Протокол Telnet

Эмуляция удаленного терминала. Удаленный доступ к ресурсам сети

Telnet - это одна из самых старых информационных технологий Internet. Она входит в число стандартов, которых насчитывается три десятка на полторы тысячи рекомендуемых официальных материалов сети, называемых RFC (Request For Comments).

Под telnet понимают триаду, состоящую из:

• telnet-интерфейса пользователя;
• telnetd-процесса;
• TELNET-протокола.

Эта триада обеспечивает описание и реализацию сетевого терминала для доступа к ресурсам удаленного компьютера.

В настоящее время существует достаточно большое количество программ - от Kermit до различного рода BBS (Belluten Board System), которые позволяют работать в режиме удаленного терминала, но ни одна из них не может сравниться с telnet по степени проработанности деталей и концепции реализации. Для того, чтобы оценить это, знакомство с telnet стоит начать с протокола.

Протокол Telnet

Telnet как протокол описан в RFC-854 (май, 1983 год). Его авторы J.Postel и J.Reynolds во введении к документу определили назначение telnet так:

"Назначение TELNET-протокола - дать общее описание, насколько это только возможно, двунаправленного, восьмибитового взаимодействия, главной целью которого является обеспечение стандартного метода взаимодействия терминального устройства и терминал-ориентированного процесса. При этом этот протокол может быть использован и для организации взаимодействий "терминал-терминал" (связь) и "процесс-процесс" (распределенные вычисления)."

Telnet строится как протокол приложения над транспортным протоколом TCP. В основу telnet положены три фундаментальные идеи:

• концепция сетевого виртуального терминала (Network Virtual Terminal) или NVT;
• принцип договорных опций (согласование параметров взаимодействия);
• симметрия связи "терминал-процесс".

При установке telnet-соединения программа, работающая с реальным терминальным устройством, и процесс обслуживания этой программы используют для обмена информацией спецификацию представления правил функционирования терминального устройства или Сетевой Виртуальный Терминал (Network Virtual Terminal). Для краткости будем обозначать эту спецификацию NVT. NVT - это стандартное описание наиболее широко используемых возможностей реальных физических терминальных устройств. NVT позволяет описать и преобразовать в стандартную форму способы отображения и ввода информации. Терминальная программа ("user") и процесс ("server"), работающий с ней, преобразовывают характеристики физических устройств в спецификацию NVT, что позволяет, с одной стороны, унифицировать характеристики физических устройств, а с другой обеспечить принцип совместимости устройств с разными возможностями. Характеристики диалога диктуются устройством с меньшими возможностями.

Если взаимодействие осуществляется по принципу "терминал-терминал" или "процесс-процесс", то "user" - это сторона, инициирующая соединение, а "server" - пассивная сторона.

Принцип договорных опций или команд позволяет согласовать возможности представления информации на терминальных устройствах. NVT - это минимально необходимый набор параметров, который позволяет работать по telnet даже самым допотопным устройствам, реальные современные устройства обладают гораздо большими возможностями представления информации. Принцип договорных команд позволяет использовать эти возможности. Например, NVT является терминалом, который не может использовать функции управления курсором, а реальный терминал, с которого осуществляется работа, умеет это делать. Используя команды договора, терминальная программа предлагает обслуживающему процессу использовать Esc-последовательности для управления выводом информации. Получив такую команду процесс начинает вставлять управляющие последовательности в данные, предназначенные для отображения.

Симметрия взаимодействия по протоколу telnet позволяет в течении одной сессии программе-"user" и программе-"server" меняться местами. Это принципиально отличает взаимодействие в рамках telnet от традиционной схемы "клиент-сервер". Симметрия взаимодействия тесно связана с процессом согласования формы обмена данными между участниками telnet-соединения. Когда речь идет о работе на удаленной машине в режиме терминала, то возможности ввода и отображения информации определяются только конкретным физическим терминалом и договорной процесс сводится к заказу терминальной программой характеристик этого терминала. Гораздо сложнее обстоит дело, когда речь идет об обмене информацией между двумя терминальными программами в режиме "терминал-терминал". В этом случае каждая из сторон может выступать инициатором изменения принципов представления информации и здесь проявляется еще одна особенность протокола telnet. Протокол не использует принцип "запрос-подтверждение", а применяет принцип "прямого действия". Это значит, что если терминальная программа хочет расширить возможности представления информации, то она делает это (например, вставляет в информационный поток Esc-последовательности), если в ответ она получает информацию в новом представлении, то это означает, что попытка удалась, в противном случае происходит возврат к стандарту NVT.

Обычно процесс согласования форм представления информации происходит в начальный момент организации telnet-соединения. Каждый из процессов старается установить максимально возможные параметры сеанса. Однако эти параметры могут быть изменены и позже, в процессе взаимодействия (например, после запуска прикладной программы).

