Лекция по "Компьютерным сетям"

Arpanet  была исследовательской сетью, финансируемая министерством обороны США. Она объединила сотни университетов и правительственных зданий при помощи выделенных телефонных линий. Когда впоследствии появились спутниковые и радиосети , возникли большие проблемы при объединении с ними других сетей с помощью имеющихся протоколов. Понадобилась новая эталонная архитектура. Возможность объединять различные сети в единое целое являлось одной из главных целей. Позднее эта архитектура  получила название «эталонная модель tcp/ip» в соответствии со своими двумя основными протоколами.

Поскольку министерство обороны беспокоилось, что ценные хосты, маршрутизаторы и межсетевые шлюзы, могут быть уничтожены, другая важная задача состояла в том чтобы добиться способности сети сохранять работоспособность при возможных потерях подсетевого оборудования, так что бы при этом связь не прерывалась. Кроме того от архитектуры нужна была определённая гибкость по сколько предполагалось использовать приложение с различными требованиями: от переноса файлов, до передачи речи в реальном времени. 

OSI	TCP\IP
7 прикладной	прикладной
6 представления	не присутствует в модели(нету)
5 сеансовый	не присутствует в модели(нету)
4 транспортный	транспортный
3 сетевой	межсетевой
2 передача данных	от хоста к  сети(от хоста к хосту)
1 физический	от хоста к  сети(от хоста к хосту)

Рисунок №2  TCP\IP

Межсетевой  уровень (интернет уровень).

Его задача заключается  в обеспечении возможности для  каждого хоста посылать в любую  сеть пакеты, которые будут не зависимо двигаться к пункту назначения, они могут прибывать не в том порядке в каком были отправлены.Если требуется соблюдение порядка отправления, эту задачу выполняют более верхние уровни. Межсетевой уровень определяет официальный формат пакета и протокол называемый ip ( интернет протокол). Основными аспектами здесь являются выбор маршрута пакетов и не допущение закупорки транспортных артерий.

Транспортный  уровень.

Он создан для  того что бы одноранговые сущности на приёмных и передающих хостах могли поддерживать связь, подобно транспортному уровню в модели OSI. На этом уровне должны быть описаны 2 сквозных протокола TCP и UDP. 

Первый протокол  tcp\ip (протокол управления передачи)- является надёжным протоколом с установлением соединений, позволяющий без ошибок доставлять байтовый поток с одной машины, на любую другую машину объединенной сети. {Он разбивает входной поток байтов на отдельные сообщения, и передаёт их межсетевому уровню. В пункте назначения получающий  tcp\ip процесс собирает из полученных сообщений выходной поток.}

Кроме того  tcp\ip осуществляет управление потоками, что бы быстрый отправитель не завалил информацией медленного получателя. 

Второй протокол UDP -  является не надёжным протоколом без установления соединения, не использующим последовательное управление потоком протокола tcp\ip, а предоставляющее своё собственное. Он так же широко используется в одноразовых клиент-серверных запросах и приложениях, в которых оперативность важнее аккуратности.

Прикладной  уровень

Он содержит все  протоколы высокого уровня. К старым протоколам относятся протоколы виртуального терминала (TelNet), протокол переноса файлов (FTP), протокол электронной почты (SMTP).  

  Протоколы и сети tsp\ip рис 3. 

Протокол виртуального терминала позволяет пользователю регистрироваться на удаленном сервере и работать на нем. Протокол переноса файлов предоставляет эффективный способ перемещения информации с машины на машину. Электронная почта  изначально представляла собой разновидность  переноса файла, однако для нее позднее для нее был разработан специальный протокол.

DMS – служба имен доменов, позволяющая преобразовывать(разрешать) имена хостов, сетевые адреса.

HTPP – протокол используемый для создания страниц во всемирной сети. 

Уровень Хост-сетевой.

В  эталонной модели tsp\ip не описывается подробно что находится ниже межсетевого уровня, сообщается только что хост соединяется с сетью при помощи какого-либо протокола, позволяющего ему посылать по сети ip пакет.  Этот протокол никак не определяется и может меняться от хоста к хосту и может меняться от сети к сети.

Задачу организации  интерфейса между технологиями tsp\ip и любой другой технологии промежуточной сети упрощенно можно свести к 2 задачам:

1. упаковка (инкапсуляция) ip пакета в единицу передаваемых данных промежуточной сети.
2. Преобразование сетевых адресов в адреса технологий данной промежуточной сети

 

Такой гибкий подход упрощает решение проблемы  расширение набора поддерживаемой технологии, при  появлении новой популярной технологии она быстро включается в стек tsp\ip путем разработки соответствующего стандарта определяющего метод инкапсуляции  передаваемых данных. Название этих единиц иногда закрепляются стандартом, но чаще определяются традицией.  
 

 
 
 
 
 

 
 
 

 
 
 
 

 
 
 
 

Название протокольных единиц данных Рис 4.  

Типы адресов стека  tsp\ip

1. Локальный (аппаратные адреса)
2. Сетевые адреса (ip)
3. Символьные (доменные) 
   

Адресация

Локальные адреса

В большинстве технологий локальных сетей для однозначной  адресации интерфейсов используются mac-адреса. Роль, которую играю эти адреса в tsp, не зависит от того, какая именно технология используется в подсети, поэтому они имеют общее название локальные (аппаратные адреса).

