Потоки всегда создаются в контексте какого-либо процесса, и вся их жизнь проходит только в его границах. На практике это означает, что потоки исполняют код и манипулируют данными в адресном пространстве процесса. Если два или более потока выполняются внутри одного процесса, они делят одно адресное пространство.
Любой поток (thread) состоит из двух компонентов:
объекта ядра, через который ОС управляет потоком. Там же хранится статистическая информация о потоке.
Стека потока, который содержит параметры всех функций и локальные переменные, необходимые потоку для выполнения кода.
Потоки могут выполнять один и тот же код, манипулировать одними и теми же данными, а также совместно использовать описатели объектов ядра, поскольку таблица описателей создается не в отдельных потоках, а в процессах.
Потоки используют намного меньше ресурсов системы, чем процессы, поэтому все задачи, требующие параллельного выполнения нескольких подзадач, стоит решать по возможности с помощью потоков, не прибегая к созданию нескольких процессов.
Обычная структура многопоточного приложения рассчитана на одновременное исполнение нескольких подзадач. Однако стоит помнить, что, создавая многопоточное приложение, нам придется заботиться о сохранности и ликвидности, общих для всех потоков, данных.
Создание потока.
Первичный поток, который присутствует в программе, начинает свое выполнение с главной функции потока типа WinMain.
Для создания вторичного потока необходимо создать и для него входную функцию, которая выглядит примерно так:
Имя у функции вторичного потока, в отличии от первичного, может быть любым однако, при наличии нескольких разных потоков, назвать функции необходимо по-разному, иначе система создаст разные реализации одной и той же функции.
Когда поток закончит свое исполнение, он вернет управление системе, память, отведенная под его стек, будет освобождена, а счетчик пользователей его объекта ядра "поток" уменьшится на 1. Когда счетчик обнулится, этот объект ядра будет разрушен.
Для создания своего потока необходимо использовать функцию CreateThread:
При каждом вызове этой функции система создает объект ядра (поток). Это не сам поток, а компактная структура данных, которая используется операционной системой для управления потоком и хранит статистическую информацию о потоке.
Система выделяет память под стек потока из адресного пространства процесса. Новый поток выполняется в контексте того же процесса, что и родительский поток. Поэтому он получает доступ ко всем описателям объектов ядра, всей памяти и стекам всех потоков в процессе. За счет этого потоки в рамках одного процесса могут легко взаимодействовать друг с другом.
CreateThread - это Windows-функция, создающая поток. Если вы пишете код на С/С++ не вызывайте ее. Вместо нее Вы должны использовать _beginthreadex из библиотеки Visual C++. Почему это так важно в наших следующих выпусках.
Параметры функции CreateThread.
LpThreadAttributes - является указателем на структуру LPSECURITY_ATTRIBUTES. Для присвоения атрибутов защиты по умолчанию, передавайте в этом параметре NULL.
DwStackSize - параметр определяет размер стека, выделяемый для потока из общего адресного пространства процесса. При передаче 0 - размер устанавливается в значение по умолчанию.
LpStartAddress - указатель на адрес входной функции потока.
LpParameter - параметр, который будет передан внутрь функции потока.
DwCreationFlags - принимает одно из двух значений: 0 - исполнение начинается немедленно, или CREATE_SUSPENDED - исполнение приостанавливается до последующих указаний.
LpThreadId - Адрес переменной типа DWORD в который функция возвращает идентификатор, приписанный системой новому потоку.
Завершение потока
Поток можно завершит четырьмя способами:
функция потока возвращает управление (рекомендуемо);
поток самоуничтожается вызовом функции ExitThread;
другой поток процесса вызывает функцию TerminateThread;
завершается процесс, содержащий данный поток.
Все способы , за исключением рекомендуемого, являются нежелательными и должны использоваться только в форс-мажорных обстоятельствах.
Функция потока, возвращая управление, гарантирует корректную очистку всех ресурсов, принадлежащих данному потоку. При этом:
любые С++ объекты, созданные данным потоком, уничтожаются соответствующими деструкторами;
система корректно освобождает память, которую занимал стек потока;
система устанавливает код завершения данного потока. Его функция и возвращает;
счетчик пользователей данного объекта ядра (поток) уменьшается на 1.
При желании немедленно завершить поток изнутри используют функцию ExitThread(DWORD dwExitCode).
При этом освобождаются все ресурсы ОС, выделенные данному потоку, но С С++ ресурсы (например, объекты классов С++) не очищаются. Именно поэтому не рекомендовано завершать поток, используя эту функцию.
Если же вы ее использовали, то кодом возврата потока будет тот параметр, который вы передадите в данную функцию.
Как и для CreateThread для библиотеки Visual C++ существует ее аналог _endthreadex, который и стоит использовать. Об причинах в следующем выпуске.
Если появилась необходимость уничтожить поток снаружи, то это моет сделать функция TeminateThread.
Эта функция уменьшит счетчик пользователей объекта ядра (поток) на 1, однако при этом не разрушит и не очистит стек потока. Стек будет существовать, пока не завершится процесс, которому принадлежит поток. При задачах, постоянно создающих и уничтожающих потоки, это приводит к потере памяти внутри процесса.
При завершении процесса происходит следующее.
Завершение потока происходит принудительно. Деструкторы объектов не вызываются, и т.д. и т.д.
При завершении потока по такой причине, связанный с ним объект ядра (поток) не освобождается до тех пор, пока не будут закрыты все внешние ссылки на этот объект.
Часто встречающаяся ошибка при работе с сессией - поздний старт. Когда данные в браузер уже начали отправляться и вызов session_start() приводит к ошибке "headers already sent". На этом спотыкаются многие начинающие (и не только) программисты PHP.
Для понимания проблемы надо немного разбираться в работе протокола HTTP. Текущая версия протокола (1.1) описана в документе RFC2616.
Протокол работает по принципу "запрос - ответ". Браузер пользователя посылает запрос на сервер. Тот, в свою очередь, посылает браузеру ответ. И запрос, и ответ состоят из заголовка и следующих за ним данных (тело). Т.е. если данные уже начали отсылаться, то что-либо добавить в заголовок уже возможности нет. Куки как раз передаются в заголовке HTTP запросов и ответов.
Да же если Вы поместите блок , содержащий session_start() в самое начало файла, но перед ним будет пробел или перевод строки, то это тоже приведет к ошибке. Никаких символов перед блоком быть не должно!
Что же делать, если решение, использовать сессию или нет, принимается не в самом начале программы и перед ним возможен какой-либо вывод?
Выход простой - использовать буферизацию. В PHP буферизацией управляют функции начинающиеся на "ob_" (output bufferering). В начале программы (до любого возможного вывода) следует поставить вызов ob_start(), а перед завершением программы (хотя бы после старта сессии) - ob_end_flush().
Кстати, при работе непосредственно с Куки и заголовками HTTP возникают те же самые проблемы и решаются они аналогично.
Вернемся к Куки и сессии.Сессия имеет имя, используемое как в Куки, так и при передаче идентификатора сессии в параметрах URL. По умолчанию, это имя - "PHPSESSID". Его можно поменять на другое имя, глобально для всего сервера, через php.ini (session.name). Так же можно изменить его только для данной программы, в процессе выполнения, функцией session_name().
Сразу предостерегу от возможных ошибок: параметры сессии можно менять только до ее старта.
Кроме имени, параметрами сессии являются: время жизни и параметры Куки.
Время жизни сессии - это время неактивности сессии, по истечении которого сессия может быть удалена сборщиком мусора и пользователь, зайдя на сайт еще раз, получит новый идентификатор сессии и, соответственно, новую сессию. Задается время жизни в php.ini (session.lifetime). При использовании собственных обработчиков этот параметр php.ini можно игнорировать и использовать свое значение времени жизни.
Куки может иметь следующие необязательные параметры: время жизни, путь URL, DNS-домен, признак секретности. Я их перечислил в порядке "уменьшения обязательности". Т.е., нельзя указать домен, не указав время жизни и путь.
Смысл параметров следующий:
* Время жизни.
Это рекомендованное время хранения Куки в браузере пользователя. Если время равно нолю, то Куки удаляется после закрытия браузера (или во время его следующего запуска) и называется это "хранение на время текущей сессии". По умолчанию, время жизни равно нулю.
* Путь URL.
Если запрашиваемый путь начинается с этого значения, то данное Куки посылается в запросе. Это позволяет иметь на одном сервере несколько независимых программ, работающих с собственными сессиями. Такие программы должны находиться в разных директориях и директория одной программы не может быть вложена в директорию другой программы. Например, "/a/" и "/b/" - могут иметь независимый друг от друга набор Куки, а "/a/" и "/a/b/" - нет (все Куки для пути "/a/" будут посылаться и при запросе пути "/a/b/"). По умолчанию, используется путь "/".
* DNS-домен.
Домены DNS - это имена, используемые в Интернете. Домены образуют древовидную иерархию. Например, в домене com есть домен shelek.com, а в нем есть домены club.shelek.com и forum.shelek.com.
Если указать в Куки домен shelek.com, то браузер будет посылать это Куки в запросах к shelek.com, club.shelek.com и forum.shelek.com. Если же указать, forum.shelek.com, то это Куки посылаться будет только при запросах в домены, начинающиеся с этого имени и мешать домену club.shelek.com не будет. По умолчанию, используется домен, на который браузером был послан запрос. Т.е., если нет особой необходимости, то этот параметр менять не нужно.
* Признак секретности.
