СЕТИ ЭВМ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ. Министерствообразованияинаукироссийскойфедерации
 Скачать 4.29 Mb.
|
|
организационными структурами (рис.4.34): • Internet Activities Board (IAB) – центральный орган, включающий два подкомитета: исследовательский – IRTF (Internet Research Task Force); законодательный – IETF (Internet Engineering Task Force), выполняющий функцию анализа, разработки и принятия стандартов сети Internet, получивших название RFC (Request For Comments); • Network Information Center (NIC)– орган, ответственный за распространение технической информации, работу по регистрации и подключению пользователей к Internet и за решение ряда административных задач, таких как распределение адресов в сети. 4.4.2. Стек протоколов TCP/IP Под стеком (семейством) протоколов TCP/IP в широком смысле обычно понимают весь набор реализаций стандартов RFC. Соответствие уровней TCP/IP уровням OSI-модели и используемые на каждом уровне основные протоколы стека TCP/IP представлены в табл.4.3. Модель стека протоколов TCP/IP содержит 4 уровня. На первом уровне (Network interface – сетевой интерфейс) находится аппаратно зависимое программное обеспечение, реализующее передачу данных в той или иной среде. Среда передачи данных может Организационные структуры Internet IAB (Internet Activities Board) - центральный орган IETF (Internet Engineering Task Force) – законодательный подкомитет – анализ, разработка и принятие стандартов RFC (Request For IRTF (Internet Research Task Force) – исследовательский подкомитет NIC (Network Information Center) – распростране- ние технической информации, регистрация и подключение пользователей к Internet, 4.34 Раздел 4. Глобальные сети 289 быть реализована различными способами: от простого двухточечного звена до сложной многоузловой коммуникационной структуры сети X.25 или Frame Relay. Стек протоколов TCP/IP поддерживает все стандартные протоколы физического и канального уровней различных сетевых технологий: Ethernet, Token Ring, FDDI, PPP и другие. Таблица 4.3 Уровни OSI- модели Уровни TCP/IP Протокол Блок данных 5-7 4. Application (прикладной) FTP, TFTP, BGP, HTTP,DHCP, SNMP, DNS, SIP, SMTP, POP3, IMAP,Telnet, PPTP Сообщение 4 Transport'>3. Transport (транспортный) TCP, UDP, RTP Сегмент, Дейтаграмма 3 2. Internet (межсетевой) IPv4, IPv6 , ICMP, IGMP, ARP, RARP, RIP, OSPF Пакет 1-2 1. Network interface (сетевой интерфейс ) SLIP, HDLC, PPP Ethernet, 802.11 Wi-Fi, 802.16 WiMax, Token ring, FDDI, X.25, Frame relay, ATM Кадр На втором уровне (Internet – межсетевой) реализуется задача маршрутизации с использованием протокола IP. Вторая важная задача протокола IP – сокрытие аппаратно-программных особенностей среды передачи данных и предоставление вышележащим уровням единого унифицированного и аппаратно независимого интерфейса для доставки данных, что обеспечивает многоплатформенное применение приложений, работающих под TCP/IP. На третьем уровне (Transport – транспортный) решаются задачи надежной доставки пакетов и сохранение их порядка и целостности. На четвёртом уровне (Application – прикладной) находятся прикладные задачи, запрашивающие сервис у транспортного уровня. Основными особенностями стека протоколов TCP/IP являются: • независимость от среды передачи данных; • негарантированная доставка пакетов. Информационные объекты (данные) передаваемые на разных уровнях в сети Интернет получили следующие наименования: • сообщение (message) – блок данных, которым оперирует прикладной уровень, предаваемый от приложения к транспортному уровню с соответствующими этому приложению размером и семантикой; • сегмент (segment) – блок данных, которым оперирует протокол TCP на транспортном уровне; • дейтаграмма (datagram) – блок данных, которым оперирует протокол UDP на транспортном уровне; Раздел 4. Глобальные сети 290 • пакет (packet) – блок данных, называемый также IP- дейтаграммой, которым оперирует протокол IP на межсетевом уровне; • кадр (frame) – аппаратно зависимые блоки данных, полученные в результате упаковки IP-дейтаграмм в формат, приемлемый для данной физической среды передачи данных и передаваемый на нижнем уровне TCP/IP-модели, называемом «сетевым интерфейсом». Рассмотрим кратко перечисленные в табл.4.3 протоколы стека TCP/IP, некоторые из которых (IP, UDP, TCP, HDLC, PPP) более подробно рассматриваются в последующих параграфах. 