Семейство протоколов TCP/IP. Структура стека

Министерство общего и  профессионального образования  Российской Федерации

Новосибирский государственный  технический университет

 

 

 

 

 

 

 

«Семейство протоколов TCP/IP. Структура стека»

 

 

 

 

 

Выполнил: гр..

Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

Оглавление 2

Введение 4

1. Список протоколов  стека TCP/IP 6

3. Канальный уровень 9

ARP/RARP 9

ATMP 10

L2F 10

L2TP 10

PPTP 10

4. Сетевой уровень 12

IP 12

DHCP 15

DHCPv6 15

DVMRP 15

ICMP 16

ICMPv6 16

IGMP 16

MARS 16

PIM 16

RIP 17

RIPng для IPv6 17

RSVP 17

AH 17

ESP 17

BGP-4 18

EGP 18

EIGRP 18

GRE 18

HSRP 18

IGRP 19

NARP 19

NHRP 19

OSPF 19

5. Транспортный уровень 20

TCP 20

UDP 22

Mobile IP 22

Van Jacobson 22

XOT 22

MGCP 22

SGCP 22

6. Сеансовый уровень 23

DNS 23

NetBIOS/IP 24

7. Прикладной уровень 25

HTTP 25

FTP 25

TFTP 26

Finger 26

Gopher 26

S-HTTP 26

IMAP4 26

IPDC 26

ISAKMP 27

NTP 27

POP3 27

RADIUS 28

RLOGIN 28

RTSP 28

SMTP 28

SNMP 28

TACACS+ 28

TELNET 28

X-Window 29

Заключение 30

Список литературы 32

 

 

 

Введение

Для начала дадим определение, что  же такое стек TCP/IP.

Стек протоколов TCP/IP (англ. Transmission Control Protocol/Internet Protocol — протокол управления передачей) — набор сетевых протоколов разных уровней модели сетевого взаимодействия DOD^*, используемых в сетях. Протоколы работают друг с другом в стеке(англ. stack, стопка) — это означает, что протокол, располагающийся на уровне выше, работает «поверх» нижнего, используя механизмы инкапсуляции. Например, протокол TCP работает поверх протокола IP.

Стек протоколов TCP/IP основан на модели сетевого взаимодействия DOD и  включает в себя протоколы уровней:

• прикладного (application),
• транспортного (transport),
• сетевого (network),
• канального (data link).
• сеансового (session)

 

Существуют разногласия в том, как вписать модель TCP/IP в модель OSI, поскольку уровни в этих моделях не совпадают. К тому же, модель OSI не использует дополнительный уровень — «Internetworking» — между транспортным и сетевым уровнями. Примером спорного протокола может быть ARP или STP.

В некоторых источниках я находил  информацию о том, что стек реализован в четырех уровнях(без сеансового) и протокол DNS является протоколом прикладного уровня. NetBIOS все же относится к сеансовому уровню, поэтому я решил придерживаться более подробного источника в данном вопросе и описал оба протокола в сеансовом уровне.

Протоколы этих уровней полностью  реализуют функциональные возможности модели OSI. На стеке протоколов TCP/IP построено всё взаимодействие пользователей в IP-сетях. Стек является независимым от физической среды передачи данных.

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечание: Модель DOD (Модель TCP/IP) (англ. Department of Defense — Министерство обороны США) — модель сетевого взаимодействия, разработанная Министерством обороны США, практической реализацией которой является стек протоколов TCP/IP.

 

 

 

Рис. 1 Стек TCP/IP в эталонной  модели OSI

 

1. Список протоколов стека TCP/IP

 

Для начального ознакомления приведём список всех протоколов входящих в  стек. Для удобства классифицируем их по уровням модели OSI. Отдельно я вынес наиболее известные протоколы. Таким образом, сюда входят следующие протоколы:

•  IP/IPv6 - Internet Protocol. (в сетевом уровне)

•  TCP - Transmission Control Protocol. (в транспортном уровне)

•  UDP - User Datagram Protocol.  (в транспортном уровне)

Канальный уровень 

•  ARP/RARP - Address Resolution Protocol/Reverse Address.

Протоколы туннелирования

•  ATMP - Ascend Tunnel Management Protocol.

•  L2F - Layer 2 Forwarding Protocol.

•  L2TP - Layer 2 Tunneling Protocol.

•  PPTP - Point-to-Point Tunneling Protocol.

Сетевой уровень 

•  DHCP/ DHCPv6 - Dynamic Host Configuration Protocol. 

•  DVMRP - Distance Vector Multicast Routing Protocol.

•  ICMP/ICMPv6 - Internet Control Message Protocol.

•  IGMP - Internet Group Management Protocol.

•  MARS - Multicast Address Resolution Server. 

•  PIM - Protocol Independent Mulyicast.

•  RIP - Routing Information Protocol. 

•  RIP2 - Routing Information Protocol II.

•  RIPng for IPv6.

•  RSVP - Resource ReSerVation setup Protocol.

Безопасность 

•  AH - Authentication Header.

•  ESP - Encapsulating Security Payload. 