Если установить этот признак, то данное Куки будет посылаться только в запросах по защищенному каналу (SSL, TLS, IPsec). Напомню, что для того, чтобы можно было устанавливать этот параметр, нужно задать все предыдущие. В том числе и домен. Его текущее значение можно взять из $_SERVER['SERVER_NAME'].
Говорить о важности сетевых технологий на страницах сетевого издания немного странно, однако мы считаем, что даже среди сетевой публики, многие с трудом знакомы с важностью, особенно в современных условиях, объединения компьютеров в сеть. Статья повествует о важнейших элементах локальной сети, настройки под Windows XP и о наиболее часто задаваемых вопросах, связанных с построением, конфигурированием и администрированием локальных сетей.
Итак, напомним, что сети бывают локальные и глобальные. Локальные сети объединяют некоторое количество компьютеров в пределах одного или нескольких зданий. Такие сети иногда называют интранет. Глобальные сети подразумевают соединение различных локальных сетей в одну общую сеть, называемую Интернет.
Существует мнение, что если ты хоть раз поработал в составе сети, то работа без подключения к сети становиться болезненно тяжело. Да действительно, так, например наши компьютеры объединены в локальную сеть, подключенную с Интернет. Стоит произойти какой-нибудь неприятности с Интернетом, как работать становиться значительно тяжелее. Казалось бы, почему? Ведь по большому счету в сети мы видим просто чужие диски, иногда пользуемся вычислительными ресурсами удаленного процессора. Почему бы ни воспользоваться собственными дисками и мощностью собственного процессора. Все дело в информации. Ведь сегодня сеть это огромная база знаний, созданная усилиями каждого имеющего желание поделиться с другими своими знаниями и умениями. С одной стороны, это превращает сеть в некую «помойку» где из огромного объема информации приходится извлекать полезную информацию, с другой стороны нет ни одного другого электронного или любого off-line источника, способного дать ответ на абсолютно любой вопрос.
Сеть – развращает!
После длительной работы в сети иногда пользователь частично теряет возможность решать многие, простые вопросы обычными средствами. Так, например, поиск какой-либо информации без сети становиться просто невозможной. Единственным, доступным и действенным средством общения является e-mail или Интернет-пейджеры. С одной стороны «жители» сети являются достаточно сильными людьми, однако это касается только сети. В реальной ситуации, «сетевой житель» может быть достаточно слабым и беззащитным существом. Именно поэтому потеря доступа в сеть хотя бы на несколько дней, является достаточно тяжелой потерей для таких людей.
О чем эта статья?
Без сомнения, с точки зрения организации сети Windows XP самая простая операционная система от Microsoft. Точнее сказать, эта операционная система позволяет быстро и эффективно создавать небольшие сети для дома или небольшого офиса.
В этой статье мы расскажем о трех главных составляющих небольшой сети: совместное подключение к Интернет, совместное использование принтера, файлов и каталогов. В первую очередь мы нацеливаем эту статью на людей, только начинающих вникать во все тонкости «жизни» компьютера в сети. Однако и подготовленные пользователи смогут найти для себя не мало интересного.
Несмотря на наличие русской версии Windows XP, мы решили, что все примеры, приведенные в статье, будут для англоязычной версии Windows XP. Это значительно упростит создание сети для неопытных пользователей, использующих англоязычную версию.
Немного истории
Для того, что бы лучше понять превосходство сетевых решений в Windows XP давайте совершим краткий экскурс в историю развития операционных систем Windows. Для некоторых из Вас это отступление может быть раздражающим, однако нам было даже приятно вспомнить, чему мы радовались еще несколько лет назад. Давайте начнем с Windows 3.1.
Операционная система Windows 3.1 имела очень ограниченный инструментарий для организации даже самой простой сети и требовала использование программного обеспечения сторонних разработчиков. Возможно для операционной системы, выпущенной 10-12 лет назад, это было нормально. Специально для рабочих групп Microsoft выпустила Windows 3.11 for Workgroups, которая имела только протокол совместного использования файлов. Позднее в августе 1995 года была выпущена операционная система Windows 95. Несмотря на свою “глючность”, эта операционная система имела более продвинутые сетевые средства, однако по современным меркам все было очень сложно и недостаточно для требований современного пользователя. Через год была выпущена операционная система Windows NT 4.0, с дополнительными патчами и сервис паками. Windows NT 4.0 использовала интерфейс и принципы Windows 95. Главным отличием являлись наличие расширенных особенностей защиты, лучшие средства многозадачности, администрирование пользователей и больший упор на сетевую организацию для бизнес пользователей. Однако реализация сетевых особенностей оказалась еще сложнее, и недоступной для неподготовленного пользователя.
Через 2-3 года после Windows 95 были выпущены операционные системы Windows 98 и Millennium. Windows 98, за исключением NT, была первой настоящей 32-bit версией Windows с полностью 32-bit кодом. В то время как Windows 98 имела некоторые усовершенствование сетевого инструментария и возможностей, они все еще были похожи на Windows 95. Дополнительно Microsoft выпустила “Special Edition” Windows 98, известную как Windows 98 SE, в которой исправлены ошибки в сетевых протоколах. В феврале 2000 Microsoft выпустила Windows 2000. Эта система основана на ядре Windows NT и поэтому ее иногда называют Windows NT 5.0. Windows 2000 имеет очень продвинутые сетевые возможности, однако их реализация пока не проста, и напоминает Windows NT.
И наконец, сегодня мы стали свидетелями выпуска и развития операционной системы Windows XP. Обе версии (Professional и Home) являются очень красивым сочетанием сетевых возможностей NT, 2000 и простого и понятного пользовательского интерфейса.
Теперь, когда мы вспомнили, как развивались сетевые возможности операционной системы Windows, давайте переходить к нашей главной теме.
Физическая установка сети
Для упрощения, предположим, что мы используем в сети три компьютера – два “клиентских компьютера” и один «сервера». Для организации, даже такой маленькой сети нам понадобятся сетевые карты, которые устанавливаются в каждый компьютер, свич или хаб, а так же специальный сетевой кабель, называемый витая пара.
Выбор сетевой карты
В прошлом сетевая карта представляла собой отдельную ISA (для тех, кто не знает это такой старый стандарт слота расширения) или PCI плату. Причем их цена превышала 100$, что несколько ограничивало развития сетей в небольших организациях. Сегодня сетевая карта стала настолько доступной, что частенько ее интегрируют на системную плату. В случае, если Ваша плата не имеет интегрированного сетевого контроллера, то Вам придется воспользоваться внешней PCI платой. Карта должна соответствовать стандарту Realtek 10/100. Она стоит около 10$. Более дорогие карточки имеют множество дополнительных функций, обеспечивающих большую стабильность при передаче данных. Ниже на фотографии показан внешний вид типичной сетевой карты.
При выборе сетевой карты, необходимо обратить внимание на максимальную поддерживаемую скорость передачи 10/100. Это означает, что карта может передавать данные на скорости 10mbps и 100mbps в зависимости от сетевой архитектуры. Дополнительно необходимо, что бы карточка имела разъем RJ-45 (современный стандарт CAT5), поддерживающий скорость передачи 100mbps и обратно совместимый с 10mbps стандартом (именно такой разъем показан на фотографии). Самый последний стандарт “CAT6”, (пока находится в разработке) будет поддерживать скорости от 300mbps до 1gbps. Это означает, что Вы сможете копировать файлы в сети со скоростью 125 мегабайт в секунду. Это быстрее скорости современных жестких дисков. CAT5-E или категория 5 UTP Enhanced так же обратно совместима с 10, 100 и 1000Mbit Ethernet. Использование RJ-45 предпочтительнее, чем RJ-58, или больше известные как BNC. Этот разъем предназначен для подключения на более низких скоростях (ограничена 10mbps) коаксиальным кабелем.
Хаб против свича
Для управления всеми транзакциями (передача блоков информации) в сети используется устройство называемой хаб или свич. В чем отличие между этими двумя устройствами?. Во время передачи пакета данных хаб отправляет их сразу на все компьютеры, что значительно уменьшает пропускную способность канала. Свич, имеет встроенную память, в которой храниться информация о том, к какому порту подключен какой компьютер. Поэтому во время передачи пакета, он отправляется на определенный порт. Кроме того, свич позволяет использовать в сети контроллеры с разной скоростью передачи, при этом общая пропускная способность не будет опускаться до уровня контроллера с минимальной скоростью. Учитывая незначительное ценовое отличие мы настоятельно рекомендуем приобрести именно свич. На сегодняшний день впускаются свичи с 5, 8, 16, 24 или 32 портами. Цена устройства напрямую зависит от количества портов.
802.11a и 802.11b
Говоря об организации сети мы считаем необходимым затронуть вопрос беспроводных сетей, т.е. передающих информацию по радиоканалу. Такие сети становятся все популярнее, т.к. позволяют сделать размещение компьютеров более гибким, а пользователям использующим карманные компьютеры или ноутбуки, получить доступ к сети в любой точке офиса и даже за пределами. На сегодняшний день существует два стандарта 802.11a и 802.11b. Для реализации такого подключения необходимо использовать специальные хабы и сетевые карточки.
Как выбрать свич?
В принципе, любой. Например, мы используем 8-портовый свич от CNET, но другие брэнды, такие как Kingmax, Netgear, Dlink, 3COM так же имеют очень хорошее качество. В общем, в этом вопросе можно довериться компании, которая будет проводить у Вас сеть. Они обычно ставят то, что хорошо работает.
