Обеспечение доверия и безопасности в инфокоммуникациорнных сетях. 1. Технология dns
 Скачать 1.52 Mb.
|
|
Важным процессом при передаче данных является инкапсуляция (encapsulation) данных. Передаваемое сообщение, сформированное приложением, проходит три верхних сетенезависимых уровня и поступает на транспортный уровень, где делится на части, и каждая часть инкапсулируется (помещается) в сегмент данных (рисунок 2.1.3). В заголовке сегмента содержится номер протокола прикладного уровня, с помощью которого подготовлено сообщение, и номер протокола, который будет обрабатывать данный сегмент.  Рисунок 2.1.3 – Инкапсуляция данных На сетевом уровне сегмент инкапсулируется в пакет данных, заголовок (header) которого содержит, сетевые (логические) адреса отправителя информации (источника) – Source Address (SA) и получателя (назначения) – Destination Address (DA). В стеке протоколов TCP/IP это IP-адреса. На канальном уровне пакет инкапсулируется в кадр или фрейм данных, заголовок которого содержит физические адреса узла передатчика и приемника, а также другую информацию. Кроме того, на этом уровне добавляется трейлер (концевик) кадра, содержащий информацию, необходимую для проверки правильности принятой информации. Таким образом, происходит обрамление данных заголовками со служебной информацией, т. е. инкапсуляция данных. Название информационных единиц на каждом уровне, их размер и другие параметры инкапсуляции задаются согласно протоколу единиц данных (Protocol Data Unit – PDU). Итак, на трех верхних уровнях – это сообщение (Data), на Транспортном уровне 4 – сегмент (Segment), на Сетевом уровне 3 – пакет (Packet), на Канальном уровне 2 – кадр (Frame), на Физическом уровне 1 – последовательность бит. 17 Модель передачи данныхВместе с семиуровневой моделью OSI на практике применяется четырехуровневая модель стека протоколов TCP/IP (рисунок 2.1.4).  Рисунок 2.1.4 – Модели OSI и TCP/IP Прикладной уровень модели TCP/IP по названию совпадает с названием модели OSI, но по функциям гораздо шире, поскольку охватывает три верхних сетенезависимых уровня (прикладной, представительский и сеансовый). Транспортный уровень обеих моделей и по названию, и по функциям одинаков. Сетевой уровень модели OSI соответствует межсетевому (Internet) уровню модели TCP/IP, а два нижних уровня (канальный и физический) представлены объединенным уровнем доступа к сети (Network Access). В таблице 2.1.1 приведены сведения об основной информации, добавляемой в заголовки сообщений на разных уровнях OSI-модели. Таблица 2.1.1 – Основная информация в заголовках сообщений
На транспортном уровне в заголовке сегмента задаются номера портов приложений источника и назначения. Номера портов адресуют приложения или сервисы прикладного уровня, которые создавали сообщение и будут его обрабатывать на приемной стороне. Например, сервер электронной почты с номерами портов 25 и 110 позволяет посылать e-mail сообщения и принимать их, номер порта 80 адресует веб-сервер. Для обмена сообщениями помимо номеров портов на сетевом уровне в заголовке пакета необходимо задать логические адреса источника и назначения. К логическим адресам относятся IP-адреса пользователей. В документации, используемой в настоящее время, версии IPv4 адреса IP отображаются в десятичной форме в виде четырех групп чисел. Каждая группа может содержать числа от 0 до 255. Группы разделены между собой точками, например, 192.168.10.21, 172.16.250.17, 10.1.10.122. В дополнение к логическим адресам на канальном уровне в заголовке кадра задаются физические адреса устройства-источника и устройства-назначения. Наиболее широко распространенной сетевой технологией канального уровня в настоящее время является Ethernet или ее модификации (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10Gigabit Ethernet). При этом в качестве физических адресов используются МАС-адреса (Media Access Control). В документации МАС-адреса представлены в виде 12 шестнадцатеричных чисел, например, 00-05-А8-69-CD-F1. Тот же адрес может быть представлен и в несколько другой форме 00:05:А8:69:CD:F1 или 0005.