Руководство для студента Номер текста по каталогу 97250401
 Скачать 12.39 Mb.
|
|
Режим негарантированной доставки (без установления соединения) Протокол UDP является протоколом негарантированной доставки. Он не требует и не предполагает сохранение информации о ранее отправленных данных. Поэтому протокол UDP не требует установления соединения с получателем и называется протоколом "без установления соединения". Существует множество ситуаций, в которых этот тип соединения является более удобным, чем режим гарантированной доставки. Передача данных без установления виртуального соединения предпочтительна для приложений, для которых требуется более высокая скорость обмена данными без контроля доставки. © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-91 Протокол UDP Транспортный уровень стека TCP/IP содержит протоколы, которые обеспечивают адресацию для передачи данных по сети. Протокол UDP является расширением первоначального стека протоколов TCP/IP и является одним из таких протоколов. В данном разделе описываются некоторые из основных функций протокола UDP. © Cis co S ystem s. In c., 2 007. Все пр ава за щи щен ы. ICND1 v1.0— 1-4 Функционирует на транспортном уровне моделей OSI и TCP/IP Обеспечивает приложениям доступ к сетевому уровню без дополнительных затрат на механизм надежной доставки Это протокол без установления соединения. Обеспечивает ограниченное выявление ошибок Осуществляет негарантированную доставку данных Не содержит функций восстановления данных Характеристики UDP Протокол UDP обладает следующими характеристиками. Протокол UDP функционирует на уровне 4 (транспортном) модели OSI и стека протоколов TCP/IP. Протокол UDP обеспечивает приложениям доступ к сетевому уровню без дополнительных затрат на механизм надежной доставки. UDP, как и IP, является протоколом без установления соединения, адресату пересылаются датаграммы в одностороннем порядке без предварительного уведомления устройства назначения. Протокол UDP выполняет выявление ошибок в очень ограниченной форме. Датаграмма UDP содержит необязательное поле контрольной суммы, которое может использоваться получающим устройством для проверки целостности данных. Кроме того, датаграмма UDP содержит псевдозаголовок, в котором имеется порт получателя. Если получающее устройство обнаруживает, что датаграмма направлена на неактивный порт, оно отвечает сообщением, что порт недоступен. Протокол UDP обеспечивает услуги по принципу "наименьших затрат" и не гарантирует доставку пакетов, поскольку на пути к получателю пакеты могут быть направлены в неверном направлении, продублированы или потеряны. Протокол UDP не предоставляет никаких специальных возможностей по восстановлению потерянных или поврежденных пакетов. При необходимости эти услуги выполняются вышестоящими уровнями. 1-92 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. Пример: рассылка рекламных листков Услуги протокола UDP можно сравнить с рассылкой по почте рекламных листков, уведомляющих соседей о распродаже домашней утвари. В этом примере продавец печатает рекламные листки с указанием даты, времени и месте распродажи. Продавец указывает на каждом листке имя и адрес соседей, проживающих в радиусе двух километров. Почтовая служба доставляет каждый рекламный листок любым доступным ей способом и маршрутом. Однако продавец не использует почтовые отправления с уведомлением о доставке, поскольку для него не имеет особого значения, будет ли рекламный листок потерян в пути или сосед подтвердит его получение. © Cis co S ystem s. In c., 2 007. В се пр ава за щи щен ы. ICND1 v1.0— 1-5 Заголовок UDP Размер заголовка UDP составляет 64 бита. Заголовок UDP (см. рисунок) содержит следующие поля: Source port (Порт источника). Номер порта источника (16 битов). Destination port (Порт назначения). Номер порта назначения (16 битов). Length (Длина). Длина заголовка UDP и данных UDP (16 битов). Checksum (Контрольная сумма). Рассчитанная контрольная сумма заголовка и данных (16 битов). Data (Данные). Данные протокола верхнего уровня (Upper-layer protocol - ULP) (размер нефиксирован). Протокол UDP используется протоколами TFTP (Trivial File Transfer Protocol), SNMP (Simple Network Management Protocol), NFS (Network File System) и системой DNS (Domain Name System). © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-93 Протокол TCP TCP расшифровывается как Transmission Control Protocol (протокол управления передачей). Это протокол с установлением соединения, обеспечивающий надежную доставку данных между хостами. Протокол TCP имеет ряд уникальных характеристик, связанных с таким методом доставки. В этом разделе обсуждаются основные характеристики протокола TCP. © Cis co S ystem s. In c., 2 007. Все пр ава за щи щен ы. ICND1 v1.0— 1-6 Характеристики TCP Является протоколом транспортного уровня стека TCP/IP Обеспечивает приложениям доступ к сетевому уровню Является протоколом с установлением соединения Работает в дуплексном режиме Поддерживает выявление ошибок Упорядочивает пакеты данных Поддерживает подтверждение доставки Поддерживает функции восстановления данных Протокол TCP также является протоколом транспортного