Стек протоколов TCP/IP — набор сетевых
протоколов передачи данных, используемых в сетях, включая сеть
Интернет. Название TCP/IP происходит из двух наиважнейших протоколов семейства —
Transmission Control Protocol (TCP) и
Internet Protocol (IP), которые были разработаны и описаны первыми в данном стандарте.
История создания протокола TCP/IP
В 1969 году на свет появляется
ARPANET (от англ.
Advanced Research Projects Agency Network) — компьютерная сеть, которая стала прототипом сети Интернет.
Команда разработчиков сети ARPANET
Однако развитие проекта ARPANET требовало разработки новой версии протокола передачи данных, т.е. набора правил, определяющих принципы обмена данными между различными компьютерными программами и удовлетворяющих требованиям окружения с открытой сетевой архитектурой. В 1974 году Internet Network Working Group (INWG), руководимая Винтоном Серфом (Vinton Cerf), представила универсальный протокол передачи данных и объединения сетей. Этот протокол был назван Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP - Протокол управления передачей/Межсетевой протокол) - TCP/IP. Это было попадание в яблочко. В современном Интернете до сих пор используется именно этот протокол.
Хронология возникновения TCP/IP
DARPA заключило три контракта на реализацию TCP/IP - со
Стэнфордом (
Винтон Серф), с BBN (
Рэй Томлинсон) и с Университетским колледжем Лондона (UCL, Петер Кирстен - Peter Kirstein). (В статье Серфа и Кана использовалось название TCP, за которым скрывались оба протокола.) Стэнфордская команда, возглавляемая Серфом, подготовила детальные спецификации, после чего примерно за год были выполнены три реализации TCP, способные взаимодействовать друг с другом. Начался долгий период экспериментов и разработок, направленных на развитие и шлифовку концепций и технологий Интернета. Отправляясь от первых трех сетей (ARPANET, Packet Radio, Packet Satellite) и образовавшихся вокруг них коллективов исследователей, экспериментальное окружение росло, вбирая в себя, по существу, все виды сетей и очень широкое сообщество исследователей и разработчиков. Каждое расширение ставило новые задачи. Ранние реализации TCP были выполнены для больших систем с разделением времени, таких как Tenex и TOPS 20. Когда начали появляться настольные системы, многие посчитали, что для персональных компьютеров TCP - слишком большой и сложный протокол. Дэвид Кларк и его исследовательская группа из
MIT решили доказать возможность компактной и простой реализации TCP, выполнив ее сначала для
Xerox Alto (ранняя персональная рабочая станция, созданная в Xerox PARC), а затем для
IBM PC.
Эта реализация обладала полной интероперабельностью с другими воплощениями TCP, но была специально настроена на набор приложений и параметры производительности персональных компьютеров. Таким образом, удалось продемонстрировать, что рабочие станции могут войти в Интернет наряду с большими системами с разделением времени. В 1976 году
Клейнрок опубликовал первую книгу по ARPANET. В ней он обращал особое внимание на сложность протоколов и связанные с этим опасности. Книга способствовала распространению идей
пакетной коммутации среди очень широкого сообщества. Большое распространение в 1980-е годы локальных сетей, персональных компьютеров и рабочих станций дало толчок бурному росту Интернета.
Карта сети ARPANET за 1980 год
Технология
Ethernet, разработанная в 1973 году Бобом Меткалфом (Bob Metcalfe) из Xerox PARC, в наши дни является, вероятно, доминирующей сетевой технологией в Интернете, а ПК и рабочие станции стали доминирующими компьютерами. Переход от небольшого количества сетей с умеренным числом систем с разделением времени (первоначальная модель ARPANET) к множеству сетей привел к выработке ряда новых концепций и внесению изменений в базовые технологии. Прежде всего, были определены три класса сетей (A, B и C), чтобы учесть разные масштабы конфигураций. В класс A входят большие сети общенационального масштаба (малое количество сетей с большим числом компьютеров). Класс B предназначен для сетей регионального масштаба, класс C - для локальных сетей (большое количество сетей с относительно малым числом компьютеров). Рост Интернета вызвал важные изменения и в подходе к вопросам управления. Чтобы сделать сеть более дружественной, компьютерам были присвоены имена, делающие ненужным запоминание числовых адресов. Первоначально, при небольшом количестве компьютеров, было разумно иметь единую таблицу с их именами и адресами. Переход к большому числу независимо администрируемых сетей (таких, как ЛВС) сделал идею единой таблицы непригодной. Пол Мокапетрис (Paul Mockapetris) из Института информатики Университета Южной Калифорнии (USC/ISI) придумал
доменную систему имен (Domain Name System, DNS). DNS позволила создать масштабируемый распределенный механизм для отображения иерархических имен компьютеров (например www.acm.org) в Интернет-адресах.