А869.CDF1. МАС-адреса компьютеров прошиты в ПЗУ сетевой карты. На трех нижних уровнях модели OSI функционируют аппаратно-программные средства, передающие сообщения с высокой скоростью. Сообщение от одного конечного узла до другого проходит через промежуточные устройства, маршрутизаторы и коммутаторы (Рисунок 2.1.5), на которых обрабатывается средствами трех или двух нижних уровней (Рисунок 2.1.2). Транспортный уровень, обеспечивающий надежность передачи данных, функционирует только на конечных узлах сети (рисунок 2.1.5).  Рисунок 2.1.5 – Передача сообщения по сети 18 Протокол Ethernet Протокол Ethernet Ethernet (от англ. ether “эфир”) – пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей, разработанная Робертом Метклафом в компании Xerox. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, Token ring и FDDI. Технология Ethernet разделяется на две совершенно разные технологии: классический Ethernet и коммутируемый Ethernet. Классический Ethernet – изначально использовавшийся вариант, разрабатывался для работы в сетях с общей средой передачи данных и использовал топологию типа общая шина (Bus). Эта технологии использовалась с первого варианта Ethernet, имеющего скорость передачи 10 Мбит/с, и поддерживалась до стандарта Gigabit Ethernet. В технологии Ethernet, работающей на разделяемой среде, одновременно только одно устройство могло осуществлять передачу, так как если два и более устройств начинали передавать свои данные по общей шине, то возникала коллизия, не позволяющая сети нормально функционировать. По этим причинам была реализована технология, которая управляла процессом передачи данных – CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий. Перед передачей данных устройство в сети Ethernet прослушивало среду передачи на наличие несущей, если линия была свободна, то передача начиналась. Передающие узлы, обнаружив коллизию, прекращали передачу данных, после чего повторную попытку передачи делали через случайный интервал времени (каждый через свой) после освобождения линии. 19 Технологии Ethernet. Их особенности Протокол Ethernet Ethernet (от англ. ether “эфир”) – пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей, разработанная Робертом Метклафом в компании Xerox. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, Token ring и FDDI. Технология Ethernet разделяется на две совершенно разные технологии: классический Ethernet и коммутируемый Ethernet. Классический Ethernet – изначально использовавшийся вариант, разрабатывался для работы в сетях с общей средой передачи данных и использовал топологию типа общая шина (Bus). Эта технологии использовалась с первого варианта Ethernet, имеющего скорость передачи 10 Мбит/с, и поддерживалась до стандарта Gigabit Ethernet. В технологии Ethernet, работающей на разделяемой среде, одновременно только одно устройство могло осуществлять передачу, так как если два и более устройств начинали передавать свои данные по общей шине, то возникала коллизия, не позволяющая сети нормально функционировать. По этим причинам была реализована технология, которая управляла процессом передачи данных – CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий. Перед передачей данных устройство в сети Ethernet прослушивало среду передачи на наличие несущей, если линия была свободна, то передача начиналась. Передающие узлы, обнаружив коллизию, прекращали передачу данных, после чего повторную попытку передачи делали через случайный интервал времени (каждый через свой) после освобождения линии. Коммутируемый Ethernet – вариант технологии, применяющийся в настоящее время и использующий топологию сетей типа точка-точка. Данная технология реализуется благодаря появлению в сетях коммутаторов. Коммутатор использует адресную информацию в заголовке кадра (МАС-адрес) и организует независимые виртуальные каналы между портами, к которым подключена пара узлов, образующая соединение точка-точка. Благодаря коммутаторам Ethernet пропала необходимость в технологии CSMA/CD, так как для каждого устройства выделяется свой канал связи, также появилась возможность использовать дуплексный режим передачи. В модели взаимодействия открытых систем OSI, Ethernet функционирует на физическом