Различие локальных и глобальных сетей

1. Протяженность, качество и способ прокладки линий связи

2. Сложность методов передачи и оборудования

3. Скорость обмена данными

4. Разнообразие услуг

5. Оперативность выполнение запросов

6. Разделение каналов

7. Использование метода коммутации пакетов

8. Масштабируемость

Требования, предъявляемые к современным сетям:

1. Производительность – характеризуется следующими параметрами:

1) время реакции сети

2) пропускная способность - объём данных, переданный в единицу времени

3) средняя пропускная способность

4) максимальная пропускная способность

5) мгновенная пропускная способность

6) общая пропускная способность сети

7) задержка передачи

2. Надежность и безопасность – характеризуется:

1) коэффициент готовности – доля времени, в течение которого система может использована

2) сохранность данных и защита их от искажений

3) вероятность доставки пакета без искажений

4) защита от несанкционированного доступа

5) отказоустойчивость

3. Расширяемость и масштабируемость.

Расширяемость означает возможность добавления отдельных элементов сети, замену аппаратуры и наращивание сегментов сети.

Масштабируемость говорит о том, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей без ухудшения производительности.

4. Прозрачность. Достигается в том случае, когда сеть представляется пользователю не как множество отдельных компьютеров, а как единая вычислительная машина.

5. Поддержка разных видов трафика.

6. Управляемость. Управляемость сети подразумевает возможность централизованно контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и решать проблемы, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети.

7. Совместимость.

09.03.2011

(новый коллоквиум)

Сети TCP/IP

(архитектура сетей tcpip)

В отличие от семиуровневой модели протокольный стек tcp/ip разбит на 4 уровня:

1. Физический

2. Сетевой уровень IP – обеспечивает передачу информации через произвольную комбинацию сетей, использующих этот же набор протоколов. IP-протокол предоставляет лишь один вид сервисов: передачу пакетов без предварительного установления соединения и настолько хорошо, насколько получится. Пакеты пересылаются между узлами коммутации без предварительного установления соединения, они маршрутизируются независимо, и пакеты одного приложения могут доставляться по разным маршрутам. Ответственность за восстановление утерянных пакетов и правильный порядок их передачи лежит на транспортном уровне, который представлен протоколами TCP и UDP.

Сетевой уровень (IP) мультиплексирует протокольные блоки транспортного уровня в IP потоке, при этом сегменты транспортного уровня могут фрагментироваться. После вычисления маршрута передачи пакета с помощью протокола ARP (address resolution protocol) определяется физический адрес следующего на маршруте хоста, и пакет направляется на физический уровень сети. Протокольные блоки вышележащих уровней инкапсулируются в протокольные блоки нижележащих уровней.

IP протокол

Это основной протокол стека TCP IP.

По своим функциям соответствует сетевому уровню модели OSI.

В протоколе отсутствуют процедуры контроля доставки пакетов. Основными функциями протокола IP являются:

1. Формирование пакетов из сегментов транспортного уровня с предварительной фрагментацией последних.

2. Обеспечение логической адресации сетевых устройств.

3. Поддержка процесса маршрутизации.

4. Продвижение пакетов от одного узла коммутации до другого.

Структура IP пакета (слайд)

Функция IP протокола реализуются с помощью специальной структуры заголовка пакета. Заголовок содержит поля фиксированной длины (первые 20 байт) и поле переменной длины (поле опций).

Поле Version: определяет номер версии протокола.

После «Длина заголовка»: длина заголовка, измеренная в 32-битных словах. Min 5.

Тип сервиса (TOS, type of service) – определяет тип требования обслуживаемого пакета.

Общая длина пакета: размер не может превышать 65535 байт.

Время жизни TTL – поле, определяющее максимальное время, которое пакет может существовать в сети. Max = 255. Значение уменьшается на 1 по мере прохождения пакета через маршрутизаторы.

Поле «Протокол» - после указывает, модулю какого протокола (TCP или UDP) передать полученный IP-пакет.

«Контрольная сумма» - после содержит значение контрольной суммы, рассчитанной только по заголовку – единственное средство проверки данных в IP.

Адрес отправителя, Адрес получателя – поля одинаковой длины 32 бита, содержащие соответствующие адреса.

Поле опций – необязательное поле, используемое как правило при отладке сетей. В настоящее время практически не используется.

