^ ОРГАНИЗАЦИЯ МЕЖСЕТЕВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
3.1. Принципы согласования гетерогенных сетей
При организации взаимодействия двух или более компьютеров для получения работоспособной сети достаточно использование базовой сетевой технологии.
Базовая сетевая технология - это согласованный набор протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения вычислительной сети. Примерами базовых технологий могут служить такие технологии, как Ethernet или Token Ring.
Имея программные и аппаратные средства, а также среду передачи данных, соответствующие одной базовой технологии, и объединив их в соответствии с требованиями стандарта с помощью данной технологии, можно организовать информационный обмен нескольких компьютеров. Протоколы и оборудование сетей, построенных на основе базовых технологий, специально разрабатываются для совместной работы, что избавляет от необходимости использовать дополнительные средства для организации их взаимодействия.
Появление новых стандартов и технологий не обозначает массовый переход всех систем только на эти технологии. Дело в том, что процесс модернизации обычно требует немалых затрат, связанных как со стоимостью нового оборудования и программного обеспечения, так и, например, с теми убытками, которые понесет организация в результате «простоя», вызванного установкой, настройкой и проверкой работоспособности закупленного сетевого оборудования и программного обеспечения. Поэтому, на практике существование рядом сетей, использующих различные поколения одной и той же технологии, - явление вполне уместное.
Весьма актуальной остается задача, когда требуется организовать взаимодействие подобных сетей, объединенных в одну составную сеть. При этом, т. е. при построении составных сетей, включающих в себя подсети, организованные с использованием различающихся базовых технологий, встает проблема согласования между собой различных базовых технологий, а также различных «версий» реализации этих технологий.
Оборудование, разработанное для работы в сети, основанной на одной технологии, зачастую оказывается далеко не всегда совместимым между собой. Это связано с тем, что производители сетевого оборудования используют свои собственные фирменные стандарты, которые не всегда полностью идентичны официальным. Происходить такое может в результате неточной, ошибочной реализации официальных стандартов либо в результате попыток эти стандарты улучшить (расширить), т. е. внести новые дополнительные функции или свойства, призванные улучшить работы производимого оборудования.
Поэтому при объединении подсетей, использующих сетевое оборудование разных фирм, иногда возникает необходимость выбора: либо установка нового оборудования только от одного производителя, либо переконфигурация всего имеющегося оборудования на работу по стандартным протоколам и технологиям, чтобы оно стало совместимо с оборудованием других производителей.
Другой сложностью, возникающей при объединении нескольких сетей, использующих различные технологии и архитектуры, является применение в этих сетях различных стеков протоколов.
В США попытка перевести все сети на единый стек протоколов OSI не увенчалась большим успехом. Это можно объяснить тем, что в сети Интернет стандартом де-факто стал стек TCP/IP, а кроме того, стеки IPX/SPX, NetBEUI и ряд других все еще не потеряли своей популярности.
Для согласования протоколов, принадлежащих разным стекам, используются три основных метода:
инкапсуляция;
трансляция;
мультиплексирование.
Инкапсуляция (или туннелирование) протоколов - метод согласования разнородных сетей, использующих различные технологии транспортировки данных. Данный метод применяется, если нужно организовать обмен данными между двумя сетями, построенными по одинаковой технологии. Такие сети могут быть связаны не непосредственно, а посредством других промежуточных сетей, использующих отличные технологии построения сетей. Метод инкапсуляции, применяемый в этом случае, использует промежуточные сети в качестве транзитных, передавая информацию через них посредством их же транспортных средств.
Принцип инкапсуляции протоколов имеет сходство с принципом инкапсуляции пакетов при их продвижении по стеку протоколов. Пакеты транспортного протокола, которые нужно переслать через транзитную сеть, инкапсулируются в пакеты транспортного протокола этой транзитной сети. После прохождения промежуточной, транзитной сети происходит обратный процесс - полученные пакеты декапсулируются и пересылаются непосредственно адресату.
Инкапсуляция может быть использована для транспортных протоколов любого уровня и зачастую является наиболее простым и быстрым решением среди остальных методов согласования протоколов. Однако инкапсуляция не обеспечивает возможности взаимодействия с узлами транзитной сети.
Метод трансляции обеспечивает согласование двух протоколов за счет конвертирования формата сообщений, поступающих из одной сети, в формат другой сети. Задачи трансляции обычно берут на себя аппаратно-технические средства, служащие для организации межсетевого взаимодействия.
Сложность выполнения трансляции зависит от степени различий транслируемых протоколов между собой, от используемых этими протоколами систем адресации и представления данных. Например, конвертирование сообщения Ethernet в сообщение Token Ring выполняется достаточно просто, поскольку они используют одинаковую систему адресации пакетов.
К числу преимуществ трансляции перед другими методами можно отнести:
отсутствие необходимости устанавливать дополнительное программное обеспечение на рабочих станциях;
упрощение процессов администрирования, поиска неисправностей и обеспечения сетевой безопасности за счет локализации места возникновения проблем, связанных с межсетевым взаимодействием.
транслятор представляет собой «узкое место» составной сети, так как через него должен проходить весь межсетевой обмен данными, и при увеличении числа пользователей, запрашивающих ресурсы другой подсети, уровень работоспособности сети может значительно упасть;
трансляция зачастую оказывается весьма трудоемким с точки зрения вычислительных мощностей методом, что может уменьшать фактическую скорость передачи данных.
При этом задачи определения, с использованием какого именно стека происходит обработка полученного сообщения, выполняются специальными программными средствами, называемыми мультиплексорами или менеджерами протоколов.
Таким образом, мультиплексор протоколов выполняет коммутацию пакетов между протоколами соседних уровней различных стеков.
Примером использования метода мультиплексирования протоколов может служить некий сервер, поддерживающий прикладные протоколы NCP и NFS и способный благодаря этому выполнять запросы рабочих станций, находящихся в сетях NetWare и Windows NT одновременно.
По сравнению с прочими методами согласования протоколов мультиплексирование позволяет избавиться от «узкого места» сети, а значит, и от задержек, возникающих в результате ожидания очереди на обработку.
Однако при этом страдает простота администрирования и контроля работоспособности сети. Кроме того, данный метод требует установки на рабочие станции дополнительных стеков протоколов.
^ 3.2. Маршрутизация пакетов
3.2.1. Принципы маршрутизации пакетов
Под термином «маршрутизация пакетов» можно понимать некий механизм, позволяющий осуществить передачу пакета с одного узла составной сети на другой.
Как уже говорилось ранее, локальная сеть может быть разделена на две подсети с помощью таких сетевых устройств, как мосты и коммутаторы. Однако, очевидно, что эти же устройства могут использоваться и для объединения двух и более сетей в единую составную сеть.
Мосты и коммутаторы относятся к средствам физического и канального уровня сетевой модели 051. В силу этого, объединенная с их помощью сеть будет иметь ряд ограничений и недостатков, связанных с базовыми технологиями, по которым построены входящие в нее подсети.
Прежде всего, топология составной сети, построенной с использованием сетевого оборудования первого и второго уровней модели 051, не должна содержать петель, т. е. между отправителем и получателем всегда должен существовать только один единственный путь или маршрут. Такое ограничение существенно снижает надежность сети из-за отсутствия резервных маршрутов пересылки данных.