Слово «локальный» в tsp\ip означает «действующий не во всей составной сети, а лишь в пределах подсети».

Термин Аппаратный – подчеркивает концептуальное представление разработчика стека tsp\ip о подсети, как о некотором вспомогательном аппаратном средстве, единственной функцией которого является перемещение ip пакета через подсеть.

Сетевые ip адреса

Чтобы технология tsp\ip могла решать свою задачу объединения сетей, ей необходимо собственная глобальная система адресации, независящая от способов адресации узлов в отдельных сетях. Это система адресации должна позволять универсальным и однозначным способом идентифицировать любой интерфейс составной сети. Пара состоящая из номера сети и номера узла является сетевым адресом, каждый раз когда пакет направляется адресату через составную сеть, в его заголовке указывается ip адрес узла назначений, по номеру сети каждый очередной маршрутизатор находит ip адрес следующего маршрутизатора. Перед тем как отправить пакет в следующую сеть маршрутизатор должен определить на основании найденного ip адреса следующего маршрутизатора его локальный адрес. Для этой цели протокол ip обращается к протоколу разрешения адресов (ARP).

 
 

 

 

 
 

Рис 5 – преобразование адресов

Доменные  имена

Для идентификации  компьютеров программного и аппаратного  обеспечения полагается на tsp\ip адреса .  Символьные идентификаторы сетевых интерфейсов в пределах составной сети строятся по иерархическому принципу составляющего полного символьного имени в ip сетях разделяются точкой и перечисляются в след порядке: с начала простое имя хоста, затем имя группы хостов (например название организации), потом имя более крупной группы и так до имени домена самого высокого уровня. 

8.8.8.8

8.8.4.4 – DNS сервера GOOGLE 

Символьные адреса (доменные имена)

 идентификаторы  сетевых интерфейсов строиться  по иерархическому принципу. Составляющего  полного символьное имени в  IP сетях разделяться точкой и перечисляются в следующем порядке, сначала простое имя хоста, потом имя группы хостов, потом имя более крупной группы и там до имени домена самой группы. Между доменным именем и IP адресом у узла нет никакой функциональной зависимости, поэтому единственный способ установления соответствия это таблица. В сетях TCP/IP используется специальная система доменных имен, которая устанавливает это соответствие на основании создаваемых администраторами сити таблиц соответствия, поэтому доменные имена так же называют DNS именами. В общем случае сетевой интерфейс может иметь несколько локальных адресов, сетевых адресов и доменных имен.

Формат IP адреса

В заголовке IP пакета для хранения IP адресов, отправителя и получателя отводиться 2 поля, каждое имеет фиксированную длину 4 байта. IP адрес состоит из двух логических частей

1) Номера сети

2) Номера узла  сети

Наиболее распатроненной формой представления IP адреса запись в виде четырех чисел, представляющих значение каждого байта в 10-ой форме и разделенных точкой. Запись адреса не предусматривает специального раз ограничительного знака между номером сети и номером узла. Каким образом маршрутизаторы определяют какая часть IP адреса относиться к номеру сети а какая к номеру узла? Можно предложить несколько вариантов решения этой проблемы:

1) Фиксированная  граница – все 32 битное поле  адреса делиться на 2 части, не  обязательно равной но фиксированной  длинны. В 1 из которых будет  размещается номер сети а в  другой номер узла.

2) Маска – это  число применяемая в паре с  IP адресом, причем двоичная запись маски содержит непрерывную последовательность единиц в тех разрядах, которые должны в IP адресе интерпретироваться  как номер сети.

3) Классы адресов  – размеры сетей, хотя и  не могут быть произвольными,  как при использовании масок,  но и не должны быть одинаковыми  как при установлении фиксированных  единиц. Вводиться 5 класс адресов  от A- I. 3 из них предназначены для адресации сетей, D E имеют специальное назначение. Для каждого класса сетевых адресов определенно собственное положение границы между номером сети и номером узла.  

Класс	Первые биты	Наименование номера сети	Наименование номер  сети	Макс. Число узлов  в сети
A	0	1.0.0.0.	126.0.0.0.	2^29 , поле 3б
B	10	128.0.0.0.	191.255.0.0.	2^16, поле 2б
C	110	192.0.0.0.	223.255.255.0.	2^8, поле 1б
D	1110	224.0.0.0.	239.255.255.255.	Групповые адреса
E	11110	240.0.0.0.	247.255.255.255.	зарезервированные

 

Класс D обозначает особый групповой адрес, в то время как адреса как адреса А, B и С служат для идентификации отдельных сетевых интерфейсов, т.е. являются индивидуальными адресами. Групповой адрес идентифицирует группу сетевых интерфейсов, которые в общем случае могут принадлежать разным сетям.

Интерфейс входящий в группу получает на ряду с обычным  индивидуальным ip адресом еще 1 групповой адрес, если при отправке пакета в качестве адреса назначения указан адрес D , то такой пакет должен быть доставлен всем узлам входящим в группу.

Адреса класса E зарезервированы для будущих применений.

Чтобы получить из ip адреса номер сети и номер узла требуется не только разделить адрес на 2 соответствующие части, но и дополнить их 0 (нулями) до полных 4-х байт.