и канальном уровне. Причем канальный уровень разделен на 2 подуровня: LLC (Logical Link Control) – подуровень логической передачи данных и MAC (Media Access Control) – подуровень управления доступом к среде. На физическом уровне технология Ethernet определяет правила передачи сигналов по трем разным типам кабелей: коаксиальному кабелю, витой паре и оптоволокну. Канальный уровень модели описывает формат кадров (рисунок 2.2.1) и протоколы управления доступом к среде. На канальном уровне для передачи данных используются кадры Ethernet. В Ethernet существует два основных формата кадров: Ethernet II (Ethernet DIX) – фирменный стандарт Ethernet компаний DEC, Intel и Xerox; кадр Ethernet II не отражает разделения канального уровня Ethernet на подуровни LLC и MAC, его поля поддерживают функции обоих уровней; IEEE 802.3/LLC – стандарт Ethernet; построен в соответствии с принятым разбиением функций канального уровня на подуровни MAC и LLC, поэтому результирующий кадр является вложением кадра LLC, определяемого стандартом 802.2, в кадр MAC, определяемый стандартом 802.3.  Рисунок 2.2.1 – Формат кадра Ethernet II Рассмотрим поля представленного на рис. 2.2.1 формата кадра Ethernet II. Preamble – Поле преамбулы, используется для того, чтобы дать время и возможность приемопередатчикам войти в устойчивый синхронизм с принимаемыми сигналами. Каждый байт содержит одну и ту же последовательность битов – 10101010. SFD – Начальный ограничитель кадра (Start of Frame Deimiter) состоит из одного байта с набором битов 10101011. Появление этой комбинации является указанием на предстоящий прием кадра. Destination Adress (DA) – Адрес получателя (физический адрес сетевой карты - MAC-адрес получателя). Первый бит адреса получателя – это признак того, является адрес индивидуальным (unicast) или групповым (multicast): «0» – адрес указывает на индивидуальный адрес, «1» – это групповой адрес нескольких станций сети. При широковещательной адресации все биты поля адреса устанавливаются в 1 (MAC-адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF). Source Address (SA) – Адрес отправителя, 6-ти байтовое поле, содержащее MAC-адрес отправителя. Первый бит всегда имеет значение 0. В первых трех байтах MAC-адреса содержится код производителя сетевого адаптера, присвоенный IEEE. В остальных трех байтах – адрес собственно устройства (сетевой карты). Type – Тип пакета, в данном поле содержится шестнадцатеричный код о типе протокола вышестоящего уровня. Значения для некоторых распространенных сетевых протоколов: 0x0800 для IPv4, 0x0806 и 0x86DD – для IPv6. Data – Поле передаваемых данных, содержит данные кадра. Чаще всего это информация, нужная протоколам верхнего уровня. Данное поле не имеет фиксированной длины. Если длина пользовательских данных меньше 46 байт, то это поле дополняется до минимального размера байтами заполнения. Эта операция требуется для корректной работы метода доступа Ethernet. FCS – Поле контрольной последовательности (Frame Check Sequence) содержит значение, которое вычисляется по определенному алгоритму в процессе кодирования содержимого кадра помехоустойчивым циклическим кодом. После получения кадра принимающая станция выполняет собственное вычисление контрольной последовательности для этого кадра, сравнивает полученное значение с принятым значением поля FCS и, таким образом, определяет, не искажен ли полученный кадр. Протокол Fast Ethernet Технология Fast Ethernet (100 Мбит/с) – это развитие технологии Ethernet, работающей на скорости 10 Мбит/с. Особенности построения и требования к Fast Ethernet описаны в стандарте IEEE 802.3u, который является дополнением к существующему стандарту 802.3. Уровни MAC и LLC технологии Fast Ethernet, т. е. структура кадров и доступ к среде передачи, остались неизменными, все отличия касаются только физического уровня технологии Fast Ethernet. Время передачи кадров Fast Ethernet в 10 раз меньше времени передачи в технологии 10 Мбит/с Ethernet: межбитовый интервал составляет 10 нс вместо 100 нс, а межкадровый интервал - 0.96 мкс вместо 9.6 мкс. Организация физического уровня технологии Fast Ethernet является модульной. Это