Кроме того, возникают проблемы, связанные с системой адресации, необходимой для обеспечения обмена данными между любыми узлами составной сети. Система физических адресов, используемая на нижних уровнях сетевой модели, в масштабах составной сети оказывается недостаточно гибкой и удобной.
Возникает и ряд других сложностей, связанных с разнородностью объединенных сетей.
Решением этих проблем стало использование маршрутизаторов - аппаратных и программных средств, способных выполнять функции третьего, сетевого уровня модели 051.
Сетевое оборудование первых двух и третьего уровня использует различную информацию в процессе ее перемещения от источника к адресату, т. е. выполняет схожие задачи, но принципиально разными способами.
Объединение разнородных подсетей с помощью маршрутизаторов (рис. 3.1) допускает наличие петель в топологии сети. Обыч-
Рис. 3.1.
Объединение гетерогенных подсетей в составную
но в сложных составных сетях практически всегда существует несколько альтернативных маршрутов, по которым возможна передача данных между двумя узлами. Кроме того, крупные составные сети могут включать в себя сети различных масштабов - от локальных до территориально-распределенных глобальных сетей.
Маршрутом пересылки пакета с одного узла составной сети на другой является порядок прохождения этим пакетом транзитных сетей, соединяющих сети, в которых расположены источник и адресат данного пакета.
Составные сети, в которых требуется маршрутизация пакета на сетевом уровне, должны быть объединены между собой посредством маршрутизаторов. Поэтому маршрутом пересылки пакета по сети можно назвать последовательность маршрутизаторов, через которые этот пакет будет переправлен в процессе следования к своему адресату.
Маршрутизация пакетов включает в себя две основные задачи:
определение оптимального маршрута пересылки пакета по составной сети;
собственно пересылка пакета по сети.
Однако такая информация, особенно в сложных и крупных сетях, оказывается весьма громоздкой и неудобной для осуществления по ней поиска с целью выбора подходящего маршрута.
Поэтому ни узел, отправивший пакет, ни какой-либо промежуточный маршрутизатор на пути их следования не хранят информацию обо всем маршруте пакета целиком. Узел-отправитель, а также каждый маршрутизатор знают лишь адрес маршрутизатора, на который нужно направить пакет, чтобы он был доставлен по назначению. Другими словами, маршрутизатор знает, что определенный пункт назначения может быть достигнут по оптимальному пути за счет отправки пакета определенному маршрутизатору, который знает адрес следующего на пути к конечному пункту назначения маршрутизатора.
Таким образом, процесс маршрутизации состоит в определении следующего узла в пути следования пакета и пересылки пакета этому узлу. Такой узел называют хопом (от англ. Иор - прыжок, скачок). Действительно, передача пакета по составной сети происходит своего рода скачками от маршрутизатора к маршрутизатору.
Информация, ставящая в соответствие конечному адресу назначения пакета адрес маршрутизатора, на который нужно дальше отправить пакет для достижения адреса назначения, хранится в специальной таблице маршрутов (табл. 3.1), которая размещается на маршрутизаторе.
Запись таблицы маршрутов обычно содержит следующие элементы:
поле, содержащее адрес сети назначения;
поле, содержащее адрес следующего по ходу следования пакета маршрутизатора;
вспомогательные поля.
При этом своя таблица маршрутов, даже самая элементарная, должна быть на каждом хосте.
Чтобы информация о маршрутах оставалась актуальной и соответствовала действительно существующим маршрутам, мар-
^
Таблица 3.1.
Пример таблицы маршрутов программного маршрутизатора операцией ной системы Windows ХР
| Сетевой адрес | Маска сети | Адрес шлюза | Интерфейс | Метри ка |
| 0.0.0.0 | 0.0.0.0 | 192.168.0.1 | 192.168.0.167 | 20 |
| 127.0.0.0 | 255.0.0.0 | 127.0.0.1 | 127.0.0.1 | 1 |
| і 92.168.0.0 | 255.255.255.0 | 192.168.0.167 | 192.168.0.167 | 20 |
| 192.168.0.167 | 255.255.255.255 | 127.0.0.1 | 127.0.0.1 | 20 |
| 192.168.0.255 | 255.255.255.255 | 192.168.0.167 | 192.168.0.167 | 20 |
| 224.0.0.0 | 240.0.0.0 | 192.168.0.167 | 192.168.0.167 | 20 |
| 255.255.255.255 | 255.255.255.255 | 192.168.0.167 | 192.168.0.167 | I |
шрутизаторы в процессе своей работы по специальным протоколам обмениваются сообщениями, содержащими информацию об обнаруженных изменениях в топологии сети, например в результате разрыва какой-либо связи, а, следовательно, и об изменениях в допустимых маршрутах. На основе таких сообщений маршрутизаторы производят обновления таблиц маршрутов.
Выбор того или иного маршрута из таблицы происходит на основе применяемого данным маршрутизатором алгоритма маршрутизации, базирующегося на различных критериях.
3.2.2. Алгоритмы маршрутизации
Алгоритмы маршрутизации могут различаться по нескольким характеристикам:
по задачам, решаемым алгоритмом;
по принципу сбора и представления информации о сети;
по методу расчета оптимального маршрута.
выбираемый маршрут должен быть наиболее оптимальным;
реализация алгоритма должна быть простой, а его функционирование не требовательным к вычислительным мощностям;
алгоритм должен обладать высокой отказоустойчивостью;
адаптация работы алгоритма к изменяющимся условиям должна происходить как можно быстрее.
по актуальности используемых маршрутов:
по принципу обмена маршрутной информацией:
по количеству определенных маршрутов:
по используемой структуре маршрутизации:
по отношению к домену:
Статические алгоритмы маршрутизации основаны на ручном составлении таблиц маршрутизации администратором сети и обычно применяются в небольших сетях с простой топологией связей.
В динамических или адаптивных алгоритмах таблицы маршрутизации, и соответственно, сами маршруты постоянно обновляются в соответствии с меняющейся топологией сети.
Алгоритмы состояния канала отличаются от дистанционно-векторных в зависимости от того, куда и какая маршрутная информация рассылается. Рассылка маршрутной информации необходима для синхронизации таблиц маршрутов на всех маршрутизаторах сети. Алгоритмы состояния каналов рассылают обновленную маршрутную информацию небольшими порциями по всем направлениям. Дистанционно-векторные алгоритмы обмениваются сообщениями, содержащими большие объемы информации, однако обмен происходит только с соседними маршрутизаторами.
Различные алгоритмы могут определять один или несколько маршрутов для достижения какого-либо узла или подсети. В многомаршрутных алгоритмах каждому из возможных маршрутов в зависимости от его пропускной способности и других показателей назначается приоритет, на основании которого происходит выбор пути пересылки пакета. При этом обычно один маршрут является основным, а остальные - резервными.
Одноуровневые и иерархические алгоритмы работают в соответствующих системах маршрутизации. При этом в одноуровневой системе все маршрутизаторы равноправны по отношению друг к другу. Иерархическая маршрутизация основывается на разбиении большой сети на иерархически организованные подсети с собственной маршрутизацией внутри каждого уровня.