Доменная система
com - коммерческие организации
edu - учебные и научные организации
gov - правительственные организации
mil - военные организации
net - сетевые организации разных сетей
org - другие организации
С ростом Интернета пришлось пересмотреть и характер функционирования
маршрутизаторов. Первоначально существовал единый распределенный алгоритм маршрутизации, единообразно реализуемый всеми маршрутизаторами в Интернете. В условиях быстрого увеличения числа сетей стало невозможно расширять этот ранний подход в нужном темпе. Его пришлось заменить иерархической моделью маршрутизации с Внутренним шлюзовым протоколом (Interior Gateway Protocol, IGP), используемым внутри каждой области Интернета, и Внешним шлюзовым протоколом (Exterior Gateway Protocol, EGP), применяемым для связывания областей между собой. Подобная архитектура позволила иметь в разных областях разные варианты IGP, учитывающие специфику требований к стоимости, скорости реконфигурации, устойчивости и масштабируемости.
Кроме алгоритма, тяжелым испытанием стал рост таблиц маршрутизации. Недавно были предложены новые подходы к агрегированию адресов (в частности, бесклассовая междоменная маршрутизация, CIDR), позволяющие уменьшить размер этих таблиц. Еще одной проблемой, вызванной ростом Интернета, стало внесение изменений в программное обеспечение, особенно в ПО хостов. DARPA поддержало исследования Университета Беркли (Калифорния) по модификации операционной системы Unix, включая встраивание реализации TCP/IP, выполненной в компании BBN. Хотя позднее в Беркли переписали программы, полученные от BBN, чтобы более эффективно объединить их с
Unix-системой в целом и ядром ОС в особенности, встраивание TCP/IP в Unix BSD оказалось критически важным для распространения протоколов среди исследовательского сообщества. Дело в том, что большая часть специалистов в области информатики в то время начала использовать Unix BSD в своей повседневной практике. Оглядываясь назад, можно прийти к заключению, что стратегия встраивания протоколов Интернета в операционную систему, поддерживаемую исследовательским сообществом, явилась одним из ключевых элементов успешного и повсеместного распространения Интернета. Одной из самых интересных задач был перевод ARPANET с протокола NCP на TCP/IP, состоявшийся 1 января 1983 года.Перевод ARPANET с NCP на TCP/IP позволил разделить эту сеть на
MILNET, собственно сеть для военных нужд, и ARPANET, использовавшуюся в исследовательских целях.
Перевод ARPANET с NCP на TCP/IP
Это был переход в стиле "дня X", требующий одновременных изменений на всех компьютерах. (На долю опоздавших оставались коммуникации, действовавшие с помощью специализированных средств.) Переход тщательно планировался всеми заинтересованными сторонами в течение нескольких предшествующих лет и прошел на удивление гладко (но привел к распространению значка "Я пережил переход на TCP/IP"). Протокол TCP/IP был принят в качестве военного стандарта тремя годами раньше, в 1980 году. Это позволило военным начать использование технологической базы Интернета и, в конце концов, привело к разделению на военное и гражданское Интернет-сообщества.
К 1983 году ARPANET использовало значительное число военных исследовательских, разрабатывающих и эксплуатирующих организаций. Перевод ARPANET с NCP на TCP/IP позволил разделить эту сеть на MILNET, обслуживавшую оперативные нужды, и ARPANET, использовавшуюся в исследовательских целях. Таким образом, к 1985 году технологии Интернета поддерживались широкими кругами исследователей и разработчиков. Интернет начинали использовать для повседневных компьютерных коммуникаций люди самых разных категорий. Особую популярность завоевала
электронная почта, работавшая на разных платформах. Совместимость различных почтовых систем продемонстрировала выгоды массовых электронных коммуникаций между людьми.
