Протоколы Интернета

Содержание

Введение

Глава 1. Коммуникация компьютеров в сети Интернет

1.1. Краткая история создания сети Интернет

1.2. Протокол как язык общения компьютеров

Глава 2. Характеристики интернет-протоколов

2.1. Семейство протоколов TCP/IP

2.2. Некоторые другие протоколы

2.3. World Wide Web и протокол HTTP

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Интерне́т — всемирная система объединённых компьютерных сетей, построенная на использовании протокола IP и маршрутизации пакетов данных. Интернет образует глобальное информационное пространство, служит физической основой для Всемирной паутины и множества других систем (протоколов) передачи данных. Часто упоминается как «Всемирная сеть» и «Глобальная сеть».

В настоящее время, когда слово «Интернет» употребляется в обиходе, чаще всего имеется в виду Всемирная паутина и доступная в ней информация, а не сама физическая сеть. К середине 2009 года число пользователей, регулярно использующих Интернет, составило около 1,5 млрд человек (около четверти населения Земли). Вместе с подключенными к нему компьютерами, Интернет служит основой для развития «информационного общества».

Свобода доступа пользователей Интернета к информационным ресурсам не ограничивается государственными границами или национальными доменами, но языковые границы сохраняются. Преобладающим языком Интернета является английский язык. Вторым по популярности является китайский язык, а третьим — испанский. Русский язык занимает 9 место. Язык является одним из часто используемых признаков деления Интернета, наряду с делением по государствам, регионам и доменам первого уровня. Название языковых сфер Интернета даётся по названию используемого языка. Русскоязычная сфера Интернета получила название «Русский Интернет».

Протокол в данном случае — это, образно говоря, «язык», используемый компьютерами для обмена данными при работе в сети. Чтобы различные компьютеры сети могли взаимодействовать, они должны «разговаривать» на одном «языке», то есть использовать один и тот же протокол. Проще говоря, протокол — это правила передачи данных между узлами компьютерной сети. Систему протоколов Интернет называют «стеком протоколов TCP/IP».

В настоящее время в Интернет существует достаточно большое количество сервисов, обеспечивающих работу со всем спектром ресурсов. Наиболее известными среди них являются:

                   электронная почта (E-mail), обеспечивающая возможность обмена сообщениями одного человека с одним или несколькими абонентами;

                   телеконференции, или группы новостей (Usenet), обеспечивающие возможность коллективного обмена сообщениями;

                   сервис FTP — система файловых архивов, обеспечивающая хранение и пересылку файлов различных типов;

                   сервис Telnet, предназначенный для управления удаленными компьютерами в терминальном режиме;

                   World Wide Web (WWW, W3) — гипертекстовая (гипермедиа) система, предназначенная для интеграции различных сетевых ресурсов в единое информационное пространство;

                   сервис DNS, или система доменных имен, обеспечивающий возможность использования для адресации узлов сети мнемонических имен вместо числовых адресов;

                   сервис IRC, предназначенный для поддержки текстового общения в реальном времени (chat);

                   Потоковое мультимедиа.

Перечисленные выше сервисы относятся к стандартным. Это означает, что принципы построения клиентского и серверного программного обеспечения, а также протоколы взаимодействия сформулированы в виде международных стандартов. Следовательно, разработчики программного обеспечения при практической реализации обязаны выдерживать общие технические требования.

В России наиболее известен проект «А́билин» (англ. Abilene Network) — высокоскоростная экспериментальная сеть, созданная и поддерживаемая американским консорциумом «Интернет2» (англ. Internet2). Сам консорциум является некоммерческой организацией и занимается разработкой передовых приложений и сетевых технологий. Его сеть Абилин уже объединяет более 230 американских университетов, научных центров и других учреждений. Особенностью сети Абилин является высокая скорость передачи данных, теоретически она может достигать 10 Гбит/с (OC-192c), реально скорость составляет порядка 6—8 Гбит/с.

Русский писатель, философ и общественный деятель XIX века Владимир Одоевский в незаконченном утопическом романе «4338-й год», написанном в 1837 году, похоже, первым предсказал появление современных блогов и Интернета: в тексте романа есть строки «между знакомыми домами устроены магнетические телеграфы, посредством которых живущие на далёком расстоянии общаются друг с другом».

Актуальность данной темы курсовой работы состоит в том, что дальнейшее совершенствование общедоступной сети Интернет позволит пользователям и компьютерам более эффективно взаимодействовать в процессе создания, классификации и обработки информации.

Цель данной курсовой работы состоит в изучении интернет-протоколов.

