Архитектура компьютерных сетей модель tcp ip. Архитектура протоколов в компьютерных сетях

Набор многоуровневых протоколов, или как называют стек TCP/IP, предназначен для использования в различных вариантах сетевого окружения. Стек TCP/IP с точки зрения системной архитектуры соответствует эталонной модели OSI (Open Systems Interconnection - взаимодействие открытых систем) и позволяет обмениваться данными по сети приложениям и службам, работающим практически на любой платформе, включая Unix, Windows, Macintosh и другие.

Рис. 3.2

Реализация TCP/IP фирмы Microsoft соответствует четырехуровневой модели вместо семиуровневой модели, как показано на рис. 3.2. Модель TCP/IP включает большее число функций на один уровень, что приводит к уменьшению числа уровней. В модели используются следующие уровни:

уровень Приложения модели TCP/IP соответствует уровням Приложения, Представления и Сеанса модели OSI;

уровень Транспорта модели TCP/IP соответствует аналогичному уровню Транспорта модели OSI;

межсетевой уровень модели TCP/IP выполняет те же функции, что и уровень Сети модели OSI;

уровень сетевого интерфейса модели TCP/IP соответствует Канальному и Физическому уровням модели OSI.

Уровень Приложения

Через уровень Приложения модели TCP/IP приложения и службы получают доступ к сети. Доступ к протоколам TCP/IP осуществляется посредством двух программных интерфейсов (API - Application Programming Interface):

Сокеты Windows;

Интерфейс сокетов Windows, или как его называют WinSock, является сетевым программным интерфейсом, предназначенным для облегчения взаимодействия между различными TCP/IP - приложениями и семействами протоколов.

Интерфейс NetBIOS используется для связи между процессами (IPC - Interposes Communications) служб и приложений ОС Windows. NetBIOS выполняет три основных функции:

определение имен NetBIOS;

служба дейтаграмм NetBIOS;

служба сеанса NetBIOS.

В таблице 3.1 приведено семейство протоколов TCP/IP.

Таблица 3.1

Название протокола

Описание протокола

Сетевой программный интерфейс

Связь с приложениями ОС Windows

Интерфейс транспортного драйвера (Transport Driver Interface) позволяет создавать компоненты сеансового уровня.

Протокол управления передачей (Transmission Control Protocol)

Протокол пользовательских дейтаграмм (User Datagram Protocol)

Протокол разрешения адресов (Address Resolution Protocol)

Протокол обратного разрешения адресов (Reverse Address Resolution Protocol)

Протокол Internet(Internet Protocol)

Протокол управляющих сообщений Internet (Internet Control Message Protocol)

Протокол управления группами Интернета (Internet Group Management Protocol),

Интерфейс взаимодействия между драйверами транспортных протоколов

Протокол пересылки файлов (File Transfer Protocol)

Простой протокол пересылки файлов (Trivial File Transfer Protocol)

Уровень транспорта

Уровень транспорта TCP/IP отвечает за установления и поддержания соединения между двумя узлами. Основные функции уровня:

подтверждение получения информации4

управление потоком данных;

упорядочение и ретрансляция пакетов.

В зависимости от типа службы могут быть использованы два протокола:

TCP (Transmission Control Protocol - протокол управления передачей);

UDP (User Datagram Protocol - пользовательский протокол дейтаграмм).

TCP обычно используют в тех случаях, когда приложению требуется передать большой объем информации и убедиться, что данные своевременно получены адресатом. Приложения и службы, отправляющие небольшие объемы данных и не нуждающиеся в получении подтверждения, используют протокол UDP, который является протоколом без установления соединения.

Протокол управления передачей (TCP)

Протокол TCP отвечает за надежную передачу данных от одного узла сети к другому. Он создает сеанс с установлением соединения, иначе говоря виртуальный канал между машинами. Установление соединения происходит в три шага:

Клиент, запрашивающий соединение, отправляет серверу пакет, указывающий номер порта, который клиент желает использовать, а также код (определенное число) ISN (Initial Sequence number).

Сервер отвечает пакетом, содержащий ISN сервера, а также ISN клиента, увеличенный на 1.

Клиент должен подтвердить установление соединения, вернув ISN сервера, увеличенный на 1.

Трехступенчатое открытие соединения устанавливает номер порта, а также ISN клиента и сервера. Каждый, отправляемый TCP - пакет содержит номера TCP - портов отправителя и получателя, номер фрагмента для сообщений, разбитых на меньшие части, а также контрольную сумму, позволяющую убедиться, что при передачи не произошло ошибок.

Пользовательский протокол дейтаграмм (UDP)

В отличие от TCP UDP не устанавливает соединения. Протокол UDP предназначен для отправки небольших объемов данных без установки соединения и используется приложениями, которые не нуждаются в подтверждении адресатом их получения. UDP также использует номера портов для определения конкретного процесса по указанному IP адресу. Однако UDP порты отличаются от TCP портов и, следовательно, могут использовать те же номера портов, что и TCP, без конфликта между службами.

Межсетевой уровень

Межсетевой уровень отвечает за маршрутизацию данных внутри сети и между различными сетями. На этом уровне работают маршрутизаторы, которые зависят от используемого протокола и используются для отправки пакетов из одной сети (или ее сегмента) в другую (или другой сегмент сети). В стеке TCP/IP на этом уровне используется протокол IP.

Протокол Интернета IP

Протокол IP обеспечивает обмен дейтаграммами между узлами сети и является протоколом, не устанавливающим соединения и использующим дейтаграммы для отправки данных из одной сети в другую. Данный протокол не ожидает получение подтверждения (ASK, Acknowledgment) отправленных пакетов от узла адресата. Подтверждения, а также повторные отправки пакетов осуществляется протоколами и процессами, работающими на верхних уровнях модели.

К его функциям относится фрагментация дейтаграмм и межсетевая адресация. Протокол IP предоставляет управляющую информацию для сборки фрагментированных дейтаграмм. Главной функцией протокола является межсетевая и глобальная адресация. В зависимости от размера сети, по которой будет маршрутизироваться дейтаграмма или пакет, применяется одна из трех схем адресации.

Адресация в IP-сетях

Каждый компьютер в сетях TCP/IP имеет адреса трех уровней: физический (MAC-адрес), сетевой (IP-адрес) и символьный (DNS-имя).

Физический, или локальный адрес узла, определяемый технологией, с помощью которой построена сеть, в которую входит узел. Для узлов, входящих в локальные сети - это МАС-адрес сетевого адаптера или порта маршрутизатора, например, 11-А0-17-3D-BC-01. Эти адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными адресами, так как управляются централизовано. Для всех существующих технологий локальных сетей МАС - адрес имеет формат 6 байтов: старшие 3 байта - идентификатор фирмы производителя, а младшие 3 байта назначаются уникальным образом самим производителем.

Сетевой, или IP-адрес, состоящий из 4 байт, например, 109.26.17.100. Этот адрес используется на сетевом уровне. Он назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер сети может быть выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения Internet (Network Information Center, NIC), если сеть должна работать как составная часть Internet. Обычно провайдеры услуг Internet получают диапазоны адресов у подразделений NIC, а затем распределяют их между своими абонентами. Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. Деление IP-адреса на поле номера сети и номера узла - гибкое, и граница между этими полями может устанавливаться произвольно. Узел может входить в несколько IP-сетей. В этом случае узел должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей. IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.

Символьный адрес, или DNS-имя, например, SERV1.IBM.COM. Этот адрес назначается администратором и состоит из нескольких частей, например, имени машины, имени организации, имени домена. Такой адрес используется на прикладном уровне, например, в протоколах FTP или telnet.

Протоколы сопоставления адреса ARP и RARP

Для определения локального адреса по IP-адресу используется протокол разрешения адреса Address Resolution Protocol (ARP). ARP работает различным образом в зависимости от того, какой протокол канального уровня работает в данной сети - протокол локальной сети (Ethernet, Token Ring, FDDI) с возможностью широковещательного доступа одновременно ко всем узлам сети, или же протокол глобальной сети (X.25, frame relay), как правило, не поддерживающий широковещательный доступ. Существует также протокол, решающий обратную задачу - нахождение IP-адреса по известному локальному адресу. Он называется реверсивный ARP - RARP (Reverse Address Resolution Protocol) и используется при старте бездисковых станций, не знающих в начальный момент своего IP-адреса, но знающих адрес своего сетевого адаптера.