Рекомендации по конфигурированию сервера
Если Ваш сервер не планируется использовать для игр, нет необходимости использовать самый последний процессор Pentium 4 или Athlon XP с большим объемом оперативной памяти и емким жестким диском, а так же с самой последней графической картой GeForce 4. Главное, чего необходимо добиться, это стабильной круглосуточной работой. Так. Как сервер будет использовать Windows XP, он должен быть оснащен минимум 128MB RAM.
В идеале, Вы можете использовать процессор Pentium 2, III или Athlon 500MHz, при этом система будет достаточно хорошо работать в нашей среде.
Конфигурация сети в Windows XP
Установить сетевые параметры в Windows XP Вы можете несколькими способами. Во-первых, вручную. Этот метода предпочтительнее, т.к. позволяет контролировать все настройки. Во-вторых, для тех, кто ничего не понимает в сетевых терминах Microsoft включила мастер установки сети (Network Setup Wizard). Для запуска мастера, необходимо войти в “My Network Places” и нажать на “set up a home or small office network”. Нажмите Next, на втором экране будут описаны некоторые рекомендации по правильной установке. Фактически здесь Вы найдете полное руководство к действию. Нажимаем Next. Теперь для всех клиентских компьютеров Вы должны выбрать вторую опцию (The computer connects to the Internet through another computer on my network or through a residential gateway) и нажмите Next. На следующем экране Вы можете ввести или изменить имя компьютера. Теперь переходим к следующему окну, где мы сможем изменить название рабочей группе. Следующий экран резюмирует сделанные изменения и применяет их. На следующем экране Вам будет предложено создать диск установки сети. Так как мы делаем меленькую домашнюю сеть этот диск можно не создавать. Просто нажмите «Wizard and then Finish».
Мы просим извинить нас за нескончаемые переходы к следующему экрану, однако по другому описать действия мастера невозможно. В дальнейшем мы будем использовать первый, ручной режим.
[pagebreak]
Мастер сетевой идентификации
Теперь необходимо установить имя Вашего компьютера в рабочей группе, к которой он принадлежит. Для этого нажмите Start -> Settings -> Control Panel -> System -> и выберите закладку Computer Name. Сначала нажмите “Network ID”, что позволит активизировать мастер сетевой идентификации (Network Identification Wizard). На первом экране просто нажмите Next. На следующем экране нужно выбрать первую опцию (This computer is part of a business network, and I use it to connect to other computers at work), на следующем экране выберете вторую опцию (My company uses a network without a domain), Это приведет Вас к экрану показанном ниже...
Здесь Вы должны установить название рабочей группы. Эти действия Вы должны повторить на всех компьютерах Вашей сети.
Обращаем Ваше внимание, что некоторые broadband провайдеры используют свою собственную рабочую группу. В этом случае они должны Вас проинструктировать об использовании имени рабочей группы.
IP адресация
Прежде всего вы должны идентифицировать каждый компьютер в сети. Для этого служит так называемая IP (Internet Protocol) адресация. IP адрес – это уникальный номер Вашего компьютера в Вашей сети. IP адрес может быть “статическим” или “динамическим”. В своей внутренней сети Вы можете использовать IP адреса класса C, т.е. в диапазоне 192.168.0.1 до 192.168.0.254. Другими словами в одной рабочей группе может работать до 254 компьютеров. Обычно серверу назначают адрес 192.168.0.1. Когда Вы активизируете совместный доступ к сети (Internet Connection Sharing) по умолчанию Вашему серверу будет автоматически назначен этот адрес.
Конфигурация сервера
Примечание: Под XP и Windows NT для установки сетевых параметров Вы должны войти с правами администратора. OK – установив на все компьютеры сетевые карты, Вам необходимо назначить каждому компьютеру IP адрес. Для этого нажмите Start -> Settings -> Network Connections. Теперь кликните правой кнопкой мышки на “Local Area Connection” и выберите меню Properties. Затем укажите на протокол TCP/IP и нажмите Properties. Перед Вами откроется окно, позволяющее установить все необходимые сетевые параметры...
На скриншоте выше мы показываем настройку IP адреса для сервера. Пока этого достаточно. Ниже мы покажем, как конфигурировать клиентские компьютеры. Для того, что бы Вы лучше понять, как работает сервер в сети, мы приводим примерную схему подключения компьютеров рабочей группы к Интернет, через один компьютер.
Конфигурирование клиентских машин
Выше на скриншоте мы видим, что одному из клиентских компьютеров установлен IP адрес 192.168.0.5. Маска подсети устанавливается автоматически, по этому поводу Вам волноваться не стоит. Обратите внимание, что IP адрес должен быть уникальным, и не может повторяться внутри одной сети. В случае повторного использования IP адреса, Windows сообщит о возникновении проблемы с повторяющимся IP адресом. Ниже на рисунке, показано, что такое клиентский компьютер и его роль в сети.
Совместное использование Интернет
Как мы сказали в начале статьи, современная сеть должна решать три основные задачи: Совместный доступ к Интернет, совместное использование принтера и совместное использование файлов и папок. В принципе, все три задачи уже, так или иначе, решены в некоторых предыдущих версиях Windows. Однако в Windows XP они решены лучше и проще. Итак, в первую очередь давайте рассмотрим реализацию совместного доступа в Интернет. В нашем примере настройки клиентского компьютера мы устанавливаем обращение к серверу с IP адресом 192.168.0.1. Этот адрес указан как адрес шлюза, т.е. компьютера, через который все остальные будут обращаться в Интернет. Тот же адрес мы указываем в качестве первичного DNS (DNS – это сервис который позволяет по символьному имени узла, определить его физический IP адрес). Теперь, зайдите нажмите OK, что вернет Вас в первоначальное меню свойств сетевого соединения. Здесь откройте закладку Advanced и проверьте опцию Internet Connection Firewall. На клиентских машинах эта опция должна быть отключена.
Включение совместного доступа к Интернет
После завершения настройки всех клиентских машин, Вам необходимо активизировать доступ в Интернет на серверной машине. Для этого нужно войти в меню сетевых соединений (Start -> Settings -> Network Connections), выбрать иконку, через которую подключаетесь к провайдеру (по модему или быстрому каналу). В меню свойств учетной записи необходимо выбрать закладку Advanced, где Вы найдете все опции, необходимые для организации совместного доступа …
В первую очередь обратите внимание на включение Internet Connection Firewall для Internet соединения. Firewall – это система защиты, которая работает как защитный щит между внутренней сетью и внешним миром. Internet Connection Firewall (ICF) – это программный продукт, который используется для установки ограничений передачи информации от и к вашей рабочее группе. Мы рекомендуем разрешить эту опцию. В то время как мощность такого программного «щита» не может сравниваться с подобными аппаратными межсетевыми экранами, это сможет в некоторой степени защитить Ваши данные от различных сетевых неприятностей. Теперь обратите внимание на включении опции “Allow other network users to connect through this computer’s Internet connection”, которая позволит другим пользователям входить в Интернет через сервер. Если Вы хотите управлять различными установками учетных записей Интернет с других, клиентских компьютеров, включите опцию “Allow other network users to control or disable the shared Internet connection”. И последняя опция - “Establish a dial-up connection whenever a computer on my network attempts to access the Internet”. Ее включение позволит серверу в случае получения запроса к Интернет с любого клиентского компьютера автоматически установить соединение. Теперь нажмите OK для применения всех сделанных изменений. В принципе, Windows XP не требует перезагрузки при изменении сетевых настроек, однако мы настоятельно рекомендуем это сделать не только на сервере, но и на всех клиентских компьютерах. Теперь, Вы можете попробовать войти в Интернет с любого компьютера в Вашей сети, причем в случае с Windows XP Вы можете спокойно, без необходимости делать дополнительные настройки, использовать программы, подобные ICQ.
В случае если доступа к сети нет, попробуйте сначала проветрить правильность подключения всех кабелей, и включение концентратора или свича. Если все сделано правильно то при подключении сетевого кабеля к Вашей сетевой карте, на экране в tray области (рядом с часами, появиться сообщение о подключении сетевого кабеля на скорости 100 или 10Mb). В случае если этого не происходит, необходимо проверить включение опции отображения индикатора в сетевых настройках и проверить правильность и целостность кабеля. Далее попробуйте в окне DOS набрать команду ping 192.168.0.1, которая проверит соединение с серверной машиной. Если пинг не прошел, необходимо проверить работоспособность и настройку сетевых карт и свича. Кроме того, одной из причин имеющихся проблем может быть установка Windows XP поверх другой операционной системы имеющей настроенную сеть, либо компьютер использовал собственное подключение к Интернет. После неоднократной установки различных, предлагаемых на рынке, версий и вариаций Windows XP, мы пришли к выводу, что для полной работоспособности необходимо устанавливать новую ОС на чистый диск, или раздел.
Статус Интернет соединения
Теперь необходимо коснуться вопроса контроля состояние подключения к Интернет. Особенно это касается случая использования операционных систем отличных от Windows XP. Для доступа к этой опции нажмите Start -> Network Connections. Как Вы можете видеть Windows XP достаточно подробно показывает параметры соединения, такие как скорость соединения и трафик на Вашей клиентской машине. Кроме того, здесь Вы можете отключить Интернет соединение.