уровня стека TCP/IP. Он выполняет функции адресации для обеспечения передачи данных по сети. Протокол TCP имеет следующие характеристики. Протокол TCP, так же как протокол UDP, функционирует на уровне 4 (транспортном) модели OSI и стека протоколов TCP/IP. Подобно протоколу UDP, протокол TCP предоставляет приложениям доступ к сетевому уровню. TCP является протоколом с установлением соединения между двумя сетевыми устройствами для обмена данными. Конечные устройства синхронизируют параметры передачи данных между собой для управления скоростью передачи и предотвращения перегрузки в сети. Соединение TCP представляет собой пару виртуальных каналов, по одному в каждом направлении, то есть функционирует в дуплексном режиме. Протокол TCP выполняет обнаружение ошибок, помещая в датаграмму контрольную сумму, которая позволяет удостовериться, что информация заголовка TCP не повреждена. Сегменты TCP последовательно нумеруются, так что получатель может выполнить сортировку сегментов и определить потерю информации. 1-94 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. После получения одного или нескольких сегментов TCP получатель отвечает отправителю модтверждением их получения. Если получение сегментов не подтверждается, отправитель может повторно передать сегмент или прекратить соединение, если обнаружит, что соединение с получателем прервано. Протокол TCP предоставляет услуги по восстановлению информации, в соответствии с которыми получатель может запросить повторную передачу сегмента. Если получение сегмента не подтверждено, отправитель повторно передает сегмент. Услуги надежной доставки информации имеют огромное значение для приложений, связанных с передачей файлов, службами баз данных, обработкой транзакций, и другими критически важными приложениями, требующими гарантированную доставку каждого пакета. Протокол TCP обеспечивает такую надежность, иногда в ущерб скорости, тогда как UDP предоставляет скорость в ущерб надежности. Пример: отправка по почте с уведомлением о получении Услуги протокола TCP можно сравнить с отправкой почтового сообщения с уведомлением о вручении. Предположим, что вам необходимо переслать книгу из Санкт-Петербурга вашей родственнице в Москву, но почта обрабатывает только письма. Вы вырываете страницы из книги и упаковываете их по нескольку штук в отдельные конверты. Чтобы быть уверенным, что книга будет собрана получателем правильно, каждый конверт нумеруется с указанием номера последней страницы в группе. Затем вы надписываете адрес на конвертах и отправляете первый из них как почтовое отправление с уведомлением о вручении. Почтовая служба доставляет первый конверт любым доступным ей способом и маршрутом. Но при доставке этого конверта перевозчик обязан получить у вашей родственницы расписку и вернуть вам уведомление о доставке. Отправка каждой группы страниц по отдельности весьма утомительна, поэтому вы отправляете несколько конвертов вместе. Почтовая служба опять доставляет каждый конверт любым доступным ей способом и маршрутом. Ваша родственница расписывается в отдельной квитанции за каждый конверт при получении. Если один конверт потеряется при пересылке, вы не получите уведомление о его доставке и вам придется повторно послать все страницы этой группы. После получения всех конвертов ваша родственница соберет страницы в нужном порядке и склеит книгу. © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-95 Заголовок TCP сегмента Заголовок TCP содержит информацию TCP протокола. В этом разделе описываются поля заголовка TCP. © Cis co S ystem s. In c., 2 007. Все пр ава за щи щен ы. ICND1 v1.0— 1-7 Заголовок TCP Для отправки сегментов TCP используются IP пакеты. Заголовок TCP располагается вслед за заголовком IP и содержит информацию, относящуюся к протоколу TCP. Такое разделение позволяет хосту обрабатывать и другие протоколы, отличные от TCP. Заголовок TCP содержит следующие поля: Source port (Порт источника). Номер порта источника (16 битов). Destination port (Порт назначения). Номер порта назначения (16 битов). Sequence number (Номер последовательноти). Номер последовательноти первого байта в сегменте, обеспечивает правильную последовательность поступающих данных (32 бита). Acknowledgment number (Номер подтверждения). Следующий ожидаемый байт по протоколу TCP (32 бита) Header length (Длина заголовка). Количество 32-битных слов в заголовке (4 бита). Reserved (Резервное поле). Имеет значение 0 (3 бита). Control bits (Биты управления). Управляют функциями настройки, контролем перегрузки в сети и прекращением сеанса (9 битов). (Отдельный бит, имеющий определенное назначение, часто называется флагом.) Window (Окно). Число байтов данных, которые устройство ожидает принять (16 битов). Checksum (Контрольная сумма). Рассчитанная контрольная сумма заголовка и данных (16 битов). Urgent (Срочность). Это поле указывает на конец срочных данных (16 битов). Options (Параметры). В настоящее время определен один параметр — максимальный размер сегмента TCP (0 или 32 бита, при наличии) Data (Данные). Данные протокола верхнего уровня (размер нефиксирован). 