Помимо сообщений, необходимых для первоначального получения IP-адреса клиентом, DHCP предусматривает несколько дополнительных сообщений для выполнения иных задач.

Отказ DHCP. Если после получения подтверждения (DHCPACK) от сервера клиент обнаруживает, что указанный сервером адрес уже используется в сети, он рассылает широковещательное сообщение отказа DHCP (DHCPDECLINE), после чего процедура получения IP-адреса повторяется. Использование IP-адреса другим клиентом можно обнаружить, выполнив запрос ARP.

Отмена DHCP. Если по каким-то причинам сервер не может предоставить клиенту запрошенный IP-адрес, или если аренда адреса удаляется администратором, сервер рассылает широковещательное сообщение отмены DHCP (DHCPNAK). При получении такого сообщения соответствующий клиент должен повторить процедуру получения адреса.

Освобождение DHCP. Клиент может явным образом прекратить аренду IP-адреса. Для этого он отправляет сообщение освобождения DHCP (DHCPRELEASE) тому серверу, который предоставил ему адрес в аренду. В отличие от других сообщений DHCP, DHCPRELEASE не рассылается широковещательно.

Информация DHCP. Сообщение информации DHCP (DHCPINFORM) предназначено для определения дополнительных параметров TCP/IP (например, адреса маршрутизатора по умолчанию, DNS-серверов и т. п.) теми клиентами, которым не нужен динамический IP-адрес (то есть адрес которых настроен вручную). Серверы отвечают на такой запрос сообщением подтверждения (DHCPACK) без выделения IP-адреса.

7. Протокол TCP

Transmission Control Protocol (TCP) (протокол управления передачей) — один из основных сетевых протоколов Интернет, предназначенный для управления передачей данных в сетях и подсетях TCP/IP.

Выполняет функции протокола транспортного уровня модели OSI.

TCP — это транспортный механизм, предоставляющий поток данных, с предварительной установкой соединения, за счёт этого дающий уверенность в достоверности получаемых данных, осуществляет повторный запрос данных в случае потери данных и устраняет дублирование при получении двух копий одного пакета. В отличие от UDP, гарантирует, что приложение получит данные точно в такой же последовательности, в какой они были отправлены, и без потерь.

Реализация TCP, как правило, встроена в ядро системы, хотя есть и реализации TCP в контексте приложения.

Когда осуществляется передача от компьютера к компьютеру через Интернет, TCP работает на верхнем уровне между двумя конечными системами, например, Интернет-браузер и Интернет-сервер. Также TCP осуществляет надежную передачу потока байт от одной программы на некотором компьютере в другую программу на другом компьютере. Программы для электронной почты и обмена файлами используют TCP. TCP контролирует длину сообщения, скорость обмена сообщениями, сетевой трафик.

Формат TCP-сегмента
Бит	0 — 3	4 — 9	10 — 15	16 — 31
0	Порт источника			Порт назначения
32	Номер последовательности
64	Номер подтверждения
96	Смещение данных	Зарезервировано	Флаги	Окно
128	Контрольная сумма			Указатель важности
160	Опции (необязательное)
160/192+	Данные

Порт источника. Порт источника идентифицирует порт, с которого отправлены пакеты.

Порт назначения. Порт назначения идентифицирует порт, на который отправлен пакет.

TCP-порты. Существует набор сервисов (использующих для передачи данных TCP), за которыми закреплены определенные порты:

· 21 — FTP

· 23 — Telnet

· 25 — SMTP

· 80 — HTTP

· 110 — POP3

· 194 — IRC (Internet Relay Chat)

· 443 — HTTPS (Secure HTTP)

· 1863 — MSN Messenger

· 2000 — Cisco SCCP (VoIP)

· 8008 — alternate HTTP

· 8080 — alternate HTTP

Номер последовательности. Номер последовательности выполняет две задачи:

1. Если установлен флаг SYN, то это начальное значение номера последовательности и первый байт данных — это номер последовательности плюс 1.

2. В противном случае, если SYN не установлен, первый байт данных — номер последовательности

Поскольку TCP-поток в общем случае может быть длиннее, чем число различных состояний этого поля, то все операции с номером последовательности должны выполняться по модулю 2^32. Это накладывает практическое ограничение на использование TCP. Если скорость передачи коммуникационной системы такова, чтобы в течение MSL (максимального времени жизни сегмента) произошло переполнение номера последовательности, то в сети может появиться два сегмента с одинаковым номером, относящихся к разным частям потока, и приёмник получит некорректные данные.