Адресация в сетях IP

Для идентификации каждого компьютера в IP сети необходима система их адресации. При этом учитывается, что сетевые устройства могут иметь несколько сетевых интерфейсов и каждый из них должен иметь уникальный адрес. Каждое сетевое устройство имеет адреса 3-х типов:

1. Физический адрес MAC – назначаемый фирмой-производителем – он представляет собой 6-байтовое число, первые 3 байта которого определяют фирму производителя, а последние 3 байта уникальны для каждого устройства в рамках данной фирмы.

2. IP – адрес, состоящий из 4-х байтов и также являющийся уникальным в рамках одной сети.

3. Символьный идентификатор – имя, назначаемое по определенным правилам и являющееся полным эквивалентом IP-адреса.

IP-адрес строится по двухуровневой иерархии. Он объединяет в себе адрес сети и адрес хоста. Для удобства адресации сети различного масштаба были введены несколько классов сетей, отличающихся размером полей, отводимых под номер сети и номер хоста. IP-адрес обычно записывается в виде 4-х трехразрядных десятичных чисел, разделенных точкой.

Некоторые адреса являются зарезервированными, например:

127.0.0.1 – адрес для обратной связи, служит для тестирования и отладки.

Другим зарезервированным адресом является широковещательный адрес, содержащий единицы или нули во всех своих битах.

Разбиение IP сети на подсети.

Рассмотренная двухуровневая система оказалась не достаточно гибкой и была определена трехуровневая система адресации. При этом в иерархию адресации ввели третий уровень – уровень подсети, который был выделен из адреса хоста. При этом поля адреса сети и адреса подсети называют расширенным сетевым префиксом.

30.03.2011

IP маршрутизация

Каждый хост в сети ведет свои маршрутные таблицы, которые и определяют порядок обработки IP пакетов. Передача пакетов между конечными стациями требует взаимодействия IP модулей программного обеспечения этих станций и маршрутизаторов, связывающих сети, в которых эти станции находятся. Если в таблице маршрутизации станция отправителя указано, что станция назначения является непосредственно не подсоединенной к той же сети, то из таблицы физических адресов, которая ведется на каждой станции, извлекается физический адрес узла назначения, пакет инкапсулируется в кадр канального протокола и передается к станции назначения. Если таблица маршрутизации не содержит искомый сетевой адрес, то пакет отправляется по адресу маршрутизатора, который был указан при конфигурировании в качестве шлюза по умолчанию. Этот шлюз обязательно имеет физический интерфейс в той же сети, что и станция отправителя. При получении пакета маршрутизатор проверяет, не совпадает ли адрес назначения с его собственным адресом. В противном случае маршрутизатор с помощью своей таблицы определяет адрес следующего хоста, которому он должен передать пакет, а также свой интерфейс, на который следует его направить. Каждая строка в таблице маршрутизации содержит следующую информацию:

1. IP адрес сети назначения(узла назначения)

2. IP адрес следующего маршрутизатора

3. Имя выходного интерфейса

4. Некоторые флаги (Флаг H – определяет, является ли данная строка-таблица маршрутом к хосту(1) или сети(0). Флаг G – является ли строка маршрута к другому маршрутизатору или к непосредственно подключенной станции.)

Разрешение IP адресов в физические адреса сетевых устройств. Протокол ARP.

ARP – address resolution protocol.

Для доставки IP пакета к станции назначения или от одного маршрутизатора к другому необходимо передать его протоколу канального уровня, например, Ethernet, который умеет передавать кадры только по физическим адресам устройств, подключенных к среде передачи. Эту задачу решает протокол ARP.

В ARP таблице формируются записи для уменьшения количества ARP запросов. Записи могут быть как статическими, так и динамическими. Кроме того в таблице всегда содержится широковещательный адрес(все разряды F),который позволяет принимать широковещательные запросы.

Протокол ARP достаточно универсален и его можно применять в сетях, использующих любые технологии на сетевом и канальном уровне. Заголовок ARP пакета имеет формат, отличный от IP заголовка и не передается маршрутизаторами.

ICMP протокол. (internet control message protocol).

Если маршрутизатор не может по каким-то причинам отправить пакет к узлу назначения, то он посылает соответствующее сообщения узлу отправителя. Эту функция и выполняет протокол ICMP.

Хотя его сообщение инкапсулируется в IP пакет, ICMP называется протоколом сетевого уровня. Протокол обеспечивает взаимодействие между программным обеспечением протокола IP, функционирующем на разных узлах, однако протокол не способен информировать промежуточные узлы о возникших ошибках, так как в IP пакете нет поля для записи маршрутов.