2 ноября 1988 года выпускник
Корнельского университета Роберт Таппан Моррис запустил в сети свою программу, которая из-за ошибки начала бесконтрольное распространение и многократное инфицирование узлов сети. В результате было инфицировано около 6200 машин, что составило 7,3 % общей численности машин в сети. Д. Червь Морриса был одним из первых
вирусов, подсчитанные потери, хотя формально червь не наносил какою-либо ущерба данным в инфицированных ЭВМ, были оценены на сумму в 98 253 260 долларов, и мировое сообщество всерьез озаботилась проблемой компьютерных вирусов.
Формирование широкой общественности
Интернет - это не только собрание технологий, но и собрание сообществ. Успехи Интернета в значительной степени объясняются, как его способностью удовлетворить основные социальные потребности, так и возможностью эффективно использовать общественность для развития инфраструктуры. Дух коллективизма, содружества в Интернете имеет глубокие корни, он зародился еще в начале работ над ARPANET. Пионеры ARPANET работали как единый спаянный коллектив, чтобы как можно быстрее продемонстрировать жизнеспособность технологии пакетной коммутации. Аналогично проекты пакетных радио- и спутниковой сетей (Packet Radio, Packet Satellite), равно как и другие исследовательские программы DARPA в области информатики, развивались в условиях сотрудничества многих подрядчиков, интенсивно использовавших для координации все наличные механизмы. Исторически первым механизмом была электронная почта, затем к ней добавились разделение файлов и удаленный доступ; сейчас пришел черед Всемирной паутины. В рамках каждой из программ формировалась рабочая группа, первой из которых была Сетевая рабочая группа ARPANET. В силу уникальной инфраструктурной роли, которую сеть ARPANET играла для многих исследовательских программ в начале развития Интернета, Сетевая рабочая группа была преобразована в Рабочую группу Интернета (Internet Working Group).
В конце 1970-х годов, когда стало понятно, что рост Интернета сопровождается ростом заинтересованного исследовательского сообщества, все больше нуждающегося в средствах координации, Винт Серф, руководивший в то время в DARPA Программой "Интернет", сформировал несколько координирующих органов - Международный совет по сотрудничеству (International Cooperation Board, ICB), Исследовательскую группу "Интернет" (Internet Research Group) и Совет по конфигурационному управлению Интернетом (Internet Configuration Control Board, ICCB). Совет ICB, который возглавил Петер Кирстен из UCL, должен был координировать работы с рядом европейских стран, участвовавших в проекте Packet Satellite. Исследовательская группа "Интернет" обеспечивала среду для обмена информацией общего характера. Совету ICCB под руководством Кларка отводились "пригласительные" функции; он должен был помогать Серфу управлять нарастающей Интернет-активностью.
В 1983 году исследовательскую группу "Интернет" возглавил Барри Лейнер. Вместе с Кларком они решили, что продолжающийся рост Интернет-сообщества требует перестройки координирующих механизмов. Совет ICCB был упразднен, ему на смену пришла совокупность Тематических групп (Task Forces), занимавшихся определенными технологическими областями (например, маршрутизаторами, сквозными протоколами и т. п.). Из руководителей Тематических групп был образован Совет по развитию Интернета (Internet Activities Board, IAB). По чистой случайности Тематические группы возглавили люди, бывшие до этого членами ICCB, а Дэйв Кларк сохранил пост главы совета. После некоторых изменений в составе IAB Фил Гросс (Phill Gross) стал председателем возрожденной Тематической группы по технологии Интернета (Internet Engineering Task Force, IETF), в то время бывшей обычной тематической группой IAB. Как уже отмечалось выше, к 1985 году наблюдался стремительный рост именно практических, технологических аспектов Интернета. Это привело к колоссальному увеличению числа специалистов, присутствовавших на заседаниях IETF, так что Гросс был вынужден создать в IETF подструктуру в виде рабочих групп.