Маршрутизация

•  BGP-4 - Border Gateway Protocol.

•  EGP - Exterior Gateway Protocol. 

•  EIGRP - Enhanced Interior Gateway Routing Protocol.

•  GRE - Generic Routing Encapsulation.

•  HSRP - Cisco Hot Standby Router Protocol.

•  IGRP - Interior Gateway Routing.

•  NARP - NBMA Address Resolution Protocol

•  NHRP - Next Hop Resolution Protocol.

•  OSPF - Open Shortest Path First.

Транспортный уровень

•  Mobile IP.

•  Van Jacobson - compressed TCP.

•  XOT - X.25 over TCP.

VoIP

•  MGCP - Media Gateway Control Protocol.

•  SGCP - Simple Gateway Control Protocol.

Сеансовый уровень

•  DNS - Domain Name Service.

•  NetBIOS/IP.

Прикладной уровень

•  FTP - File Transfer Protocol.

•  Finger User Information Protocol.

•  TFTP - Trivial File Transfer Protocol.

•  Gopher - Internet Gopher Protocol. IP  487

•  HTTP - Hypertext Transfer Protocol.

•  S-HTTP - Secure Hypertext Transfer Protocol.

•  IMAP4 - Internet Message Access Protocol rev 4.

•  IPDC - IP Device Control.

•  ISAKMP - Internet Message Access Protocol version 4rev1. 

•  NTP - Network Time Protocol.

•  POP3 - Post Office Protocol version 3.

•  Radius.

•  RLOGIN - Remote Login. 

•  RTSP - Real-time Streaming Protocol.

•  SMTP - Simple Mail Transfer Protocol.

•  SNMP - Simple Network Management Protocol.

•  TACACS+ - Terminal Access Controller Access Control System.

•  TELNET.

•  X-Window.   

2. Канальный уровень

ARP/RARP

TCP/IP  использует протоколы ARP (Address Resolution Protocol -  протокол преобразования адресов)  и RARP (Reverse Address Resolution Protocol - протокол обратного преобразования адресов)  для инициализации использования адресов Internet  в сетях Ethernet  и сетях иных типов, использующих метод MAC (media access control) для управления доступом к среде передачи.  Протокол ARP  позволяет хостам обмениваться информацией с другими хостами в тех случаях,  когда известен только IP-адрес ближайшего соседа.  Перед тем,  как использовать IP  хост передает широковещательный запрос ARP, содержащий IP-адрес желаемой системы-получателя.  Структура заголовков ARP/RARP показана на рисунке.

Рис.2 Структура заголовков ARP/RARP

Тип оборудования

Указывает тип интерфейса, для которого отправителю нужен отклик.

Тип протокола

 Задает тип адреса вышележащего  протокола,  который представляет  отправитель. 

HLen

Размер аппаратного адреса.

PLen

Размер протокольного адреса

Операция

Поддерживаются следующие типы операций:

1 запрос ARP.

2  отклик ARP.

3  запрос RARP.

4  отклик RARP.

5  запрос Dynamic RARP.

6  отклик Dynamic RARP.

7  ошибка Dynamic RARP.

8  запрос InARP.

9  отклик InARP.

Аппаратный адрес отправителя

Аппаратный адрес отправителя  размером HLen.

Протокольный адрес отправителя

Протокольный адрес отправителя  размером PLen.

Аппаратный адрес получателя

Аппаратный адрес получателя размером HLen.

Протокольный адрес получателя

Протокольный адрес получателя размером PLen.

ATMP

ATMP (Ascend Tunnel Management Protocol - протокол управления туннелями компании Ascend) представляет собой протокол, используемый в настоящее время компанией Ascend Communications  для организации виртуального присутствия программ доступа по коммутируемым линиям в удаленной сети. Пользователь соединяется по телефонной линии с сервером удаленного доступа в сеть (NAS),  но вместо использования адреса,  непосредственно входящего в сеть,  где установлен сервер NAS,  клиентские программы используют адрес, относящийся к "домашней сети" пользователя. Этот адрес может предоставлять клиентская программа или он выделяется из пула адресов "домашних сетей".  В любом случае этот адрес связывается с "домашней сетью"  и для маршрутизации пакетов от клиента и к нему требуется использовать специальные соглашения.  Для обмена данными используется туннель между сервером NAS  и специальным "домашним агентом" (Home Agent - HA) в "домашней сети.

L2F

Протокол рассылки канального уровня L2F (layer 2 Forwarding Protocol)  позволяет организовать туннелирование канального уровня протоколами вышележащих уровней. Использование таких туннелей позволяет избавиться от связи местоположения изначального сервера dial-up с местом завершения коммутируемого соединения и обеспечения доступа в сеть.