В локальных сетях ARP использует широковещательные кадры протокола канального уровня для поиска в сети узла с заданным IP-адресом.

Узел, которому нужно выполнить отображение IP-адреса на локальный адрес, формирует ARP-запрос, вкладывает его в кадр протокола канального уровня, указывая в нем известный IP-адрес, и рассылает запрос широковещательно. Все узлы локальной сети получают ARP-запрос и сравнивают указанный там IP-адрес с собственным адресом. В случае их совпадения узел формирует ARP-ответ, в котором указывает свой IP-адрес и свой локальный адрес и отправляет его уже направленно, так как в ARP-запросе отправитель указывает свой локальный адрес. ARP-запросы и ответы используют один и тот же формат пакета.

Протокол ICMP

Протокол управления сообщениями Интернета (ICMP - Internet Control Message Protocol) используется IP и другими протоколами высокого уровня для отправки и получения отчетов о состоянии переданной информации. Этот протокол используется для контроля скорости передачи информации между двумя системами. Если маршрутизатор, соединяющий две системы, перегружен трафиком, он может отправить специальное сообщение ICMP - ошибку для уменьшения скорости отправления сообщений.

Протокол IGMP

Узлы локальной сети используют протокол управления группами Интернета (IGMP - Internet Group Management Protocol), чтобы зарегистрировать себя в группе. Информация о группах содержится на маршрутизаторах локальной сети. Маршрутизаторы используют эту информацию для передачи групповых сообщений.

Групповое сообщение, как и широковещательное, используется для отправки данных сразу нескольким узлам.

Network Device Interface Specification - спецификация интерфейса сетевого устройства, программный интерфейс, обеспечивающий взаимодействие между драйверами транспортных протоколов, и соответствующими драйверами сетевых интерфейсов. Позволяет использовать несколько протоколов, даже если установлена только одна сетевая карта.

Уровень сетевого интерфейса

Этот уровень модели TCP/IP отвечает за распределение IP-дейтаграмм. Он работает с ARP для определения информации, которая должна быть помещена в заголовок каждого кадра. Затем на этом уровне создается кадр, подходящий для используемого типа сети, такого как Ethernet, Token Ring или ATM, затем IP-дейтаграмма помещается в область данных этого кадра, и он отправляется в сеть.

Вопросы

Назначение спецификации стандартов IEEE802.

Какой стандарт описывает сетевую технологию Ethernet?

Какой стандарт определяет задачи управления логической связью?

Какой стандарт задает механизмы управления сетью?

Какой стандарт описывает сетевую технологию ArcNet?

Какой стандарт описывает сетевую технологию Token Ring?

Что такое интерфейс уровня базовой модели OSI?

Что такое протокол уровня базовой модели OSI?

Дать определение стека протоколов.

На какие уровни разбиваются стеки протоколов?

Назвать наиболее популярные сетевые протоколы.

Назвать наиболее популярные транспортные протоколы.

Назвать наиболее популярные прикладные протоколы.

Перечислить наиболее популярные стеки протоколов.

Назначение программных интерфейсов сокетов Windows и NetBIOS.

Чем отличается протокол TCP от UDP?

Функции протокола IP.

Какие существуют виды адресации в IP-сетях?

Какой протокол необходим для определения локального адреса по IP-адресу?

Какой протокол необходим для определения IP-адреса по локальному адресу?

Какой протокол используется для управления сообщениями Интернета?

Назначение уровня сетевого интерфейса стека TCP/IP.

Таблица."Стек основных протоколов сетевых архитектур ISO и TCP/IP"

Уровни стандарта ISO

Стек протоколов стандарта ISO

Стек протоколов TCP/IP

7. Прикладной

Набор протоколов

Набор протоколов

6. Представления данных

5. Сеансовый

4. Транспортный

3. Сетевой

2. Канальный

Произвольный

1. Физический

Произвольный

Различия в идеологии построения сетевых архитектур порождают существенные различия механизма передачи данных на всех уровнях стандарта ISO за исключением физического и канального, где могут применяться протоколы LAP-B и Х.21, но могут и другие. Основные отличия в алгоритме передачи данных состоят, во-первых, в идеологии защиты от ошибок, и, во-вторых, в реализации режима коммутации пакетов (КП).
Рассмотрим сначала методы борьбы с ошибками.

Вопросам защиты данных от ошибок и сбоев уделено много внимания. Для этого выделяется второй (канальный) уровень. Обнаружение ошибок выполняется с помощью мощного помехоустойчивого кода типа БЧХ (Рек. V.42) с минимальным кодовым расстоянием d=5, что позволяет обнаруживать любую 4-х кратную ошибку. Исправление ошибок выполняется с помощью алгоритмов с обратной связью – РОС-ОЖ или (чаще) РОС-НП. Для борьбы со вставками и выпадениями кадров используются тайм-аут и циклическая нумерация кадров. На сетевом уровне обеспечиваются нумерация пакетов и их перезапрос. Всё это позволяет использовать передающую среду практически любого качества, однако платой за это является высокая степень вносимой избыточности, т.е. падение реальной скорости передачи информации.

В архитектуре TCP/IP первый и второй уровни вообще не оговорены, т.е. передача может вестись даже без защиты от ошибок. Повышение верности возложено на транспортный протокол ТСР. Если используются хорошие каналы, например, волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), то на транспортном уровне используется протокол UDP, где не предусмотрена защита от ошибок. В этом случае обнаружение и исправление ошибок осуществляются на прикладном уровне специальными программами пользователя. Такой подход становится понятным, т.к. архитектура TCP/IP первоначально была реализована в сети ARPANET, где использовались выделенные высокоскоростные каналы.

Рассмотрим различия в способах коммутации пакетов, т.е. в реализации 3-го уровня ISO.

В архитектуре ISO за маршрутизацию (доставку пакетов по адресу) отвечает третий (сетевой) уровень (Рек. Х.25). Предусматривается создание виртуальных соединений или каналов от источника до получателя, а затем по этому соединению передаются пакеты. Такой режим называется виртуальным режимом КП и по принципам напоминает традиционную коммутацию каналов (КК). В архитектуре TCP/IP реализуется другой подход, называемый дейтаграммным режимом КП. Этот режим резко упрощает задачу маршрутизации, но порождает проблему сборки сообщений из пакетов, т.к. пакеты одного сообщения могут доставляться по разным маршрутам и поступать к получателю в разное время. Дейтаграммный режим КП по принципам напоминает коммутацию сообщений (КС).

Cравнения виртуального и дейтаграммного методов КП по следующим характеристикам:

    установление соединения;

    адресация;

    процедура передачи пакета по сети;

    управление входным потоком сообщений;

    эффективность использования сетевых ресурсов.

Установление соединения. При виртуальной КП до передачи сообщения устанавливается логическое соединение между взаимодействующими объектами транспортного уровня (а возможно и более высоких уровней ISO). Этот логический канал запоминается в маршрутных таблицах всех центров коммутации пакетов (ЦКП), которые участвуют в соединении. Пакеты передаются только по установленному логическому каналу, поэтому порядок их следования при этом не нарушается.

При дейтаграммой КП логического соединения не устанавливается, поэтому пакеты одного сообщения передаются по тем маршрутам, которые оптимальны в данный момент, т.е. возможно разными маршрутами. Проблема сборки сообщения из пакетов решается на транспортном уровне.

Адресация. При виртуальном режиме КП полный адрес объекта-получателя передаётся только при установлении логического соединения, т.е. с первым пакетом. Получив этот пакет, объект-получатель извещает отправителя о согласии на проведение сеанса связи (или несогласии). Создаётся логическое соединение, и передаются остальные пакеты, содержащие только номер логического канала.

При дейтаграммном режиме КП каждый передаваемый пакет обязательно должен содержать полный адрес получателя (и отправителя) и номер пакета в сообщении.

Процедура передачи пакета по сети. Виртуальный режим КП предусматривает выделение специальной базовой сети передачи данных (ПД) и передачу пакетов в этой сети ПД по готовому логическому каналу, создаваемому по инициативе транспортного уровня.

При дейтаграммном режиме каждый пакет передаётся по разным маршрутам, что позволяет эффективнее использовать сетевые ресурсы, т.к. в больших сетях загрузка каналов меняется очень быстро, поэтому маршрут доставки желательно корректировать чаще. В данном случае можно построить глобальную сеть без выделения отдельной базовой сети ПД.

