Сидни Фейт - TCP/IP Архитектура, протоколы, реализация (включая IP версии 6 и IP Security)

В конце 60-х гг. Агентство перспективных исследовательских проектов (Advanced Research Project Agency — ARPA) Министерства обороны США (позднее переименованное в DARPA) начало сотрудничать с университетами и другими исследовательскими организациями в области новых технологий обмена данными.

Все эти организации совместно разработали Сеть агентства перспективных исследовательских проектов (Advanced Research Project Agency Network — ARPANET), первую сеть с коммутацией пакетов. Экспериментальный вариант этой сети из четырех узлов был запущен в эксплуатацию в 1969 г. Реализация прошла успешно, а ее возможности были протестированы на сети, протянувшейся через всю территорию США. В 1975 г. Агентство оборонных коммуникаций взяло на себя ответственность за эксплуатацию созданной сети, которая все еще рассматривалась как экспериментальный вариант.

Первые протоколы ARPANET работали медленно и часто приводили к краху сетевых коммуникаций. В статье Винтона Г. Серфа и Роберта Е. Кана A Protocol for Packet Network Interconnections (журнал IEEE Transactions of Communications , май 1974 г.) был предложен новый набор основных протоколов. В этой работе были заложены основы для последующей разработки протокола Интернета (IP) и протокола управления передачей (TCP). Начиная с 1980 г., потребовалось около трех лет для преобразования хостов ARPANET на новые протоколы (число хостов к тому времени приближалось к 100).

Возможности новых протоколов были продемонстрированы в 1978 г., когда терминал, расположенный на движущемся по Калифорнии автофургоне, переслал данные, сформированные в пакеты, на узел SRI International через всю территорию США и далее по спутниковой связи на хост в Лондоне (см. рис. 1.1).

Рис. 1.1.Демонстрация роботы TCP/IP с использованием нескольких различных сетевых технологий

В начале 80-х гг. ARPANET была полностью переделана на новые протоколы. К 1983 г. эта сеть содержала уже более 300 узлов и предоставляла своим пользователям обширные ресурсы. В 1984 г. исходная сеть ARPANET была разделена на две отдельные сети: первая, сохранившая исходное название, предназначалась для исследований и новых разработок, вторая — названная MILNET — стала неклассифицированной сетью для военных целей.

В начале 80-х гг. ARPANET была полностью переделана на новые протоколы. К 1983 г. эта сеть содержала уже более 300 узлов и предоставляла своим пользователям обширные ресурсы. В 1984 г. исходная сеть ARPANET была разделена на две отдельные сети: первая, сохранившая исходное название, предназначалась для исследований и новых разработок, вторая — названная MILNET — стала неклассифицированной сетью для военных целей.

В 1982 г. Министерство обороны США (Department of Defence — DOD) заимствовало набор коммуникационных протоколов ARPANET в качестве источника для формирования собственных распределенных вычислительных сетей.

В 1983 г. аналогичное заимствование набора протоколов TCP/IP было выполнено для военного стандарта. Принятие TCP/IP позволило расширить область использования этих протоколов на другие правительственные учреждения, что создало обширный рынок для данных технологий.

TCP/IP обладает уникальными характеристиками, которые обеспечивают долговечность этих протоколов. Архитектура TCP/IP позволяет объединять сетевые кластеры, формируя то, что называется "интернетом" . Для пользователя интернет выглядит как одна большая сеть, сформированная из всех хостов, подключенных к отдельным сетевым кластерам.

Протоколы TCP/IP были разработаны с учетом независимости от аппаратного обеспечения хостов и их операционных систем, а также от используемой среды передачи данных и технологий связи. Эти протоколы обеспечивают высокую надежность, сохраняя работоспособность даже при высоком уровне сетевых ошибок, и, кроме того, поддерживают прозрачную перестраиваемую маршрутизацию при потере сетевых узлов или строк данных.

Когда наличие TCP/IP стало обязательным требованием для всех компьютеров, закупаемых Министерством обороны США, разработчикам пришлось заняться реализацией TCP/IP для обеспечения условий правительственных поставок. На рис. 1.2 показано, как с помощью TCP/IP могут взаимодействовать различные системы, локальные и региональные сети.

Рис. 1.2.TCP/IP — окружение для оборудования от различных производителей и различных сетей

Министерство обороны США обеспечило доступность TCP/IP, реализовав эти протоколы в Unix (по именам разработчиков — BBN — Bolt, Beranek, Newman). Далее Калифорнийский университет в Беркли использовал код BBN в операционной системе Berkeley Software Distribution (BSD) версии 4.2 (одна из разновидностей UNIX). Эта операционная система и ее более поздние версии были реализованы на многих аппаратных базах. Позднее TCP/IP был добавлен и в System V Unix компании AT&T.

В 90-х гг. TCP/IP начали использоваться в коммерческих программных продуктах и стали наиболее универсальными протоколами из доступных на рынке. Процесс интеграции протоколов TCP/IP в серверы и настольные системы был поистине стремительным.

Кроме того, поддержка TCP/IP реализована практически во всех сетевых технологиях (см. главу 4).

Кроме простоты при объединении нескольких сетей, протоколы TCP/IP открыли дорогу для объединения с ARPANET сетей университетов и исследовательских организаций, что в конечном итоге привело к созданию суперсети Интернет . На протяжении 80-х годов магистральные соединения Интернета обеспечивались средствами ARPANET.

Характеристики протоколов TCP/IP обеспечили стабильное и единообразное расширение сети Интернет, которая стала самой большой всемирной сетью, объединяющей правительственные и военные сети, а также сети университетов и коммерческих организаций (каждая из которых может сама состоять из сотен подсетей). В 1985 г. была организована новая магистральная сеть National Science Foundation Net (NSFNET), которая обеспечила скоростные соединения для исследовательских центров и суперкомпьютеров.

Благодаря правительственной поддержке была сформирована инфраструктура региональных служб провайдеров (regional Service Provider), охватившая всю территорию США. Университеты и исследовательские лаборатории подключались к ближайшему региональному провайдеру, который обеспечивал магистральные соединения внутри общей сети.

Стремительное расширение Интернета привело к формированию провайдеров в десятках стран по всему миру.