объясняется тем, что технология Fast Ethernet изначально была рассчитана на применение различных типов физической среды и кодирования, модульность физического уровня позволяет достичь этой цели достаточно легко. Различные же варианты физической среды Ethernet 10 Мбит/с разрабатывались разными организациями в разное время, отсюда и отсутствие гибкости в построении физического уровня. Модульный подход был впоследствии применен и во всех других, более скоростных, вариантах Ethernet, включая 100G Ethernet. Fast Ethernet поддерживает три варианта физической среды: волоконно-оптический многомодовый кабель (два волокна); витая пара категории 5 (две пары); витая пара категории 3 (четыре пары). Официальный стандарт 802.3u установил три различные спецификации для физического уровня Fast Ethernet и дал им следующие названия: 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-FX. Все версии обладают одинаковой скоростью передачи – 100 Мбит/с, но используют разную среду передачи. Протокол Gigabit Ethernet В данной технологии, так же как в Fast Ethernet, была сохранена преемственность с технологией Ethernet: практически не изменились форматы кадров, сохранился метод доступа CSMA/CD в полудуплексном режиме. На логическом уровне используется кодирование 8B/10B. Для поддержания различных физических сред физический уровень Gigabit Ethernet имеет такую же модульную структуру, как и физический уровень Fast Ethernet, с тем отличием, что вместо интерфейса MII в нем применяется интерфейс GMII (Gigabit MII), работающий на скорости 1 Гбит/с. Современные сети Gigabit Ethernet, как правило, строятся на основе коммутаторов и работают в полнодуплексном режиме. В этом случае говорят не о диаметре сети, а о длине сегмента, которая определяется физической средой передачи данных. Для передачи данных по многомодовому волоконно-оптическому кабелю стандарт предписывает применение излучателей, работающих на двух длинах волн: 850 и 1300 нм. Применение светодиодов с длиной волны 850 нм объясняется тем, что они намного дешевле, чем светодиоды, работающие на волне 1300 нм, хотя при этом максимальная длина кабеля уменьшается, так как затухание многомодового оптоволокна на волне 850 нм более чем в два раза выше, чем на волне 1300 нм. 20. Протокол IPv4 Протокол IP (Internet Protocol) используется маршрутизатором, чтобы определить, к какой подсети принадлежит получатель. Свой уникальный IP-адрес есть у каждого сетевого устройства, при этом в глобальной сети не может существовать два устройства с одинаковым IP. Протокол имеет две действующие версии, первая из которых — IPv4 (IP version 4, версии 4) — была описана в 1981 году. IPv4 предусматривает назначение каждому устройству 32-битного IP-адреса, что ограничивало максимально возможное число уникальных адресов 4 миллиардами (2^32). В более привычном для человека десятичном виде IPv4 выглядит как четыре блока (октета) чисел от 0 до 255, разделенных тремя точками. Первый октет IP-адреса означает класс сети, классов всего 5: A, B, C, D, E. Gри этом адреса сети D являются мультикастовыми, а сети E вообще не используются. Рассмотрим, например, IPv4 адрес класса С 223.135.100.7. Первые три октета определяют класс и номер сети, а последний означает номер конечного устройства. Например, если необходимо отправить информацию с компьютера номер 7 с IPv4 адресом 223.135.100.7 на компьютер номер 10 в той же подсети, то адрес компьютера получателя будет следующий: 223.135.100.10. 21. Протоколы IPv4 и IPv6. Их отличия Маска подсети и IP-адреса  Маска подсети помогает маршрутизатору понять, как и куда передавать пакет. Подсетью может являться любая сеть со своими протоколами. Маршрутизатор передает пакет напрямую, если получатель находится в той же подсети, что и отправитель. Если же подсети получателя и отправителя различаются, пакет передается на второй маршрутизатор, со второго на третий и далее по цепочке, пока не достигнет получателя. Протокол IP (Internet Protocol) используется маршрутизатором, чтобы определить, к какой подсети принадлежит получатель. Свой уникальный IP-адрес есть у каждого сетевого устройства, при этом в глобальной сети не