Управление входящим потоком сообщений. При виртуальном режиме КП управление потоком входящих сообщений (но не пакетов) возможно лишь на входе виртуального канала, т.е. на конкретном центре коммутации пакетов для данного сообщения.

Дейтаграммный режим КП является более гибким и позволяет управлять входящим потоком сообщений практически с любого ЦКП, что улучшает гибкость управления.

Эффективность использования сетевых ресурсов. В виртуальном режиме КП оптимальный маршрут выбирается только в момент установления логического соединения, поэтому при быстром изменении ситуации на сети путь, оптимальный для первого пакета сообщения, может быть не оптимальным для последующих пакетов одного и того же сообщения.

При дейтаграммном режиме коррекция маршрута производится чаще, что позволяет более равномерно загрузить каналы всей сети и, в конечном счёте, уменьшить время доставки сообщения.

5.2.1.3Сфера применения архитектуры TCP/IP

Сфера применения архитектуры TCP/IP определяется их свойствами, которые порождают основные достоинства и недостатки используемых сетевых архитектур.

Достоинства архитектуры TCP/IP:

    небольшие затраты на реализацию протоколов взаимодействия за счёт меньшего набора требуемых протоколов;

    существенное упрощение процедуры маршрутизации, что снижает стоимость базовой сети передачи данных за счёт использования более простых ЦКП;

    возможность построения крупномасштабной ИВС с использованием разнотипного оборудования;

    возможность реализации взаимодействия различных сетей с применением простых алгоритмов согласования.

К недостаткам архитектуры TCP/IP можно отнести:

    возможность реализации только при использовании «хороших» каналов связи (желательно выделенных);

    необходимость решения проблемы сборки пакетов, которые могут поступать на транспортный уровень в произвольном порядке;

    возможность потери сообщения из-за несвоевременной доставки одного из пакетов этого сообщения;

    усложнение прикладных программ пользователя за счёт введения процедур контроля и исправления ошибок в получаемых сообщениях.

При построении глобальных сетей, когда решающим фактором выступает простота согласования работы различных национальных сетей, реализуемых, как правило, на разнотипном оборудовании, наиболее эффективно применение архитектуры TCP/IP, данный вывод подтверждается практикой, т.к. в Internet используют именно архитектуру TCP/IP.А Сетевая архитектура ISO эффективна при применении «плохих» каналов связи, необходимости работы в реальном масштабе времени и однородной структуре оборудования, причём основным выступает качество каналов связи.

В архитектуре Internet отдельные сети (ЛВС, региональные и глобальные) соединяются друг с другом специальными устройствами - маршрутизаторами IP-пакетов.

Определение. Устройства объединения сетей в рамках Internet называются IP-шлюзами, или IP-маршрутизаторами, или Router.

5.2.1.3.1
5.2.1.3.2Фрагмент сети Интернет

LAN - локальная вычислительная сеть;
MAN - региональная ИВС;
WAN - глобальная ИВС;
WS (Work Station) - рабочая станция ЛВС;
FS (File Server) - файл-сервер;
Host - узловая машина (компьютер, который подключен к сети в качестве узла);
Router - IP-маршрутизатор.

5.2.1.3.3

Шлюз подключается к двум или более сетям, каждая из которых воспринимает этот шлюз как хост-ЭВМ. Поэтому шлюз имеет физический интерфейс и специальный IP-адрес в каждой из подключаемых сетей. Передача пакетов требует от шлюза определение IP-адреса следующего шлюза или, на последнем участке, IP-адреса хост-машины, которой направляется IP-пакет. Функция шлюза, которая обычно называется маршрутизацией, основана на анализе специальных маршрутных таблиц (матриц маршрутов), которые находятся в специальной базе данных. База данных в каждом из шлюзов должна постоянно обновляться, чтобы отражать текущую топологию сети Internet.

Маршрут - это последовательность маршрутизаторов, которые проходит пакет от отправителя до пункта назначения.

В основе функционирования сети Интернет заложены протоколы TCP/IP.

5.2.1.3.4
5.2.1.3.5Пример цепочки протоколов TCP/IP

Данные передаются в пакетах. Пакеты имеют заголовок, который содержит служебную информацию. Данные более верхних уровней вставляются в пакеты нижних уровней.

5.2.1.3.6
5.2.1.3.7Передача сообщений в сети Internet на основе механизма инкапсуляции (encapsulation)
5.2.1.4Физический и канальный уровень

Стек TCP/IP не подразумевает использования каких-либо определенных протоколов уровня доступа к среде передачи и физических сред передачи данных. От уровня доступа к среде передачи требуется наличие интерфейса с модулем IP, обеспечивающего передачу IP-пакетов. Также требуется обеспечить преобразование IP-адреса узла сети, на который передается IP-пакет, в MAC-адрес. Часто в качестве уровня доступа к среде передачи могут выступать целые протокольные стеки, тогда говорят об IP поверх ATM, IP поверх IPX, IP поверх X.25 и т.п.

5.2.1.5Межсетевой уровень и протокол IP (Internet Protocol)

Основу этого уровня составляет IP-протокол:

    Первый стандарт IPv4 определен в RFC-760 (1980 г.).

    Последняя версия IPv4 - RFC-791 (1981 г.).

Назначение протокола IP

Протокол межсетевого взаимодействия - IP - это ненадежный, не требующий установки соединения с получателем, механизм доставки сообщений в виде отдельных пакетов.
"Ненадежность доставки":

    Не гарантируется доставка пакетов получателю;

    По пути следования пакет может быть утерян, продублирован, задержан;

    Пакеты могут быть доставлены с нарушением порядка следования.

Для доставки пакетов не требуется предварительного установления соединения (т.е. пути следования пакетов), так как каждый пакет считается независимым от остальных. Поэтому пакеты от отправителя до получателя могут проходить по разным маршрутам.

Межсетевая дейтаграмма

Пакет, передаваемый по сети Internet, называют IP-дейтаграммой или IP-пакетом.

Структура пакета: заголовок и блок данных.

В заголовок IP-пакета включен набор правил , обеспечивающих доставку пакета данных получателю. В этих правилах оговариваются способы обработки пакетов узлами сети и маршрутизаторами, а также условия, при возникновении которых должны генерироваться сообщения об ошибке, а пакеты удаляться из сети.

5.2.1.5.1
5.2.1.6Типы адресов стека TCP/IP

В стеке TCP/IP используются три типа адресов: локальные (называемые также аппаратными), IP-адреса и символьные доменные имена.

В терминологии TCP/IP под локальным адресом понимается такой тип адреса, который используется средствами базовой технологии для доставки данных в пределах подсети, являющейся элементом составной сети. Если подсетью составной сети является локальная сеть, то локальный адрес – это MAC-адрес. MAC-адрес назначается сетевым адаптерам и сетевым интерфейсам маршрутизаторов. MAC-адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными. Для всех существующих технологий локальных сетей MAC-адрес состоит из 6 байт, например 11-A0-17-3D-BC-01. MAC-адрес – это адрес, используемый на канальном уровне.

IP-адрес – это адрес сетевого уровня. IP-адреса представляют собой основной тип адресов, на основании которых сетевой уровень передает пакеты между сетями. Эти адреса состоят из 4 байт, например, 109.26.17.100. IP-адрес назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер узла назначается независимо от локального адреса узла.

Символьные доменные имена - специальные имена компьютеров в сети Internet.

5.2.1.7Протокол межсетевых взаимодействий (IPv4)
5.2.1.7.1Представление и структура IP-адреса

Двоичный формат

Десятичный формат
5.2.1.7.2Классовая система адресации
5.2.1.7.3
5.2.1.7.4Специальные адреса

00000000

00000000

00000000

00000000

Разрешено использовать только в процессе инициализации сетевого программного обеспечения

11111111

11111111

11111111

11111111

Ограниченный широковещательный адрес в своей локальной сети

00000000

Идентификатор узла

00000000

00000000

Идентификатор узла

00000000

00000000

00000000

Идентификатор узла

Компьютер в своей сети

Идентификатор сети

11111111

11111111

11111111

Идентификатор сети

11111111

11111111

Идентификатор сети

11111111

Направленный широковещательный адрес в указанной сети

01111111

Специальные комбинации

Петля обратной связи

Класс сети

Количество сетей

Количество узлов в сети

Диапазон значений первого байта идентификаторов сети

Класс D имеет следующую сетку групповых IP-адресов:
от 224.0.0.0 до 239.255.255.255.