В связи с поставленной целью необходимо решить ряд задач:

1. Ознакомиться с историей создания сети Интернет.

2. Изучить назначение различных протоколов.

2. Описать их работу и способы взаимодействия.

Курсовая работа состоит из введения, двух глав, заключения и литературы.
Глава 1. Коммуникация компьютеров в сети Интернет

1.1. Краткая история создания сети Интернет

Частью того, что делает Интернет столь замечательным, является почти повсеместное его использование, а также его размеры и темпы роста объединенного Интернета. DARPA начала работы в направлении разработки межсетевой технологии в середине 70-х, но архитектура и протоколы приняли форму, в которой они известны сейчас, лишь в 1977-1979 годах. В это время DARPA была известна как основное агентство, финансирующее исследования в области сетей с коммутацией пакетов, и внедрила множество новшеств в этой области в хорошо известную ARPANET. ARPANET использовала обычные выделенные линии точка-точка для соединения компьютеров, но DARPA также финансировала использование коммутации пакетов в радиосетях и спутниковых линиях связи. По существу растущее разнообразие аппаратных сетевых технологий вынудило DARPA изучить межсетевое взаимодействие и продвинуться по направлению к объединенной сети.

Доступность результатов исследований, финансировавшихся DARPA, привлекла внимание нескольких исследовательских групп, особенно тех исследователей, кто уже имел опыт использования пакетной коммутации в ARPANET. DARPA собирало неформальные встречи исследователей для обмена идеями и обсуждения результатов экспериментов. С 1979 года в проект TCP/IP включилось так много исследователей, что DARPA образовало неформальный комитет для координации и управления разработкой протоколов и архитектур развивающегося обьединенного Интернета. Названная Группа по Конфигурации и Управлению Интернетом(ICCB), эта группа регулярно собиралась до 1983 года, когда она была реорганизована.

Объединенный Интернет начал существовать с 1980 года, когда DARPA начала устанавливать на машинах, присоединенных к ее исследовательской сети, новый протоколы TCP/IP. ARPANET вскоре после создания стал магистральной сетью нового Интернета и был использован для большинства из ранних экспериментов с TCP/IP. Переход к технологии Интернета был завершен в январе 1983 года, когда секретариат МО США установил, что все компьютеры, присоединенные к глобальным сетям, используют TCP/IP. В это же самое время Оборонное Коммуникационное Агентство(DCA) разделило ARPANET на две отдельные сети, одна для дальнейших исследований и одна для военной связи. За исследовательской сетью осталось имя ARPANET, а военная часть, которая была несколько больше, получила название MILNET.

Для того чтобы заставить исследователей в университетах использовать новые протоколы, DARPA стала продавать их реализацию по низкой цене. В это время большинство университетских факультетов компьютерных наук использовали версию операционной системы UNIX, разработанную в программном отделении Берклиевского Университета в Калифорнии, чаще называемую Berkeley UNIX или BSD UNIX. Берклиевское программное отделение стало популярным, так как оно предлагало не только базовые протоколы TCP/IP. Помимо стандартных прикладных программ TCP/IP, Беркли предлагало набор утилит для работы с сетью, которые напоминали средства UNIX, используемые на одной машине. Главное преимущество утилит Беркли заключалось в их сходстве со стандартным UNIXом. Например, опытный пользователь UNIX может быстро научиться пользоваться утилитой копирования удаленных файлов Беркли(rcp), так как он ведет себя точно так, как утилита копирования файлов в UNIX, за исключением того, что она позволяет пользователям копировать файлы на удаленную машину или с нее.

Успех технологии TCP/IP и Интернета в университетской среде вынудил другие группы тоже использовать его. Учитывая, что сетевое взаимодействие вскоре станет важной частью научных исследований, NSF принял активное участие в расширении Интернета TCP/IP среди ученых. Начиная с 1985 года, он начал претворять в жизнь программу создания сетей на основе его шести суперкомпьютерных центров. В 1986 он расширил деятельность в этом направлении, начав финансировать новую глобальную магистральную сеть, названную NSFNET, которая впоследствии связала все суперкомпьютерные центры между собой и ARPANET. Наконец, в 1986 NSF начал частично финансировать многие региональные сети, каждая из которых сейчас соединяет основные научно-исследовательские центры в этом районе. Все сети, финансировавшиеся NSF, используют протоколы TCP/IP, и все являются частью обьединенного Интернета.

За семь лет после своего создания Интернет объединил сотни индивидуальных сетей, размещенных в США и Европе. Он соединил почти 20000 компьютеров в университетах, правительственных и частных исследовательских лабораториях. Как размер, так и использование Интернета продолжают расти быстрее, чем предполагалось. К концу 1987 года было установлено, что его рост достиг 15% в месяц и оставался таким последние два года. В 1990 году обьединенный Интернет включал более 3000 активных сетей и более чем 200000 компьютеров.