Рост Интернета сопровождался значительным увеличением числа заинтересованных организаций. Управление DARPA перестало быть крупным единственным инвестором; в дополнение к NSFNet и другим программам, финансировавшимся правительствами США и других стран, начали разворачиваться коммерческие проекты. В том же 1985 году Кан и Лейнер ушли из DARPA, после чего активность Управления в области Интернета резко пошла на убыль. В результате Совет IAB остался без основного спонсора, но это только укрепило его руководящую роль. Рост продолжался, приводя к созданию все новых подструктур в рамках как IAB, так и IETF. В IETF прошло объединение Рабочих групп по областям деятельности с назначением директоров областей, объединившихся в Группу управления технологией Интернета (Internet Engineering Steering Group, IESG). В IAB осознали растущую важность IETF и перестроили процесс стандартизации, сделав IESG основным рецензирующим органом. Изменилась и структура самого Совета IAB. Тематические группы, не входившие в иерархию IETF, были объединены в Тематическую группу Интернет-исследований (Internet Research Task Force, IRTF), которую возглавил Постел, и переименованы в Исследовательские группы. Рост в коммерческом секторе принес с собой повышенное внимание к самому процессу стандартизации.
С начала 1980-х годов и по настоящее время Интернет далеко отошел от первоначальных исследовательских корней, что выразилось как в расширившемся круге пользователей, так и в возросшей коммерческой активности. Предметом особой заботы стали открытость и честность процесса стандартизации. Это в сочетании с осознанием необходимости общественной поддержки Интернета, в конце концов, привело к формированию в 1991 году Сообщества Интернета (Internet Society) под руководством Серфа, работавшего в то время в CNRI, и под патронажем Корпорации национальных исследовательских инициатив (Corporation for National Research Initiatives, CNRI), возглавляемой Каном. В 1992 году состоялась еще одна реорганизация - Совет по развитию Интернета (Internet Activities Board) был превращен в Совет по архитектуре Интернета (Internet Architecture Board), функционирующий под покровительством Сообщества Интернета. Между новым вариантом IAB и IESG были установлены более равноправные отношения, а на IETF и IESG легла большая ответственность за принятие стандартов. В итоге между IAB, IETF и Сообществом Интернета сформировались отношения сотрудничества и взаимной поддержки, причем целью Сообщества стало обеспечение оптимальных условий для работы IETF. Недавнее создание и широкое распространение
Всемирной паутины привлекло в Интернет массу новых людей, никогда не причислявших себя к числу исследователей и разработчиков сетей.
Размах сети NSFNET и размеры финансирования этой программы (200 миллионов долларов за период с 1986 по 1995 год) в сочетании с качеством протоколов привели к тому, что к 1990 году, когда окончательно разукомплектовали ARPANET, семейство TCP/IP вытеснило или значительно потеснило во всем мире большинство других протоколов глобальных компьютерных сетей, а IP уверенно становился доминирующим сервисом транспортировки данных в глобальной информационной инфраструктуре. Хочется еще раз подчеркнуть, что именно усилия NSF и других академических организаций и научных фондов всего мира по подключению научных учреждений к Сети способствовали всеобщей доступности Интернета по линии науки и образования. И если прежде Сетью пользовались только исследователи в области информатики, государственные служащие и подрядчики, то теперь практически любой желающий может получить доступ к ней. Таким образом, в течение более чем двадцатилетнего периода мы наблюдаем постоянное развитие организационных структур, призванных поддерживать все расширяющееся сообщество, работающее на благо Интернета.
Коммерциализация Интернет
Коммерциализация Интернета включает в себя не только развитие конкурентных, частных сетевых сервисов, но и разработку коммерческих продуктов, реализующих Интернет-технологию. В начале 1980-х годов десятки производителей, предвидя спрос на подобные сетевые решения, встраивали TCP/IP в свои продукты. К сожалению, они не располагали достоверной информацией о том, как Интернет-технология должна была работать и, как потенциальные покупатели предполагали использовать сети. Большинство производителей видели в TCP/IP небольшую добавку к собственным закрытым сетевым решениям: SNA, DECNet, NetWare, NetBios. Министерство обороны США во многих контрактах требовало обязательного использования TCP/IP, но практически не помогало своим подрядчикам понять, как строить полезные TCP/IP-продукты.