Системы маршрутизации могут обеспечивать выделение логических групп узлов, называемых доменами или областями. При этом отдельные алгоритмы маршрутизации могут действовать только в пределах доменов, другие же могут работать как в пределах доменов, так и между ними.
Для определения оптимальности того или иного маршрута алгоритмы используют показатели, характеризующие передачу данных по этому маршруту, например с точки зрения длины маршрута, качества канала связи и т. п. Такие показатели называются метриками маршрутов.
Более сложные алгоритмы в качестве метрик зачастую используют комбинацию нескольких показателей.
Наиболее распространенными метриками, используемыми в алгоритмах маршрутизации, являются:
длина маршрута - обычно это количество хопов, т. е. количество маршрутизаторов, через которые пакет должен пройти на пути к адресату;
надежность - степень отказоустойчивости канала связи либо соотношение возникающих ошибок к общему числу бит, передаваемых по этому каналу;
ширина полосы пропускания - характеризуется пропускной способностью канала связи;
задержка - время продвижения пакета от источника до пункта назначения с учетом загруженности сети, времени ожидания в очереди на обработку на маршрутизаторах;
физическое расстояние между узлами;
стоимость связи и т. д.
Для отслеживания изменений в топологии связей сети, изменений в существующих маршрутах и синхронизации таблиц маршрутизации среди маршрутизаторов и узлов сети используются протоколы обмена маршрутной информацией.
При этом эти протоколы могут основываться на дистанцион- но-векторных алгоритмах, примером использования которых является протокол RIP, имеющий реализации для работы в различных стеках протоколов, таких, как TCP/IP или IPX/SPX, или на алгоритмах состояния связей, например как протоколы IS-IS стека OSI, NLSP стека IPX/SPX, OSPF стека TCP/IP.
На предприятии используется глобальная компьютерная сеть, которая охватывает большие территории и включающая в себя большое число компьютеров.
Глобальная компьютерная сеть служит для объединения разрозненных сетей так, чтобы пользователи и компьютеры, где бы они ни находились, могли взаимодействовать со всеми остальными участниками глобальной сети. На каждом компьютере есть выход в интернет, но с ограниченным доступом к социальным сетям.
Компьютерные сети – это системы компьютеров, объединенных каналами передачи данных, обеспечивающие эффективное предоставление различных информационно-вычислительных услуг пользователям посредством реализации удобного и надежного доступа к ресурсам сети.
Информационные системы, использующие возможности компьютерных сетей, обеспечивают выполнение следующих задач:
1. Хранение и обработка данных
2. Организация доступа пользователей к данным
3. Передача данных и результатов обработки пользователям
Эффективность решения перечисленных задач обеспечивается:
1. Дистанционным доступом пользователей к аппаратным, программным и информационным ресурсам
2. Высокой надежностью системы
3. Возможностью оперативного перераспределения нагрузки
4. Специализацией отдельных узлов сети для решения определенного класса задач
5. Решением сложных задач совместными усилиями нескольких узлов сети
6. Возможностью осуществления оперативного контроля всех узлов сети
Виды компьютерных сетей:
1. Локальные (ЛВС, LAN-Local Area Network)
2. Региональные (РВС, MAN – Metropolitan Area Network)
3. Глобальные (ГВС, WAN – Wide Area Network)
В локальной сети абоненты находятся на небольшом (до 10-15 км) расстоянии.
Глобальные сети соединяют абонентов, удаленных друг от друга на значительное расстояние, расположенных в разных странах, или разных континентах.
По признакам организации передачи данныхкомпьютерные сети можно разделить на две группы:
1. последовательные;
2. широковещательные.
В последовательных сетях передача данных осуществляется последовательно от одного узла к другому. Каждый узел ретранслирует принятые данные дальше. Практически все виды сетей относятся к этому типу. В широковещательных сетях в конкретный момент времени передачу может вести только один узел, остальные узлы могут только принимать информацию.
Топология представляет физическое расположение сетевых компонентов (компьютеров, кабелей и др.). Выбором топологии определяется состав сетевого оборудования, возможности расширения сети, способ управления сетью.
Существуют следующие топологии компьютерных сетей:
1. шинные (линейные, bus);
2. кольцевые (петлевые, ring);
3. радиальные (звездообразные, star);
4. смешанные (гибридные).
Практически все сети строятся на основе трех базовых топологий:топологии «шина», «звезда» и «кольцо». Базовые топологии достаточно просты, однако на практике часто встречаются довольно сложные комбинации, сочетающие, свойства и характеристики нескольких топологий.
В топологии «шина», или «линейная шина» (linear bus), используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, к которомуподключены все компьютеры сети. Эта топология является наиболее простой и распространенной реализацией сети.
Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, производительность сети зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем больше компьютеров, тем медленнее сеть.
Зависимость пропускной способности сети от количества компьютеров в ней не является прямой, так как, кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество других факторов: тип аппаратного обеспечения, частота передачи данных, тип сетевых приложений, тип сетевого кабеля, расстояние между компьютерами в сети.
«Шина» является пассивной топологией - компьютеры только«слушают» передаваемые по сети, данные, но не передают их от отправителя к получателю. Выход из строя какого-либо компьютера не оказывает влияния на работу всей сети. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы с последующей передачей их по сети.
Основой последовательной сети с радиальной топологией (топологией «звезда») является специальный компьютер - сервер, к которому подключаются рабочие станции, каждая по своей линии связи.
Всяинформация передается через сервер, в задачи которого входит ретрансляция, переключение и маршрутизация информационных потоков в сети. Такая сеть является аналогом системы телеобработки, в которой все абонентские пункты содержат в своем составе компьютер.
Недостатками такой сети являются:
· высокие требования к вычислительным ресурсам центральной аппаратуры,
· потеря работоспособности сети при отказе центральной аппаратуры,
· большая протяженность линий связи,
· отсутствие гибкости в выборе пути передачи информации если выйдет из строя рабочая станция (или кабель, соединяющий ее сконцентратором), то лишь эта станция не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные рабочие станции в сети этот сбой не повлияет.
При использовании топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Сигналы передаются в одном направлении и проходят через каждый компьютер. Каждый компьютер является повторителем, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.
Способ передачи данных по кольцевой сети называется передачей маркера. Маркер последовательно, от компьютера к компьютеру, передается до тех пор, пока его не получит тот компьютер, который должен передать данные. Передающий компьютер добавляет к маркеру данные и адрес получателя и отправляет его дальше по кольцу.
Данные передаются через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя. Далее принимающий компьютер посылает передающему сообщение - подтверждение о приеме данных. Получив сообщение - подтверждение, передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть.
На предприятие используется топология типа общая шина, которая представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала.
Отправляемое какой-либо рабочей станцией сообщение распространяется на все компьютеры сети. Каждая машина проверяет, кому адресовано сообщение - если сообщение адресовано ей, то обрабатывает его. Принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать и принимать данные. Для того чтобы исключить одновременную посылку данных, применяется либо «несущий» сигнал, либо один из компьютеров является главным и «даёт слово» «МАРКЕР» остальным компьютерам такой сети.
Достоинства:
1. Небольшое время установки сети;
2. Дешевизна (требуется кабель меньшей длины и меньше сетевых устройств);
3. Простота настройки;
4. Выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети.