Быстрое расширение привело к проблемам диапазонов, непредусмотренным в исходном проекте, и заставило разработчиков найти технологии для управления большими, распределенными ресурсами. В исходном проекте, например, имена и адреса всех компьютеров, присоединенных к Интернету, хранились в одном файле, который редактировался вручную и затем распространялся по всему Интернету. Но в середине 1980 года стало ясно, что центральная база данных неэффективна. Во-первых, запросы на обновление файла скоро должны были превысить возможности людей, обрабатывавших их. Во-вторых, даже если существовал корректный центральный файл, не хватало пропускной способности сети, чтобы позволить либо частое распределение его по всем местам, либо оперативный доступ к нему из каждого места.

Были разработаны новые протоколы и стала использоваться система имен по всему обьединенному Интернету, которая позволяла любому пользователю автоматически определять адрес удаленной машины по ее имени. Известный как Доменная Система Имен, этот механизм основывается на машинах, называемых серверами имен, отвечающих на запросы об именах. Нет одной машины, содержащей всю базу данных об именах. Вместо этого, данные распределены по нескольким машинам, которые используют протоколы TCP/IP для связи между собой при ответе на запросы.

1.2. Протокол как язык общения компьютеров

Очевидно, что рано или поздно компьютеры, расположенные в разных точках земного шара, по мере увеличения своего количества должны были обрести некие средства общения. Такими средствами стали компьютерные сети. Сети бывают локальными и глобальными. Локальная сеть - это сеть, объединяющая компьютеры, географически расположенные на небольшом расстоянии друг от друга - например, в одном здании. Глобальные сети служат для соединения сетей и компьютеров, которых разделяют большие расстояния - в сотни и тысячи километров. Интернет относится к классу глобальных сетей.

Простое подключение одного компьютера к другому - шаг, необходимый для создания сети, но не достаточный. Чтобы начать передавать информацию, нужно убедиться, что компьютеры "понимают" друг друга. Как же компьютеры "общаются" по сети? Чтобы обеспечить эту возможность, были разработаны специальные средства, получившие название "протоколы". Протокол - это совокупность правил, в соответствии с которыми происходит передача информации через сеть. Понятие протокола применимо не только к компьютерной индустрии. Даже те, кто никогда не имел дела с Интернетом, скорее всего работали в повседневной жизни с какими-либо устройствами, функционирование которых основано на использовании протоколов. Так, обычная телефонная сеть общего пользования тоже имеет свой протокол, который позволяет аппаратам, например, устанавливать факт снятия трубки на другом конце линии или распознавать сигнал о разъединении и даже номер звонящего.

Исходя из этой естественной необходимости, миру компьютеров потребовался единый язык (то есть протокол), который был бы понятен каждому из них.

Основные протоколы используемые в работе Интернет:

      TCP/IP

      POP3

      SMTP

      FTP

      HTTP

      IMAP4

      WAIS

      Gorpher

      WAP

Ниже будут рассмотрены более подробно некоторые из них.

Глава 2. Характеристики интернет-протоколов

2.1. Семейство протоколов TCP/IP

  В общем случае термин TCP/IP обозначает целое семейство протоколов: TCP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) для надежной доставки данных, UDP (User Datagram Protocol) для негарантированной доставки, IP (Internet Protocol) и других прикладных служб.

  TCP/IP является открытым коммуникационным протоколом. Открытость означает, что он обеспечивает связь в любых комбинациях устройств независимо от того, насколько они различаются на физическом уровне.

  Благодаря протоколу TCP/IP Интернет стал тем, чем он является сегодня. В результате Интернет произвел в нашем стиле жизни и работы почти такие же революционные изменения, как печатный станок, электричество и компьютер. Без популярных протоколов и служб – таких, как HTTP, SMTP и FTP – Интернет был бы просто большим количеством компьютеров, связанных в бесполезный клубок.

  Протокол TCP/IP встречается повсеместно. Это семейство протоколов, благодаря которым любой пользователь с компьютером, модемом и договором, заключенным с поставщиком услуг Интернета, может получить доступ к информации по всему Интернету. Пользователи служб AOL Instant Messenger и ICQ (также принадлежащей AOL) получают и отправляют свыше 750 миллионов сообщений в день.