4.4.2.1. Протоколы прикладного уровня FTP (File Transfer Protocol – протокол передачи файлов), предназначенный для передачи файлов в сети и доступа к удалённым хостам, реализует следующие функции: • подключение к серверам FTP; • просмотр содержимого каталогов; • загрузка файлов с сервера или на сервер. FTP функционирует поверх транспортного протокола TCP и использует порт 20/TCP для передачи данных и порт 21/ TCP для передачи команд. В протоколе FTP предусмотрены возможности аутентификации и передачи файла с прерванного места, если передача файла была прервана по какой-то причине. TFTP (Trivial File Transfer Protocol – простой протокол передачи файлов) предназначен главным образом для первоначальной загрузки бездисковых рабочих станций. TFTP использует транспортный протокол UDP и порт 69/UDP. В отличие от FTP, протокол TFTP не содержит возможностей аутентификации, хотя возможна фильтрация по IP-адресу. BGP (Border Gateway Protocol – протокол граничного шлюза) – основной протокол динамической маршрутизации в Интернете, предназначенный для обмена информацией о маршрутах между автономными системами. Функционирует поверх протокола транспортного уровня TCP и использует порт 179/TCP. HTTP (HyperText Transfer Protocol – протокол передачи гипертекста) предназначен для передачи данных (изначально – в виде гипертекстовых документов) на основе клиент-серверной технологии. HTTP в настоящее время используется во Всемирной паутине для получения информации с веб-сайтов. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol – протокол динамической конфигурации узла) предназначен для автоматического распределения между компьютерами IP-адресов и конфигурационных параметров, необходимых для работы в сети TCP/IP. Протокол реализуется в так называемом DHCP-сервере по клиент-серверной технологии путём выдачи IP-адреса и конфигурационных параметров в ответ на поступивший запрос от компьютера. Протокол DHCP использует транспортный протокол UDP и порты 67/UDP и 68/UDP. Раздел 4. Глобальные сети 291 SNMP (Simple Network Management Protocol – протокол простого управления сетями) предназначен для управления и контроля за сетевыми устройствами и приложениями в сети передачи данных путём обмена управляющей информацией. Протокол SNMP встроен во все сетевые ОС и использует транспортный протокол UDP и порты 161/UDP и 162/UDP. DNS (Domain Name System – система доменных имён) представляет собой компьютерную распределённую иерархическую систему для получения информации о доменах, чаще всего для получения IP-адреса по символьному имени хоста (компьютера или устройства). Распределённая база данных DNS поддерживается с помощью иерархии DNS-серверов, взаимодействующих по одноимённому протоколу. Протокол DNS встроен во все сетевые ОС и использует транспортные протоколы TCP и UDP и, соответственно, порты 53/TCP и 53/UDP. SIP (Session Initiation Protocol) – протокол установления сеанса, предназначенный для установления и завершения пользовательского интернет-сеанса, включающего обмен мультимедийным содержимым (видео- и аудиоконференции, онлайн-игры). SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – простой протокол передачи почты, предназначенный для передачи электронной почты в сетях TCP/IP. POP3 (Post Office Protocol Version 3) – протокол почтового отделения, версия 3, обычно используемый почтовым клиентом в паре с протоколом SMTP для получения сообщений электронной почты с сервера. Протокол POP3 использует транспортный протокол TCP и порт 110/TCP. Альтернативным протоколом для сбора сообщений с почтового сервера является протокол IMAP. IMAP (Internet Message Access Protocol) – протокол доступа к электронной почте Интернета, как и POP3, служит для работы со входящими письмами, однако обеспечивает ряд дополнительных функций, предоставляя пользователю доступ к хранилищу электронных писем на сервере