L2TP

Протокол L2TP  используется для интеграции мультипротокольного сервиса по коммутируемым линиям в существующие точки доступа (Point of Presence - POP) сервис-провайдеров Internet. Этот протокол можно использовать и для решения проблемы расщепления групп "multilink  hunt-group".  Протокол Multilink PPP,  часто используемый для объединения каналов ISDN BRI, требует,  чтобы все каналы мультиканального потока попадали на один сервер доступа NAS.  Поскольку протокол L2TP  ведет к появлению сеанса PPP  в месте,  отличающемся от физической точки завершения канала,  этот протокол можно использовать для представления всех каналов на одном сервере NAS,  даже в тех случаях,  когда физические каналы организуются через различные NAS-серверы.

PPTP

Протокол PPTP (Point to Point Tunneling Protocol)  позволяет передавать пакеты PPP  через сети IP.  Протокол использует архитектуру клиент-сервер для разделения функций,  существующих в современных серверах сетевого доступа NAS  и поддержки виртуальных частных сетей VPN (Virtual Private Network). PPTP  включает спецификации протоколов контроля вызовов и управления, позволяющих серверу контролировать доступ по коммутируемым каналам телефонных сетей ТсОП и ISDN  или организовывать исходящие коммутируемые соединения.  Протокол PPTP  использует GRE-подобный (Generic Routing Encapsulation)  механизм для управления сервисом инкапсуляции дейтаграмм по потокам и насыщению при передаче пакетов PPP.

 

3. Сетевой уровень 

IP

 

IP (Internet Protocol) представляет собой протокол уровня маршрутизируемыхдейтаграмм в стеке TCP/IP. Все другие протоколы стека TCP/IP (кроме ARP и RARP)  используют протокол IP  для маршрутизации кадров между хостами. Заголовок кадров IP  содержит маршрутную и управляющую информацию, связанную с доставкой дейтаграмм. Структура заголовков IP показана на рисунке.

Рис. 3 Структура заголовка IP

 

Версия

Поле версии определяет формат заголовка  Internet.

IHL

Internet Header Length - размер заголовка Internet указывает размер заголовка в 32-битовых словах,  задавая смещение данных от начала пакета. Минимальный размер заголовка составляет 5 слов (160 битов).

Тип сервиса

Показывает желаемый уровень качества обслуживания.  Сети могут обеспечивать различный уровень преимуществ при доставке,  играющий важную роль при условиях высокой загрузки сети. Поддерживаются также три опции качества обслуживания -  малая задержка,  высокая надежность и высокая пропускная способность.

Биты 0 - 2 - преимущественная доставка

111 сетевое управление

110  межсетевое управление

101 CRITIC/ECP

100 Flash override

011 Flash

010  немедленная доставка

001 приоритетная доставка

000 Routine (нормальный режим)

Бит 3 - задержка

0  Нормальная

1 Малая

Бит 4 - пропускная способность

0  Нормальная

1 Высокая

Бит 5 - надежность доставки

0  Нормальная

1 Высокая

Биты 6 - 7 - зарезервированы для использования  в будущем

Общий размер

Размер дейтаграммы в байтах с учетом заголовка и данных.  Размер поля позволяет использовать дейтаграммы длиной до 65535  байтов,  хотя такой размер нежелателен для  многих сетей и хостов.  Все  хосты должны быть готовы к приему дейтаграмм размером до 576 байтов, независимо от того как они доставляются -  целиком или фрагментами.  Рекомендуется  передавать дейтаграммы,  размер которых  превышает 576 байтов только в тех  случаях,  когда адресат готов  принять такие дейтаграммы.

Идентификация

Значение идентификатора,  которое  отправитель задает для обеспечения  корректного порядка сборки фрагментов дейтаграммы на приемной стороне.

Флаги

Трехбитовое поле флагов управления:

Бит 0 - зарезервирован и должен иметь  нулевое значение

Бит 1 - возможность фрагментирования

0  Можно фрагментировать IP  491

1 Не фрагментировать

Бит 2 - наличие дополнительных фрагментов

0  Последний фрагмент

1 Есть последующие фрагменты

Смещение фрагмента

13-битовое значение,  задающее  смещение фрагмента от начала  целой дейтаграммы.  Смещение  фрагмента измеряется в 8-байтовых (64  бита) словах. Первый фрагмент  имеет нулевое смещение.

Время жизни

Показывает максимальное время  существования дейтаграммы в  сети Internet. При нулевом значении этого поля дейтаграмма должна быть уничтожена. Время жизни дейтаграмм измеряется в секундах. Однако, поскольку каждый модуль, работающий с дейтаграммой, должен уменьшать значение поля TTL (time-to-life)  по крайней мере на 1  (даже в тех случаях,  когда обработкадейтаграммы занимает меньше секунды),  значение этого поля должно быть не меньше желаемого времени жизни дейтаграммы.  Дейтаграммы с истекшим в процессе доставки временем жизни не попадают к получателю.

Протокол

Указывает протокол следующего уровня,  содержащийся в поле данных дейтаграммы IP.

Контрольная сумма заголовка

Контрольная сумма,  рассчитанная с учетом только полей заголовка  дейтаграммы. Поскольку некоторые  поля заголовка (например, время жизни) могут меняться в процессе доставки,  значение контрольной суммы заново вычисляется и проверяется в  каждой точке обработки заголовков.

Адрес отправителя/ получателя