Номер подтверждения. Если установлен флаг ACK, то это поле содержит номер последовательности, ожидаемый получателем в следующий раз. Помечает этот сегмент как подтверждение получения.

Смещение данных. Это поле определяет размер заголовка пакета TCP в 32-битных словах. Минимальный размер составляет 5 слов, а максимальный — 15, что составляет 20 и 60 байт соответственно. Смещение считается от начала заголовка TCP.

Зарезервирован. Зарезервировано (6 бит) для будущего использования и должны устанавливаться в ноль. Из них два (7-й и 8-й) уже определены:

· CWR (Congestion Window Reduced) — Поле «Окно перегрузки уменьшено» — флаг установлен отправителем, чтоб указать, что получен пакет с установленным флагом ECE.

· ECE (ECN-Echo) — Поле «Эхо ECN» — указывает, что данный хост способен на ECN (явное уведомление перегрузки) и для указания отправителю о перегрузках в сети.

Флаги (управляющие биты). Это поле содержит 6 битовых флагов:

· URG — Поле "Указатель важности" задействовано (англ. Urgent pointer field is significant)

· ACK — Поле "Номер подтверждения" задействовано (англ. Acknowledgement field is significant)

· PSH — (англ. Push function) инструктирует получателя протолкнуть данные, накопившиеся в приемном буфере, в приложение пользователя

· RST — Оборвать соединения, сбросить буфер (очистка буфера) (англ. Reset the connection)

· SYN — Синхронизация номеров последовательности (англ. Synchronize sequence numbers)

· FIN (англ. final, бит) — флаг, будучи установлен, указывает на завершение соединения (англ. FIN bit used for connection termination).

Контрольная сумма. Поле контрольной суммы — это 16-битное дополнение суммы всех 16-битных слов заголовка и текста. Если сегмент содержит нечетное число октетов в заголовке или тексте, последние октеты дополняются справа 8 нулями для выравнивания по 16-битовой границе. Биты заполнения (0) не передаются в сегменте и служат только для расчёта контрольной суммы. При расчёте контрольной суммы значение самого поля контрольной суммы принимается равным 0.

Указатель важности. 16-битовое значение положительного смещения от порядкового номера в данном сегменте. Это поле указывает порядковый номер октета которым заканчиваются важные (urgent) данные. Поле принимается во внимание только для пакетов с установленным флагом URG.

В отличие от традиционной альтернативы — UDP, который может сразу же начать передачу пакетов, TCP устанавливает соединения, которые должны быть созданы перед передачей данных. TCP соединение можно разделить на 3 стадии:

· Установка соединения

· Передача данных

· Завершение соединения

Состояния сеанса TCP

CLOSED Начальное состояние узла. Фактически фиктивное

LISTEN Сервер ожидает запросов установления соединения от клиента

SYN-SENT Клиент отправил запрос серверу на установление соединения и ожидает ответа

SYN-RECEIVED Сервер получил запрос на соединение, отправил ответный запрос и ожидает подтверждения

ESTABLISHED Соединение установлено, идёт передача данных

FIN-WAIT-1 Одна из сторон (назовём её узел-1) завершает соединение, отправив сегмент с флагом FIN

CLOSE-WAIT Другая сторона (узел-2) переходит в это состояние, отправив, в свою очередь сегмент ACK и продолжает одностороннюю передачу

FIN-WAIT-2 Узел-1 получает ACK, продолжает чтение и ждёт получения сегмента с флагом FIN

LAST-ACK Узел-2 заканчивает передачу и отправляет сегмент с флагом FIN

TIME-WAIT Узел-1 получил сегмент с флагом FIN, отправил сегмент с флагом ACK и ждёт 2*MSL секунд, перед окончательным закрытием соединения

CLOSING Обе стороны инициировали закрытие соединения одновременно: после отправки сегмента с флагом FIN узел-1 также получает сегмент FIN, отправляет ACK и находится в ожидании сегмента ACK (подтверждения на свой запрос о разъединении)

8. Система DNS

DNS (англ. Domain Name System – система доменных имён) - компьютерная распределённая система для получения информации о доменах. Чаще всего используется для получения IP-адреса по имени хоста (компьютера или устройства), получения информации о маршрутизации почты, обслуживающих узлах для протоколов в домене (SRV-запись).