Недостатки:
2. Неполадки в сети, такие как обрыв кабеля или выход из строя терминатора, полностью блокируют работу всей сети;
3. Затрудненность выявления неисправностей;
4. С добавлением новых рабочих станций падает общая производительность сети.
Обмен данными между сотрудниками на предприятии происходит с помощью Viber.
Viber - новое уникальное приложение, доступное каждому пользователю смартфона или компьютера. Viber –звонки, и возможность отправлять голосовые сообщения и видеофайлы, и многое другое.
| | 3 | |
Данный вопрос рассмотрим на примере наиболее распространенной и признанной эталонной модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI (ВОС).
В основу эталонной модели положена идея декомпозиции процесса функционирования открытых систем на уровни, причем разбиение на уровни производится таким образом, чтобы сгруппировать в рамках каждого из них функционально наиболее близкие компоненты. Кроме того, требуется, чтобы взаимодействие между смежными уровнями было минимальным, число уровней сравнительно небольшим, а изменения, производимые в рамках одного уровня, не требовали бы перестройки смежных. Отдельный уровень, таким образом, представляет собой логически и функционально замкнутую подсистему, сообщающуюся с другими уровнями посредством специально определенного интерфейса. В рамках модели ISO/OSI каждый конкретный уровень может взаимодействовать только с соседними. Совокупность правил (процедур) взаимодействия объектов одноименных уровней называется протоколом.
Эталонная модель содержит семь уровней (снизу вверх):
1. Физический.
2. Канальный (или передачи данных).
3. Сетевой.
4. Транспортный.
5. Сеансовый.
6. Представительный.
7. Прикладной.
Таблица 6.3. Семиуровневая модель (стек) протоколов межсетевого обмена OSI
Каждый уровень передающей станции в этой иерархической структуре взаимодействует с соответствующим уровнем принимающей станции посредством нижележащих уровней. При этом каждая пара уровней с помощью служебной информации в сообщение устанавливает между собой логическое соединение, обеспечивая тем самым логический канал связи соответствующего уровня. С помощью такого логического канала каждая пара верхних уровней может обеспечивать между собой взаимодействие, абстрагируясь от особенностей нижних. Другими словами, каждый уровень реализует строго определенный набор функций, который может использоваться верхними уровнями независимо от деталей реализации этих функций (см. табл. 6.3).
Рассмотрим подробнее функциональное назначение каждого уровня.
Физический уровень. Физический уровень обеспечивает электрические, функциональные и процедурные средства установления, поддержания и разъединения физического соединения. Реально он представлен аппаратурой генерации и управления электрическими сигналами и каналом передачи данных. На этом уровне данные представляются в виде последовательности битов или аналогового электрического сигнала. Задачей физического уровня является передача последовательности битов из буфера отправителя в буфер получателя.
Канальный уровень. Протоколы канального уровня (или протоколы управления звеном передачи данных) занимают особое место в иерархии уровней: они служат связующим звеном между реальным каналом, вносящим ошибки в передаваемые данные, и протоколами более высоких уровней, обеспечивая безошибочную передачу данных. Этот уровень используется для организации связи между двумя станциями с помощью имеющегося в наличии (обычно ненадежного) канала связи. При этом станции могут быть связаны несколькими каналами.
Протокол канального уровня должен обеспечить: независимость протоколов высших уровней от используемой среды передачи данных, кодонезависимость передаваемых данных, выбор качества обслуживания при передаче данных. Это означает, что более высокие уровни освобождаются от всех забот, связанных с конкретным каналом связи (тип, уровень шумов, используемый код, параметры помехоустойчивости и т. д.).
На этом уровне данные представляются кадром, который содержит информационное поле, а также заголовок и концевик (трейлер), присваиваемые протоколом. Заголовок содержит служебную информацию, используемую протоколом канального уровня принимающей станции и служащую для идентификации сообщения, правильного приема кадров, восстановления и повторной передачи в случае ошибок и т. д. Концевик содержит проверочное поле, служащее для коррекции и исправления ошибок (при помехоустойчивом кодировании), внесенных каналом. Задача протокола канального уровня - составление кадров, правильная передача и прием последовательности кадров, контроль последовательности кадров, обнаружение и исправление ошибок в информационном поле (если это
необходимо).
Сетевой уровень. Сетевой уровень предоставляет вышестоящему транспортному уровню набор услуг, главными из которых являются сквозная передача блоков данных между передающей и приемной станциями (то есть, выполнение функций маршрутизации и ретрансляции) и глобальное адресование пользователей. Другими словами, нахождение получателя по указанному адресу, выбор оптимального (в условиях данной сети) маршрута и доставка блока сообщения по указанному адресу.
Таким образом, на границе сетевого и транспортного уровней обеспечивается независимость процесса передачи данных от используемых сред за исключением качества обслуживания. Под качеством обслуживания понимается набор параметров, обеспечивающих функционирование сетевой службы, отражающий рабочие
(транзитная задержка, коэффициент необнаруженных ошибок и др.) и другие характеристики (защита от НСД, стоимость, приоритет и др.). Система адресов, используемая на сетевом уровне, должна иметь иерархическую Структуру и обеспечивать следующие свойства: глобальную однозначность, маршрутную независимость и независимость от уровня услуг.
На сетевом уровне данные представляются в виде пакета, который содержит информационное поле и заголовок, присваиваемый протоколом. Заголовок пакета содержит управляющую информацию, указывающую адрес отправителя, возможно, маршрут и параметры передачи пакета (приоритет, номер пакета в сообщении, параметры безопасности, максимум ретрансляции и др.). Различают следующие виды сетевого взаимодействия:
С установлением соединения - между отправителем и получателем сначала с помощью служебных пакетов организуется логический канал (отправитель - отправляет пакет, получатель - ждет получения пакета, плюс взаимное уведомление об ошибках), который разъединяется после окончания сообщения или в случае неисправимой ошибки. Такой способ используется протоколом Х.25;
Без установления соединения (дейтаграммный режим) - обмен информацией осуществляется с помощью дейтаграмм (разновидность пакетов), независимых друг от друга, которые принимаются также независимо друг от друга и собираются в сообщение на приемной станции. Такой способ используется в архитектуре протоколов DARPA.
Транспортный уровень. Транспортный уровень предназначен для сквозной передачи данных через сеть между оконечными пользователями - абонентами сети. Протоколы транспортного уровня функционируют только между оконечными системами.
Основными функциями протоколов транспортного уровня являются разбиение сообщений или фрагментов сообщений на пакеты, передача пакетов через сеть и сборка пакетов. Они также выполняют следующие функции: отображение транспортного адреса в сетевой, мультиплексирование и расщепление транспортных соединений, межконцевое управление потоком и исправление ошибок. Набор процедур протокола транспортного уровня зависит как от требований протоколов верхнего уровня, так и от характеристик сетевого уровня.
Наиболее известным протоколом транспортного уровня является TCP (Transmission Control Protocol), используемый в архитектуре протоколов DARPA и принятый в качестве стандарта Министерством обороны США. Он используется в качестве высоконадежного протокола взаимодействия между ЭВМ в сети с коммутацией пакетов.