1-96 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. Приложения TCP/IP Кроме протоколов IP, TCP и UDP стек протоколов TCP/IP включает приложения, поддерживающие услуги передачи файлов, электронной почты и удаленного доступа к системе. В этом разделе рассматриваются три основных приложения стека протоколов TCP/IP. © Cis co S ystem s. In c., 2 007. В се пр ава за щи щен ы. ICND1 v1.0— 1-8 Передача файлов: – FTP – TFTP – NFS. Электронная почта: – SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) Удаленный вход: – Telnet – rlogin Управление сетью: – SNMP (Simple Network Management Protocol) Управление именами: – система DN S Обзор прикладного уровня стека TCP/IP Стек протоколов TCP/IP поддерживает следующие приложения. Протокол FTP (File Transfer Protoco). Протокол FTP предоставляет надежную службу с установлением соединения, использующую протокол TCP для передачи файлов между системами, которые поддерживают FTP. FTP поддерживает двунаправленную передачу двоичных файлов и файлов ASCII. Протокол TFTP (Trivial File Transfer Protocol). Протокол TFTP предоставляет службу без установления соединения, использующую протокол UDP. Протокол TFTP используется маршрутизаторами для передачи файлов конфигураций и ПО Cisco IOS, а также для передачу файлов между системами, которые поддерживают TFTP. Telnet. Telnet обеспечивает удаленный доступ к другому компьютеру. Telnet позволяет пользователю входить в удаленную систему и выполнять команды. © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-97 Сопоставление уровня 3 с уровнем 4 Протокол IP передает данные в виде пакетов, также известных как датаграммы. В этом разделе рассматривается сопоставление уровня 3 с уровнем 4 стека протоколов. © Cis co S ystem s. In c., 2 007. Все пр ава за щи щен ы. ICND1 v1.0— 1-9 Сопоставление уровня 3 с уровнем 4 В этом разделе рассматривается поле протокола, одно из полей заголовка IP-пакета. Протокол IP использует номер протокола в заголовке датаграммы для определения протокола верхнего уровня, которому будут переданы данные, причем каждый протокол имеет свой номер. В этом разделе описывается структура поля протокола. Хост или маршрутизатор считывает номер из заголовка датаграммы, сравнивает его с записями в таблице транспортных протоколов и передает данные датаграммы соответствующему протоколу. Например, если протокол имеет номер 6, IP передает данные протоколу TCP. Если протокол имеет номер 17, IP передает данные протоколу UDP. Хотя большая часть трафика использует протоколы TCP или UDP, применяющие протокол IP в качестве транспорта, существуют и другие протоколы, которые могут использовать напрямую протокол IP для транспорта. Около 100 различных протоколов транспортного уровня имеют зарегистрированные номера протоколов, которые позволяют им использовать протокол IP для транспорта. 1-98 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. Сопоставление уровня 4 с приложениями Для поддержки одновременного обмена данными между различными сетевыми устройствами протоколы UDP и TCP используют внутренние программные порты. В этом разделе описываются различные номера портов, используемые протоколами UDP и TCP. © Cis co S ystem s. In c., 2 007. В се пр ава за щи щен ы. ICND1 v1 .0—1- 10 Сопоставление уровня 4 с приложениями На одном устройстве может выполняться одновременно несколько сеансов связи с одним или несколькими компьютерами. Каждый сеанс должен отличаться от других, что достигается с помощью номеров портов. Все эти сеансы мультиплексируется через один сетевой интерфейс и канал передачи. Сегменты этих сеансов чередуются при передаче через сетевой интерфейс. Порт можно рассматривать как очередь сообщений, через которую проходят сегменты конкретного сеанса связи. Номера портов контролируются организацией Internet Assigned Numbers Authority (IANA). Некоторым часто используемым приложениям назначены постоянные номера портов. Эти номера портов иногда называют "хорошо-известными". Например, Telnet всегда использует порт 23. Другие приложения могут использовать динамические номера портов, но они должны принадледать соответствующему диапазону. Кроме того, хорошо-известные или зарегистрированные номера портов позволяют конечным системам выбирать нужное приложение-получатель. Хост- отправитель, который создает сеанс верхнего уровня, при использовании транспортного протокола динамически назначает порты из диапазона 49152– 65535. © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-99 Приложения протокола UDP Среди прочих, протокол UDP используется следующими приложениями. Протокол TFTP (Trivial File Transfer Protocol). TFTP является простейшим протоколом передачи файлов. Чаще всего он используется для копирования и установки операционной системы компьютера из файлов, расположенных на TFTP-сервере. Приложение TFTP меньше, чем FTP, и обычно применяется в сетях для простой передачи файлов. В приложении TFTP предусмотрена собственная проверка ошибок и нумерация, поэтому ему не требуются эти функции на транспортном уровне. Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol). Протокол SNMP служит для мониторинга сетей, подключенных к ним устройств и данных о производительности сети, а также для управления этими устройствами. SNMP отправляет сообщения единицы информации протокола (PDU – Protocol Data Unit), позволяющие программному обеспечению контролировать устройства в сети. Приложения протокола TCP Среди прочих, протокол TCP поддерживается следующими приложениями. FTP. FTP является полнофункциональным приложением для копирования файлов. На компьютере запускается клиентское приложение, которое обращается к серверному приложению FTP на удаленном компьютере. С помощью этого приложения выполняется выгрузка и загрузка файлов. Telnet. Telnet обеспечивает эмуляцию терминала на удаленном устройстве, например хосте UNIX, маршрутизаторе или коммутаторе. Эмуляция терминала позволяет управлять сетевым устройством так же, как при непосредственном подключении через последовательный интерфейс. Telnet применяется только для систем, использующих синтаксис команд в символьном режиме. Telnet не поддерживает среды графичесих пользовательских интерфейсов (GUI). Поскольку приложение Telnet посылает свои сообщения в виде незашифрованного открытого текста, большинство организаций в настоящее время пользуется протоколом SSH для удаленной связи. На рисунке показаны некоторые номера портов для каждого протокола и соответствующие им приложения. Хорошо-известные порты Хорошо-известные порты назначаются организацией IANA и имеют значения от 0 до 1023. Эти номера присваиваются основным приложениям Интернета. Зарегистрированные порты Номера с 1024 до 49151 представляют зарегистрированный диапазон портов, также контролируемый IANA. Эти порты используются для проприетарных приложений, например Lotus Mail. 1-100 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. Динамические порты Динамические порты представляют собой номера из диапазона от 49152 до 65535. Эти порты динамически выделяются на время конкретного сеанса. © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-101 Установление соединения с удаленной системой Пользователь услуги транспортного уровня с надежной доставкой должен организовать сеанс с установлением соединения с удаленной системой. В этом разделе обсуждается основной принцип сеанса с установлением соединения. © Cis co S ystem s. In c., 2 007. Все пр ава за щи щен ы. ICND1 v1 .0—1- 11 Установление соединения Чтобы начать передачу данных, передающее и получающее приложения информируют свои операционные системы о том, что соединение будет инициировано. Одна из машин инициирует соединение, которое должно быть принято другой. Программные модули двух операционных систем, реализующие функции сетевых протоколов взаимодействуют между собой, обмениваясь сообщениями по сети, которые позволяют удостовериться, что передача разрешена и обе стороны готовы для выполнения нужных функций. После успешной синхронизации между двумя конечными системами устанавливается соединение, и передача данных может быть начата. Во время передачи обе машины проверяют корректность соединения. 1-102 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. Трехстороннее квитирование Протокол TCP перед началом передачи данных требует установить соединение между двумя конечными системами. © Cis co S ystem s. In c., 2 007. В се пр ава за щи щен ы. ICND1 v1 .0—1- 12 Трехстороннее квитирование CTL = требуемым управляющим битам в заголовке TCP устанавливается значение 1. Протокол TCP устанавливает соединение с помощью процесса, известного под названием "трехстороннее квитирование". Этот процесс предусматривает установку в сегментах бита синхронизации (SYN) и бита подтверждения (ACK) в процессе обмена сообщениями между двумя устройствами. Другой важной функцией, выполняемой при установлении соединения, является уведомление первым устройством второму начального номера последовательности (ISN – Initial Sequence Number), который позволяет отслеживать байты данных в этом соединении. Таблица содержит упрощенное разъяснение процесса трехстороннего квитирования. Процедура установления соединения TCP № Действие Примечания 1. Устройство, запрашивающее соединение, посылает получающему устройству сегмент синхронизации (устанавливает бит SYN), начиная процесс квитирования. Сегмент синхронизации указывает номер порта, к которому хочет подключиться отправитель. Сегмент синхронизации содержит также значение ISN, используемое в процессе подтверждения. 2. Получающее устройство посылает в ответ сегмент с набором битов SYN и ACK, чтобы согласовать соединение и подтвердить получение сегмента синхронизации от отправителя. Получающее устройство посылает в ответ номер последовательности следующего байта данных, который оно ожидает от отправителя. Следующий номер последовательности равен ISN плюс 1. 