5.2.1.7.5Назначение идентификаторов сетей

Для подключения сети к Интернет необходимо получить идентификатор сети от Информационного Центра Интернет (InterNIC- Internet NetworkInformation Center). Идентификатор сети должен охватывать все узлы, подключенные к одной физической сети.

5.2.1.7.6
5.2.1.7.7Пример распределения IP-адресов
5.2.1.7.8
5.2.1.7.9Адреса интерфейсов
5.2.1.7.10
5.2.1.7.11Сетевые адреса
5.2.1.7.12
5.2.1.7.13Три маршрутизатора, соединяющие шесть хостов

Адресное пространство, выделенное для Intranet (автономные IP-сети):
в классе А - одна сеть с адресом 10.x.y.z.
в классе B - 16 сетей с адресами 172.16.y.z. - 172.31.y.z.
в классе C - 256 сетей с адресами 192.168.y.z. - 192.168.255.z

5.2.1.7.14Подсети

Традиционная схема деления IP-адреса на номер сети и номер узла основана на понятии класса, который определяется значениями нескольких первых бит адреса. Именно потому, что первый байт адреса 185.23.44.206 попадает в диапазон 128-191, можно сказать, что этот адрес относится к классу B, а значит, номером сети являются первые два байта, дополненные двумя нулевыми байтами – 185.23.0.0, а номером узла – 0.0.44.206. В таком представлении IP-адрес состоит из двух иерархических уровней. Необходимость во введении третьего уровня иерархии – уровня подсетей – была продиктована возникновением дефицита номеров сетей и резким ростом таблиц маршрутизации маршрутизаторов в сети Интернет. После введения уровня подсети номер узла разделяется на две части – номер подсети и номер узла в этой подсети.

5.2.1.7.15
5.2.1.7.16Формирование трехуровневой иерархии

Увеличение количества уровней снимает проблему роста таблиц маршрутизации благодаря тому, что информация о топологии частных сетей становится ненужной магистральным маршрутизаторам Интернета. Маршруты из сети Интернет до любой конкретной подсети, расположенной в сети с данным IP-адресом, одинаковы и не зависят от того, в какой подсети расположен получатель. Это стало возможным благодаря тому, что все подсети сети с данным номером используют один и тот же номер сети, хотя их номера (номера подсетей) разные. Маршрутизаторам в частной сети требуется различать отдельные подсети, но для маршрутизаторов Интернета все подсети относятся к единственной записи в таблице маршрутизации. Это позволяет администратору частной сети вносить любые изменения в логическую структуру своей сети, не влияя на размер таблиц маршрутизации маршрутизаторов Интернета.

Хрестоматия по дисциплине “ Информатика “ Составил : ст . преподаватель Столяров А.С. весенний семестр 2009 Содержание 1 Понятие информации 3 ... Как сдать экзамен и централизованное тестирование по информатике на 100 баллов. - Ростов...

  • Основная образовательная программа

    ... по семестрам ... по дисциплинам профессионального цикла привлечено 17 % преподавателей ... а также хрестоматии и методические... в области информатики ; методы и... субъектного состава , содержания и... весеннем ... на основании ст . 11 ... Независимых Государств. – 2009 . – № ...

  • Документ

    Ведущих преподавателей факультета по курсам математических дисциплин Информатика» ), а также дисциплин , наиболее... МЭИ велось по 15 дисциплинам , обучалось 304 студента. В весеннем семестре 2009 /2010 учебного...

  • Межвузовский центр по историческому образованию в технических вузах российской федерации межвузовский центр по политологическому образованию

    Документ

    Ведущих преподавателей факультета по курсам математических дисциплин («Математика», «Математическая психология», «Информатика» ), а также дисциплин , наиболее... МЭИ велось по 15 дисциплинам , обучалось 304 студента. В весеннем семестре 2009 /2010 учебного...

  • Компетентностный подход как концептуальная основа современного образования сборник научных статей по материалам международной научно-практической конференции (февраль 2010 г)

    Документ

    ... по дисциплине «История России». Преподаватель ... мае 2009 года... составить ... течение всего семестра , а... ст .9) ... Современная военная психология: Хрестоматия / сост. ... веселый весенний ... содержании образования должна занять важное место коммуникативность: информатика ...

    • Стек протоколов TCP/IP является наиболее распространенным на сегодняшний день стеком протоколов. Гибкость и возможности маршрутизации трафика позволяют использовать его в сетях различного масштаба. Стек протоколов TCP/IP представляет собой набор сетевых протоколов, регламентирующих все стороны процесса взаимодействия сетевых устройств.

    Требования-характеристики:

    Отказоустойчивость. Сеть, построенная с использованием протокола, должна сохранять свою функциональность, даже если часть сети утратит свою работоспособность.

    Расширяемость. Протокол должен допускать возможность легкого расширения сети. Добавление к сети новых сегментов не должно приводить к нарушению работы существующих служб.

    Надежность. Протокол должен включать в себя механизмы, обеспечивающие надежную передачу информации внутри сети, независимо от надежности существующих коммуникаций.

    Внутренняя простота. Протокол должен иметь простую структуру, чтобы обеспечивать достаточную производительность

    Архитектура: Стек TCP/IP с точки зрения системной архитектуры соответствует эталонной модели OSI (Open Systems Interconnection - взаимодействие открытых систем) и позволяет обмениваться данными по сети приложениям и службам, работающим практически на любой платформе, включая Unix, Windows, Macintosh и другие.

    Обзор основных протоколов стека:

    ТСP: Протокол управления передачей (Transmission Control Protocol, TCP) берет на себя все обязанности по доставке пакетов, получаемых от протоколов верхних уровней, в неизменном состоянии и в соответствующей последовательности. Поэтому в обязанности протокола транспортного уровня входит функция разбиения этих пакетов на более мелкие TCP-пакеты, которые затем передаются протоколу сетевого уровня.

    UDP: В структуре стека протоколов TCP/IP имеется другой протокол, функционирующий на транспортном уровне, который не ориентирован на установку соединения. Речь идет о протоколе пользовательских дейтаграмм (User Datagram Protocol, UDP). Протокол UDP достаточно быстрый протокол, поскольку не включает механизмов, осуществляющих контроль доставки пакетов.

    IP: Основная его задача - маршрутизация пакетов данных. Получая пакет от протоколов верхнего уровня OSI-модели, протокол IP принимает решение о доставке этих пакетов. Решение принимается на основе специальных таблиц, называемых таблицами маршрутизации. На основании этой таблицы может быть принято два решения, в зависимости от того, в какой подсети находится компьютер-получатель пакета

    ARP: На канальном уровне адресация осуществляется на основе так называемых МАС-адресов. МАС-адрес представляет собой уникальный 48-разрядный идентификационный код, присваиваемый каждому сетевому адаптеру. Этот код записывается (или, как принято говорить, «зашивается») в специальное ПЗУ на плате сетевого адаптера и тем самым навсегда связывается с этим сетевым адаптером. Поскольку адресация на канальном уровне осуществляется посредством МАС-адресов, необходим механизм, который бы обеспечивал трансляцию IP-адресов в соответствующие МАС-адреса. Протокол разрешения адресов ARP (Address Resolution Protocol) и предоставляет такой механизм. Его основная задача -- установка соответствия между IP-адресом и МАС-адресом.

    ICMP: Протокол управляющих сообщений Интернета (Internet Control Message Protocol, ICMP) представляет собой механизм, посредством которого хосты могут обмениваться служебной информацией. Протокол ICMP поддерживает два вида служебных сообщений: сообщения об ошибках и управляющие сообщения.

    IGMP: Процесс передачи группового трафика регламентируется межсетевым протоколом управления группой (Internet Group Management Protocol, IGMP).

    IPsec: Протокол IPsec обеспечивает защиту любых пакетов, передаваемых протоколами верхних уровней

    Уровень приложений: Через уровень Приложения модели TCP/IP приложения и службы получают доступ к сети. Доступ к протоколам TCP/IP осуществляется посредством двух программных интерфейсов (API - Application Programming Interface):

    • - Сокеты Windows;
    • - NetBIOS.

    Интерфейс сокетов Windows, или как его называют WinSock, является сетевым программным интерфейсом, предназначенным для облегчения взаимодействия между различными TCP/IP - приложениями и семействами протоколов.

    Интерфейс NetBIOS используется для связи между процессами (IPC - Interposes Communications) служб и приложений ОС Windows. NetBIOS выполняет три основных функции: определение имен NetBIOS; служба дейтаграмм NetBIOS; служба сеанса NetBIOS.