Протоколы верхних уровней. К протоколам верхних уровней относятся протоколы сеансового, представительного и прикладного уровней. Они совместно выполняют одну задачу - обеспечение сеанса обмена информацией между двумя прикладными процессами, причем информация должна быть представлена в том виде, который понятен обоим процессам. Поэтому обычно эти три уровня рассматривают совместно. Под прикладным процессом понимается элемент оконечной системы, который принимает участие в выполнении одного или нескольких заданий по обработке информации. Связь между ними осуществляется с помощью прикладных объектов - элементов прикладных процессов, участвующих в обмене информацией. При этом протоколы верхних уровней не учитывают особенности конфигурации сети, каналов и средств передачи информации.
Протоколы представительного уровня предоставляют услуги по согласованию синтаксиса передачи (правил, задающих представление данных при их передаче) и конкретным представлениям данных в прикладной системе. Другими словами, на представительном уровне осуществляется синтаксическое преобразование данных от вида, используемого на прикладном уровне, к виду, используемому на остальных уровнях (и наоборот).
Прикладной уровень, будучи самым верхним в эталонной модели, обеспечивает доступ прикладных процессов в среду взаимодействия открытых систем. Основной задачей протоколов прикладного уровня является интерпретация данных, полученных с нижних уровней, и выполнение соответствующих действий в оконечной системе в рамках прикладного процесса. В частности, эти действия могут заключаться в передаче управления определенным службам ОС вместе с соответствующими параметрами. Кроме того, протоколы прикладного уровня могут предоставлять услуги по идентификации и аутентификации партнеров, установлению полномочий для передачи данных, проверке параметров безопасности, управлению диалогом и др.
Межсетевое взаимодействие — это практика объединения нескольких компьютерных сетей вместе для формирования более крупных сетей. Различные типы сетей могут быть подключены к промежуточным устройствам, известным как шлюзы, и после их соединения они действуют как одна большая сеть. Межсетевое взаимодействие было разработано как ответ на несколько проблем, возникших в первые дни персональных компьютеров и составляющих основу современного Интернета.
Многие люди каждый день используют разные типы сетей, даже не осознавая этого. Бизнесмен, который использует смартфон для проверки электронной почты, использует сотовую сеть, а домашний пользователь может передавать музыку на ноутбук через беспроводную сеть. Сельские пользователи могут получить доступ к сети к своему интернет-провайдеру через коммутируемое соединение. В корпоративном мире большие проводные сети являются нормой. Межсетевое взаимодействие позволяет всем этим сетям соединяться друг с другом, несмотря на их технологические различия.
Ключом к переходу на различные типы сетей является концепция пакетов — крошечных отдельных единиц данных. Пакеты являются основой для современных компьютерных сетей, но не ограничиваются какой-либо одной сетевой технологией. Вместо этого пакеты могут быть вставлены в так называемые фреймы, которые предназначены для определенных сетевых технологий. Эта компоновка позволяет использовать пакеты из любого типа сети в любой другой сети. Специальные устройства, поддерживающие более чем одну сетевую технологию, называемую шлюзами или маршрутизаторами, могут передавать пакеты между этими различными сетями.
Межсетевое взаимодействие постепенно развивалось как ответ на несколько проблем. Самые ранние соединения между несколькими компьютерами были «немыми» терминалами с небольшой вычислительной мощностью, которые могли бы подключаться к мощным мощным мейнфреймам. Поскольку персональные компьютеры (ПК) начали заменять терминалы, ПК были сгруппированы в локальные сети (ЛВС). Хотя это имело много преимуществ, локальные сети были изолированы и не могли подключаться к другим ЛВС, что ограничивало производительность. Файловые серверы, принтеры и другие ресурсы не могут быть разделены между местоположениями, а организации с несколькими местоположениями не могут легко обмениваться информацией.
В начале 1970-х годов американские исследователи, работающие в сети оборонного ведомства, известной как сеть агентств по продвижению исследовательских проектов (ARPANET), начали исследовать возможность связывания своей сети с другими ранними сетями. Эти исследования показали, что ранние сетевые протоколы не очень хорошо подходят для межсетевого взаимодействия, и началась разработка протокола управления передачей и протокола Интернета (TCP / IP). К концу 1970-х годов ARPANET была связана с двумя другими сетями, использующими TCP / IP, и была написана важная страница в истории Интернета.
Новые сети продолжали подключаться к ARPANET в 1980-х годах, и все большее число локальных сетей были подключены друг к другу через ARPANET. В 1989 году сеть, созданная Национальным научным фондом (NSF), заменила ARPANET. Оттуда региональные сети были подключены к сети NSF с использованием TCP / IP и связанных протоколов, и появилась большая «сеть сетей» — Интернет.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Стек протоколов TCP/IP
История и перспективы стека TCP/IP
Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) - это промышленный стандарт стека протоколов, разработанный для глобальных сетей.
Стандарты TCP/IP опубликованы в серии документов, названных Request for Comment (RFC). Документы RFC описывают внутреннюю работу сети Internet. Некоторые RFC описывают сетевые сервисы или протоколы и их реализацию, в то время как другие обобщают условия применения. Стандарты TCP/IP всегда публикуются в виде документов RFC, но не все RFC определяют стандарты.
Стек был разработан по инициативе Министерства обороны США (Department of Defence, DoD) более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сателлитными сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Сеть ARPA поддерживала разработчиков и исследователей в военных областях. В сети ARPA связь между двумя компьютерами осуществлялась с использованием протокола Internet Protocol (IP), который и по сей день является одним из основных в стеке TCP/IP и фигурирует в названии стека.
Большой вклад в развитие стека TCP/IP внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей версии ОС UNIX. Широкое распространение ОС UNIX привело и к широкому распространению протокола IP и других протоколов стека. На этом же стеке работает всемирная информационная сеть Internet, чье подразделение Internet Engineering Task Force (IETF) вносит основной вклад в совершенствование стандартов стека, публикуемых в форме спецификаций RFC.
Если в настоящее время стек TCP/IP распространен в основном в сетях с ОС UNIX, то реализация его в последних версиях сетевых операционных систем для персональных компьютеров (Windows NT 3.5, NetWare 4.1, Windows 95) является хорошей предпосылкой для быстрого роста числа установок стека TCP/IP.
Итак, лидирующая роль стека TCP/IP объясняется следующими его свойствами:
Это наиболее завершенный стандартный и в то же время популярный стек сетевых протоколов, имеющий многолетнюю историю.
Почти все большие сети передают основную часть своего трафика с помощью протокола TCP/IP.
Это метод получения доступа к сети Internet.
Этот стек служит основой для создания intranet - корпоративной сети, использующей транспортные услуги Internet и гипертекстовую технологию WWW, разработанную в Internet.
Все современные операционные системы поддерживают стек TCP/IP.
Это гибкая технология для соединения разнородных систем как на уровне транспортных подсистем, так и на уровне прикладных сервисов.
Это устойчивая масштабируемая межплатформенная среда для приложений клиент-сервер.
Структура стека TCP/IP. Краткая характеристика протоколов
Так как стек TCP/IP был разработан до появления модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI, то, хотя он также имеет многоуровневую структуру, соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI достаточно условно.
Протоколы TCP/IP делятся на 4 уровня.