  Именно благодаря TCP/IP каждый день благополучно выполняются многие миллионы операций – а возможно, и миллиарды, поскольку работа в Интернете отнюдь не ограничивается электронной почтой и обменом сообщениями. Более того, в ближайшее время TCP/IP не собирается сдавать свои позиции. Это стабильное, хорошо проработанное и достаточно полное семейство протоколов.

Международная организация по стандартизации (ISO, International Organization for Standardization) разработала эталонную модель взаимодействия открытых систем (OSI, Open Systems Interconnection) в 1978/1979 годах для упрощения открытого взаимодействия компьютерных систем. Открытым называется взаимодействие, которое может поддерживаться в неоднородных средах, содержащих системы разных поставщиков. Модель OSI устанавливает глобальный стандарт, определяющий состав функциональных уровней при открытом взаимодействии между компьютерами.

  Следует заметить, что модель настолько успешно справилась со своими исходными целями, что в настоящее время ее достоинства уже практически не обсуждаются. Существовавший ранее закрытый, интегрированный подход уже не применяется на практике, в наше время открытость коммуникаций является обязательной. Как ни странно, очень не многие продукты полностью соответствуют стандарту OSI. Вместо этого базовая многоуровневая структура часто адаптируется к новым стандартам. Тем не менее, эталонная модель OSI остается ценным средством для демонстрации принципов работы сети.

  В отличие от эталонной модели OSI, модель ТСР/IP в большей степени ориентируется на обеспечение сетевых взаимодействий, нежели на жесткое разделение функциональных уровней. Для этой цели она признает важность иерархической структуры функций, но предоставляет проектировщикам протоколов достаточную гибкость в реализации. Соответственно, эталонная модель OSI гораздо лучше подходит для объяснения механики межкомпьютерных взаимодействий, но протокол TCP/IP стал основным межсетевым протоколом.

Отличия модели TCP/IP от эталонной модели OSI видны в таблице.

  Стек протоколов TCP/IP состоит из четырех функциональных уровней: прикладного, межхостового, межсетевого и уровня сетевого доступа.

Прикладной уровень

Прикладной уровень содержит протоколы удаленного доступа и совместного использования ресурсов. Хорошо знакомые приложения- такие, как Telnet, FTP, SMTP, HTTP и многие другие- работают на этом уровне и зависят от функциональности уровней, расположенных ниже в иерархии. Любые приложения, использующие взаимодействие в сетях IP (включая любительские и коммерческие программы), относятся к этому уровню модели.

Межхостовой уровень

  К функциям этого уровня относится сегментирование данных в приложениях для пересылки по сети, выполнение математических проверок целостности принятых данных и мультиплексирование потоков данных ( как передаваемых, так и принимаемых) для нескольких приложений одновременно. Отсюда следует, что межхостовой уровень располагает средствами идентификации приложений и умеет переупорядочивать данные, принятые не в том порядке.

  В настоящее время межхостовой уровень состоит из двух протоколов: протокола управления передачей TCP и протокола пользовательских дейтаграмм UDP. С учетом того, что Интернет становится все более транзакционно-ориентированным, был определен третий протокол, условно названный протоколом управления транзакциями/передачей T/TCP (Transaction/Transmission Control Protocol). Тем не менее, в большинстве прикладных сервисов Интернета на межхостовом уровне используются протоколы TCP и UDP.

Межсетевой уровень

  Межсетевой уровень IPv4 состоит из всех протоколов и процедур, позволяющих потоку данных между хостами проходить по нескольким сетям. Следовательно, пакеты, в которых передаются данные, должны быть маршрутизируемыми. За маршрутизируемость пакетов отвечает протокол IP (Internet Protocol).

   Межсетевой уровень должен поддерживать маршрутизацию и функции управления маршрутами. Эти функции предоставляются внешними протоколами, которые называются протоколами маршрутизации. К их числу относятся протоколы IGP (Interior Gateway Protocols) и EGP (Exterior Gateway Protocols).

Уровень сетевого доступа

   Уровень сетевого доступа состоит из всех функций, необходимых для физического подключения и передачи данных по сети. В эталонной модели OSI (Open Systems Interconnection)  этот набор функций разбит на два уровня: физический и канальный. Эталонная модель TCP/IP создавалась после протоколов, присутствующих в ее названии, и в ней эти два уровня были слиты воедино, поскольку различные протоколы IP останавливаются на межсетевом уровне. Протокол IP предполагает, что все низкоуровневые функции предоставляются либо локальной сетью, либо подключением через последовательный интерфейс.