Распределённая база данных DNS поддерживается с помощью иерархии DNS-серверов, взаимодействующих по определённому протоколу.

Основой DNS является представление об иерархической структуре доменного имени и зонах. Каждый сервер, отвечающий за имя, может делегировать ответственность за дальнейшую часть домена другому серверу (с административной точки зрения - другой организации или человеку), что позволяет возложить ответственность за актуальность информации на сервера различных организаций (людей), отвечающих только за "свою" часть доменного имени.

DNS обладает следующими характеристиками:

· Распределённость хранения информации. Каждый узел сети в обязательном порядке должен хранить только те данные, которые входят в его зону ответственности и (возможно) адреса корневых DNS-серверов.

· Кеширование информации. Узел может хранить некоторое количество данных не из своей зоны ответственности для уменьшения нагрузки на сеть.

· Иерархическая структура, в которой все узлы объединены в дерево, и каждый узел может или самостоятельно определять работу нижестоящих узлов, или делегировать (передавать) их другим узлам.

· Резервирование. За хранение и обслуживание своих узлов (зон) отвечают (обычно) несколько серверов, разделённые как физически, так и логически, что обеспечивает сохранность данных и продолжение работы даже в случае сбоя одного из узлов.

DNS важна для работы Интернета, ибо для соединения с узлом необходима информация о его IP-адресе, а для людей проще запоминать буквенные (обычно осмысленные) адреса, чем последовательность цифр IP-адреса. В некоторых случаях это позволяет использовать виртуальные серверы, например, HTTP-серверы, различая их по имени запроса. Первоначально преобразование между доменными и IP-адресами производилось с использованием специального текстового файла HOSTS, который составлялся централизованно и обновлялся на каждой из машин сети вручную. С ростом Сети возникла необходимость в эффективном, автоматизированном механизме, которым и стала DNS.

DNS была разработана Полом Мокапетрисом в 1983 году. В 1987 была изменена спецификация DNS, а также были добавлены дополнительные возможности в базовые протоколы.

Дополнительные возможности

· поддержка динамических обновлений

· безопасные соединения (DNSSEC)

· поддержка различных типов информации (SRV-записи)

Ключевыми понятиями DNS являются:

Зона – логический узел в дереве имён. Право администрировать зону может быть передано третьим лицам, за счёт чего обеспечивается распределённость базы данных. При этом персона, передавшая право на управление в своей базе данных хранит информацию только о существовании зоны (но не подзон!), информацию о персоне (организации), управляющей зоной, и адрес серверов, которые отвечают за зону. Вся дальнейшая информация хранится уже на серверах, ответственных за зону.

Домен – название зоны в системе доменных имён (DNS) Интернета, выделенной какой-либо стране, организации или для иных целей. Структура доменного имени отражает порядок следования зон в иерархическом виде; доменное имя читается слева направо от младших доменов к доменам высшего уровня (в порядке повышения значимости), корневым доменом всей системы является точка ('.'), следом идут домены первого уровня (географические или тематические), затем – домены второго уровня, третьего и т. д. (например, для адреса ru.wikipedia.org домен первого уровня – org, второго wikipedia, третьего ru). На практике точку в конце имени часто опускают, но она бывает важна в случаях разделения между относительными доменами и FQDN (англ. Fully Qualifed Domain Name, полностью определённое имя домена).

Поддомен (англ. subdomain) – имя подчинённой зоны. (например, wikipedia.org – поддомен домена org, а ru.wikipedia.org – домена wikipedia.org). Теоретически такое деление может достигать глубины 127 уровней, а каждая метка может содержать до 63 символов, пока общая длина вместе с точками не достигнет 254 символов. Но на практике регистраторы доменных имён используют более строгие ограничения.

DNS-сервер – специализированное ПО для обслуживания DNS. DNS-сервер может быть ответственным за некоторые зоны и/или может перенаправлять запросы вышестоящим серверам.

DNS-клиент – специализированная библиотека (или программа) для работы с DNS. В ряде случаев DNS-сервер выступает в роли DNS-клиента.