Самый нижний (уровень IV) соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. Этот уровень в протоколах TCP/IP не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня: для локальных сетей это Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, для глобальных сетей - протоколы соединений «точка-точка» SLIP и PPP, протоколы территориальных сетей с коммутацией пакетов X.25, frame relay. Разработана также специальная спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта канального уровня. Обычно при появлении новой технологии локальных или глобальных сетей она быстро включается в стек TCP/IP за счет разработки соответствующего RFC, определяющего метод инкапсуляции пакетов IP в ее кадры.
Следующий уровень (уровень III) - это уровень межсетевого взаимодействия, который занимается передачей пакетов с использованием различных транспортных технологий локальных сетей, территориальных сетей, линий специальной связи и т.п.
В качестве основного протокола сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке используется протокол IP, который изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Протокол IP является дейтаграммным протоколом, то есть он не гарантирует доставку пакетов до узла назначения, но старается это сделать.
К уровню межсетевого взаимодействия относятся и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol). Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизаторами сети и узлом - источником пакета. С помощью специальных пакетов ICMP сообщается о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п.
Следующий уровень (уровень II) называется основным. На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между удаленными прикладными процессами за счет образования виртуальных соединений. Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным способом, как и IP, и выполняет только функции связующего звена между сетевым протоколом и многочисленными прикладными процессами.
Верхний уровень (уровень I) называется прикладным. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил большое количество протоколов и сервисов прикладного уровня. К ним относятся такие широко используемые протоколы, как протокол копирования файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной информации, такие как WWW и многие другие. Остановимся несколько подробнее на некоторых из них.
Протокол пересылки файлов FTP (File Transfer Protocol) реализует удаленный доступ к файлу. Для того, чтобы обеспечить надежную передачу, FTP использует в качестве транспорта протокол с установлением соединений - TCP. Кроме пересылки файлов протокол FTP предлагает и другие услуги. Так, пользователю предоставляется возможность интерактивной работы с удаленной машиной, например, он может распечатать содержимое ее каталогов. Наконец, FTP выполняет аутентификацию пользователей. Прежде, чем получить доступ к файлу, в соответствии с протоколом пользователи должны сообщить свое имя и пароль. Для доступа к публичным каталогам FTP-архивов Internet парольная аутентификация не требуется, и ее обходят за счет использования для такого доступа предопределенного имени пользователя Anonymous.
В стеке TCP/IP протокол FTP предлагает наиболее широкий набор услуг для работы с файлами, однако он является и самым сложным для программирования. Приложения, которым не требуются все возможности FTP, могут использовать другой, более экономичный протокол - простейший протокол пересылки файлов TFTP (Trivial File Transfer Protocol). Этот протокол реализует только передачу файлов, причем в качестве транспорта используется более простой, чем TCP, протокол без установления соединения - UDP.
Протокол telnet обеспечивает передачу потока байтов между процессами, а также между процессом и терминалом. Наиболее часто этот протокол используется для эмуляции терминала удаленного компьютера. При использовании сервиса telnet пользователь фактически управляет удаленным компьютером так же, как и локальный пользователь, поэтому такой вид доступа требует хорошей защиты. Поэтому серверы telnet всегда используют как минимум аутентификацию по паролю, а иногда и более мощные средства защиты, например, систему Kerberos.
Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) используется для организации сетевого управления. Изначально протокол SNMP был разработан для удаленного контроля и управления маршрутизаторами Internet, которые традиционно часто называют также шлюзами. С ростом популярности протокол SNMP стали применять и для управления любым коммуникационным оборудованием - концентраторами, мостами, сетевыми адаптерами и т.д. и т.п. Проблема управления в протоколе SNMP разделяется на две задачи.
Первая задача связана с передачей информации. Протоколы передачи управляющей информации определяют процедуру взаимодействия SNMP-агента, работающего в управляемом оборудовании, и SNMP-монитора, работающего на компьютере администратора, который часто называют также консолью управления. Протоколы передачи определяют форматы сообщений, которыми обмениваются агенты и монитор.
Вторая задача связана с контролируемыми переменными, характеризующими состояние управляемого устройства. Стандарты регламентируют, какие данные должны сохраняться и накапливаться в устройствах, имена этих данных и синтаксис этих имен. В стандарте SNMP определена спецификация информационной базы данных управления сетью. Эта спецификация, известная как база данных MIB (Management Information Base), определяет те элементы данных, которые управляемое устройство должно сохранять, и допустимые операции над ними.
Основы TCP/IP
Термин «TCP/IP» обычно обозначает все, что связано с протоколами TCP
и IP. Он охватывает целое семейство протоколов, прикладные программы и
даже саму сеть. В состав семейства входят протоколы UDP, ARP, ICMP, TEL-NET, FTP и многие другие. TCP/IP - это технология межсетевого взаимодействия, технология internet. Сеть, которая использует технологию internet, называется «internet». Если речь идет о глобальной сети, объединяющей множество сетей с технологией internet, то ее называют Internet.
Модуль IP создает единую логическую сеть
Архитектура протоколов TCP/IP предназначена для объединенной сети, состоящей из соединенных друг с другом шлюзами отдельных разнородных пакетных подсетей, к которым подключаются разнородные машины. Каждая из подсетей работает в соответствии со своими специфическими требованиями и имеет свою природу средств связи. Однако предполагается, что каждая подсеть может принять пакет информации (данные с соответствующим сетевым заголовком) и доставить его по указанному адресу в этой конкретной подсети. Не требуется, чтобы подсеть гарантировала обязательную доставку пакетов и имела надежный сквозной протокол. Таким образом, две машины, подключенные к одной подсети могут обмениваться пакетами. Когда необходимо передать пакет между машинами, подключенными к разным подсетям, то машина-отправитель посылает пакет в соответствующий шлюз (шлюз подключен к подсети также как обычный узел). Оттуда пакет направляется по определенному маршруту через систему шлюзов и подсетей, пока не достигнет шлюза, подключенного к той же подсети, что и машина-получатель; там пакет направляется к получателю. Объединенная сеть обеспечивает датаграммный сервис.
Проблема доставки пакетов в такой системе решается путем реализации во всех узлах и шлюзах межсетевого протокола IP. Межсетевой уровень является по существу базовым элементом во всей архитектуре протоколов, обеспечивая возможность стандартизации протоколов верхних уровней.
Терминология
Введем ряд базовых терминов, которые мы будем использовать в дальнейшем.
Драйвер - это программа, непосредственно взаимодействующая с сетевым адаптером. Модуль - это программа, взаимодействующая с драйвером, сетевыми прикладными программами или другими модулями. Драйвер сетевого адаптера и, возможно, другие модули, специфичные для физической сети передачи данных, предоставляют сетевой интерфейс для протокольных модулей семейства TCP/IP.
Название блока данных, передаваемого по сети, зависит от того, на каком уровне стека протоколов он находится. Блок данных, с которым имеет дело сетевой интерфейс, называется кадром; если блок данных находится между сетевым интерфейсом и модулем IP, то он называется IP-пакетом; если он - между модулем IP и модулем UDP, то - UDP-датаграммой; если между модулем IP и модулем TCP, то - TCP-сегментом (или транспортным сообщением); наконец, если блок данных находится на уровне сетевых прикладных процессов, то он называется прикладным сообщением.
