ПРОТОКОЛЫ TCP/IP И МОДЕЛЬ OSI

В истории античных времен названы семь чудес света: еги­петские пирамиды, храм Артемиды в Эфесе, Мавзолей в Галикариасе, статуя Зевса в Олимпе, Колосс Родосский, висячие сады Семирамиды в Вавилоне и Александрийский маяк. Для истории XX века в семерку чудес света наряду с телефоном, радио, компь­ютером, вероятно, должна войти и всемирная сеть Интернет, ба­зирующаяся на наборе протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol).

Протоколы TCP/IP были разработаны почти три десятиле­тия назад по заказу Управления перспективных исследований и разработок Министерства обороны США (ARPA) и внедрены в государственной сети Defense Data Network (DDN), включающей в себя сети ARPANET и MILNET. Первоначальная цель была свя­зана с построением отказоустойчивой коммуникационной сети, которая могла бы функционировать даже при выходе из строя ее большей части, например, из-за ядерных бомбардировок. Широ­кое распространение TCP/IP получили в 1982 году, когда средства их поддержки были включены в ядро операционной системы UNIX 4.2BSD. Это объединение TCP/IP с ОС UNIX сделало протоколы TCP/IP доступными для всех UNIX-сетей. В том же году произошло еще одно важное событие в истории TCP/IP — в упомянутый ком­плект был включен протокол разрешения адреса ARP (Address Resolution Protocol), который ставит Ethernet-адреса в соответствие межсетевым TCP/IP-адресам. Затем протоколы TCP/IP были реа­лизованы на рабочих станциях семейства Sun в сетевых файловых системах NFS (Network File System) для обеспечения межсетевых коммуникаций. Сейчас практически невозможно найти аппаратуру или операционную систему, где в той или иной форме не приме­нялся бы протокол TCP/IP. Но самое главное для набора протоко­лов TCP/IP сегодня — обслуживание Сети сетей — Интернет.

В предыдущей, да и во многих других главах этой книги ав­тор пропагандировал комплект протоколов OSI в качестве стандарта

Протоколы Интернет ________________ 269

в области построения телекоммуникационных сетей. Проис­ходящая буквально на глазах конвергенция сетей связи и компью­терных сетей позволяет предположить дальнейшую экспансию этой модели в область протоколов компьютерных сетей, но сегодня, тем не менее, стандартом де-факто для последних является набор про­токолов TCP/IP.

Как видно из рис. 10.1, протоколы TCP и IP приблизительно соответствуют транспортному и сетевому уровням модели OSI, в связи с чем область применения TCP/IP не ограничена какими-либо конкретными аппаратными платформами. Они могут рабо­тать также над рассмотренным в предыдущей главе протоколом передачи данных в сетях с коммутацией пакетов Х.25, который ох­ватывает три нижних уровня модели OSI.

Рис. 10.1. Соответствие между архитектурами OSI и TCP/IP

Различие между подходом модели OSI и прагматическим под­ходом семейства протоколов TCP/IP связано, в частности, с коли­чеством уровней: пятиуровневая модель TCP/IP и семиуровневая модель OSI.

270 Глава 10______________________________________

В предыдущей главе обсуждались реализованные в OSI прин­ципы, ориентированные на максимальную общность и функцио­нальность, что вносит, естественно, некоторую избыточность. Так, например, протокол Х.25 дублирует ряд функций на каждом уров­не, чтобы обеспечить максимальную независимость уровней друг от друга. Подсчитываются контрольные суммы и устанавливается таймер на ожидание событий и на уровне звена, и на сетевом уров­не, что повышает надежность, однако увеличивает стоимость реа­лизации и снижает эффективность протокола в целом.

Подобная избыточность проявляется также во введении двух следующих уровней семиуровневой модели OSI: сеансового уров­ня и уровня представления данных. Наличие сеансового уровня можно считать целесообразным для телекоммуникационных про­токолов, в которых необходимы процедуры установления сеанса (LOGIN) и завершения этого сеанса. Эти процедуры должны вы­полняться многократно, например, при организации доступа поль­зователей к общесетевым ресурсам. Но для целого ряда приложе­ний функциональная полезность сеансового уровня вызывает со­мнения. Не выглядит абсолютно необходимым и выделение в от­дельный уровень телекоммуникационного протокола функций представления данных. Сжатие, конвертирование, кодирование, форматирование и распознавание структур данных выполняются не только на этом уровне, эти же самые операции выполняются на других уровнях — звена данных и прикладном.

Высказанные критические замечания к архитектуре OSI мож­но уравновесить не менее критическими оценками протоколов TCP/IP, причем не только ради справедливости, но и для техниче­ского анализа. Эта критика отчасти связана с различным функцио­нальным наполнением одноименных уровней в протоколах TCP/IP и в модели OSI, что показано на рис. 10.1. Так, рассматри­ваемая ниже система пересылки файлов FTP представляется гораз­до более тривиальной, чем протокол FTAM, а электронная почта TCP/IP, по мнению автора, выглядит несколько ограниченной на фоне почтового сервиса протокола Х.400, соответствующего мо­дели OSI. Действительно, тезис о том, что наши недостатки явля­ются продолжением наших достоинств, справедлив не только для человеческих характеров.

Особенности обеих архитектур обуславливают актуальность проблемы их совместного функционирования при обеспечении электронного обмена данными и реализации сложных функций

Протоколы Интернет 271

управления телекоммуникационными сетями. Одним из решений проблемы согласования TCP/IP и OSI является метод шлюзов. Не слишком высокое быстродействие этого метода делает его недос­таточно эффективным для сетевых приложений, работающих в реальном времени, но для электронной почты или для пересылки небольших файлов его возможностей вполне достаточно. Доказа­тельством тому служит, в частности, наличие на рынке шлюзов прикладного уровня FTAM — FTP и Х.400 — SMTP. Известны так­же, весьма простой метод двухпротокольного стека и метод, преду­сматривающий использование моста транспортного сервиса (trans­port-service bridge). Такой мост, работая как маршрутизатор, позво­ляет выполнять прикладные программы OSI в TCP/IP-сетях. Он осуществляет маршрутизацию блоков данных протоколов OSI, упаковывая их так, чтобы они эмулировали TCP/IP.

Несколько слов о рассматриваемых в этой главе протоколах Интернет. TCP/IP — это не один протокол, а набор, содержащий более 100 протоколов, каждый из которых нацелен на конкретное приложение в рамках объединенной сети. Данный фактор делает TCP/IP чрезвычайно гибким, поскольку каждый протокол можно использовать независимо от других с разной технологией транс­портировки, но ограничивает возможность вразумительно описать характеристики этих протоколов в одной главе.