В Unix-системах параметры терминалов обычно описаны в базе данных описания терминалов termcap. При инициировании telnet-соединения обычно именно эти параметры используются в процессе согласования формы представления данных. При этом из одной системы в другую обычно передается значение переменной окружения TERM. Если для этого значения переменной TERM имеются одинаковые описания в termcap, то проблем с представлением информации обычно не бывает; если терминал, заказанный в TERM, не определен, то берется стандартный терминал системы. При этом не все функции этого терминала будут задействованы. В процессе договора останутся только те, которые поддерживаются на обоих концах соединения. Часто можно столкнуться с ситуацией, когда значения переменных TERM на локальной и удаленной машинах совпадают, а информация на экране отображается не так, как этого бы хотелось. Скорее всего это вызвано различиями в описании данного устройства в базе данных termcap.

Сетевой виртуальный терминал (NVT). Концепция сетевого виртуального терминала позволяет обеспечить доступ к ресурсам удаленной машины с любого терминального устройства. Под терминальным устройством понимают любую комбинацию физических устройств, позволяющих вводить и отображать информацию. Для тех кто знаком с универсальными машинами серии EC, такое определение терминала не является новым: в момент загрузки системы можно было назначить составную консоль, в которую могли входить устройство ввода с перфокарт и алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ). В более ранних вычислительных комплексах такими терминалами могли быть системная печать и устройство чтения перфоленты (как на МИНСК-22) или телетайп (как на М-6000). Понятно, что за таким понятием терминала стоит требование устойчивости системы, которое было основополагающим для проекта ARPA.

В протоколе TELNET NVT определен как "двунаправленное символьное устройство, состоящее из принтера и клавиатуры". Принтер предназначен для отображения приходящей по сети информации, а клавиатура - для ввода данных, передаваемых по сети и, если включен режим "echo", вывода их на принтер. По умолчанию предполагается, что для обмена информацией используется 7-битовый US ASCII, каждый символ которого закодирован в 8-битовое поле. Любое преобразование символов является расширением стандарта NVT.

NVT предполагается буферизованным устройством. Это означает, что данные, вводимые с клавиатуры, не посылаются сразу по сети, а собираются в пакеты, которые отправляются либо по мере заполнения буфера, либо по специальной команде. Такая организация NVT призвана с одной стороны минимизировать сетевой трафик, а с другой обеспечить совместимость с реальными буферизованными терминалами. Например, таковым и являются терминалы ЕС-7920, из-за которых можно было потерять целый экран информации в случае зависания машины.

В моменты окончания печати на принтере NVT или отсутствия символов в буфере клавиатуры по сети должна посылаться специальная команда GA (Go Ahead). Смысл этой команды заключается в следующем: в реальных компьютерах линия "терминал-процесс" находится под управлением либо терминальной программы (ввод данных), либо печатающей программы. После выполнения своей функции каждая из них возвращает управление и освобождает линию. Обычно это происходит при работе с полудуплексными устройствами, такими как IBM-2741. Для того, чтобы протокол позволял работать и с этими устройствами, введен сигнал GA.

Остановимся более подробно на понятиях принтера и клавиатуры в концепции NVT.

Принтер имеет неограниченные ширину и длину страницы и может отображать все символы US ASCII (коды с 32 - 127), расширенный набор символов (коды с 128 - 255), а также распознает управляющие коды (с 0 - 31 и 127). Некоторые из них имеют специальные значения (таблица 3.1).

Таблица 3.1, Обязательные коды

Название кода	Код	Значение
NULL		Нет операции
Перевод строки Line Feed (LF)		Переход на другую строку c сохранением текущей позиции в строке
Возврат каретки Carrige Return (CR)		Устанавливает в качестве текущей первую позицию текущей строки

Рекомендованные коды

Название кода	Код	Значение
Звонок (BEL)		Звуковой сигнал
Сдвиг на одну позицию назад (BACK SPACE)		Перемещает каретку на одну позицию назад в текущей строке
Горизонтальная табуляция Horizontal Tab (HT)		Перемещение к следующей позиции горизонтальной табуляции
Вертикальная табуляция Vertical Tab (VT)		Перемещение курсора к следующей позиции вертикальной табуляции
Прогон страницы Form Feed (FF)		Переход к новой странице

Клавиатура имеет возможность ввода всех символов US ASCII. Кроме этого клавиатура может генерировать специальные стандартные функции управления терминалом. Стандарт telnet определяет пять стандартных функций управления терминалом. Вообще говоря, эти функции могут или присутствовать на реальном терминале, и тогда они должны представляться в стандартной форме команды, или отсутствовать, и тогда заменяться командой NO (No-Оperation).