Совместное использование принтера
Теперь, когда Вы установили ICS, пришло время настроить принтер для совместного использования в рабочей группе. Эта возможность очень полезна для небольших компаний или отделов. Установив совместный доступ к одному или нескольким принтерам, Вы сможете значительно сэкономить не только на принтерах, но и на времени. Если на Вашем сервере еще не установлен принтер, сделать это можно с помощью меню Printers and Faxes, открыть которое можно так: Start -> Settings -> Printers and Faxes. Как только принтер будет установлен, кликните по его иконке правой клавишей мышки и выберете пункт Sharing...
В открывшемся окне просто нажмите “Share this printer” и наберите имя, под которым принтер будет виден в сети.
Совместное использование и доступ к файлам
И наконец, мы переходим к последнему наиболее частому использованию сети – совместному использования файлов и папок. Эта особенность позволит создавать в компании библиотеку документов, шаблонов и т.д. Открывать и ограничивать доступ к документам различных сотрудников. В общем, полностью организовать документооборот в компании. Честно сказать, с полным документооборотом мы преувеличили. На самом деле для этого необходимо использовать специальные продукты, способные индексировать и архивировать документы, осуществлять быстрый поиск и т.д. Однако Windows XP частично позволяет решить эти задачи, и позволяет сэкономить на приобретении программ третьи разработчиков.
Для того, что бы разрешить сетевой доступ к файлам и папкам нужно в My Computer выбрать диск, к которому нужно открыть доступ, и правой кнопкой войти в свойства диска, где выберите закладку Sharing как показано ниже...
В целом здесь все понятно, однако необходимо обратить внимание, на то, что в случае включения опции “Allow network users to change my files” Вы даете им полный доступ к своим файлам, т.е. не только редактирование, но и удаление. В случае совместной работы с Windows 2000 и NT с точки зрения защиты Вы можете отключить простой режим совместного использования файлов через меню View->Folder Options->[X]Use Simple File Sharing.
Добавление сетевых дисков
Для упрощения доступа к часто используемым сетевым дискам, ВЫ можете добавить их в свое окно My Computer и использовать как обычный диск на Вашем компьютере. Для этого Вам необходимо правой кнопкой мышки кликнуть на сетевое окружение, и в открывшемся контекстном меню выбрать “Map Network Drive...” .
Здесь выберите букву для нового диска, и укажите путь к нему. Если Вы не знаете точного пути, то можете воспользоваться кнопкой “Brouse…”.
Заключение
Конечно же эта статья не может претендовать на звание энциклопедии сетевых возможностей Windows, однако она позволила решить две важные задачи. Те кто достаточно хорошо разбирается в сетях, наверное смогли найти для себя некоторые дополнительные особенности, которые было просто лень искать самостоятельно без особой надобности. Те, кто вообще не разбирается в сетях, смогли понять, что для реализации достаточно эффективной сети вполне достаточно использовать Windows XP.
Однако, для реализации сети в Вашем офисе мы настоятельно рекомендуем обратиться к специалистам. Поверьте нашему опыту, что как только «технический специалист» Вашей компании начинает делать сеть, это становиться в непрекращающийся ремонт в квартире. Постоянно, что-то доделывается, возникают различные «подводные камни» и т.д. Лучше всего обратиться к сетевым специалистам. Причем совсем необязательно обращаться к большим сетевым интеграторам, привыкшим работать в масштабе большого предприятия, использующего несколько сотен компьютеров с различными серверами. Вполне достаточно обратиться к компаниям, имеющим опыт создания небольших сетей, имеющих монтажников, программистов, настройщиков и, что самое главное, службу сервиса. Такая группа специалистов кроме установки сети, подключения к Интернет, сможет решить проблему с установками сетевых версий программ (например, бухгалтерских, дизайнерских, инженерных продуктов). В конце концов, каждый должен заниматься своим делом.
Технология стека TCP/IP сложилась в основном в конце 1970-х годов и с тех пор основные принципы работы базовых протоколов, таких как IP, TCP, UDP и ICMP, практически не изменились. Однако, сам компьютерный мир за эти годы значительно изменился, поэтому долго назревавшие усовершенствования в технологии стека TCP/IP сейчас стали необходимостью.
Основными обстоятельствами, из-за которых требуется модификация базовых протоколов стека TCP/IP, являются следующие.
* Повышение производительности компьютеров и коммуникационного оборудования. За время существования стека производительность компьютеров возросла на два порядка, объемы оперативной памяти выросли более чем в 30 раз, пропускная способность магистрали Internet в Соединенных Штатах выросла в 800 раз.
* Появление новых приложений. Коммерческий бум вокруг Internet и использование ее технологий при создании intranet привели к появлению в сетях TCP/IP, ранее использовавшихся в основном в научных целях, большого количества приложений нового типа, работающих с мультимедийной информацией. Эти приложения чувствительны к задержкам передачи пакетов, так как такие задержки приводят к искажению передаваемых в реальном времени речевых сообщений и видеоизображений. Особенностью мультимедийных приложений является также передача очень больших объемов информации. Некоторые технологии вычислительных сетей, например, frame relay и ATM, уже имеют в своем арсенале механизмы для резервирования полосы пропускания для определенных приложений. Однако эти технологии еще не скоро вытеснят традиционные технологии локальных сетей, не поддерживающие мультимедийные приложения (например, Ethernet). Следовательно, необходимо компенсировать такой недостаток средствами сетевого уровня, то есть средствами протокола IP.
* Бурное расширение сети Internet. В начале 90-х годов сеть Internet расширялась очень быстро, новый узел появлялся в ней каждые 30 секунд, но 95-й год стал переломным - перспективы коммерческого использования Internet стали отчетливыми и сделали ее развитие просто бурным. Первым следствием такого развития стало почти полное истощение адресного пространства Internet, определяемого полем адреса IP в четыре байта.
* Новые стратегии администрирования. Расширение Internet связано с его проникновением в новые страны и новые отрасли промышленности. При этом в сети появляются новые органы администрирования, которые начинают использовать новые методы администрирования. Эти методы требуют появления новых средств в базовых протоколах стека TCP/IP.
Сообщество Internet уже несколько лет работает над разработкой новой спецификации для базового протокола стека - протокола IP. Выработано уже достаточно много предложений, от простых, предусматривающих только расширения адресного пространства IP, до очень сложных, приводящих к существенному увеличению стоимости реализации IP в высокопроизводительных (и так недешевых) маршрутизаторах.
Основным предложением по модернизации протокола IP является предложение, разработанное группой IETF. Сейчас принято называть ее предложение версией 6 - IPv6, а все остальные предложения группируются под названием IP Next Generation, IPng.
В предложении IETF протокол IPv6 оставляет основные принципы IPv4 неизменными. К ним относятся дейтаграммный метод работы, фрагментация пакетов, разрешение отправителю задавать максимальное число хопов для своих пакетов. Однако, в деталях реализации протокола IPv6 имеются существенные отличия от IPv4. Эти отличия коротко можно описать следующим образом.
* Использование более длинных адресов. Новый размер адреса - наиболее заметное отличие IPv6 от IPv4. Версия 6 использует 128-битные адреса.
* Гибкий формат заголовка. Вместо заголовка с фиксированными полями фиксированного размера (за исключением поля Резерв), IPv6 использует базовый заголовок фиксированного формата плюс набор необязательных заголовков различного формата.
* Поддержка резервирования пропускной способности. В IPv6 механизм резервирования пропускной способности заменяет механизм классов сервиса версии IPv4.
* Поддержка расширяемости протокола. Это одно из наиболее значительных изменений в подходе к построению протокола - от полностью детализированного описания протокола к протоколу, который разрешает поддержку дополнительных функций.
Адресация в IPv6
Адреса назначения и источника в IPv6 имеют длину 128 бит или 16 байт. Версия 6 обобщает специальные типы адресов версии 4 в следующих типах адресов:
* Unicast - индивидуальный адрес. Определяет отдельный узел - компьютер или порт маршрутизатора. Пакет должен быть доставлен узлу по кратчайшему маршруту.
* Cluster - адрес кластера. Обозначает группу узлов, которые имеют общий адресный префикс (например, присоединенных к одной физической сети). Пакет должен быть маршрутизирован группе узлов по кратчайшему пути, а затем доставлен только одному из членов группы (например, ближайшему узлу).
* Multicast - адрес набора узлов, возможно в различных физических сетях. Копии пакета должны быть доставлены каждому узлу набора, используя аппаратные возможности групповой или широковещательной доставки, если это возможно.
Как и в версии IPv4, адреса в версии IPv6 делятся на классы, в зависимости от значения нескольких старших бит адреса.
Большая часть классов зарезервирована для будущего применения. Наиболее интересным для практического использования является класс, предназначенный для провайдеров услуг Internet, названный Provider-Assigned Unicast.
Каждому провайдеру услуг Internet назначается уникальный идентификатор, которым помечаются все поддерживаемые им сети. Далее провайдер назначает своим абонентам уникальные идентификаторы, и использует оба идентификатора при назначении блока адресов абонента. Абонент сам назначает уникальные идентификаторы своим подсетям и узлам этих сетей.
Абонент может использовать технику подсетей, применяемую в версии IPv4, для дальнейшего деления поля идентификатора подсети на более мелкие поля.
Описанная схема приближает схему адресации IPv6 к схемам, используемым в территориальных сетях, таких как телефонные сети или сети Х.25. Иерархия адресных полей позволит магистральным маршрутизаторам работать только со старшими частями адреса, оставляя обработку менее значимых полей маршрутизаторам абонентов.
Под поле идентификатора узла требуется выделения не менее 6 байт, для того чтобы можно было использовать в IP-адресах МАС-адреса локальных сетей непосредственно.