Ответственность (англ. authoritative) – признак размещения зоны на DNS-сервере. Ответы DNS-сервера могут быть двух типов: ответственные (когда сервер заявляет, что сам отвечает за зону) и неответственные (англ. Non-authoritative), когда сервер обрабатывает запрос, и возвращает ответ других серверов. В некоторых случаях вместо передачи запроса дальше DNS-сервер может вернуть уже известное ему (по запросам ранее) значение (режим кеширования).

DNS-запрос (англ. DNS query) – запрос от клиента (или сервера) серверу. Запрос может быть рекурсивным или нерекурсивным. Нерекурсивный запрос либо возвращает данные о зоне, которая находится в зоне ответственности DNS-сервера (который получил запрос) или возвращает адреса корневых серверов (точнее, адрес любого сервера, который обладает большим объёмом информации о запрошенной зоне, чем отвечающий сервер). В случае рекурсивного запроса сервер опрашивает серверы (в порядке убывания уровня зон в имени), пока не найдёт ответ или не обнаружит, что домен не существует. На практике поиск начинается с наиболее близких к искомому DNS-серверов, если информация о них есть в кеше и не устарела, сервер может не запрашивать DNS-серверы). Рекурсивные запросы требуют больше ресурсов от сервера (и создают больше трафика), так что обычно принимаются от «известных» владельцу сервера узлов (например, провайдер предоставляет возможность делать рекурсивные запросы только своим клиентам, в корпоративной сети рекурсивные запросы принимаются только из локального сегмента). Нерекурсивные запросы обычно принимаются ото всех узлов сети (и осмысленный ответ даётся только на запросы о зоне, которая размещена на узле, на DNS-запрос о других зонах обычно возвращаются адреса корневых серверов).

Субдомен – дополнительное доменное имя 3-го уровня в основном домене. Может указывать как на документы корневого каталога, так и на любой подкаталог основного сервера. Например, если у вас есть домен вида mydomain.ru, вы можете создать для него различные поддомены вида mysite1.mydomain.ru, mysite2.mydomain.ru и т. д.

Система DNS содержит иерархию серверов DNS. Каждый домен или поддомен поддерживается как минимум одним авторитетным сервером DNS (от англ. authoritative — авторитетный, заслуживающий доверия; в Рунете применительно к DNS и серверам имен часто употребляют и другие варианты перевода: авторизированный, авторитативный), на котором расположена информация о домене. Иерархия серверов DNS совпадает с иерархией доменов.

Имя и IP-адрес не тождественны – один IP-адрес может иметь множество имён, что позволяет поддерживать на одном компьютере множество веб-сайтов (это называется виртуальный хостинг). Обратное тоже справедливо – одному имени может быть сопоставлено множество IP-адресов: это позволяет создавать балансировку нагрузки.

Для повышения устойчивости системы используется множество серверов, содержащих идентичную информацию, а в протоколе есть средства, позволяющие поддерживать синхронность информации, расположенной на разных серверах. Существует 13 корневых серверов, их адреса практически не изменяются.

Протокол DNS использует для работы TCP- или UDP-порт 53 для ответов на запросы. Традиционно запросы и ответы отправляются в виде одной UDP датаграммы. TCP используется для AXFR-запросов.

Рассмотрим на примере работу всей системы.

Предположим, мы набрали в браузере адрес ru.wikipedia.org. Браузер спрашивает у сервера DNS: «какой IP-адрес у ru.wikipedia.org»? Однако, сервер DNS может ничего не знать не только о запрошенном имени, но даже обо всём домене wikipedia.org. В этом случае имеет место рекурсия: сервер обращается к корневому серверу — например, 198.41.0.4. Этот сервер сообщает — «У меня нет информации о данном адресе, но я знаю, что 204.74.112.1 является авторитетным для зоны org.» Тогда сервер DNS направляет свой запрос к 204.74.112.1, но тот отвечает «У меня нет информации о данном сервере, но я знаю, что 207.142.131.234 является авторитетным для зоны wikipedia.org.» Наконец, тот же запрос отправляется к третьему DNS-серверу и получает ответ – IP-адрес, который и передаётся клиенту – браузеру.