так, как будто эти письма находятся на его компьютере. POP3 использует транспортный протокол TCP и порт 143/TCP. Для отправки писем используется протокол SMTP. TELNET (TELetype NETwork) – виртуальный текстовый терминал, предназначенный для реализации текстового интерфейса в сети с использованием транспортного протокола TCP (стандартный порт 23/TCP). PPTP (Point-to-point tunneling protocol) – туннельный протокол типа точка-точка, позволяющий компьютеру устанавливать защищённое соединение с сервером за счёт создания специального туннеля в незащищённой сети. PPTP инкапсулирует кадры PPP в IP-пакеты для передачи через Интернет и может использоваться для организации туннеля между локальными сетями. РРТР использует TCP-соединение для обслуживания туннеля. Раздел 4. Глобальные сети 292 4.4.2.2. Протоколы транспортного уровня TCP (Transmission Control Protocol) – протокол управления передачей данных с установлением соединения, реализующий обмен данными между двумя узлами на основе некоторого соглашения об управлении потоком данных. UDP (User Datagram Protocol) – дейтаграммный протокол передачи данных в виде независимых единиц – дейтаграмм (datagram). RTP (Real-time Transport Protocol) предназначен для передачи трафика реального времени. Заголовок RTP-пакета содержит данные, необходимые для восстановления голоса или видеоизображения в приёмном узле, о типе кодирования информации (JPEG, MPEG и т. п.) а также временную метку и номер пакета. Эти параметры позволяют при минимальных задержках определить порядок и момент декодирования каждого пакета, а также интерполировать потерянные пакеты. В качестве нижележащего протокола транспортного уровня, как правило, используется протокол UDP. 4.4.2.3. Протоколы межсетевого уровня IP (Internet Protocol) - основной протокол стека TCP/IP, реализующий передачу пакетов по IP-сети от узла к узлу. Протокол IP: а) не гарантирует: • доставку пакетов, • целостность пакетов, • сохранение порядка потока пакетов; б) не различает логические объекты (процессы), порождающие поток данных. Эти задачи решают протоколы транспортного уровня TCP и UDP, реализующие различные режимы доставки данных. В отличие от IP протоколы транспортного уровня различают приложения и передают данные от приложения к приложению. В настоящее время на смену протоколу IP версии 4 (IPv4) приходит протокол версии 6 (IPv6). ICMP (Internet Control Message Protocol) – межсетевой протокол управляющих сообщений, используемый в основном для передачи сообщений об ошибках и исключительных ситуациях, возникших при передаче данных, а также выполняющий некоторые сервисные функции. ICMP-сообщения генерируются при нахождении ошибок в заголовке IP пакета, при отсутствии маршрута к адресату, а также используются маршрутизаторами для обновления записей в таблице маршрутизации отправителя и для управления скоростью отправки сообщений отправителем. ICMP-сообщения инкапсулируются в IP пакеты. ICMP является неотъемлемой частью IP, но при этом не делает протокол IP средством надёжной доставки сообщений. Для этих целей существует протокол TCP. Раздел 4. Глобальные сети 293 IGMP (Internet Group Management Protocol) – протокол управления группами Интернета, предназначенный для управления групповой (multicast) передачей данных в IP-сетях версии 4 (IPv4). IGMP используется маршрутизаторами и IP-узлами для организации групп сетевых устройств, а также для поддержки потокового видео и онлайн-игр, обеспечивая эффективное использование сетевых ресурсов. ARP (Address Resolution Protocol – Протокол разрешения адресов) предназначен для определения физического адреса устройства (MAC- адреса) по его IP-адресу. RARP (Reverse Address Resolution Protocol – Протокол обратного определения адреса) предназначен для определения IP-адреса устройства по его физическому адресу (MAC-адресу). RIP (Routing Information Protoсol) – протокол маршрутизации типа DVA, реализующий алгоритм обмена информацией о доступных сетях и расстояниях до них путём периодической рассылки широковещательных пакетов. OSPF (Open Shortest Path First) – протокол маршрутизации типа LSA, реализующий алгоритм обмена информацией о состоянии каналов, путём периодического тестирования состояния каналов с соседними маршрутизаторами. Протокол OSPF разработанный для применения в сети Интернет и используется в других больших сетях (NetWare, SNA, XNS, DECNet). 