ICMP генерирует 2 вида сообщений:

1. Управляющие сообщения

2. Сообщения об ошибках

Но он не содержит никаких средств для исправления ошибок. (ping).

Конец лекций.

UDP (англ. User Datagram Protocol — протокол пользовательских датаграмм) — это транспортный протокол для передачи данных в сетях IP без установления соединения. Он является одним из самых простых протоколов транспортного уровня модели OSI. Его IP-идентификатор — 0x11.

В отличие от TCP, UDP не гарантирует доставку пакета, поэтому аббревиатуру иногда расшифровывают как Unreliable Datagram Protocol (протокол ненадёжных датаграмм). Это позволяет ему гораздо быстрее и эффективнее доставлять данные для приложений, которым требуется большая пропускная способность линий связи, либо требуется малое время доставки данных.

Для вычисления максимальной длины данных в UDP-сообщении при передаче в IP сетях необходимо учесть, что UDP-сообщение в свою очередь является содержимым области данных IP-сообщения. Максимальная длина IP-сообщения (с учетом заголовка) равна 65535 октетов. Потому максимальная длина UDP-сообщения (за вычетом минимального IP-заголовка) равна 65535 − 20 = 65515 октетов. Длина заголовка UDP-сообщения равна 8 октетам, следовательно, максимальная длина данных в UDP-сообщении равна 65515 − 8 = 65507 октетов. На практике нерационально использовать максимальную величину IP пакета, так как такой размер превышает MTU основных протоколов канального уровня, и следовательно требует фрагментации IP пакета, поэтому обычно используется размер, соотнесенный с MTU используемого канального протокола.

Перед расчетом контрольной суммы UDP-сообщение дополняется в конце нулевыми битами до длины, кратной 16 битам (псевдозаголовок и добавочные нулевые биты не отправляются вместе с сообщением). Поле контрольной суммы в UDP-заголовке во время расчета контрольной суммы отправляемого сообщения принимается нулевым.

Для расчета контрольной суммы псевдозаголовок и UDP-сообщение разбивается на слова (1 слово = 2 байта (октета) = 16 бит). Затем рассчитывается поразрядное дополнение до единицы суммы всех слов с поразрядным дополнением. Результат записывается в соответствующее поле в UDP-заголовке.

В том случае, если контрольная сумма получилась равной нулю, поле заполняют единицами. Если контрольную сумму не требуется рассчитывать, значение поля оставляют нулевым.

Если задействован порт отправителя, то он указывает порт процесса, посылающего датаграмму. Можно принять, что это тот порт, на который при отсутствии какой-либо иной информации следует адресовать ответную датаграмму. Если данное поле не задействовано, то в него следует записать нули. Порт получателя имеет смысл только в контексте конкретного Internet адреса получателя.

Длина — длина в октетах данной датаграммы, включая как заголовок, так и данные (Это означает, что минимальное значение поля длины равно восьми).

В псевдозаголовоке, который «понарошку» добавляется к UDP-заголовку, указываются адреса отправителя и получателя, номер протокола и длина UDP-датаграммы. Процедура вычисления контрольной суммы такая же, как и в протоколе TCP.

Если расчетная контрольная сумма равна нулю, то соответствующее поле заполняется всеми единицами. Если поле заполнено одними нулями, это означает, что отправитель датаграммы не вычислял контрольной суммы, что может быть сделано при отладке, а также для тех протоколов, которые не требуют точности передачи.

Протокол TCP

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

Выполняет функции протокола транспортного уровня модели OSI.

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

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

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

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

• Установка соединения
• Передача данных
• Завершение соединения

Флаги (управляющие биты)

Это поле содержит 6 битовых флагов:

• URG — Поле «Указатель важности» задействовано (англ. Urgent pointer field is significant)
• ACK — Поле «Номер подтверждения» задействовано (англ. Acknowledgement field is significant)
• PSH — (англ. Push function) инструктирует получателя протолкнуть данные, накопившиеся в приемном буфере, в приложение пользователя
• RST — Оборвать соединения, сбросить буфер (очистка буфера) (англ. Reset the connection)
• SYN — Синхронизация номеров последовательности (англ. Synchronize sequence numbers)
• FIN (англ. final, бит) — флаг, будучи установлен, указывает на завершение соединения (англ. FIN bit used for connection termination).