    Уровень транспорта: Уровень транспорта TCP/IP отвечает за установления и поддержания соединения между двумя узлами. Основные функции уровня:

    • - подтверждение получения информации;
    • - управление потоком данных;
    • - упорядочение и ретрансляция пакетов.

    В зависимости от типа службы могут быть использованы два протокола:

    • - TCP (Transmission Control Protocol - протокол управления передачей);
    • - UDP (User Datagram Protocol - пользовательский протокол дейтаграмм).

    TCP обычно используют в тех случаях, когда приложению требуется передать большой объем информации и убедиться, что данные своевременно получены адресатом. Приложения и службы, отправляющие небольшие объемы данных и не нуждающиеся в получении подтверждения, используют протокол UDP, который является протоколом без установления соединения.

    Межсетевой уровень: Межсетевой уровень отвечает за маршрутизацию данных внутри сети и между различными сетями. На этом уровне работают маршрутизаторы, которые зависят от используемого протокола и используются для отправки пакетов из одной сети (или ее сегмента) в другую (или другой сегмент сети). В стеке TCP/IP на этом уровне используется протокол IP.

    Уровень сетевого интерфейса: Этот уровень модели TCP/IP отвечает за распределение IP-дейтаграмм. Он работает с ARP для определения информации, которая должна быть помещена в заголовок каждого кадра. Затем на этом уровне создается кадр, подходящий для используемого типа сети, такого как Ethernet, Token Ring или ATM, затем IP-дейтаграмма помещается в область данных этого кадра, и он отправляется в сеть.

    Утилиты диагностики:

    ipconfig /flushdns /registerdns /displaydns /showclassid /setclassid class_id]

    /all -- в результате выполнения утилиты выводится полная информация о конфигурации протокола для всех интерфейсов локального компьютера. В том числе и для сетевых интерфейсов, работающих со службой маршрутизации и удаленного доступа (Routing and Remote Access Service, RAS);

    /release -- выполнение утилиты с этим ключом приводит к освобождению выделенного IP-адреса. Ключ применим для использования только на клиентах DHCP;

    /renew -- использование этого ключа предписывает системе обновить конфигурацию стека протоколов TCP/IP. Если вы указываете имя сетевого адаптера, обновляется конфигурация протокола только для выбранного адаптера. В противном случае обновляется конфигурация стека протоколов для всех сетевых адаптеров;

    /displaydns -- в результате выполнения утилиты будет выведена информация о содержимом локального кэша клиента DNS, используемого для разрешения доменных имен;

    ping [-t] [-a] [-n count] [-1 size] [-f] [-i ttl] [-v tos] [-r count] [-S count] [[-] host-list] | {-k host-list]] [-w timeout] [-R] [-S srcaddr] [-4] [-6] destination-host

    • -t -- использование данного ключа предписывает системе непрерывно посылать специальные ICMP-пакеты к удаленному компьютеру вплоть до остановки пользователем выполнения утилиты;
    • -а -- использование данного ключа позволяет определить доменное имя удаленного компьютера по его IP-адресу. Полезность этого ключа зачастую недооценивается пользователями. Тем не менее при работе в локальной сети нередко возникают ситуации, когда необходимо узнать доменное имя компьютера по его IP-адресу;
    • -n count -- в отличие от предыдущего ключа, позволяет задать число ICMP-пакетов, которые будут посланы в процессе проверки возможности установления соединения. По умолчанию утилита отправляет четыре пакета;
    • -w timeout -- по умолчанию утилита ping ожидает подтверждения от удаленного хоста в течение одной секунды. По окончании этого времени утилита делает вывод о том, что с хостом невозможно установить соединение. Особенно часто подобная ситуация возникает в случае, когда удаленный компьютер соединяется посредством медленных линий связи. Использование этого ключа позволяет увеличить время ожидания подтверждения до определенного значения, задаваемого в миллисекундах в виде параметра timeout;

    tracert [-d] [-h maximum_hops] [-j host-list] [-w timeout] [-R] [-S srcaddr] [-4] [-6] target_name

    • -d -- по умолчанию утилита, предоставляя информацию о проходимых пакетами маршрутизаторах, указывает не только IP-адреса, но и их доменные имена. Использование этого ключа предписывает утилите не производить преобразование IP-адресов в доменные имена. Это позволяет сократить время выполнения утилиты;
    • -h maximum_hops -- использование утилиты с данным ключом позволяет ограничить допустимое число переходов из одной подсети в другую в процессе отслеживания маршрута. Параметр maximum_hops определяет максимально допустимое количество переходов;
    • -w timeout -- ключ позволяет явно определить максимальное время ожидания ответа от удаленного маршрутизатора. При этом время задается параметром timeout в миллисекундах;

    target_name -- определяет имя удаленного хоста, маршрут к которому необходимо проследить.

    Утилита netstat. Позволяет получить статистическую информацию по некоторым из протоколов стека (TCP, UDP, IP и ICMP), а также приводит сведения о текущих сетевых соединениях.

    Утилита nbtstat . Утилита используется для получения информации, связанной с вопросом функционирования NetBIOS поверх TCP/IP. Используя данную утилиту, можно получить информацию как о локальном, так и об удаленном компьютере.

    IP-адрес: Согласно концепции TCP/IP, каждый хост, чтобы работать в сети, должен иметь определенный IP-адрес

    IP-адрес представляет собой 32-разрядное двоичное число, которое для удобства запоминания разбито на октеты -- восьмибитовые группы

    Правила назначения IP-адреса:

    • 1. Компьютеру нельзя присвоить первый адрес в данной сети (адрес, заканчивающийся на число 0). Такие адреса зарезервированы для обозначения всей сети.
    • 2. Компьютеру нельзя присвоить последний адрес в данной сети (адрес, заканчивающийся на число 255). Такие адреса служат для широковещательных передач (broadcasting) -- обращения ко всем компьютерам в сети.
    • 3. Каждый из октетов -- это число в диапазоне от 0 до 255.
    • 4. IP-адрес каждого компьютера должен быть уникален в пределах сети. Если присвоить новому компьютеру уже существующий в сети адрес, то возникнет конфликт адресов. Операционная система сообщит о конфликте, показав окно предупреждения, и оба компьютера не будут допущены к работе в сети до исправления ситуации.

    Адрес подсети и адрес хоста: В любом IP-адресе можно выделить две составляющие: адрес подсети и адрес хоста в этой подсети. На этапе разработки создатели протокола разделили все IP-адреса на три категории, объединив их в три класса подсетей -- А, В и С.

    Подсети класса А самые дорогие, поэтому они по карману только крупным корпорациям. Все пулы адресов класса А уже распределены. В качестве их держателей выступают такие корпорации, как IBM, Xerox, Apple и Hewlett-Packard.

    Класс адресов В менее дорогой, однако и он по карману только состоятельным корпорациям, которые готовы выложить значительные суммы за достаточное количество IP-адресов. Одна из самых известных корпораций, являющаяся держателем пула адресов класса В -- Microsoft.

    Деление на подсети: Маска подсети -- один из ключевых терминов TCP/IP, она представляет собой 32-битовое число, которое используется для выделения из IP-адреса адреса подсети.


    В связи с этим биты маски подсети, установленные в 1, обозначают разряды которые используются в IP-адресе для определения адреса подсети. Выделение осуществляется методом логического умножения (операции AND) IP-адреса и маски подсети.

    Адрес ROOT: 11000000 10101000 00000001 00000001

    Адрес подсети: 11000000 10101000 00000001

    Адрес STORE: 11000000 10101000 00000001 00010101

    Маска подсети: 11111111 11111111 11111111 00000000

    Адрес подсети STORE: 11000000 10101000 00000001

    Адрес подсети ROOT: 11000000 10101000 00000001

    Внутренние IP-адреса: Для локальных сетей, в зависимости от их размера, организацией IANA (Internet Assigned Numbers Authority), отвечающей за присвоение IP-адресов в Интернете, выделены следующие диапазоны адресов:

    • 10.0.0.0 -- 10.255.255.255
    • 172.16.0.0 -- 172.31.255.255
    • 192.168.0.0 -- 192.168.255.255

    Службы DHCP, DNS,WINS

    Для организации и управления доступом к ресурсам сети пользователей и приложений используются подход, основанный на символьных обозначениях узлов и ресурсов. Для определения местоположения данных узлов в сети необходимы службы, обеспечивающие преобразование символьных имен в идентификаторы, используемые на более низких уровнях протоколов межсетевого взаимодействия.