3. Инициирующее устройство подтверждает сегмент синхронизации получателя. Бит SYN в заголовке TCP сбрасывается, подтверждая завершение трехстороннего квитирования. © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-103 Управление потоком Управление потоком позволяет предотвратить проблему переполнения отправителем буферов получателя. В этом разделе рассматривается управление потоком. © Cis co S ystem s. In c., 2 007. Все пр ава за щи щен ы. ICND1 v1 .0—1- 13 Управление потоком При передаче данных может возникнуть перегрузка среды. Компьютер- отправитель может оказаться высокоскоростным устройством, генерирующим трафик быстрее, чем сеть может передать его. Кроме того, если несколько компьютеров одновременно отправляют датаграммы одному получателю, на конечном устройстве может возникнуть перегрузка при их получении. Если датаграммы прибывают настолько быстро, что получающее устройство не успевает их обрабатывать, они будут временно сохранены в памяти. Эта область в памяти (буфер) не безгранична, поэтому, если датаграммы продолжают поступать, а память переполнена, датаграммы будут отброшены. Поскольку потеря данных недопустима, управление потоком является обязательной функцией системы. Транспортная функция может организовать передачу отправителю индикатора "не готов". Этот индикатор фактически означает, что компьютер-получатель сообщает о новом размере окна, равном 0. Индикатор неготовности дает отправителю сигнал прекратить отправку данных и ожидать индикатора "готов". После обработки компьютером-получателем достаточного количества датаграмм для освобождения пространства, транспортная функция посылает отправителю индикатор "готов". Получив этот индикатор, отправитель возобновляет отправку датаграмм. 1-104 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. Подтверждение Соединение TCP является надежным, поэтому отправляющий и получающий компьютеры используют сигналы подтверждения, гарантирующие, что отправленные данные получены без ошибок и в правильном порядке. Концепция размера окна Размер окна позволяет компьютеру-отправителю посылать группу пакетов без получения подтверждения для каждого пакета. Это помогает поддерживать скорость и надежность соединения. © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-105 Подтверждение TCP Протокол TCP выполняет последовательную нумерацию сегментов и предоставление прямых подтверждений. Прямое подтверждение приходит с принимающего устройства и сообщает отправителю, какой сегмент должен быть передан следующим. В этом разделе описывается получение подтверджений сегментов по протоколу TCP. © Cis co S ystem s. In c., 2 007. Все пр ава за щи щен ы. ICND1 v1 .0—1- 14 Подтверждение TCP Для большей понятности, мы упростили описание работы протокола TCP. В качестве номеров последовательности и номеров подтверждения используются просто возрастающие номера, хотя в реальности номера последовательности отражают число полученных байт. При простом подтверждении TCP компьютер- отправитель передает сегмент, запускает таймер и ожидает подтверждения до передачи следующего сегмента. Если таймер истекает до подтверждения получения сегмента, компьютер-отправитель повторно передает сегмент и снова запускает таймер. Предположим, что каждый сегмент нумеруется перед передачей (следует помнить, что на самом деле отслеживается число передаваемых байт). На получающей станции TCP собирает сегменты в полное сообщение. Если в серии отсутствует какой-то номер последовательности, этот сегмент и все последующие сегменты могут быть отправлены повторно. 1-106 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. Процесс подтверждения № Действие Примечания 1. Отправитель и получатель договариваются, что перед отправкой следующего сегмента требуется подтверждение предыдущего. Это происходит во время процедуры установления соединения путем установки для размера окна 1. 2. Отправитель передает получателю сегмент 1. Отправитель запускает таймер и ожидает подтверждения от получателя. 3. Получатель принимает сегмент 1 и возвращает ACK = 2. Получатель подтверждает успешное получение предыдущего сегмента, заявляя ожидаемый номер следующего сегмента. 4. Отправитель получает ACK = 2 и передает получателю сегмент 2. Отправитель запускает таймер и ожидает подтверждения от получателя. 5. Получатель принимает сегмент 2 и возвращает ACK = 3. Получатель подтверждает успешное получение предыдущего сегмента. 6. Отправитель получает ACK = 3 и передает получателю сегмент 3. Этот процесс продолжается, пока не будут отосланы все данные. © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-107 Концепция размера окна Окно TCP позволяет поддерживать скорость передачи на уровне, который не вызовет перегрузку и потерю данных. В этом разделе описан процесс передачи с использованием механизма размера окна. © Cis co S ystem s. In c., 2 007. Все пр ава за щи щен ы. ICND1 v1 .0—1- 15 Фиксированный размер окна Фиксированный размер окна Большинство форм надежной передачи данных с установлением соединения не учитывают перегрузку сети, они предусматривают подтверждение получателем приема каждого сегмента данных, для гарантии целостности передачи. Однако если отправитель должен ожидать подтверждения после отправки каждого сегмента, скорость пересылки окажется низкой и будет зависеть от времени прохождения сегмента (RTT – Round-Trip Time) между отправкой данных и получением подтверждения. Большинство надежных протоколов с установлением соединения допускают ожидание подтверждения доставки сразу нескольких сегментов. Это возможно, поскольку между передачей сегмента отправителем и обработкой им подтверждения получения проходит определенный промежуток времени. В течение этого интервала отправитель может передать дополнительные данные, при условии, что размер окна получателя достаточно велик для обработки сразу нескольких сегментов. Окно представляет собой число сегментов данных, разрешенное для передачи отправителем без получения подтверждения от получателя (см. рисунок). Концепция размера окна позволяет посылать получателю определенное число сегментов, сокращая тем самым время ожидания. Время ожидания в этом случае относится к суммарному времени, необходимому на отправку данных и получение подтверждения. 