Команда "Прервать процесс" (Interrupt Process - IP). Данная команда реализует стандартный для многих систем механизм прерывания процесса выполнения задачи пользователя (Cntrl+C в Unix-системах или Cntrl+Break в MS-DOS). Следует заметить, что команда IP может быть использована и другим протоколом прикладного уровня, который может использовать telnet.

Команда "Прервать процесс выдачи" (Abort Output - AO). Многие системы позволяют остановить процесс, выдающий информацию на экран. Здесь следует понять отличие данной команды от IP. При выполнении IP прерывается выполнение текущего процесса пользователя, но не происходит очистка буфера вывода, т.е. процесс может быть остановлен, а буфер вывода будет продолжать передаваться на экран. Обычно это происходит при взаимодействии по медленным линиям связи. Пользователи персональных компьютеров прекрасно знакомы с этой особенностью буферизованных устройств, когда возникают проблемы с остановкой печати: пользователь уже прервал печать и очистил по команде print /t буфер печати на компьютере, а лазерный принтер продолжает изводить бумагу лист за листом. Это типичный пример непродуманного подхода к процессу управления терминальным устройством, который характерен для разработчиков MS-DOS. Для того, чтобы избежать подобного казуса и существует команда AO. Реально проверить ее может любой пользователь медленного телефонного канала связи - для этого можно запустить команду more для просмотра большого файла, после этого по команде Cntrl+C прервать ее - выдача информации на экран будет продолжаться, и после этого выдать из командной строки telnet команду AO, что прервет выдачу.

Команда "Ты еще здесь?" (Are You There - AYT). Назначение этой команды - дать возможность пользователю убедиться, что в процессе работы по медленным линиям он не потерял связи с удаленной машиной. В силу буферизации ввода и вывода может оказаться, что пользователь может вводить данные, а связь с удаленной машиной уже потеряна. В стандартной ситуации этот факт будет обнаружен только после нажатия клавиши "Enter". Telnet дает возможность убедится в наличии связи в любой момент времени.

Команда "Удалить символ" (Erase Character - EC). Многие системы обеспечивают возможность редактирования командной строки путем введения так называемых символов "забой" или удалением последнего напечатанного символа на устройстве отображения. В любом случае последний введенный в буфер символ удаляется. Команда EC призвана стандартизировать реализацию этого механизма.

Команда "Удалить строку" (Erase Line - EL). Данная команда аналогична EC, но удаляет целую строку ввода. Обычно выполнение этой команды приводит к очистке буфера ввода, т.к. при работе в режиме командной строки строка ввода только одна.

Синхронизация. В локальных системах синхронизация работы процессов обычно реализуются через механизм прерываний или, как в Unix, механизм сигналов. Это означает, что система имеет возможность вмешаться в процесс обработки данных практически в любой момент времени. В контексте взаимодействия программы обработки данных и терминальной программы это означает возможность прервать программу обработки или очистить один из буферов с/без отображением(я) информации из него. Именно к этому типу взаимодействия относятся команды IP и AO. Однако в сети сделать это не так просто, как в локальной вычислительной среде. Данные при передаче между машинами буферизуются и обмен происходит пакетами. Если бы команда "Прервать процесс" просто вставлялась в последовательность символов в пакете, то это приводило бы к эффекту запаздывания, т.е. после ввода пользователем команды "прервать процесс", а процесс будет продолжать выполняться пока не доберется до идентификатора команды IP в полученном пакете. Результат - бесполезно потраченное время. Поэтому механизм синхронизации telnet состоит из использования специальной формы пакета TCP (TCP Urgent notification) и команды DATA MARK (DM). Специальная форма TCP пакета используется для изменения процедуры обработки пакетов. Обычно пакет обрабатывается, начиная с первого символа пакета последовательно. В случае специальной формы пакета сначала происходит поиск "интересных" сигналов, а уже потом производится обработка пакета по стандартному сценарию. Команда DM обычно замыкает пакет и обозначает конец специальной обработки. Если TCP-пакет содержит специальные символы до DM, то порядок специальной обработки отменяется, а DM воспринимается как команда No- Operation (NO). Если специальные символы не найдены, то порядок специальной обработки пакетов продолжается. В этом смысле интересными сигналами или символами являются стандартные команды telnet IP, AO, AYT или другие команды, требующие немедленного выполнения.

Команды telnet имеют свой формат. Команда - это 2-байтовая последовательность, состоящая из Esc-символа (255) IAC (Interpret as Command) и кода команды (240-255). Команды, связанные с процедурой согласования параметров сеанса, имеют 3-х байтовый формат: третий байт - ссылка на устанавливаемую опцию.

Стандартным портом TCP для telnet является порт 23.