Страница 9 из 133
Если некто решит отправить фотографию своему другу, почтовый клиент добавит к ней заголовок с адресами отправителя и получателя, темой сообщения, датой отправки и так далее и передаст сформированный пакет на уровень ниже. Но протокол, ответственный за передачу данных, не может просто дописать свой заголовок и выпустить этот огромный пакет в сеть. Ведь такими темпами не долго начисто блокировать ее работу! Поэтому один большой пакет дробится на множество мелких, перемешивающихся в процессе путешествия со многими другими. На компьютере получателя полученные фрагменты вновь собираются в исходный пакет, из которого прикладной протокол извлекает содержимое сообщения.
Однако, при обсуждении протоколов TCP/IP технически правильно употреблять термин дейтаграмма, вместо слова пакет. Дейтаграмма представляет собой единицу данных, с которой работают протоколы TCP/IP. А термин пакет принято употреблять при описании физического уровня передачи сообщений. Дейтаграмма упаковывается в пакет, причем не обязательно в один. Так, например, при передаче дейтаграмм по X.25 сетям они помещаются в двух пакетах. Впрочем, это лексическое различие достаточно незначительно и в обиходной речи часто говорят «пакет», подразумевая «дейтаграмма».
Дерево протоколов
Прежде чем продолжать повествование о протоколах, необходимо рассмотреть какие задачи приходится решать при установке соединения.
В первую очередь можно назвать маршрутизацию - выбор маршрута, по которому будет отправлен пакет. Ведь получатель может находиться и на другом континенте (и даже в космосе!), соединенный с отправителем множеством подсетей, часть которых в какой-то конкретный момент времени может оказаться неработоспособной, и тогда придется направлять пакеты «объездным» путем.
Но прежде чем отправить пакет в путешествие, надо убедиться, что его размер не парализует сеть свой обработкой. Разбивку одной дейтаграммы на множество пакетов [44] фиксированного размера называют фрагментацией, а противоположный этому процесс - сборкой.
Очевидно, фрагментация влечет за собой необходимость контроля целостности дейтаграммы (все ли пакеты были доставлены) и наличие механизма запросов для повторной пересылки пакетов.
Вообще же для выявления ошибок и сбора информации о работе сети необходим отдельный специализированный механизм, позволяющий находить и по возможности автоматически устранять нарушения работоспособности узлов сети.
Очень важно обеспечить защищенность соединения, как от случайных ошибок, так и преднамеренных атак. Сюда же можно отнести проблемы разделения одного канала между несколькими одновременно работающими приложениями.
Таким образом, вводится понятие виртуального канала, обеспечивающего прозрачную связь между двумя приложениями, защищенную от влияния всех остальных приложений. Например, пользователь может одновременно проверять почту, кликать баннеры, болтая тем временем, с друзьями по ICQ. При этом одно приложение никак не мешает другим (разве что снижает общую скорость).
Все перечисленные операции можно разбить на несколько групп, каждая из которых будет реализована своим протоколом. Очевидно, при этом одни протоколы должны опираться на другие. Так, например, для поддержки виртуального канала необходимо наличие устойчивой связи между узлами.
Поэтому, протоколы можно объединить в семейства в зависимости от круга решаемых ими задач. Тогда сами семейства окажутся связанными между собой простой иерархической зависимостью.
Ниже всех находится так называемый сетевой уровень. В Internet он реализован двумя протоколами IP (Internet Protocol) и ICMP (Internet Control Message Packet).
Протокол IP берет на себя заботы по маршрутизации, фрагментации и сборке пакетов на компьютере получателя. Фактически IP выполняет всю черновую работу по установлению соединения.
К этому же уровню относиться и ICMP протокол, использующийся для передачи сообщений об ошибках и сборе информации о работе сети. На нем основана работа таких утилит, как Ping и TraceRoute, применяющихся для диагностики сети.
Транспортный уровень реализован поверх сетевого. Это означает, что для своих нужд он использует результаты работы протоколов нижнего уровня. В Internet он реализован в протоколах TCP (Transmission Control Protocol) и UDP (User Datagram Protocol). В задачи транспортных протоколов входит обеспечение надежной и достоверной доставки данных через сеть. Сюда же относятся механизмы установки, поддержания и упорядочивания закрытия каналов соединения; обнаружение и устранения неисправностей передачи.
Однако TCP и UDP протоколы функционируют по-разному. Тогда как TCP создает виртуальный канал связи, гарантируя достоверность и надежность сообщений, UDP работает без установки соединения, и всего лишь проверяет контрольную сумму принимаемых дейтаграмм.
Может показаться, что UDP «плохой» протокол. Частично это так и есть, поэтому в подавляющем большинстве случаев используется надежный виртуальный канал связи, создаваемый TCP.
Однако UDP оказывается заметно шустрее TCP, поскольку не требует накладных расходов на поддержание соединения. Он используется, когда необходимость в дополнительном сервисе транспортного уровня отсутствует, а достоверность передачи не требуется. На нем в частности, реализован протокол обращений к DNS (Domain Name Space). В главе «Атака на DNS сервер» [45] будет показано как использовать этот факт для атаки с целью перехвата трафика.
Наконец, прикладной уровень обеспечивает высокоуровневый интерфейс между сетевыми приложениями. Сюда относится множество протоколов работы с почтой (POP3, SMTP, IMAP), сетевыми новостями (NNTP), файлами (FTP) и так далее.
Конечно, это очень грубая схема, но общение представление о функционировании Internet с ее помощью получить можно. В дальнейшем же каждый протокол будет рассмотрен во всех подробностях.
Что такое порт?
Начинать подробное повествование о протоколах невозможно без упоминания портов. Впрочем, читатель наверняка сталкивался с этим понятием и раньше. К сожалению, распространенные учебники пользователя для Internet только добавляют тумана в этом вопросе.
Физические порты ввода-вывода хорошо известны и интуитивно понятны. Может быть, нечто аналогично есть и в Internet? На самом же деле, с сетевой точки зрения порт - не более чем одно из полей заголовка пакета (в действительности их даже два - порт отправителя и порт получателя).
А нужны они затем, чтобы уточнить с каким именно приложением, из всех, установленных на удаленном компьютере, клиент хочет установить связь. Каждое из приложений «закрепляет» за собой один или несколько портов и получает все приходящее пакеты, в заголовках которых прописаны те же значения. Пакет, который никто не забирает, уничтожается, а отправителю возвращается сообщение об ошибке (в этом случае на жаргоне говорят, что «порт закрыт»).
Такая схема обеспечивает совместную работу множества приложений, так, например, на одном и том же компьютере, имеющим всего один IP адрес, могут быть установлены почтовый сервер, сервер новостей, WEB-сервер, FTP-сервер. И никаких конфликтов и разборок «это чей пакет?» между ними не будет.
Очевидно, что приложение-отправитель и приложение-получатель должны использовать общие соглашения. Можно было придумать множество механизмов, обеспечивающих синхронизацию портов отправителя и получателя, но самым простым оказалось закрепить за каждым протоколом определенные порты, заставив разработчиков программного обеспечения придерживаться этого стандарта.
Прочная ассоциация порт-протокол привела к тому, что эти два термина стали частенько путать. Фраза «свяжись с сервером по сто десятому порту» - подразумевает «свяжись с сервером по протоколу POP3». На самом деле, почтовый сервер может быть настроен и на другой порт, значение которого каким-то образом будет сообщено клиенту.