    Система доменных имен (DNS - domain name services) является методом регистрации имен компьютеров и их IP-адресов.

    Служба имен Интернет для Windows (WINS) используется как служба разрешения имен NetBIOS в IP-адреса в сегментированных сетях.

    Серверы доменных имен - инструменты данной системы, обеспечивающие ее функционирование.

    Система доменных имен (DNS) - иерархическая распределенная база данных, содержащая сопоставления доменных имен DNS с различными типами данных, таких как IP-адреса. DNS позволяет находить компьютеры и службы по понятным именам, а также просматривать другие сведения из базы данных.

    DNS-клиент - компьютер-клиент, запрашивающий DNS-серверы для разрешения доменных имен DNS. DNS-клиенты имеют временный кэш разрешенных доменных имен DNS.

    DNS-сервер - сервер, содержащий сведения о части базы данных DNS, отвечающий на запросы DNS и разрешающий их.

    DNS-суффикс - строка знаков, представляющая имя домена в DNS. DNS-суффикс показывает расположение узла относительно корня DNS, обозначая положение узла в иерархии DNS. Обычно DNS-суффикс описывает последнюю часть имени DNS, предваряемую одной или несколькими первыми метками имени DNS.

    Пространство доменных имен:

    В случае группировки по организационному уровню имена доменов первого уровня образуются тремя символами:

    Edu (образовательные учреждения),

    Com (коммерческие организации),

    Org (некоммерческие организации),

    Gov (правительственные организации),

    Mil (военные учреждения) и др.

    Выход Интернета за пределы США привел к тому, что возникла необходимость в учете национальной принадлежности организаций и учреждений. В связи с этим система построения пространства имен DNS была модифицирована. Было предложено группировать домены по их принадлежности к некоторому государству. Для этого используются имена, состоящие из двух символов. Например:

    Ru (Россия),

    Ie (Ирландия),

    Аu (Австралия)

    Помимо этого существует еще один домен первого уровня, который используется для группировки обратных доменов (reverse domains). Обратные домены применяются для осуществления поиска доменного имени хоста по его IP-адресу. Этот специальный домен получил название.аrра, и он являлся единственным доменом первого уровня, имеющим имя из четырех символов. Домен содержит только несколько доменов второго уровня: .in-addr.arpa., ip6.arpa

    Вопросами создания доменов первого и второго уровней занимается специальная организация -- Корпорация Интернета по выделению имен и адресов (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers, ICANN).

    Архитектура службы DNS

    Когда необходимо обеспечить обмен данными между прикладными процессами, которые выполняются на удаленных компьютерах, требуется поддерживать довольно сложные процедуры.

    Поэтому логика взаимодействия процессов в сети не реализуется в виде единого модуля, а разбивается на множество подзадач. Каждая подзадача реализуется отдельным программным или аппаратным модулем.

    Модули распределяются по функциональным уровням, которые организуются в виде ВЕРТИКАЛЬНОГО СТЕКА:

    Каждый уровень стека выполняет свое подмножество функций, необходимое для общения с другой системой, при этом каждый уровень предоставляет услуги смежному вышестоящему уровню и в свою очередь пользуется услугами смежного нижнего уровня.

    Таким образом, функциональные уровни внутри одной системы взаимодействуют на строго иерархической основе.

    Архитектура процессов в компьютерной сети

    При идеальной реализации такой архитектуры удаленные системы общаются при помощи обмена блоками данных строго определенного формата. И модули каждого функционального уровня на передающей стороне генерируют управляющую информацию, которая анализируется и обрабатывается на приемной стороне модулями того же ранга. Этот обмен подчиняется набору правил, который называется протоколом уровня.

    В 1983 году в целях упорядочения принципов взаимодействия устройств в сетях передачи данных Международная организация по стандартизации (МОС, ISO) утвердила в качестве международного стандарта 7-ми уровневую модель для архитектуры коммуникационных протоколов. Предполагалось , что эта модель должна послужить основой для разработки международных стандартов протоколов. Модель получила название - Эталонная модель Взаимодействия Открытых Систем ВОС (стандарт ISO #7498, рекомендация Международного Союза электросвязи МСЭ-Т Х.200). Разработчики модели полагали, что эта модель и протоколы, разрабатываемые в ее рамках, будут преобладать в средствах компьютерной связи, и, в конце концов, вытеснят фирменные протоколы и конкурирующие модели, такие как TCP/IP. Хотя этого не произошло, в рамках модели было создано много полезных протоколов. И в настоящее время, большинство разработчиков и поставщиков сетевого оборудования определяют свои продукты в терминах эталонной модели ВОС или OSI (Open System Interconnection).

    Термин "открытая система " означает возможность использования в сети компьютеров разных типов и классов, с различным программным и аппаратным обеспечением. Главное, чтобы сетевые устройства использовали открытые (то есть, известные, стандартизованные) форматы данных, протоколы взаимодействия и интерфейсы. Это гарантирует возможность обмена информацией между пользователями сети, независимо от способов программной и аппаратной реализации используемых сетевых устройств. Такая сеть является открытой.

    В соответствии с моделью OSI взаимодействие прикладных процессов пользователей в сети разбивается на 7 функциональных уровней.

    Нумерация функциональных уровней идет снизу вверх. На рисунке показаны названия уровней ВОС и соответствующих уровневых протоколов.

    На стороне передаче пересылаемый блок данных проходит вниз через все функциональные уровни компьютера-отправителя, а на приеме - проходит снизу вверх через все функциональные уровни получателя.

    Как правило, каждый уровень на передаче добавляет к блоку данных свой заголовок , который содержит служебную информацию (адресация сообщений и управляющие функции) для модулей, работающих на том же функциональном уровне на приемной стороне.

    Функциональные уровни 1-4 (физический – транспортный) предоставляют транспортные услуги по доставке блока данных от прикладного процесса компьютера – источника до прикладного процесса компьютера – получателя информации.

    Пакет, поступающий от смежного вышестоящего уровня, называется блоком данных протокола этого уровня PDU (Protocol Data Unit). Например, блок данных сетевого уровня может включать в себя собственно данные прикладного процесса пользователя (Данные ППП) и заголовки "Сет -….- Прик".

    Когда поток бит по сети поступает на вход сетевого разъема компьютера-получателя, он принимается его физическим уровнем, затем канальный уровень выделяет в этом потоке кадры, и далее, блок данных последовательно перемещается по функциональным уровням вверх. Каждый уровень анализирует и обрабатывает свой заголовок, выполняет необходимые функции, удаляет свой заголовок и передает оставшийся блок данных протоколу верхнего смежного уровня.

    Правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты (модули, сущности) одного функционального уровня, но работающие в разных узлах, называются протоколом уровня.

    Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов.

    Совокупность правил взаимодействия сетевых компонентов смежных уровней внутри одной системы и аппаратно-программных средств на границе уровней называется интерфейсом. Интерфейсы бывают аппаратные (физический уровень) и программные (например, транспортный уровень).

    Набор уровней и протоколов называется архитектурой сети.

    Физический уровень обеспечивает передачу/прием неструктурированного потока бит в физической среде.

    Уровень определяет механические , электрические и функциональные параметры физической связи, то есть описывает процесс прохождения сигналов через среду передачи между сетевыми устройствами. На этом уровне решаются вопросы: какое количество контактов должно быть в сетевом разъеме и для чего используется каждый контакт, какие сигналы используются для передачи битов "1" и "0" в последовательности данных, чему должна быть равна скорость модуляции В (число импульсов в секунду), как устанавливается начальное физическое соединение и как оно разрывается, как обеспечивается синхронизация приемника с поступающими сигналами.

    Сетевое устройство - Повторитель или хаб (hub, repeater) выполняет только функции физического уровня. Функции хаба – усиление и ретрансляция сигналов. Хаб имеет несколько сетевых разъемов (портов) для подключения среды передачи (кабеля). Сигнал, поступивший на вход одного из портов, пересылается параллельно на все выходные порты (за исключением входного).

    Канальный уровень (уровень звена данных). Звено данных – это участок сети, включающий два соседних сетевых устройства и физическую линию связи между ними. Например, компьютер пользователя – линия связи кабель UTP 5e – коммутатор.

    Основными функциями протоколов канального уровня являются управление потоком данных на звене, управление доступом к среде передачи, защита от ошибок .