1-108 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. Пример: бросок мяча Представьте себе двух человек, стоящих на расстоянии 15 метров друг от друга. Один из них бросает другому футбольный мяч, который преодолевает это расстояние за 3 секунды. Второй принимает мяч и бросает его обратно, что также занимает три 3 секунды. Путь мяча туда и обратно занимает 6 секунд. Трехкратное повторение этого процесса займет 18 секунд. А теперь представим, что у первого игрока есть три мяча и он бросает их один за другим. Эта часть пути по прежнему преодолевается мячом за три секунды. Второй игрок бросает обратно один мяч, чтобы подтвердить получение третьего мяча, что также занимает три 3 секунды. Путь мяча туда и обратно занимает в итоге 6 секунд. (Разумеется, здесь не учитывается время на обработку и т. п.) Эта процедура объясняет процесс использования окна в подключении по протоколу TCP. Простая процедура, размер окна = 3 № Действие Примечания 1. Перед отправкой подтверждения отправитель и получатель обмениваются информацией о начальном размере окна, равном трем сегментам. Это происходит во время процедуры установления соединения. 2. Отправитель передает получателю сегменты 1, 2 и 3. Отправитель передает сегменты, запускает таймер и ожидает подтверждения от получателя. 3. Получатель принимает сегмент 1, 2 и 3 и возвращает ACK = 4. Получатель подтверждает успешное получение предыдущих сегментов. 4. Отправитель получает ACK = 4 и передает получателю сегмент 4, 5 и 6. Отправитель передает сегменты, запускает таймер и ожидает подтверждения от получателя. 5. Получатель принимает сегмент 4, 5 и 6 и возвращает ACK = 7. Получатель подтверждает успешное получение предыдущих сегментов. В данном примере для лучшего понимания использована упрощенная нумерация сегментов. На самом деле эти номера представляют октеты (байты) и их приращение имеет гораздо большее значение, содержащееся в сегментах TCP, а не сами сегменты. © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-109 Скользящий размер окна в протоколе TCP В протоколе TCP для определения числа сегментов используется принцип скользящего окна, начинающийся с номера подтверждения, с которым получатель может согласиться. В этом разделе рассматривается механизм скользящего окна TCP. © Cis co S ystem s. In c., 2 007. Все пр ава за щи щен ы. ICND1 v1 .0—1- 16 Скользящий размер окна TCP В механизме фиксированного окна заданный размер окна не меняется. В механизме скользящего окна размер окна устанавливается в начале соединения в результате согласования и может динамически меняться в течение сеанса TCP. Скользящее окно обеспечивает более эффективное использование полосы пропускания, поскольку больший размер окна позволяет передавать большее количество данных с отсрочкой подтверждения. Кроме того, если получатель уменьшает заявленный размер окна до 0, это фактически прекращает дальнейшую передачу данных, пока не будет отправлено новое, более высокое значение окна. На рисунке размер окна равен 3. Отправитель может передать получателю три сегмента. Затем он должен ждать подтверждения от получателя. После того как получатель подтверждает получение трех сегментов, отправитель может передать еще три сегмента. Однако если на стороне получателя возникает нехватка ресурсов, он может уменьшить размер окна, чтобы избежать переполнения и отбрасывания сегментов данных. Каждое подтверждение, переданное получателем, содержит объявление о размере окна с указанием числа байтов, которые может принять получатель. Это позволяет увеличивать или уменьшать размер окна по мере необходимости для управления размером буфера и обработки. Протокол TCP поддерживает отдельный параметр размера окна перегрузки (CWS – Congestion Window Size), который обычно совпадает с размером окна 1-110 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. получателя, но уменьшается наполовину при потере сегментов. Потеря сегмента воспринимается как перегрузка сети. Протокол TCP вызывает сложные алгоритмы отката и перезапуска, поэтому он не приводит к перегрузке сети. Принцип работы скользящего окна № Действие Примечания 1. Отправитель и получатель обмениваются исходными значениями окон. В данном примере размер окна равен 3 сегментам до обязательного получения подтверждения. Это происходит во время процедуры установления соединения. 2. Отправитель передает получателю сегменты 1, 2 и 3. После передачи сегмента 3 отправитель будет ожидать подтверждения от получателя. 