Для обеспечения совместимости со схемой адресации версии IPv4, в версии IPv6 имеется класс адресов, имеющих 0000 0000 в старших битах адреса. Младшие 4 байта адреса этого класса должны содержать адрес IPv4. Маршрутизаторы, поддерживающие обе версии адресов, должны обеспечивать трансляцию при передаче пакета из сети, поддерживающей адресацию IPv4, в сеть, поддерживающую адресацию IPv6, и наоборот.
Протокол обмена управляющими сообщениями ICMP (Internet Control Message Protocol) позволяет маршрутизатору сообщить конечному узлу об ошибках, с которыми машрутизатор столкнулся при передаче какого-либо IP-пакета от данного конечного узла.
Управляющие сообщения ICMP не могут направляться промежуточному маршрутизатору, который участвовал в передаче пакета, с которым возникли проблемы, так как для такой посылки нет адресной информации - пакет несет в себе только адрес источника и адрес назначения, не фиксируя адреса промежуточных маршрутизаторов.
Протокол ICMP - это протокол сообщения об ошибках, а не протокол коррекции ошибок. Конечный узел может предпринять некоторые действия для того, чтобы ошибка больше не возникала, но эти действия протоколом ICMP не регламентируются.
Каждое сообщение протокола ICMP передается по сети внутри пакета IP. Пакеты IP с сообщениями ICMP маршрутизируются точно так же, как и любые другие пакеты, без приоритетов, поэтому они также могут теряться. Кроме того, в загруженной сети они могут вызывать дополнительную загрузку маршрутизаторов. Для того, чтобы не вызывать лавины сообщения об ошибках, потери пакетов IP, переносящие сообщения ICMP об ошибках, не могут порождать новые сообщения ICMP.
Формат сообщений протокола ICMP
Существует несколько типов сообщений ICMP. Каждый тип сообщения имеет свой формат, при этом все они начинаются с общих трех полей: 8-битного целого числа, обозначающего тип сообщения (TYPE), 8-битного поля кода (CODE), который конкретизирует назначение сообщения, и 16-битного поля контрольной суммы (CHECKSUM). Кроме того, сообщение ICMP всегда содержит заголовок и первые 64 бита данных пакета IP, который вызвал ошибку.
Это делается для того, чтобы узел-отправитель смог более точно проанализировать причину ошибки, так как все протоколы прикладного уровня стека TCP/IP содержат наиболее важную информацию для анализа в первых 64 битах своих сообщений.
Поле типа может иметь следующие значения:
Значение | Тип сообщения
0_________Эхо-ответ (Echo Replay)
3_________Узел назначения недостижим (Destination Unreachable)
4_________Подавление источника (Source Quench)
5_________Перенаправление маршрута (Redirect)
8_________Эхо-запрос (Echo Request)
11________Истечение времени дейтаграммы (Time Exceeded for a Datagram)
12________Проблема с параметром пакета (Parameter Problem on a Datagram)
13________Запрос отметки времени (Timestamp Request)
14________Ответ отметки времени (Timestamp Replay)
17________Запрос маски (Address Mask Request)
18________Ответ маски (Address Mask Replay)
Как видно из используемых типов сообщений, протокол ICMP представляет собой некоторое объединение протоколов, решающих свои узкие задачи.
Эхо-протокол
Протокол ICMP предоставляет сетевым администраторам средства для тестирования достижимости узлов сети. Эти средства представляют собой очень простой эхо-протокол, включающий обмен двумя типами сообщений: эхо-запрос и эхо-ответ. Компьютер или маршрутизатор посылают по интерсети эхо-запрос, в котором указывают IP-адрес узла, достижимость которого нужно проверить. Узел, который получает эхо-запрос, формирует и отправляет эхо-ответ и возвращает сообщение узлу - отправителю запроса.
В запросе могут содержаться некоторые данные, которые должны быть возвращены в ответе. Так как эхо-запрос и эхо-ответ передаются по сети внутри IP-пакетов, то их успешная доставка означает нормальное функционирование всей транспортной системы интерсети.
Во многих операционных системах используется утилита ping, которая предназначена для тестирования достижимости узлов. Эта утилита обычно посылает серию эхо-запросов к тестируемому узлу и предоставляет пользователю статистику об утерянных эхо-ответах и среднем времени реакции сети на запросы.
Сообщения о недостижимости узла назначения
Когда маршрутизатор не может передать или доставить IP-пакет, он отсылает узлу, отправившему этот пакет, сообщение "Узел назначения недостижим" (тип сообщения - 3). Это сообщение содержит в поле кода значение, уточняющее причину, по которой пакет не был доставлен. Причина кодируется следующим образом:
Код - | - Причина
0________Сеть недостижима
1________Узел недостижим
2________Протокол недостижим
3________Порт недостижим
4________Требуется фрагментация, а бит DF установлен
5________Ошибка в маршруте, заданном источником
6________Сеть назначения неизвестна
7________Узел назначения неизвестен
8________Узел-источник изолирован
9________Взаимодействие с сетью назначения административно запрещено
10_______Взаимодействие с узлом назначения административно запрещено
11_______Сеть недостижима для заданного класса сервиса
12_______Узел недостижим для заданного класса сервиса
Маршрутизатор, обнаруживший по какой-либо причине, что он не может передать IP-пакет далее по сети, должен отправить ICMP-сообщение узлу-источнику, и только потом отбросить пакет. Кроме причины ошибки, ICMP-сообщение включает также заголовок недоставленного пакета и его первые 64 бита поля данных.
Узел или сеть назначения могут быть недостижимы из-за временной неработоспособности аппаратуры, из-за того, что отправитель указал неверный адрес назначения, а также из-за того, что маршрутизатор не имеет данных о маршруте к сети назначения.
Недостижимость протокола и порта означают отсутствие реализации какого-либо протокола прикладного уровня в узле назначения или же отсутствие открытого порта протоколов UDP или TCP в узле назначения.
Ошибка фрагментации возникает тогда, когда отправитель послал в сеть пакет с признаком DF, запрещающим фрагментацию, а маршрутизатор столкнулся с необходимостью передачи этого пакета в сеть со значением MTU меньшим, чем размер пакета.
Перенаправление маршрута
Маршрутные таблицы у компьютеров обычно являются статическими, так как конфигурируются администратором сети, а у маршрутизаторов - динамическими, формируемыми автоматически с помощью протоколов обмена маршрутной информации. Поэтому с течением времени при изменении топологии сети маршрутные таблицы компьютеров могут устаревать. Кроме того, эти таблицы обычно содержат минимум информации, например, только адреса нескольких маршрутизаторов.
Для корректировки поведения компьютеров маршрутизатор может использовать сообщение протокола ICMP, называемое "Перенаправление маршрута" (Redirect).
Это сообщение посылается в том случае, когда маршрутизатор видит, что компьютер отправляет пакет некоторой сети назначения нерациональным образом, то есть не тому маршрутизатору локальной сети, от которого начинается более короткий маршрут к сети назначения.
Механизм перенаправления протокола ICMP позволяет компьютерам содержать в конфигурационном файле только IP-адреса его локальных маршрутизаторов. С помощью сообщений о перенаправлении маршрутизаторы будут сообщать компьютеру всю необходимую ему информацию о том, какому маршрутизатору следует отправлять пакеты для той или иной сети назначения. То есть маршрутизаторы передадут компьютеру нужную ему часть их таблиц маршрутизации.
В сообщении "Перенаправление маршрута" маршрутизатор помещает IP-адрес маршрутизатора, которым нужно пользоваться в дальнейшем, и заголовок исходного пакета с первыми 64 битами его поля данных. Из заголовка пакета узел узнает, для какой сети необходимо пользоваться указанным маршрутизатором.
В стеке протоколов TCP/IP протокол TCP (Transmission Control Protocol) работает так же, как и протокол UDP, на транспортном уровне. Он обеспечивает надежную транспортировку данных между прикладными процессами путем установления логического соединения.
Сегменты TCP
Единицей данных протокола TCP является сегмент. Информация, поступающая к протоколу TCP в рамках логического соединения от протоколов более высокого уровня, рассматривается протоколом TCP как неструктурированный поток байт. Поступающие данные буферизуются средствами TCP. Для передачи на сетевой уровень из буфера "вырезается" некоторая непрерывная часть данных, называемая сегментом.
В протоколе TCP предусмотрен случай, когда приложение обращается с запросом о срочной передаче данных (бит PSH в запросе установлен в 1). В этом случае протокол TCP, не ожидая заполнения буфера до уровня размера сегмента, немедленно передает указанные данные в сеть. О таких данных говорят, что они передаются вне потока - out of band.
Не все сегменты, посланные через соединение, будут одного и того же размера, однако оба участника соединения должны договориться о максимальном размере сегмента, который они будут использовать. Этот размер выбирается таким образом, чтобы при упаковке сегмента в IP-пакет он помещался туда целиком, то есть максимальный размер сегмента не должен превосходить максимального размера поля данных IP-пакета. В противном случае пришлось бы выполнять фрагментацию, то есть делить сегмент на несколько частей, для того, чтобы он вместился в IP-пакет.
Аналогичные проблемы решаются и на сетевом уровне. Для того, чтобы избежать фрагментации, должен быть выбран соответствующий максимальный размер IP-пакета. Однако при этом должны быть приняты во внимание максимальные размеры поля данных кадров (MTU) всех протоколов канального уровня, используемых в сети. Максимальный размер сегмента не должен превышать минимальное значение на множестве всех MTU составной сети.