  Протокол TCP/IP обеспечивает возможность межплатформенных сетевых взаимодействий ( то есть связи в разнородных сетях). Например, сеть под управлением Windows NT/2000 может содержать рабочие станции Unix и Macintosh, и даже другие сети более низкого порядка. TCP/IP обладает следующими характеристиками:

o                   Хорошие средства восстановления после сбоев.

o                   Возможность добавления новых сетей без прерывания текущей работы.

o                   Устойчивость к ошибкам.

o                   Независимость от платформы реализации.

o                   Низкие непроизводительные затраты на пересылку служебных данных.

  Протоколы TCP и IP совместно управляют потоками данных ( как входящими, так и исходящими) в сети. Но если протокол IP просто передает пакеты, не обращая внимания на результат, TCP должен проследить за тем, чтобы пакеты прибыли в положенное место. В частности, TCP отвечает за выполнение следующих задач:

o                   Открытие и закрытие сеанса.

o                   Управление пакетами.

o                   Управление потоком данных.

o                   Обнаружение и обработка ошибок.

  Протокол TCP/IP обычно рассматривается в контексте эталонной модели, определяющей структурное деление его функций. Однако модель TCP/IP разрабатывалась значительно позже самого комплекса протоколов, поэтому она ни как не могла быть взята за образец при проектировании протоколов.

Рис. Связи между протоколами

Семейство протоколов IP состоит из нескольких протоколов, часто обозначаемых общим термином “TCP/IP”:

o                   IP – протокол межсетевого уровня;

o                   TCP – протокол межхостового уровня, обеспечивающий надежную доставку;

o                   UDP – протокол межхостового уровня, не обеспечивающий надежной доставки;

o                   ICMP – многоуровневый протокол, упрощающий контроль, тестирование и управление в сетях IP. Различные протоколы ICMP распространяются на межхостовой и прикладной уровни.

Связи между этими протоколами изображены на рисунке.

Протокол IP (Internet Protocol) является самым распространенным межсетевым протоколом в мире. Функциональность протокола определяется объемом данных, хранящихся в заголовках. Структура заголовков IP, а, следовательно, и его возможности первоначально определялись в серии RFC и других общедоступных документов, которые были опубликованы еще во времена создания группы IETF. Обычно считается, что базовым документом для современной версии IP является RSC 791 («internet protocol», Postel, J.B; 1981).

  Благодаря неустанной работе IETF протокол IP постоянно развивается. В последующих RFC (Request for Comments) были добавлены многочисленные новые возможности. Тем не менее, все они строятся на основе, заложенной в RFC 791. С архитектурной точки зрения текущая версия IP имеет номер 4 (Ipv4). Со временем новая версия (Ipv6) постепенно вытеснит Ipv4, но в настоящее время повсеместно поддерживается стандарт Ipv4.

  Заголовок пакета IP содержит всю информацию, необходимую для выполнения основных сетевых операций. К числу таких операций относятся:

o                    адресация и маршрутизация;

o                    фрагментация и повторная сборка;

o                    выявление и исправление данных, поврежденных в процессе пересылки.

  Протокол TCP (Transmission Control Protocol) пользуется сервисом IP для обеспечения надежной доставки прикладных данных. ТСР создает между двумя или более хостами сеанс, ориентированный на соединение. Он обладает такими возможностями, как поддержка нескольких потоков данных, координация потока и контроль ошибок и даже восстановление нарушенного порядка пакетов. Протокол ТСР также разрабатывался посредством публикации общедоступных документов RFC группой IETF.

  В сеансе связи ТСР обеспечивает ряд важных функций, большая часть которых связана с обеспечением интерфейса между различными приложениями и сетью. К числу этих функций относятся:

o                   мультиплексирование данных между приложениями и сетью;

o                   проверка целостности полученных данных;

o                   восстановление нарушенного порядка данных;

o                   подтверждение успешного получения данных;

o                   регулирование скорости передачи данных;

o                   измерение временных характеристик;

o                   координация повторной передачи данных, поврежденных или потерянных в процессе пересылки.

  Протокол UDP (User Datagram Protocol) является вторым протоколом межхостового уровня (соответствующего транспортному уровню в эталонной модели OSI). UDP обеспечивает простейшие, требующие минимальных затрат средства передачи данных в виде так называемых «дейтаграмм» (datagrams).

  Как правило, UDP используется в приложениях, ориентированных на широковещательную рассылку или работу с сообщениями, а также там, где не требуется полная надежность, обеспечиваемая протоколом TCP.

  Протокол UDP намеренно проектировался как эффективный транспортный протокол с минимальными издержками, что напрямую отражено в структуре его заголовка. Информации, хранящейся в заголовке, хватает только для того, чтобы переслать дейтаграмму нужному приложению (то есть номеру порта) и выполнить простейшую проверку ошибок.