Эти определения, конечно, несовершенны и неполны. К тому же они меняются от публикации к публикации. Более подробные определения можно найти в RFC-1122, раздел 1.3.3.
Потоки данных
Рассмотрим потоки данных, проходящие через стек протоколов, изображенный на рис. 1. В случае использования протокола TCP (Transmission Control Protocol - протокол управления передачей), данные передаются между прикладным процессом и модулем TCP. Типичным прикладным процессом, использующим протокол TCP, является модуль FTP (File Transfer Protocol - протокол передачи файлов). Стек протоколов в этом случае будет FTP/TCP/IP/ENET. При использовании протокола UDP (User Datagram Protocol - протокол пользовательских датаграмм), данные передаются между прикладным процессом и модулем UDP. Например, SNMP (Simple Network Management Protocol - простой протокол управления сетью) пользуется транспортными услугами UDP. Его стек протоколов выглядит так: SNMP/UDP/IP/ENET.одули TCP, UDP и драйвер Ethernet являются мультиплексорами n x 1.
Действуя как мультиплексоры, они переключают несколько входов на один выход. Они также являются демультиплексорами 1 x n. Как демультиплексоры, они переключают один вход на один из многих выходов в соответствии с полем типа в заголовке протокольного блока данных.
Когда Ethernet-кадр попадает в драйвер сетевого интерфейса Ethernet, он может быть направлен либо в модуль ARP (Address Resolution Protocol - адресный протокол), либо в модуль IP (Internet Protocol - межсетевой протокол). На то, куда должен быть направлен Ethernet-кадр, указывает значение поля типа в заголовке кадра.
Если IP-пакет попадает в модуль IP, то содержащиеся в нем данные могут быть переданы либо модулю TCP, либо UDP, что определяется полем «протокол» в заголовке IP-пакета.
Если UDP-датаграмма попадает в модуль UDP, то на основании значения поля «порт» в заголовке датаграммы определяется прикладная программа, которой должно быть передано прикладное сообщение. Если TCP-сообщение попадает в модуль TCP, то выбор прикладной программы, которой должно быть передано сообщение, осуществляется на основе значения поля «порт» в заголовке TCP-сообщения.
Мультиплексирование данных в обратную сторону осуществляется довольно просто, так как из каждого модуля существует только один путь вниз. Каждый протокольный модуль добавляет к пакету свой заголовок, на основании которого машина, принявшая пакет, выполняет демультиплексирование.
Данные от прикладного процесса проходят через модули TCP или UDP, после чего попадают в модуль IP и оттуда - на уровень сетевого интерфейса.
Хотя технология internet поддерживает много различных сред передачи данных, здесь мы будем предполагать использование Ethernet, так как именно эта среда чаще всего служит физической основой для IP-сети.
Машина на рис. 1 имеет одну точку соединения с Ethernet. Шестибайтный Ethernet-адрес является уникальным для каждого сетевого адаптера и распознается драйвером.
Машина имеет также четырехбайтный IP-адрес. Этот адрес обозначает точку доступа к сети на интерфейсе модуля IP с драйвером. IP-адрес должен быть уникальным в пределах всей сети Internet.
Работающая машина всегда знает свой IP-адрес и Ethernet-адрес.
Работа с несколькими сетевыми интерфейсами
Машина может быть подключена одновременно к нескольким средам передачи данных. На рис. 3 показана машина с двумя сетевыми интерфейсами Ethernet. Заметим, что она имеет 2 Ethernet-адреса и 2 IP-адреса.
Из представленной схемы видно, что для машин с несколькими сетевыми интерфейсами модуль IP выполняет функции мультиплексора n x m и демультиплексора m x n.
Таким образом, он осуществляет мультиплексирование входных и выходных данных в обоих направлениях. Модуль IP в данном случае сложнее, чем в первом примере, так как может передавать данные между сетями. Данные могут поступать через любой сетевой интерфейс и быть ретранслированы через любой другой сетевой интерфейс. Процесс передачи пакета в другую сеть называется ретрансляцией IP-пакета. Машина, выполняющая ретрансляцию, называется шлюзом.
Ethernet
стек протокол глобальный сеть
Кадр Ethernet содержит адрес назначения, адрес источника, поле типа и данные. Размер адреса в Ethernet - 6 байт. Каждый сетевой адаптер имеет свой Ethernet-адрес. Адаптер контролирует обмен информацией, происходящий в сети, и принимает адресованные ему Ethernet-кадры, а также
Ethernet-кадры с адресом «FF:FF:FF:FF:FF:FF» (в 16-ричной системе), который обозначает «всем», и используется при широковещательной передаче.
Ethernet реализует метод МДКН/ОС (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений). Метод МДКН/ОС предполагает, что все устройства взаимодействуют в одной среде, в каждый момент времени может передавать только одно устройство, а принимать могут все одновременно. Если два устройства пытаются передавать одновременно, то происходит столкновение передач, и оба устройства после случайного (краткого) периода ожидания пытаются вновь выполнить передачу.
Аналогия с разговором
Хорошей аналогией взаимодействиям в среде Ethernet может служить разговор группы вежливых людей в небольшой темной комнате. При этом аналогией электрическим сигналам в коаксиальном кабеле служат звуковые волны в комнате.
Каждый человек слышит речь других людей (контроль несущей). Все
люди в комнате имеют одинаковые возможности вести разговор (множественный доступ), но никто не говорит слишком долго, так как все вежливы. Если человек будет невежлив, то его попросят выйти (т.е. удалят из сети).
Все молчат, пока кто-то говорит. Если два человека начинают говорить одновременно, то они сразу обнаруживают это, поскольку слышат друг друга (обнаружение столкновений). В этом случае они замолкают и ждут некоторое время, после чего один из них вновь начинает разговор. Другие люди слышат, что ведется разговор, и ждут, пока он кончится, а затем могут начать говорить сами. Каждый человек имеет собственное имя (аналог уникального Ethernet-адреса). Каждый раз, когда кто-нибудь начинает говорить, он называет по имени того, к кому обращается, и свое имя, например, «Слушай Петя, это Андрей,… ля-ля-ля…» Если кто-то хочет обратиться ко всем, то он говорит: «Слушайте все, это Андрей,… ля-ля-ля…» (широковещательная передача).
Протокол ARP
В этом разделе мы рассмотрим то, как при посылке IP-пакета определяется Ethernet-адрес назначения. Для отображения IP-адресов в Ethernet-адреса используется протокол ARP (Address Resolution Protocol - адресный протокол). Отображение выполняется только для отправляемых IP-пакетов, так как только в момент отправки создаются заголовки IP и Ethernet.
ARP - т аб лица для преобразования адресов
Преобразование адресов выполняется путем поиска в таблице. Эта таблица, называемая ARP-таблицей, хранится в памяти и содержит строки для каждого узла сети. В двух столбцах содержатся IP- и Ethernet-адреса.
Если требуется преобразовать IP-адрес в Ethernet-адрес, то ищется запись с соответствующим IP-адресом. Ниже приведен пример упрощенной ARP-таблицы.