В данном случае при разрешении имени, то есть в процессе поиска IP по имени:

· браузер отправил известному ему DNS-серверу т. н. рекурсивный запрос — в ответ на такой тип запроса сервер обязан вернуть «готовый результат», то есть IP-адрес, либо сообщить об ошибке;

· DNS-сервер, получив запрос от клиента, последовательно отправлял итеративные запросы, на которые получал от других DNS-серверов ответы, пока не получил авторитетный ответ от сервера, ответственного за запрошенную зону.

В принципе, запрошенный сервер, мог бы передать рекурсивный запрос «вышестоящему» DNS-серверу и дождаться готового ответа.

Запрос на определение имени обычно не идёт дальше кэша DNS, который сохраняет ответы на запросы, проходившие через него ранее. Вместе с ответом приходит информация о том, сколько времени разрешается хранить эту запись в кэше.

DNS используется в первую очередь для преобразования символьных имён в IP-адреса, но он также может выполнять обратный процесс. Для этого используются уже имеющиеся средства DNS. Дело в том, что с записью DNS могут быть сопоставлены различные данные, в том числе и какое-либо символьное имя. Существует специальный домен in-addr.arpa, записи в котором используются для преобразования IP-адресов в символьные имена. Например, для получения DNS-имени для адреса 11.22.33.44 можно запросить у DNS-сервера запись 44.33.22.11.in-addr.arpa, и тот вернёт соответствующее символьное имя. Обратный порядок записи частей IP-адреса объясняется тем, что в IP-адресах старшие биты расположены в начале, а в символьных DNS-именах старшие (находящиеся ближе к корню) части расположены в конце.

Наиболее важные типы DNS-записей:

· Запись A (address record) или запись адреса связывает имя хоста с адресом IP. Например, запрос A-записи на имя referrals.icann.org вернет его IP адрес — 192.0.34.164

· Запись AAAA (IPv6 address record) связывает имя хоста с адресом протокола IPv6. Например, запрос AAAA-записи на имя K.ROOT-SERVERS.NET вернет его IPv6 адрес — 2001:7fd::1

· Запись CNAME (canonical name record) или каноническая запись имени (псевдоним) используется для перенаправления на другое имя

· Запись MX (mail exchange) или почтовый обменник указывает сервер(ы) обмена почтой для данного домена.

· Запись NS (name server) указывает на DNS-сервер для данного домена.

· Запись PTR (pointer) или запись указателя связывает IP хоста с его каноническим именем. Запрос в домене in-addr.arpa на IP хоста в reverse форме вернёт имя (FQDN) данного хоста (см. Обратный DNS-запрос). Например, (на момент написания), для IP адреса 192.0.34.164: запрос записи PTR 164.34.0.192.in-addr.arpa вернет его каноническое имя referrals.icann.org. В целях уменьшения объёма нежелательной корреспонденции (спама) многие серверы-получатели электронной почты могут проверять наличие PTR записи для хоста, с которого происходит отправка. В этом случае PTR запись для IP адреса должна соответствовать имени отправляющего почтового сервера, которым он представляется в процессе SMTP сессии.

· Запись SOA (Start of Authority) или начальная запись зоны указывает, на каком сервере хранится эталонная информация о данном домене, содержит контактную информацию лица, ответственного за данную зону, тайминги кеширования зонной информации и взаимодействия DNS-серверов.

· Запись SRV (server selection) указывает на серверы для сервисов, используется, в частности, для Jabber.

Зарезервированные доменные имена

Документ RFC 2606 (Reserved Top Level DNS Names — Зарезервированные имена доменов верхнего уровня) определяет названия доменов, которые следует использовать в качестве примеров (например, в документации), а также для тестирования. Кроме example.com, example.org и example.net, в эту группу также входят test, invalid и др.

Доменное имя может состоять только из ограниченного набора ASCII символов, позволяя набрать адрес домена независимо от языка пользователя. ICANN утвердил основанную на Punycode систему IDNA, преобразующую любую строку в кодировке Unicode в допустимый DNS набор символов.

Многие домены верхнего уровня поддерживают сервис whois, который позволяет узнать кому делегирован домен, и другую техническую информацию.

Регистрация домена — процедура получения доменного имени. Заключается в создании записей, указывающих на администратора домена, в базе данных DNS. Порядок регистрации и требования зависят от выбранной доменной зоны. Регистрация домена может быть выполнена как организацией-регистратором, так и частным лицом[2], если это позволяют правила выбранной доменной зоны.

9. Практическая часть