3. Получатель принимает сегменты 1 и 2, но может теперь обработать только размер окна, равный 2. ACK = 3 WS = 2 Скорость обработки сегментов на получателе может снизиться по ряду причин, например, из-за того, что ЦП занят поиском по базе данных или загрузкой большого графического файла. 4. Отправитель передает сегменты 3 и 4. После передачи сегмента 5 отправитель будет ожидать подтверждения от получателя, поскольку у него осталось два неподтвержденных сегмента. 5. Получатель подтверждает получение сегментов 3 и 4, но по-прежнему поддерживает размер окна, равный 2. ACK = 5 WS = 2 Получатель подтверждает успешное получение сегментов 3 и 4, запрашивая передачу сегмента 5. Увеличение пропускной способности Алгоритм размера окна перегрузки управляет скоростью передачи данных. Он позволяет свести к минимуму отбрасывание данных и время их восстановления, следовательно, повышает эффективность. Глобальная синхронизация Хотя алгоритм размера окна перегрузки, в общем, повышает эффективность передачи данных, он может также оказать на нее крайне негативное влияние, вызывая глобальную синхронизацию процесса TCP. Глобальная синхронизация означает, что все отправители используют одинаковый алгоритм и их работа синхронизирована. Все отправители одновременно испытывают одинаковую перегрузку и снижение скорости. Затем, поскольку все отправители используют один и тот же алгоритм, они одновременно наращивают скорость передачи, создавая волны перегрузки. © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-111 Номер последовательности и номер подтверждения в протоколе TCP TCP упорядочивает сегменты, используя номера последовательности и номера подтверждений в заголовках TCP. В этом разделе рассматриваются номера последовательности и номера подтверждений в протоколе TCP. © Cis co S ystem s. In c., 2 007. Все пр ава за щи щен ы. ICND1 v1 .0—1- 17 Номер последовательности и номер подтверждения в протоколе TCP Каждый сегмент содержит порт отправителя (порт источника), порт получателя (порт назначения), номер последовательности и номер подтверждения. Номера портов устанавливаются во время начального этапа соединения TCP и остаются постоянными на протяжении этого соединения. Отправитель генерирует номера последовательности перед передачей сегментов. Каждый сегмент передается с прямым номером подтверждения ACK. Протокол TCP восстанавливает правильный порядок сегментов на конечном устройстве-получателе. Следует отметить, что на рисунке показаны более реалистичные последовательные номера, отражающие байты данных, передаваемые в каждом сегменте. 1-112 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. Резюме В этом разделе приводится резюме основных вопросов, рассмотренных в занятии. © Cis co S ystem s. In c., 2 007. В се пр ава за щи щен ы. ICND1 v1 .0—1- 18 Резюме Транспортный уровень скрывает требования сети от прикладного уровня. Протокол с установлением соединения обеспечивает надежную доставку данных; протокол без установления соединения осуществляет негарантированную доставку. Протокол UDP функционирует на транспортном уровне и обеспечивает приложениям доступ к сетевому уровню без дополнительных затрат на механизмы надежной доставки, как это делает TCP. UDP является протоколом без установления соединения, осуществляющим негарантированную доставку данных. Протокол TCP функционирует на транспортном уровне и обеспечивает приложениям доступ к сетевому уровню. TCP является протоколом с установлением соединения, обеспечивает контроль ошибок и гарантированную доставку данных, функционирует в дуплексном режиме и обеспечивает некоторые функции восстановления данных. © Cis co S ystem s. In c., 2 007. В се пр ава за щи щен ы. ICND1 v1 .0—1- 19 Резюме (прод.) Протокол TCP/IP поддерживает ряд приложений, включая FTP (выполняет двунаправленную передачу двоичных и ASCII-файлов), TFTP (передача файлов конфигураций и образов Cisco IOS) и Telnet (обеспечивает удаленный доступ к другому компьютеру). Протокол IP использует номер протокола в заголовке датаграммы, чтобы определить, какой протокол вышестоящего уровня следует использовать для данной датаграммы. Номера портов служат для сопоставления уровня 4 с приложением. © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-113 © Cis co S ystem s. In c., 2 007. Все пр ава за щи щен ы. ICND1 v1 .0—1- 20 Резюме (прод.) Управление потоком позволяет предотвратить проблему переполнения буферов на принимающем хосте и снижения производительности сети. Протокол TCP выполняет упорядочение сегментов с помощью механизма прямого подтверждения. После отправки сегмента подтверждается его получение, и только затем посылается следующий сегмент. © Cis co S ystem s. In c., 2 007. Все пр ава за щи щен ы. ICND1 v1 .0—1- 21 Резюме (прод.) Окно TCP позволяет поддерживать скорость передачи на уровне, который не вызовет перегрузку сети и потерю данных. Размер окна TCP позволяет посылать получателю заданное число сегментов без подтверждения доставки. Фиксированное окно — это окно постоянного размера, которое позволяет передать заданный поток сегментов. Скользящее окно TCP — это окно, размер которого может динамически изменяться в процессе передачи сегментов. TCP упорядочивает сегменты, используя номера