    Протокол канального уровня в глобальной (региональной) сети Wide Area Network (WAN) обеспечивает доставку кадра между соседними в сети узлами, соединенными индивидуальной линией связи.

    Протокол канального уровня в локальной сети Local Area Network (LAN) может обеспечить доставку кадра между любыми узлами этой сети, но в современных сетях при этом задействуются протоколы вышестоящих уровней – сетевого и транспортного.

    Локальные сети изначально строились с использованием разделяемой (share) среды передачи. В настоящее время методы разделения среды передачи в локальной сети используются на участках беспроводного доступа (например, WI-FI). Поэтому, канальный уровень LAN разделен на два подуровня (стандарты IEEE 802.x):

    · LLC (Logical Link Control) - подуровень управления логическим каналом (взаимодействие с сетевым уровнем, управление потоком кадров, передача кадров между рабочими станциями сети в соответствии с определенной процедурой: 1) без установления логического соединения и без подтверждения правильного приема кадра; 2) с установлением логического соединения, нумерацией передаваемых кадров и повторной передачей искаженных кадров; 3) без установления логического соединения, но с подтверждением.

    · MAC (Media Access Control) - подуровень управления доступом к среде передачи (реализация алгоритма доступа к среде, адресация узлов сети по физическим (аппаратным) адресам сетевых карт, проверка принятого кадра на наличие ошибок).

    Сетевые устройства, выполняющие функции канального уровня –коммутатор (SW-switch), мост (bridge), сетевой адаптер (сетевая карта) узла в локальной сети (NIC – Network Interface Card).

    Сетевой уровень отвечает за организацию маршрута передачи пакетов в сложной сети, состоящей из множества сегментов (подсетей), и позволяет работать в произвольных сетевых топологиях. Внутри сегментов могут использоваться совершенно разные принципы передачи сообщений между конечными узлами – компьютерами. Примером такой сети является сеть Интернет. Основным функциональным устройством сетевого уровня является маршрутизатор (router). Маршрутизатор всегда реализуется программно, протоколы сетевого уровня включаются в состав сетевой операционной системы компьютера.

    На сетевом уровне создаётся логический адрес подсети для идентификации группы компьютеров. Этот адрес присваивается автоматически операционной системой или администратором системы.

    Маршрутизаторы не видят физических адресов, используемых канальным уровнем. Они пересылают информацию по логическим адресам подсетей.

    Маршрутизатор (R, router) принимает решение о том, куда направлять поступающие пакеты данных, исходя из информации в заголовке сетевого уровня. Заголовок содержит сетевой адрес отправителя и адрес получателя, то есть числовые идентификаторы, которые позволяют однозначно определить устройство в сети.

    Работу маршрутизатора поддерживают два процесса. Один процесс обрабатывает приходящие пакеты и выбирает для них по своей таблице маршрутизации исходящую линию (исходящий порт). Второй процесс отвечает за заполнение и обновление таблиц маршрутизации. Второй процесс работает в соответствии с определенным алгоритмом выбора маршрута – алгоритмом маршрутизации .

    Алгоритмы маршрутизации можно разбить на два основных класса: адаптивные и неадаптивные .

    Неадаптивные алгоритмы (статическая маршрутизация ) не учитывают топологию и текущее состояние сети и не измеряют трафик на линиях связи. Список маршрутов загружается в память маршрутизатора заранее и не изменяется при изменении состояния сети.

    Адаптивные алгоритмы (динамическая маршрутизация ) изменяют решение о выборе маршрутов при изменении топологии сети и в зависимости от загруженности линий.

    Маршрутизатор (router) определяет оптимальный (лучший) путь передачи пакета, вычисляя количественные показатели, которые называются метриками . Обычно лучший путь – это путь с наименьшей метрикой.

    Переход пакета через маршрутизатор часто называют скачком (hop) или хопом .

    Простейшие алгоритмы маршрутизации определяют маршрут на основании наименьшего числа транзитных узлов на пути к адресату (дистанционно-векторные алгоритмы DVA или маршрутизация по вектору расстояния, протокол маршрутизации RIP – routinginformationprotocol). Более сложные алгоритмы учитывают несколько показателей, например, общую задержку при передаче пакетов до узла назначения, пропускную способность каналов связи или денежную стоимость связи (протокол OSPF, алгоритмы состояния связей LSA, алгоритм Дейкстры – поиск оптимального маршрута на графе).

    Основным результатом работы алгоритма маршрутизации является создание и поддержка таблицы маршрутизации , в которую записывается вся маршрутная информация.

    Транспортный уровень фактически отделяет приложение пользователя и три верхних уровня, которые отвечают за обработку данных , от физических и функциональных особенностей коммуникационной сети. Главная задача транспортного уровня – обеспечить надежный и прозрачный перенос данных между конечными точками (компьютерами пользователей, компьютером и сервером) через сеть.

    Транспортный уровень должен довести качество сетевого соединения до того класса надежности, который запросило приложение.

    Модель OSI определяет 5 классов сервиса (услуг), предоставляемых транспортным уровнем. Они отличаются срочностью, возможностью восстановления прерванного соединения, а главное – обнаружением и исправлением ошибок в принятых пакетах.

    К средствам обнаружения и устранения ошибок транспортными протоколами относятся: предварительное установление логического соединения, вычисление контрольных сумм, нумерация пакетов (сегментов), установление таймеров доставки, повторная передача пакетов через сеть и т.д.

    Сеансовый уровень управляет сеансами взаимодействия прикладных процессов пользователей. На этом уровне определяется, какая из сторон является активной в данный момент, и обеспечивается синхронизация диалога прикладных процессов. Средства синхронизации позволяют организовывать контрольные точки в длинных передачах, чтобы в случае отказа можно было вернуться к последней контрольной точке, не начиная всю передачу данных сначала.

    Представительный уровень или уровень представления определяет синтаксис передаваемых сообщений, то есть, набор символов алфавита и способы их представления в виде двоичных чисел (первичный код). Уровень обеспечивает процесс согласования различных кодировок, а также может выполнять шифрование, дешифрование и сжатие данных.

    Прикладной уровень обеспечиваетдоступ дляприложений пользователя к сетевым службам , таким как доступ к файлам, пересылка электронной почты, обработчик запросов к базам данных. Уровень отвечает за семантику , то есть смысловое содержание сообщений, которыми обмениваются удаленные приложения.

    Устройство, которое занимается распределение информационных потоков в сети и которое выполняет функции всех уровней до прикладного уровня включительно, называется шлюз (gateway ).


    Похожая информация.


    Linux-сервер своими руками Колисниченко Денис Николаевич

    1.7.5. Многоуровневая архитектура стека TCP/IP

    Этот пункт книги является необязательным: если вы считаете, что у вас уже достаточно знаний о протоколе TCP/IP, то можете перейти к следующим разделам, а к этому вернуться позже. Здесь будет описана многоуровневая архитектура протокола TCP/IP - для большего понимания происходящего.

    Вначале давайте рассмотрим историю создания протокола TCP/IP. Протокол TCP/IP был создан в конце 60-х - начале 70-х годов агентством DARPA Министерства Обороны США (U.S. Department of Defense Advanced Research Projects Agency). Основные этапы развития этого протокола отмечены в табл. 1.4.

    Этапы развития протокола TCP/IP Таблица 1.4

    Год Событие
    1970 Введен в использование протокол NCP (Network Control Protocol) для узлов сети Arpanet
    1972 Вышла первая спецификация Telnet (см. RFC 318)
    1973 Введен протокол FTP (RFC 454)
    1974 Программа TCP (Transmission Control Program)
    1981 Опубликован стандарт протокола IP (RFC 791)
    1982 Объединение протоколов TCP и IP в одно целое - TCP/IP
    1983 Сеть Arpanet переведена на протокол TCP (ранее использовался протокол NCP)
    1984 Введена доменная система имен DNS

    Как вы видите, все стандарты Интернет-протоколов опубликованы в документах RFC. Документы RFC (Request For Comments) - это запрос комментариев. В этих документах описывается устройство сети Интернет.

    Документы RFC создаются сообществом Интернет (Internet Society, ISOC). Любой член ISOC может опубликовать свой стандарт в документе RFC. Документы RFC делятся на пять типов:

    Все необходимые документы RFC вы найдете на прилагаемом компакт-диске.

    Протоколы семейства TCP/IP можно представить в виде модели, состоящей из четырех уровней: прикладного, основного, межсетевого и сетевого (см. рис. 1.11).