Порты и установление TCP-соединений
В протоколе TCP также, как и в UDP, для связи с прикладными процессами используются порты. Номера портам присваиваются аналогичным образом: имеются стандартные, зарезервированные номера (например, номер 21 закреплен за сервисом FTP, 23 - за telnet), а менее известные приложения пользуются произвольно выбранными локальными номерами.
Однако в протоколе TCP порты используются несколько иным способом. Для организации надежной передачи данных предусматривается установление логического соединения между двумя прикладными процессами. В рамках соединения осуществляется обязательное подтверждение правильности приема для всех переданных сообщений, и при необходимости выполняется повторная передача. Соединение в TCP позволяет вести передачу данных одновременно в обе стороны, то есть полнодуплексную передачу.
Соединение в протоколе TCP идентифицируется парой полных адресов обоих взаимодействующих процессов (оконечных точек). Адрес каждой из оконечных точек включает IP-адрес (номер сети и номер компьютера) и номер порта. Одна оконечная точка может участвовать в нескольких соединениях.
Установление соединения выполняется в следующей последовательности:
* При установлении соединения одна из сторон является инициатором. Она посылает запрос к протоколу TCP на открытие порта для передачи (active open).
* После открытия порта протокол TCP на стороне процесса-инициатора посылает запрос процессу, с которым требуется установить соединение.
* Протокол TCP на приемной стороне открывает порт для приема данных (passive open) и возвращает квитанцию, подтверждающую прием запроса.
* Для того чтобы передача могла вестись в обе стороны, протокол на приемной стороне также открывает порт для передачи (active port) и также передает запрос к противоположной стороне.
* Сторона-инициатор открывает порт для приема и возвращает квитанцию. Соединение считается установленным. Далее происходит обмен данными в рамках данного соединения.
Концепция квитирования
В рамках соединения правильность передачи каждого сегмента должна подтверждаться квитанцией получателя. Квитирование - это один из традиционных методов обеспечения надежной связи. Идея квитирования состоит в следующем.
Для того, чтобы можно было организовать повторную передачу искаженных данных отправитель нумерует отправляемые единицы передаваемых данных (далее для простоты называемые кадрами). Для каждого кадра отправитель ожидает от приемника так называемую положительную квитанцию - служебное сообщение, извещающее о том, что исходный кадр был получен и данные в нем оказались корректными. Время этого ожидания ограничено - при отправке каждого кадра передатчик запускает таймер, и если по его истечению положительная квитанция на получена, то кадр считается утерянным. В некоторых протоколах приемник, в случае получения кадра с искаженными данными должен отправить отрицательную квитанцию - явное указание того, что данный кадр нужно передать повторно.
Существуют два подхода к организации процесса обмена положительными и отрицательными квитанциями: с простоями и с организацией "окна".
Метод с простоями требует, чтобы источник, пославший кадр, ожидал получения квитанции (положительной или отрицательной) от приемника и только после этого посылал следующий кадр (или повторял искаженный). В этом случае производительность обмена данными существенно снижается - хотя передатчик и мог бы послать следующий кадр сразу же после отправки предыдущего, он обязан ждать прихода квитанции. Снижение производительности для этого метода коррекции особенно заметно на низкоскоростных каналах связи, то есть в территориальных сетях.
Во втором методе для повышения коэффициента использования линии источнику разрешается передать некоторое количество кадров в непрерывном режиме, то есть в максимально возможном для источника темпе, без получения на эти кадры ответных квитанций. Количество кадров, которые разрешается передавать таким образом, называется размером окна. Обычно кадры при обмене нумеруются циклически, от 1 до W. При отправке кадра с номером 1 источнику разрешается передать еще W-1 кадров до получения квитанции на кадр 1. Если же за это время квитанция на кадр 1 так и не пришла, то процесс передачи приостанавливается, и по истечению некоторого тайм-аута кадр 1 считается утерянным (или квитанция на него утеряна) и он передается снова.
Если же поток квитанций поступает более-менее регулярно, в пределах допуска в W кадров, то скорость обмена достигает максимально возможной величины для данного канала и принятого протокола.
Этот алгоритм называют алгоритмом скользящего окна. Действительно, при каждом получении квитанции окно перемещается (скользит), захватывая новые данные, которые разрешается передавать без подтверждения.
[pagebreak]
Реализация скользящего окна в протоколе TCP
В протоколе TCP реализована разновидность алгоритма квитирования с использованием окна. Особенность этого алгоритма состоит в том, что, хотя единицей передаваемых данных является сегмент, окно определено на множестве нумерованных байт неструктурированного потока данных, поступающих с верхнего уровня и буферизуемых протоколом TCP.
Квитанция посылается только в случае правильного приема данных, отрицательные квитанции не посылаются. Таким образом, отсутствие квитанции означает либо прием искаженного сегмента, либо потерю сегмента, либо потерю квитанции.
В качестве квитанции получатель сегмента отсылает ответное сообщение (сегмент), в которое помещает число, на единицу превышающее максимальный номер байта в полученном сегменте. Если размер окна равен W, а последняя квитанция содержала значение N, то отправитель может посылать новые сегменты до тех пор, пока в очередной сегмент не попадет байт с номером N+W. Этот сегмент выходит за рамки окна, и передачу в таком случае необходимо приостановить до прихода следующей квитанции.
Выбор тайм-аута
Выбор времени ожидания (тайм-аута) очередной квитанции является важной задачей, результат решения которой влияет на производительность протокола TCP.
Тайм-аут не должен быть слишком коротким, чтобы по возможности исключить избыточные повторные передачи, которые снижают полезную пропускную способность системы. Но он не должен быть и слишком большим, чтобы избежать длительных простоев, связанных с ожиданием несуществующей или "заблудившейся" квитанции.
При выборе величины тайм-аута должны учитываться скорость и надежность физических линий связи, их протяженность и многие другие подобные факторы. В протоколе TCP тайм-аут определяется с помощью достаточно сложного адаптивного алгоритма, идея которого состоит в следующем. При каждой передаче засекается время от момента отправки сегмента до прихода квитанции о его приеме (время оборота).
Получаемые значения времен оборота усредняются с весовыми коэффициентами, возрастающими от предыдущего замера к последующему. Это делается с тем, чтобы усилить влияние последних замеров. В качестве тайм-аута выбирается среднее время оборота, умноженное на некоторый коэффициент. Практика показывает, что значение этого коэффициента должно превышать 2. В сетях с большим разбросом времени оборота при выборе тайм-аута учитывается и дисперсия этой величины.
Реакция на перегрузку сети
Варьируя величину окна, можно повлиять на загрузку сети. Чем больше окно, тем большую порцию неподтвержденных данных можно послать в сеть. Если сеть не справляется с нагрузкой, то возникают очереди в промежуточных узлах-маршрутизаторах и в конечных узлах-компьютерах.
При переполнении приемного буфера конечного узла "перегруженный" протокол TCP, отправляя квитанцию, помещает в нее новый, уменьшенный размер окна. Если он совсем отказывается от приема, то в квитанции указывается окно нулевого размера. Однако даже после этого приложение может послать сообщение на отказавшийся от приема порт. Для этого, сообщение должно сопровождаться пометкой "срочно" (бит URG в запросе установлен в 1). В такой ситуации порт обязан принять сегмент, даже если для этого придется вытеснить из буфера уже находящиеся там данные.
После приема квитанции с нулевым значением окна протокол-отправитель время от времени делает контрольные попытки продолжить обмен данными. Если протокол-приемник уже готов принимать информацию, то в ответ на контрольный запрос он посылает квитанцию с указанием ненулевого размера окна.
Другим проявлением перегрузки сети является переполнение буферов в маршрутизаторах. В таких случаях они могут централизовано изменить размер окна, посылая управляющие сообщения некоторым конечным узлам, что позволяет им дифференцировано управлять интенсивностью потока данных в разных частях сети.
Формат сообщений TCP
Сообщения протокола TCP называются сегментами и состоят из заголовка и блока данных. Заголовок сегмента имеет следующие поля:
* Порт источника (SOURS PORT) занимает 2 байта, идентифицирует процесс-отправитель;
* Порт назначения (DESTINATION PORT) занимает 2 байта, идентифицирует процесс-получатель;
* Последовательный номер (SEQUENCE NUMBER) занимает 4 байта, указывает номер байта, который определяет смещение сегмента относительно потока отправляемых данных;
* Подтвержденный номер (ACKNOWLEDGEMENT NUMBER) занимает 4 байта, содержит максимальный номер байта в полученном сегменте, увеличенный на единицу; именно это значение используется в качестве квитанции;
* Длина заголовка (HLEN) занимает 4 бита, указывает длину заголовка сегмента TCP, измеренную в 32-битовых словах. Длина заголовка не фиксирована и может изменяться в зависимости от значений, устанавливаемых в поле Опции;
* Резерв (RESERVED) занимает 6 битов, поле зарезервировано для последующего использования;
* Кодовые биты (CODE BITS) занимают 6 битов, содержат служебную информацию о типе данного сегмента, задаваемую установкой в единицу соответствующих бит этого поля:
* URG - срочное сообщение;
* ACK - квитанция на принятый сегмент;
* PSH - запрос на отправку сообщения без ожидания заполнения буфера;
* RST - запрос на восстановление соединения;
* SYN - сообщение используемое для синхронизации счетчиков переданных данных при установлении соединения;
* FIN - признак достижения передающей стороной последнего байта в потоке передаваемых данных.