Принято все байты 4-байтного IP-адреса записывать десятичными чилами, разделенными точками. При записи 6-байтного Ethernet-адреса каждый байт указывается в 16-ричной системе и отделяется двоеточием.
ARP-таблица необходима потому, что IP-адреса и Ethernet-адреса выбираются независимо, и нет какого-либо алгоритма для преобразования одного в другой. IP-адрес выбирает менеджер сети с учетом положения машины в сети Internet. Если машину перемещают в другую часть сети Internet, то ее IP-адрес должен быть изменен. Ethernet-адрес выбирает производитель сетевого интерфейсного оборудования из выделенного для него по лицензии адресного пространства. Когда у машины заменяется плата сетевого адаптера, то меняется и ее Ethernet-адрес.
Порядок преобразования адресов
В ходе обычной работы сетевая программа, такая как TELNET, отпраляет прикладное сообщение, пользуясь транспортными услугами TCP. Модуль TCP посылает соответствующее транспортное сообщение через модуль IP. В результате составляется IP-пакет, который должен быть передан драйверу Ethernet. IP-адрес места назначения известен прикладной программе, модулю TCP и модулю IP. Необходимо на его основе найти Ethernet-адрес места назначения. Для определения искомого Ethernet-адреса используется ARP-таблица.
Запросы и ответы протокола ARP
Как же заполняется ARP-таблица? Она заполняется автоматически модулем ARP, по мере необходимости. Когда с помощью существующей ARP-таблицы не удается преобразовать IP-адрес, то происходит следующее:
Каждый сетевой адаптер принимает широковещательные передачи. Все драйверы Ethernet проверяют поле типа в принятом Ethernet-кадре и передают ARP-пакеты модулю ARP. ARP-запрос можно интерпретировать так: «Если ваш IP-адрес совпадает с указанным, то сообщите мне ваш Ethernet-адрес».
Каждый модуль ARP проверяет поле искомого IP-адреса в полученном ARP-пакете и, если адрес совпадает с его собственным IP-адресом, то посылает ответ прямо по Ethernet-адресу отправителя запроса. ARP-ответ можно интерпретировать так: «Да, это мой IP-адрес, ему соответствует такой-то Ethernet-адрес». Пакет с ARP-ответом выглядит примерно так:
Этот ответ получает машина, сделавшая ARP-запрос. Драйвер этой машины проверяет поле типа в Ethernet-кадре и передает ARP-пакет модулю ARP. Модуль ARP анализирует ARP-пакет и добавляет запись в свою ARP-таблицу.
Продолжение преобразования адресов
Новая запись в ARP-таблице появляется автоматически, спустя несколько миллисекунд после того, как она потребовалась. Как вы помните, ранее на шаге 2 исходящий IP-пакет был поставлен в очередь. Теперь с использованием обновленной ARP-таблицы выполняется преобразование IP-адреса в Ethernet-адрес, после чего Ethernet-кадр передается по сети.
Полностью порядок преобразования адресов выглядит так:
1) По сети передается широковещательный ARP-запрос.
2) Исходящий IP-пакет ставится в очередь.
3) Возвращается ARP-ответ, содержащий информацию о соответствии IP- и Ethernet-адресов. Эта информация заносится в ARP-таблицу.
4) Для преобразования IP-адреса в Ethernet-адрес у IP-пакета, поставленного в очередь, используется ARP-таблица.
5) Ethernet-кадр передается по сети Ethernet.
Короче говоря, если с помощью ARP-таблицы не удается сразу осуществить преобразование адресов, то IP-пакет ставится в очередь, а необходимая для преобразования информация получается с помощью запросов и ответов протокола ARP, после чего IP-пакет передается по назначению.
Если в сети нет машины с искомым IP-адресом, то ARP-ответа не будет и не будет записи в ARP-таблице. Протокол IP будет уничтожать IP-пакеты, направляемые по этому адресу. Протоколы верхнего уровня не могут отличить случай повреждения сети Ethernet от случая отсутствия машины с искомым IP-адресом.
Некоторые реализации IP и ARP не ставят в очередь IP-пакеты на то время, пока они ждут ARP-ответов. Вместо этого IP-пакет просто уничтожается, а его восстановление возлагается на модуль TCP или прикладной процесс, работающий через UDP. Такое восстановление выполняется с помощью таймаутов и повторных передач. Повторная передача сообщения проходит успешно, так как первая попытка уже вызвала заполнение ARP-таблицы.
Следует отметить, что каждая машина имеет отдельную ARP-таблицу для каждого своего сетевого интерфейса.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Краткая история и основные цели создания Wireless Application Protocol (WAP) - беспроводного протокола передачи данных. Особенности работы WAP-броузеров. Адресация беспроводной сети. Поддержка протоколов Internet при использовании IP соединений.
реферат , добавлен 11.04.2013
История создания и развития сети Internet. Структура и система адресации. Понятие глобальных, региональных и локальных сетей. Способы организации передачи информации. Стек протоколов Интернета по сравнению с OSI. Понятие об интерфейсах и протоколах.
курсовая работа , добавлен 25.04.2012
Развитие информационных технологий. Разработка персонального компьютера. История возникновения локальной вычислительной сети. Задачи сервера. Классификация компьютерных сетей. Технология передачи информации. Межсетевое взаимодействие. Появление Интернет.
презентация , добавлен 16.03.2015
Описание стандарта 10-Gigabit Ethernet, принципы его организации и структура, типы спецификации. Отличительные особенности и характеристики от динамики глобальных и локальных сетей. Тенденции и перспективы развития технологии 10-Gigabit Ethernet.
реферат , добавлен 11.05.2015
История создания сети Internet, ее административное устройство и архитектура. Организация доступа к сети, структура ее функционирования. Характеристика интернет-протоколов. Особенности сетевой этики. Охрана труда и техника безопасности при работе на ПК.
курсовая работа , добавлен 20.05.2013
История развития глобальных компьютерных сетей. Технология и принцип работы электронной почты. Наиболее популярные браузеры: Internet Explorer, Mozilla Firefox, Safari, Google Chrome, Opera. Развитие социальных сетей, интернет-магазинов и аукционов.
презентация , добавлен 12.12.2014
Модели и протоколы передачи данных. Эталонная модель OSI. Стандартизация в области телекоммуникаций. Стеки протоколов и стандартизация локальных сетей. Понятие открытой системы. Internet и стек протоколов TCP/IP. Взаимодействие открытых систем.
дипломная работа , добавлен 23.06.2012
Протокол динамического распределения адресов DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Конфигурационные параметры, взаимодействие клиента и сервера при выделении сетевого адреса. Internet/intranet - технологический базис новых методов управления.
контрольная работа , добавлен 09.06.2010
История развития сети Internet. Общая характеристика сети Internet. Протоколы. Услуги предоставляемые сетью. Internet - мировая сеть. Компьютерная зависимость. Internet-2. Нехватка мощностей Internet. Создание Internet-2. Структура Internet-2.
контрольная работа , добавлен 06.10.2006
Стандарты технологии Ethernet. Поддержка в коммерческих продуктах. Оптический транспорт с поддержкой 100-гигабит. Преимущества использования витой пары по сравнению с коаксиальным кабелем. Новый стандарт 10-гигабитного Ethernet, перспективы его развития.