    Рис. 1.11. Уровни стека протоколов TCP/IP

    Каждый из этих уровней выполняет определенную задачу для организации надежной и производительной работы сети.

    Уровень сетевого интерфейса

    Данный уровень лежит в основании всей модели протоколов семейства TCP/IP. Уровень сетевого интерфейса отвечает за отправку в сеть и прием из сети кадров, которые содержат информацию. Кадры передаются по сети как одно целое. Кадр (frame) - это единица данных, которыми обмениваются компьютеры в сети Ethernet. Для обозначения блоков данных определенных уровней используют термины кадр (frame), пакет (packet), дейтаграмма (datagram), сегмент (segment). Все эти термины обозначают транспортируемые отдельно блоки данных и их можно считать синонимами. Название блока пересылаемых данных изменяется в зависимости от уровня (см. рис. 1.12).

    Рис. 1.12. Пересылка блока данных в стеке протоколов TCP/IP

    Межсетевой уровень

    Протоколы Интернет инкапсулируют блоки данных в пакеты (дейтаграммы) и обеспечивают необходимую маршрутизацию. К основным Интернет-протоколам относятся:

    IP (Internet Protocol) предназначен для отправки и маршрутизации пакетов.
    ARP (Address Resolution Protocol) используется для получения МАС-адресов (аппаратных адресов) сетевых адаптеров.
    ICMP (Internet Control Message Protocol) предназначен для отправки извещений и сообщений об ошибках при передаче пакетов.
    IGMP (Internet Group Management Protocol) используется узлами для сообщения маршрутизаторам, которые поддерживают групповую передачу, о своем участии в группах.
    RIP (Route Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First) протоколы маршрутизации.

    На этом уровне реализуется передача пакетов без установки соединения - дейтаграммным способом. Межсетевой уровень обеспечивает перемещение пакетов по сети с использованием наиболее рационального маршрута (протокол OSPF). Основная функция межсетевого уровня - передача пакетов через составную сеть, поэтому этот уровень также называется уровнем Интернет.

    Транспортный (основной) уровень

    Данный уровень обеспечивает сеансы связи между компьютерами. Существует два транспортных протокола: TCP (Transmission Control Protocol) и UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP ориентирован на установление соединения, то есть перед передачей данных компьютеры «договариваются» между собой. Обычно по этому протоколу передаются большие объемы данных или данные, для которых требуется подтверждение их приема. Этот протокол используется большинством сетевых приложений, так как обеспечивает достаточную надежность при передаче данных.

    Протокол UDP не ориентирован на соединение и не гарантирует доставку пакетов (дейтаграмм). Однако протокол UDP является более быстродействующим по сравнению с TCP. Обычно по этому протоколу передаются небольшие объемы данных. Ответственность за доставку данных несет сетевая программа.

    Уровень приложений

    Данный уровень является вершиной модели TCP/IP. На этом уровне работают практически все распространенные утилиты и службы: DNS, Telnet, WWW, Gopher, WAIS, SNMP, FTP, TFTP, SMTP, POP, IMAP.

    В качестве завершения данного пункта рассмотрим соответствие уровней стека протокола TCP/IP семиуровневой модели OSI (см. табл. 1.5).

    Соответствие уровней стека TCP/IP модели OSI Таблица 1.5

    Уровень модели OSI Протокол Уровень стека TCP/IP
    7, 6 WWW (HTTP), FTP, TFTP, SMTP, POP, telnet, WAIS, SNMP 1
    5, 4 TCP, UDP 2
    3 IP, ICMP, RIP, OSPF, ARP 3
    2, 1 Ethernet, PPP, SLIP 4

    В следующем пункте рассмотрено такое важное понятие протокола TCP/IP как порт. В том же пункте будут рассмотрены структуры пакетов IP и TCP, поскольку рассмотрение этого материала без введения определения порта не имеет смысла.

    Из книги Давайте создадим компилятор! автора Креншоу Джек

    Из книги Linux-сервер своими руками автора Колисниченко Денис Николаевич

    1.7.5. Многоуровневая архитектура стека TCP/IP Этот пункт книги является необязательным: если вы считаете, что у вас уже достаточно знаний о протоколе TCP/IP, то можете перейти к следующим разделам, а к этому вернуться позже. Здесь будет описана многоуровневая архитектура

    Из книги Основы объектно-ориентированного программирования автора Мейер Бертран

    У9.3 Совместное использование стека достижимых элементов (Это упражнение подразумевает знакомство с результатами лекции 18) Перепишите компонент available, задающий стек достижимых элементов при подходе на уровне компонентов. Единственный стек должен совместно

    Из книги Windows Script Host для Windows 2000/XP автора Попов Андрей Владимирович

    Просмотр стека вызовов В отладчике можно вывести окно Call Stack со списком всех активных процедур и функций сценария. Для этого нужно выполнить команду View|Call Stack. Например, если вызвать это окно, находясь внутри функции MyFunc() в сценарии ForDebug.js, то в списке мы увидим название

    Из книги Системное программирование в среде Windows автора Харт Джонсон М

    Глобальное и локальное разворачивание стека Исключения и аварийные завершения вызывают глобальное разворачивание стека (global stack unwind) в поиске обработчика, как было показано на рис. 4.1. Предположим, например, что в отслеживаемом блоке примера, приведенного в конце

    Из книги TCP/IP Архитектура, протоколы, реализация (включая IP версии 6 и IP Security) автора Фейт Сидни М

    3.6 Архитектура TCP TCP реализуется на хостах. Наличие TCP на каждом конце соединения обеспечивает для доставки данных локального приложения следующие возможности:? Точность? Сохранение последовательности? Полноту? Исключение дублированияБазовый механизм для реализации

    Из книги Программирование на языке Ruby [Идеология языка, теория и практика применения] автора Фултон Хэл

    3.7 Архитектура UDP UDP реализуется на хостах. Протокол не обеспечивает целостности доставки данных, поскольку эта функция возлагается на обменивающиеся данными приложения. Именно они проверяют целостность доставляемых данных.Приложение, которое хочет переслать данные с

    Из книги Сетевые средства Linux автора Смит Родерик В.

    8.1.17. Использование массива в качестве стека или очереди Базовые операции со стеком называются push и pop, они добавляют и удаляют элементы в конец массива. Базовые операции с очередью - это shift (удаляет элемент из начала массива) и unshift (добавляет элемент в начало массива). Для

    Из книги XSLT автора Хольцнер Стивен

    9.2.1. Более строгая реализация стека Мы обещали показать, как можно сделать стек защищенным от некорректного доступа. Выполняем обещание! Вот пример простого класса, который хранит внутри себя массив и управляет доступом к этому массиву. (Есть и другие способы, например

    Из книги Фундаментальные алгоритмы и структуры данных в Delphi автора Бакнелл Джулиан М.

    Из книги Firebird РУКОВОДСТВО РАЗРАБОТЧИКА БАЗ ДАННЫХ автора Борри Хелен

    Роль стека протоколов TCP/IP в развитии сетей В настоящее время TCP/IP является самым популярным стеком протоколов. В состав этого стека входят наиболее часто используемые протоколы, которые обсуждаются в данной книге. В большинстве приложений не реализована поддержка

    Из книги C++ для начинающих автора Липпман Стенли

    Многоуровневая нумерация Элемент также поддерживает многоуровневую нумерацию - такую как 3.1.2.5 и т. п. Для работы с ней нужно установить атрибут level в «multiple». При помощи атрибута count можно указать, узлы какого типа вы хотите нумеровать, установив этот атрибут в

    Из книги автора

    Из книги автора

    Многоуровневая модель Увеличение возможностей масштабирования и требования большей функциональной совместимости приводят к модели с большим количеством уровней, как показано на рис. 5.2. Клиентский интерфейс перемещается в центр модели; он объединяется с одним или

    Из книги автора

    11.3.2. Раскрутка стека Поиск catch-обработчикадля возбужденного исключения происходит следующим образом. Когда выражение throw находится в try-блоке, все ассоциированные с ним предложения catch исследуются с точки зрения того, могут ли они обработать исключение. Если подходящее

    Из книги автора

    19.2.5. Раскрутка стека и вызов деструкторов Когда возбуждается исключение, поиск его catch-обработчика – раскрутка стека – начинается с функции, возбудившей исключение, и продолжается вверх по цепочке вложенных вызовов (см. раздел 11.3).Во время раскрутки поочередно