* Окно (WINDOW) занимает 2 байта, содержит объявляемое значение размера окна в байтах;
* Контрольная сумма (CHECKSUM) занимает 2 байта, рассчитывается по сегменту;
* Указатель срочности (URGENT POINTER) занимает 2 байта, используется совместно с кодовым битом URG, указывает на конец данных, которые необходимо срочно принять, несмотря на переполнение буфера;
* Опции (OPTIONS) - это поле имеет переменную длину и может вообще отсутствовать, максимальная величина поля 3 байта; используется для решения вспомогательных задач, например, при выборе максимального размера сегмента;
* Заполнитель (PADDING) может иметь переменную длину, представляет собой фиктивное поле, используемое для доведения размера заголовка до целого числа 32-битовых слов.
Сетевой уровень в первую очередь должен предоставлять средства для решения следующих задач:
* доставки пакетов в сети с произвольной топологией,
* структуризации сети путем надежной локализации трафика,
* согласования различных протоколов канального уровня.
Локализация трафика и изоляция сетей
Трафик в сети складывается случайным образом, однако в нем отражены и некоторые закономерности. Как правило, некоторые пользователи, работающие над общей задачей, (например, сотрудники одного отдела) чаще всего обращаются с запросами либо друг к другу, либо к общему серверу, и только иногда они испытывают необходимость доступа к ресурсам компьютеров другого отдела.
Желательно, чтобы структура сети соответствовала структуре информационных потоков. В зависимости от сетевого трафика компьютеры в сети могут быть разделены на группы (сегменты сети). Компьютеры объединяются в группу, если большая часть порождаемых ими сообщений, адресована компьютерам этой же группы.
Для разделения сети на сегменты используются мосты и коммутаторы. Они экранируют локальный трафик внутри сегмента, не передавая за его пределы никаких кадров, кроме тех, которые адресованы компьютерам, находящимся в других сегментах. Тем самым, сеть распадается на отдельные подсети. Это позволяет более рационально выбирать пропускную способность имеющихся линий связи, учитывая интенсивность трафика внутри каждой группы, а также активность обмена данными между группами.
Однако локализация трафика средствами мостов и коммутаторов имеет существенные ограничения.
С одной стороны, логические сегменты сети, расположенные между мостами, недостаточно изолированы друг от друга, а именно, они не защищены от, так называемых, широковещательных штормов. Если какая-либо станция посылает широковещательное сообщение, то это сообщение передается всем станциям всех логических сегментов сети. Защита от широковещательных штормов в сетях, построенных на основе мостов, имеет количественный, а не качественный характер: администратор просто ограничивает количество широковещательных пакетов, которое разрешается генерировать некоторому узлу.
С другой стороны, использование механизма виртуальных сегментов, реализованного в коммутаторах локальных сетей, приводит к полной локализации трафика - такие сегменты полностью изолированы друг от друга, даже в отношении широковещательных кадров. Поэтому в сетях, построенных только на мостах и коммутаторах, компьютеры, принадлежащие разным виртуальным сегментам, не образуют единой сети.
Приведенные недостатки мостов и коммутаторов связаны с тем, что они работают по протоколам канального уровня, в которых в явном виде не определяется понятие части сети (или подсети, или сегмента), которое можно было бы использовать при структуризации большой сети. Вместо того, чтобы усовершенствовать канальный уровень, разработчики сетевых технологий решили поручить задачу построения составной сети новому уровню - сетевому.
Согласование протоколов канального уровня
Современные вычислительные сети часто строятся с использованием нескольких различных базовых технологий - Ethernet, Token Ring или FDDI. Такая неоднородность возникает либо при объединении уже существовавших ранее сетей, использующих в своих транспортных подсистемах различные протоколы канального уровня, либо при переходе к новым технологиям, таким, как Fast Ethernet или 100VG-AnyLAN.
Именно для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с различными принципами передачи информации между конечными узлами, и служит сетевой уровень. Когда две или более сетей организуют совместную транспортную службу, то такой режим взаимодействия обычно называют межсетевым взаимодействием (internetworking). Для обозначения составной сети в англоязычной литературе часто также используется термин интерсеть (internetwork или internet).
Создание сложной структурированной сети, интегрирующей различные базовые технологии, может осуществляться и средствами канального уровня: для этого могут быть использованы некоторые типы мостов и коммутаторов. Однако возможностью трансляции протоколов канального уровня обладают далеко не все типы мостов и коммутаторов, к тому же возможности эти ограничены. В частности, в объединяемых сетях должны совпадать максимальные размеры полей данных в кадрах, так как канальные протоколы, как правило, не поддерживают функции фрагментации пакетов.
Маршрутизация в сетях с произвольной топологией
Среди протоколов канального уровня некоторые обеспечивают доставку данных в сетях с произвольной топологией, но только между парой соседних узлов (например, протокол PPP), а некоторые - между любыми узлами (например, Ethernet), но при этом сеть должна иметь топологию определенного и весьма простого типа, например, древовидную.
При объединении в сеть нескольких сегментов с помощью мотов или коммутаторов продолжают действовать ограничения на ее топологию: в получившейся сети должны отсутствовать петли. Действительно, мост или его функциональный аналог - коммутатор - могут решать задачу доставки пакета адресату только тогда, когда между отправителем и получателем существует единственный путь. В то же время наличие избыточных связей, которые и образуют петли, часто необходимо для лучшей балансировки нагрузки, а также для повышения надежности сети за счет существования альтернативного маршрута в дополнение к основному.
Сетевой уровень позволяет передавать данные между любыми, произвольно связанными узлами сети.
Реализация протокола сетевого уровня подразумевает наличие в сети специального устройства - маршрутизатора. Маршрутизаторы объединяют отдельные сети в общую составную сеть. Внутренняя структура каждой сети не показана, так как она не имеет значения при рассмотрении сетевого протокола. К каждому маршрутизатору могут быть присоединены несколько сетей (по крайней мере две).
В сложных составных сетях почти всегда существует несколько альтернативных маршрутов для передачи пакетов между двумя конечными узлами. Задачу выбора маршрутов из нескольких возможных решают маршрутизаторы, а также конечные узлы.
Маршрут - это последовательность маршрутизаторов, которые должен пройти пакет от отправителя до пункта назначения.
Маршрутизатор выбирает маршрут на основании своего представления о текущей конфигурации сети и соответствующего критерия выбора маршрута. Обычно в качестве критерия выступает время прохождения маршрута, которое в локальных сетях совпадает с длиной маршрута, измеряемой в количестве пройденных узлов маршрутизации (в глобальных сетях принимается в расчет и время передачи пакета по каждой линии связи).
[pagebreak]
Сетевой уровень и модель OSI
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.
Физический уровень выполняет передачу битов по физическим каналам, таким, как коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель. На этом уровне определяются характеристики физических сред передачи данных и параметров электрических сигналов.
Канальный уровень обеспечивает передачу кадра данных между любыми узлами в сетях с типовой топологией либо между двумя соседними узлами в сетях с произвольной топологией. В протоколах канального уровня заложена определенная структура связей между компьютерами и способы их адресации. Адреса, используемые на канальном уровне в локальных сетях, часто называют МАС-адресами.
Сетевой уровень обеспечивает доставку данных между любыми двумя узлами в сети с произвольной топологией, при этом он не берет на себя никаких обязательств по надежности передачи данных.
Транспортный уровень обеспечивает передачу данных между любыми узлами сети с требуемым уровнем надежности. Для этого на транспортном уровне имеются средства установления соединения, нумерации, буферизации и упорядочивания пакетов.
Сеансовый уровень предоставляет средства управления диалогом, позволяющие фиксировать, какая из взаимодействующих сторон является активной в настоящий момент, а также предоставляет средства синхронизации в рамках процедуры обмена сообщениями.
Уровень представления. В отличии от нижележащих уровней, которые имеют дело с надежной и эффективной передачей битов от отправителя к получателю, уровень представления имеет дело с внешним представлением данных. На этом уровне могут выполняться различные виды преобразования данных, такие как компрессия и декомпрессия, шифровка и дешифровка данных.
Прикладной уровень - это в сущности набор разнообразных сетевых сервисов, предоставляемых конечным пользователям и приложениям. Примерами таких сервисов являются, например, электронная почта, передача файлов, подключение удаленных терминалов к компьютеру по сети.
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.
Функции сетевого уровня
Протоколы канального уровня не позволяют строить сети с развитой структурой, например, сети, объединяющие несколько сетей предприятия в единую сеть, или высоконадежные сети, в которых существуют избыточные связи между узлами. Для того, чтобы, с одной стороны, сохранить простоту процедур передачи пакетов для типовых топологий, а с другой стороны, допустить использование произвольных топологий, вводится дополнительный сетевой уровень.
Прежде, чем приступить к рассмотрению функций сетевого уровня , уточним, что понимается под термином "сеть". В протоколах сетевого уровня термин "сеть" означает совокупность компьютеров, соединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для передачи пакетов общую базовую сетевую технологию. Внутри сети сегменты не разделяются маршрутизаторами, иначе это была бы не одна сеть, а несколько сетей. Маршрутизатор соединят несколько сетей в интерсеть.
Основная идея введения сетевого уровня состоит в том, чтобы оставить технологии, используемые в объединяемых сетях в неизменном в виде, но добавить в кадры канального уровня дополнительную информацию - заголовок сетевого уровня, на основании которой можно было бы находить адресата в сети с любой базовой технологией. Заголовок пакета сетевого уровня имеет унифицированный формат, не зависящий от форматов кадров канального уровня тех сетей, которые могут входить в объединенную сеть.