4.4.2.4. Протоколы канального уровня (« сетевой интерфейс ») SLIP (Serial Line IP) – первый стандарт канального уровня для выделенных линий, разработанный специально для стека протоколов TCP/IP, который благодаря простоте может использоваться как для коммутируемых, так и для выделенных каналов. SLIP поддерживается только протоколом сетевого уровня IP. HDLC (High-level Data Link Control Procedure) – высокоуровневый протокол управления каналом – стандарт ISO для выделенных линий, представляющий собой семейство протоколов LAP (Link Access Protocol). HDLC относится к бит-ориентированным протоколам. PPP (Point-to-Point Protocol) – протокол двухточечного соединения, пришедший на смену протоколу SLIP и построенный на основе формата кадров протоколов семейства HDLC с дополнением собственных полей. РРР является стандартным протоколом Интернета и так же, как протокол HDLC, представляет собой семейство протоколов. 4.4.3. Архитектурная концепция Internet Структура сети Internet может быть представлена как множество компьютеров, называемых хостами, подключенных к некоторой единой интерсети, представляющей собой совокупность физических сетей, называемых подсетями, соединенных маршрутизаторами (рис.4.35). В Раздел 4. Глобальные сети 294 4.35 качестве подсетей могут выступать локальные сети, работающие под управлением некоторых аппаратно зависимых протоколов (Ethernet, Token Ring), или коммуникационные системы произвольной физической природы (модемные коммутируемые или выделенные линии, сети X.25, Frame Relay, FDDI, ATM и др.). При этом все функции протокола IP выполняют хосты и маршрутизаторы, называемые узлами сети. Основным протоколом стека TCP/IP является протокол IP, который обеспечивает: • негарантированную доставку пакетов, т.к. передаваемые по сети пакеты могут быть утеряны, дуплицированы, задержаны, доставлены с нарушением порядка; • дейтаграммную доставку без установления соединения, то есть каждый пакет представляет собой обрабатываемый независимо от других блок данных, причем последовательно исходящие от отправителя пакеты могут распространяться по различным путям в сети, менять порядок и даже теряться; • максимально возможную доставку пакетов в том смысле, что потеря пакета происходит лишь в той ситуации, когда протокол не находит никаких физических средств для его доставки. 4.4.4. Адресация в IP- сетях В стеке протоколов TCP/IP используются три типа адресов (рис.4.36): • физические (локальные) адреса, используемые для адресации узлов в пределах подсети, например: МАС-адреса, если подсеть Раздел 4. Глобальные сети 295 использует технологии Ethernet, Token Ring, FDDI, или IPX-адреса, если подсеть на основе технологии IPX/SPX; • сетевые (IP-адреса), используемые для идентификации узлов в пределах всей составной сети (подсети); • доменные имена – символьные идентификаторы узлов, которыми оперируют пользователи. 4.4.4.1. Сетевые IP- адреса Наличие трёх уровней адресации в IP-сетях требует применения процедур преобразования адресов разных уровней для установления соответствия между ними. Эти процедуры реализуются соответствующими протоколами, преобразующими адреса одного типа в другой. Наиболее удобными для пользователей являются доменные имена, называемые также доменными адресами. Маршрутизация передаваемых данных в сети выполняется на основе сетевых адресов. В то же время, все устройства в компьютерной сети однозначно идентифицируются уникальными адресами канального уровня, в частности МАС-адресами в локальных сетях Ethernet и Token Ring. Преобразование адресов в IP-сетях осуществляется в соответствии со схемой, представленной на рис.4.37. Ниже подробно рассматриваются протоколы преобразования доменных адресов в сетевые и обратно с использованием протокола DNS и преобразование сетевых адресов в физические и обратно, реализуемое протоколами ARP и RARP соответственно. |