В 1985 году, осознав недостаток доступной информации и возможностей пройти обучение, Дэн Линч (Dan Lynch) совместно с IAB организовал трехдневный семинар для всех производителей. На семинаре рассказывалось о возможностях, устройстве и о нерешенных пока проблемах TCP/IP. Большинство докладчиков (всего их было около 50 на 250 слушателей) представляли исследовательские круги DARPA, разрабатывавшие протоколы и использовавшие их в своей повседневной деятельности. Результаты семинара оказались удивительными для обеих сторон. Сотрудников компаний-производителей поразила открытость, с которой изобретатели рассказывали о том, как все работает (и что пока не работает). Изобретатели с удовольствием узнали о новых для себя проблемах, с которыми сталкивались производители. Таким образом, начался диалог, продолжающийся более десяти лет. После двух лет конференций, учебных курсов, встреч и семинаров проектировщиков было организовано специальное мероприятие, на которое пригласили производителей наиболее зрелых TCP/IP-продуктов. Производители собрались на три дня в одном зале, чтобы продемонстрировать, насколько хорошо их продукты взаимодействуют между собой и с Интернетом. В сентябре 1988 года состоялась первая торговая выставка Interop. В ней приняли участие 50 компаний. Выставку посетили около 5 тысяч инженеров из организаций - потенциальных клиентов. Их интересовало, действительно ли все работает так, как обещают. Все работало. Почему? Потому что производители чрезвычайно настойчиво стремились обеспечить полную совместимость со всеми другими продуктами, даже представленными конкурентами. С тех пор размах торговых выставок Interop значительно увеличился.
В наши дни ежегодно проводится семь выставок в разных странах. Их посещают более 250 тысяч человек, чтобы узнать о взаимной совместимости продуктов, о новинках на рынке и в технологии. Параллельно с действиями по коммерциализации, связанными с Interop, производители начали посещать собрания IETF, происходящие 3 или 4 раза в год, чтобы обсудить новые идеи по расширению семейства протоколов TCP/IP. Раньше на такие встречи, финансировавшиеся американским правительством, собирались несколько сот человек, преимущественно из академических кругов. Теперь число участников нередко превосходит тысячу, по большей части они представляют производителей и сами оплачивают организационные расходы. Такое самоорганизующееся сообщество, объединяющее все заинтересованные стороны - исследователей, пользователей и производителей, весьма эффективно развивает семейство TCP/IP в духе сотрудничества и взаимной выгоды. Примером сотрудничества между исследовательскими и коммерческими кругами может служить технология управления Сетью. На заре Интернета основной упор делался на определение и реализацию протоколов, обеспечивающих взаимную совместимость. С ростом Сети становилось понятно, что некоторые частные решения, использовавшиеся для управления, не всегда удается промасштабировать. В результате ручное конфигурирование таблиц стало заменяться распределенными автоматическими алгоритмами, были придуманы улучшенные средства изоляции неисправностей.
В 1987 году выявилась потребность в протоколе, обеспечивающем единообразное удаленное администрирование сетевых компонентов, таких как маршрутизаторы. Для этой цели было предложено несколько протоколов, в том числе Простой протокол управления сетью (Simple Network Management Protocol, SNMP), спроектированный, как подсказывает название, из соображений простоты и ставший развитием более раннего предложения SGMP (Simple Gateway Monitoring Protocol - Простой протокол мониторинга шлюзов). Кроме SNMP, были предложены протоколы HEMS (High-level Entity Management System - Высокоуровневая система управления объектами - более сложный проект исследовательского сообщества) и CMIP (Common Management Information Protocol - Общий протокол передачи управляющей информации - проект OSI-сообщества). Серия встреч привела к решению вывести HEMS из числа кандидатов на стандартизацию, чтобы разрядить конфликтную ситуацию. Было решено также продолжить работы над обоими оставшимися протоколами - SNMP и CMIP, причем SNMP рассматривался как краткосрочное решение, а CMIP - как более долгосрочное. Рынок мог делать выбор по своему усмотрению. В наше время практически повсеместно базой сетевого управления служит SNMP. В последние несколько лет можно наблюдать новую фазу коммерциализации. Первоначально в коммерческой деятельности участвовали преимущественно производители базовых сетевых продуктов, а также поставщики услуг, предлагавшие подключение к Интернету и базовый сервис. В наши дни Интернет-обслуживание перешло в разряд почти бытового, и основное внимание теперь сосредоточено на использовании этой глобальной информационной инфраструктуры как основы новых коммерческих услуг. Данный процесс в огромной степени ускорен широким распространением и быстрым внедрением Web-технологии, открывающей пользователям легкий доступ к информации, расположенной по всему миру.
© greenmile
Источники:
Zuchra2006.Narod.Ru
В начало
