, а также создания надежной защиты сетей от внешнего вторжения.

I.3 Терминология

Обмен данными, как это принято в технических дисциплинах, имеет собственный язык. Все специалисты в этой области используют одни и те же термины. Единственная проблема заключается в том, что разные группы людей одной специальности применяют одни и те же слова для различных понятий, равно как и разные слова для выражения одного и того же понятия.

Мы попытаемся ограничиться очень простым набором терминов, который и будем использовать во всей книге. В этом разделе даны используемые нами определения основных понятий.

I.3.1 Протоколы, элементы, стеки и наборы

Протоколом (protocol) называется набор правил для одной из коммуникационных функций. Например, протокол IP представляет собой набор правил для маршрутизации данных, a TCP определяет правила для надежной и последовательной доставки данных.

Элемент данных протокола (protocol data unit — PDU), или пакет (packet) — это форматированный элемент данных, который передается по сети. Пересылаемая в таком пакете информация часто называется полезной нагрузкой (payload).

Стек протоколов (protocol stack) представляет собой набор организованных по уровням протоколов, которые, работая совместно, позволяют приложениям обмениваться данными. Например, стеком является набор протоколов TCP, IP и Ethernet.

Набор протоколов (protocol suite) — это семейство протоколов, работающих