может существовать два устройства с одинаковым IP. Протокол имеет две действующие версии, первая из которых — IPv4 (IP version 4, версии 4) — была описана в 1981 году. IPv4 предусматривает назначение каждому устройству 32-битного IP-адреса, что ограничивало максимально возможное число уникальных адресов 4 миллиардами (2^32). В более привычном для человека десятичном виде IPv4 выглядит как четыре блока (октета) чисел от 0 до 255, разделенных тремя точками. Первый октет IP-адреса означает класс сети, классов всего 5: A, B, C, D, E. Gри этом адреса сети D являются мультикастовыми, а сети E вообще не используются. Рассмотрим, например, IPv4 адрес класса С 223.135.100.7. Первые три октета определяют класс и номер сети, а последний означает номер конечного устройства. Например, если необходимо отправить информацию с компьютера номер 7 с IPv4 адресом 223.135.100.7 на компьютер номер 10 в той же подсети, то адрес компьютера получателя будет следующий: 223.135.100.10. В связи с быстрым ростом сети интернет остро вставала необходимость увеличения числа возможных IP-адресов. В 1995 году впервые был описан протокол IPv6 (IP version 6, версии 6), который использует 128-битные адреса и позволяет назначить уникальные адреса для 2^128 устройств. IPv6 имеет вид восьми блоков по четыре шестнадцатеричных значения, а каждый блок разделяется двоеточием. IPv6 выглядит следующим образом: 2dab:ffff:0000:0000:01aa:00ff:dd72:2c4a. Так как IPv6 адреса длинные, их разрешается сокращать по определенным правилам, которые также описываются RFC: Для написания адреса используются строчные буквы латинского алфавита: a, b, c, d, e, f. Ведущие нули допускается не указывать — например, в адресе выше :00ff: можно записать как :ff:. Группы нулей, идущие подряд, тоже допустимо сокращать и заменять на двойное двоеточие. На примере выше это выглядит так: 2dab:аааа::01aa:00ff:dd72:2c4a. Допускается делать не больше одного подобного сокращения в адресе IPv6 на наибольшей последовательности нулей. Если одинаково длинных последовательностей несколько — на самой левой из них. 22. Классы IP-адресов Все IP-адреса можно разделить на две логические части – номера сети и номера узла сети (номер хоста). Чтобы определить, какая именно часть IP-адреса принадлежит к номеру сети, а какая – к номеру хоста, используются значения начальных бит адреса. Также, первые биты IP-адреса используются для того, чтобы определить к какому классу относится IP-адрес. В таблице 2.3.3 приведена структура IP-адреса для разных классов.
Если адрес начинается с 0, то сеть относят к классу А и номер сети занимает один байт, остальные 3 байта номер узла в сети. Сети класса А имеют номера в диапазоне от 1 до 126. Номер 0 не используется, а номер 127 зарезервирован для специального применения. Сетей класса А немного, но количество узлов в них может достигать 224, то есть 16 777 216 узлов. Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В. В сетях класса В под номер сети и под номер узла отводится по 2 байта. Таким образом, сеть класса В является сетью средних размеров с максимальным числом узлов 216, что составляет 65 536 узлов. Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С. В этом случае под номер сети отводится 3 байта, а под номер узла – 1 байт. Сети этого класса наиболее распространены, число узлов в них ограничено 28, то есть 256 узлами. Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса D и обозначает особый, групповой адрес – multicast. Если в пакете, в качестве адреса назначения, указан адрес класса D, то такой пакет должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес. Если адрес начинается с последовательности 11110, то это значит, что данный адрес относится к классу Е. Адреса этого класса зарезервированы для будущих применений. В таблице 2.3.4 приведены диапазоны номеров сетей и максимальное число узлов, соответствующих каждому классу сетей. Большие сети получают адреса класса А, средние – класса В, а маленькие – класса С. Таблица 2.3.4 – Диапазоны номеров сетей и максимальное число узлов
23 Протокол ARP. Назначение, принцип работы | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||