Иерархия протоколов Интернет

Слово «протокол» в сетевых технологиях имеет смысл, близкий, но не­сколько отличный от значения, такого, как «документ с записью всего происхо­дящего», приводимого в толковом словаре русского языка Ожегова. За ним стоит многозначное понятие, применяемое в разных контекстах, наиболее важным из которых для конечного пользователя является представ­ление о протоколе как о некотором своде четко определенных пра­вил, которые одинаково реализованы в различных системах (прог­раммах, шлюзах, пакетах данных и др.). Благодаря этому в местах взаимо­действия этих систем, например, при инициировании соедине­ния программы–кли­ента с программой–сервером или при попадании передаваемого пакета данных на машину–шлюз, все происходит по заранее определенному сценарию.

Пример. Чтобы пояснить понятие протокола, рассмотрим пример, не имеющий отношения к компьютерным сетям, а именно: обсудим взаимодействие двух предприятии А и Б, связанных между собой деловым сотрудничеством (рис. 10.2.). Между предприятиями существуют много­численные договоренности и соглашения, такие, например, как регулярные поставки продук­ции одного предприятия другому. В соот­ветствии с этой договоренностью начальник отдела продаж одного из предприятий каждый месяц должен посылать сообщение начальнику отдела закупок второго пред­приятия о том, сколько и какого товара они могут поставить в этом ме­сяце. В ответ на это сообщение начальник отдела закупок посылает заявку на требуемое коли­чест­во продукции. (Условленный порядок взаимодействия начальником в данном случае соот­ветствует понятию «протокол уровня начальников».) Начальники посылают свое сообщение и заявки через своих секретарей.

Рис. 10.2. Пример многоуровневого взаимодействия предприятий

После того как сообщения переданы секретарям, начальников не волнует, каким образом эти сообщения будут перемещаться дальше – обычной или электронной почтой, факсом или нарочным. Выбор способа передачи – это уровень компетенции секретарей, они могут решать этот вопрос, не уведомляя об этом своих начальников, так как их протокол взаимодействия связан только с передачей сообщений, посту­пающих сверху, и не касается содержания этих сооб­щений. Отправив письмо, секре­тари считают свою функцию выполненной, разве что в правила работы хорошего секретаря входит еще и проверка получения сообщения адресатом.

При решении других вопросов начальники могут взаимодействовать по другим правилам, но это не повлияет на работу секретарей, для которых не важно, какие сообщения отправлять, а важно, чтобы они дошли адресату. Итак, в данном случае имеем дело с двумя уровнями – на­чальниками и секретарями, и каждый уровень имеет собственный протокол, который может быть изменен независимо от протокола другого уровня. Эта независимость протоколов друг от друга и делает привлекатель­ным многоуровневый подход.

Как и в рассмотренном примере, по мере продвижения пакета данных по сети на каждом этапе его взаимодействия с другими сетевыми эле­ментами отрабатывают протоколы разных уровней (см. ЭМВОС п. 4.2.3). Полную совокуп­ность таких протоколов, необходи­мых для успешного взаимодейст­вия разных элементов в рамках сети данного типа, принято называть семейством или стеком. Интернет работает под семейст­вом протоко­лов ТСР/IР, которое имеет многоуровневую структуру.

Структура протоколов ТСР/IР имеет четыре уровня и приведена на рис. 10.3.

Рис. 10.3. Стек протоколов TCP/IP

Самый нижний (уровень IV) соответствует уровню доступа к сети. В прото­колах ТСР/IР он не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты протоколов физического и канального уровня, такие, как Ethernet, Token Ring, SLIP, PPP и другие (по причинам, которые станут понятны ниже, пока не будем расшифровы­вать эти аббревиатуры). Протоколы данного уровня обеспечи­вают передачу пакетов данных в сети на уровне аппаратных средств.

Следующий уровень (уровень III) – это уровень межсетевого взаимодейст­вия, который обеспечивает передачу пакетов данных из одной подсети в другую. В качестве протокола в стеке используется протокол IP.

Следующий уровень (уровень II) называется основным. На этом уровне функционирует протокол управления передачей TCP, который обеспечивает надежную передачу сообщений между уда­ленными друг от друга различными прикладными программами за счет образования виртуальных соединений между ними.

Все перечисленные выше протоколы с легким сердцем можно от­нести к «уровню секретарей» из примера, описанного выше, и, почув­ствовав себя началь­никами, на время забыть о них. Для конечного пользователя («начальника») наи­более необходима компетентность на самом верхнем уровне (уровень I), или «уровне начальников», который называется на языке стека ТСР/IР прикладным.

За долгие годы использования в сетях различных стран и органи­заций стек ТСР/IР накопил большое количество протоколов и серви­сов прикладного уровня. Предметом нашего детального рассмотре­ния будут следующие четыре:

· протокол копирования файлов FTP (File Transfer Protocol),

· протокол эмуляции терминала telnet,

· протокол Gopher для доступа к ресурсам всемирного пространства Gopher­Space

· и наиболее популярный на данный момент протокол HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) доступа к удаленным гипертекстовым базам данных во всемир­ный паутине WWW (World Wide Web).

Для того чтобы предотвратить путаницу в терминах, связанную с одинако­выми именами протоколов, программ и информационных ресурсов, сделаем не­сколько замечаний.

Так, под термином FTP понимается как сам стандарт протокола, так и про­грамма–клиент на компьютере пользователя, которая иниции­рует соединение с одноименной программой–сервером. По­следняя в свою очередь исполняется на ма­шине–сервере и пребывает в режиме постоянного ожидания запроса от клиента. Кроме того, о самих ресурсах, доступ к которым осуществля­ется по протоколу ftp, принято говорить как об ftp–архивах. Аналогич­ная ситуация характерна и для остальных протоколов.

10.2.3. Модель «клиент–сервер» как основа построения ин­формационных сервисов Интернет

В основу взаимодействия компонентов информационных серви­сов Сети в большинстве случаев положена модель «клиент–сервер». Как правило, в качестве клиента выступает программа, которая уста­новлена на компьютере пользователя, а в качестве сервера – программа, установленная у провайдера. В данном кон­тексте под про­вайдером понимаем организацию или частное лицо, которые ведут (поддерживают) информационные ресурсы.

При этом возможны два варианта организации самой информаци­онной сис­темы, которая обеспечивает доступ к информационному ре­сурсу. Большинство систем Интернет построены по принципу взаимо­действия «каждый с каждым», например система World Wide Web, т.е. каждый пользователь может напрямую взаимодействовать с каждым сервером без посредников. Такой подход позволяет упростить всю тех­нологическую схему построения системы, однако приводит к порож­дению большого трафика в Сети. Альтернативный вариант построения сис­темы, например, системы Usenet, когда пользователь может взаимо­действовать только со «своим» сервером и не может обратиться к про­извольному серверу в Сети. Однако доступ он получает ко всей ин­формации, которая присутствует в данной информационной системе, так как серверы обмениваются ею между со­бой.

В ряде случаев возможен выбор между первым способом реали­зации ин­формационного обслуживания и вторым, например, это воз­можно в службе до­менных имен DNS. Администратор сервера может настроить его для работы через другой сервер или непосредственно с программами–клиентами. Аналогично на­страиваются и специальные серверы–посредники для различных информационных серверов Ин­тернет. Несколько таких схем показано на рис. 10.4.

Рис. 10.4. Различные схемы «Клиент–Сервер» для информационных сервисов Интернет

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