Заголовок сетевого уровня должен содержать адрес назначения и другую информацию, необходимую для успешного перехода пакета из сети одного типа в сеть другого типа. К такой информации может относиться, например:
* номер фрагмента пакета, нужный для успешного проведения операций сборки-разборки фрагментов при соединении сетей с разными максимальными размерами кадров канального уровня,
* время жизни пакета, указывающее, как долго он путешествует по интерсети, это время может использоваться для уничтожения "заблудившихся" пакетов,
* информация о наличии и о состоянии связей между сетями, помогающая узлам сети и маршрутизаторам рационально выбирать межсетевые маршруты,
* информация о загруженности сетей, также помогающая согласовать темп посылки пакетов в сеть конечными узлами с реальными возможностями линий связи на пути следования пакетов,
* качество сервиса - критерий выбора маршрута при межсетевых передачах - например, узел-отправитель может потребовать передать пакет с максимальной надежностью, возможно в ущерб времени доставки.
В качестве адресов отправителя и получателя в составной сети используется не МАС-адрес, а пара чисел - номер сети и номер компьютера в данной сети. В канальных протоколах поле "номер сети" обычно отсутствует - предполагается, что все узлы принадлежат одной сети. Явная нумерация сетей позволяет протоколам сетевого уровня составлять точную карту межсетевых связей и выбирать рациональные маршруты при любой их топологии, используя альтернативные маршруты, если они имеются, что не умеют делать мосты.
Таким образом, внутри сети доставка сообщений регулируется канальным уровнем. А вот доставкой пакетов между сетями занимается сетевой уровень.
Существует два подхода к назначению номера узла в заголовке сетевого пакета. Первый основан на использовании для каждого узла нового адреса, отличного от того, который использовался на канальном уровне. Преимуществом такого подхода является его универсальность и гибкость - каков бы ни был формат адреса на канальном уровне, формат адреса узла на сетевом уровне выбирается единым. Однако, здесь имеются и некоторые неудобства, связанные с необходимостью заново нумеровать узлы, причем чаще всего вручную.
Второй подход состоит в использовании на сетевом уровне того же адреса узла, что был дан ему на канальном уровне. Это избавляет администратора от дополнительной работы по присвоению новых адресов, снимает необходимость в установлении соответствия между сетевым и канальным адресом одного и того же узла, но может породить сложную задачу интерпретации адреса узла при соединении сетей с разными форматами адресов.
Протоколы передачи данных и протоколы обмена маршрутной информацией
Для того, чтобы иметь информацию о текущей конфигурации сети, маршрутизаторы обмениваются маршрутной информацией между собой по специальному протоколу. Протоколы этого типа называются протоколами обмена маршрутной информацией (или протоколами маршрутизации). Протоколы обмена маршрутной информацией следует отличать от, собственно, протоколов сетевого уровня. В то время как первые несут чисто служебную информацию, вторые предназначены для передачи пользовательских данных, также, как это делают протоколы канального уровня.
Для того, чтобы доставить удаленному маршрутизатору пакет протокола обмена маршрутной информацией, используется протокол сетевого уровня, так как только он может передать информацию между маршрутизаторами, находящимися в разных сетях. Пакет протокола обмена маршрутной информацией помещается в поле данных пакета сетевого уровня, поэтому с точки зрения вложенности пакетов протоколы маршрутизации следует отнести к более высокому уровню, чем сетевой. Но функционально они решают общую задачу с пакетами сетевого уровня - доставляют кадры адресату через разнородную составную сеть.
С помощью протоколов обмена маршрутной информацией маршрутизаторы составляют карту межсетевых связей той или иной степени подробности и принимают решение о том, какому следующему маршрутизатору нужно передать пакет для образования рационального пути.
На сетевом уровне работают протоколы еще одного типа, которые отвечают за отображение адреса узла, используемого на сетевом уровне, в локальный адрес сети. Такие протоколы часто называют протоколами разрешения адресов - Address Resolution Protocol, ARP. Иногда их относят не к сетевому уровню, а к канальному, хотя тонкости классификации не изменяют их сути.
Задачей протокола транспортного уровня UDP (User Datagram Protocol) является передача данных между прикладными процессами без гарантий доставки, поэтому его пакеты могут быть потеряны, продублированы или прийти не в том порядке, в котором они были отправлены.
Зарезервированные и доступные порты UDP
В то время, как задачей сетевого уровня является передача данных между произвольными узлами сети, задача транспортного уровня заключается в передаче данных между любыми прикладными процессами, выполняющимися на любых узлах сети. Действительно, после того, как пакет средствами протокола IP доставлен в компьютер-получатель, данные необходимо направить конкретному процессу-получателю. Каждый компьютер может выполнять несколько процессов, более того, прикладной процесс тоже может иметь несколько точек входа, выступающих в качестве адреса назначения для пакетов данных.
Пакеты, поступающие на транспортный уровень, организуются операционной системой в виде множества очередей к точкам входа различных прикладных процессов. В терминологии TCP/IP такие системные очереди называются портами. Таким образом, адресом назначения, который используется на транспортном уровне, является идентификатор (номер) порта прикладного сервиса. Номер порта, задаваемый транспортным уровнем, в совокупности с номером сети и номером компьютера, задаваемыми сетевым уровнем, однозначно определяют прикладной процесс в сети.
Локальное присвоение номера порта заключается в том, что разработчик некоторого приложения просто связывает с ним любой доступный, произвольно выбранный числовой идентификатор, обращая внимание на то, чтобы он не входил в число зарезервированных номеров портов. В дальнейшем все удаленные запросы к данному приложению от других приложений должны адресоваться с указанием назначенного ему номера порта.
Мультиплексирование и демультиплексирование прикладных протоколов с помощью протокола UDP
Протокол UDP ведет для каждого порта две очереди: очередь пакетов, поступающих в данный порт из сети, и очередь пакетов, отправляемых данным портом в сеть.
Процедура обслуживания протоколом UDP запросов, поступающих от нескольких различных прикладных сервисов, называется мультиплексированием.
Распределение протоколом UDP поступающих от сетевого уровня пакетов между набором высокоуровневых сервисов, идентифицированных номерами портов, называется демультиплексированием.
Хотя к услугам протокола UDP может обратиться любое приложение, многие из них предпочитают иметь дело с другим, более сложным протоколом транспортного уровня TCP. Дело в том, что протокол UDP выступает простым посредником между сетевым уровнем и прикладными сервисами, и, в отличие от TCP, не берет на себя никаких функций по обеспечению надежности передачи. UDP является дейтаграммным протоколом, то есть он не устанавливает логического соединения, не нумерует и не упорядочивает пакеты данных.
С другой стороны, функциональная простота протокола UDP обуславливает простоту его алгоритма, компактность и высокое быстродействие. Поэтому те приложения, в которых реализован собственный, достаточно надежный, механизм обмена сообщениями, основанный на установлении соединения, предпочитают для непосредственной передачи данных по сети использовать менее надежные, но более быстрые средства транспортировки, в качестве которых по отношению к протоколу TCP и выступает протокол UDP. Протокол UDP может быть использован и в том случае, когда хорошее качество каналов связи обеспечивает достаточный уровень надежности и без применения дополнительных приемов типа установления логического соединения и квитирования передаваемых пакетов.
Формат сообщений UDP
Единица данных протокола UDP называется UDP-пакетом или пользовательской дейтаграммой (user datagram). UDP-пакет состоит из заголовка и поля данных, в котором размещается пакет прикладного уровня. Заголовок имеет простой формат и состоит из четырех двухбайтовых полей:
* UDP source port - номер порта процесса-отправителя,
* UDP destination port - номер порта процесса-получателя,
* UDP message length - длина UDP-пакета в байтах,
* UDP checksum - контрольная сумма UDP-пакета
Не все поля UDP-пакета обязательно должны быть заполнены. Если посылаемая дейтаграмма не предполагает ответа, то на месте адреса отправителя могут помещаться нули. Можно отказаться и от подсчета контрольной суммы, однако следует учесть, что протокол IP подсчитывает контрольную сумму только для заголовка IP-пакета, игнорируя поле данных.
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 Internet, чье подразделение Internet Engineering Task Force (IETF) вносит основной вклад в совершенствование стандартов стека, публикуемых в форме спецификаций RFC.
Если в настоящее время стек TCP/IP распространен в основном в сетях с ОС UNIX, то реализация его в последних версиях сетевых операционных систем для персональных компьютеров (Windows NT 3.5, NetWare 4.1, Windows 95) является хорошей предпосылкой для быстрого роста числа установок стека TCP/IP.
Итак, лидирующая роль стека TCP/IP объясняется следующими его свойствами:
* Это наиболее завершенный стандартный и в то же время популярный стек сетевых протоколов, имеющий многолетнюю историю.
* Почти все большие сети передают основную часть своего трафика с помощью протокола TCP/IP.
* Это метод получения доступа к сети Internet.
* Этот стек служит основой для создания intranet- корпоративной сети, использующей транспортные услуги Internet и гипертекстовую технологию WWW, разработанную в Internet.
* Все современные операционные системы поддерживают стек TCP/IP.
* Это гибкая технология для соединения разнородных систем как на уровне транспортных подсистем, так и на уровне прикладных сервисов.
* Это устойчивая масштабируемая межплатформенная среда для приложений клиент-сервер.
Структура стека TCP/IP. Краткая характеристика протоколов
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.
Протоколы TCP/IP делятся на 4 уровня.
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.
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.
Поиск