последовательности и номера подтверждений в заголовках TCP. Занятие 6 Изучение процесса доставки пакетов Обзор В предыдущих занятиях рассматривались элементы, управляющие обменом данными между хостами. Важно понимать, как эти элементы взаимодействуют между собой. В этом занятии дается графическое представление обмена данными между хостами. Задачи По окончании этого занятия вы сможете описывать создание и поддержку обмена данными между хостами. Это значит, что вы сможете выполнить следующие задачи: описывать устройства уровня 1 и их функцию; описывать устройства уровня 2 и их функцию; описывать адресацию на уровне 2; описывать устройства уровня 3 и их функцию; описывать адресацию на уровне 3; описывать сопоставление адресации уровня 2 и уровня 3; описывать таблицу ARP; описывать передачу пакетов данных между хостами; описывать работу шлюза по умолчанию; использовать стандартные средства хоста для определения пути между двумя хостами в сети. 1-114 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. Устройства уровня 1 и их функция В этом разделе описываются устройства уровня 1 и их функция. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1.0— 1-2 Устройства уровня 1 Уровень 1 обеспечивает физическую среду и ее кодирование. Примеры: – Ethernet – Последовательный интерфейс – Повторитель – Физический интерфейс сетевого адаптера На уровне 1 определены электрические, механические, процедурные и функциональные характеристики активации, поддержания и отключения физического канала между конечными системами. Распространенными примерами могут служить сегменты Ethernet и последовательные каналы, подобные Frame Relay и T1. К устройствам уровня 1 также относятся повторители, которые обеспечивают усиление сигнала. Компонентом уровня 1 можно считать и физический интерфейс сетевого адаптера (NIC – Network Interface Card). © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-115 Устройства уровня 2 и их функция В этом разделе описываются устройства уровня 2 и их функция. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1.0— 1-3 Устройства уровня 2 Устройства уровня 2 обеспечивают интерфейс с физическими средами. Примеры: – Сетевой адаптер – Мост – Коммутатор На уровне 2 определяется формат данных для передачи и методы контроля доступа к физическим средам. Кроме того, эти устройства обеспечивают интерфейс для связи с физическими средами. В качестве примера можно привести сетевой адаптер (NIC – Network Interface Card), установленный на хосте, мосте или коммутаторе. 1-116 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. Адресация на уровне 2 Для обмена данными между хостами требуется адрес 2 уровня. В этом разделе рассматривается роль адреса 2 уровня в модели обмена данными между хостами. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1.0— 1-4 Адресация на уровне 2 MAC-адрес Назначен конечным устройствам На начальных этапах развития обмена данными между хостами существовало несколько протоколов сетевого уровня, именуемых сетевыми операционными системами (NOS – Network Operating System). К первым сетевым операционным системам можно отнести Netware, IP, Open Systems Interconnection (OSI) и Banyan-Vines. Со временем стало очевидным, что существует необходимость в адресах уровня 2, независимых от NOS, что привело к созданию адреса Media Access Control (MAC). MAC-адреса присваиваются таким конечным устройствам, как хосты. В большинстве случаев сетевым устройствам уровня 2, например мостам и коммутаторам, MAC-адреса не назначаются. Однако в некоторых особых случаях допускается назначение адреса коммутаторам. Эти случаи будут рассмотрены в данном курсе позднее. © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-117 Устройства уровня 3 и их функция В этом разделе рассматривается роль устройств уровня 3 в модели обмена данными между хостами. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1.0— 1-5 Устройства уровня 3 и их функции Сетевой уровень обеспечивает связность и выбор пути между двумя хостами. Для хоста это путь между канальным уровнем и верхними уровнями сетевой операционной системы. Для маршрутизатора это фактический путь в сети. Сетевой уровень обеспечивает связность и выбор пути между двумя хостами, которые могут находиться в сетях, географически удаленных друг от друга. В случае хоста это путь между канальным уровнем и верхними уровнями NOS. Для маршрутизатора это фактический путь в сети. 1-118 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. Адресация на уровне 3 В этом разделе рассматривается роль адресации уровня 3 в модели обмена данными между хостами. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1.0— 1-6 Адресация на уровне 3 Каждая сетевая операционная система имеет собственный формат адреса уровня 3. В модели OSI в этом качестве используется точка доступа к сетевому сервису (NSAP). Стек протоколов TCP/IP использует IP-адрес. Каждая сетевая операционная система имеет собственный формат адреса уровня 3. Например, в стеке протоколов модели OSI используется точка доступа к сетевому сервису (NSAP), а в стеке протоколов TCP/IP — IP-адрес. В этом курсе мы остановимся на стеке протоколов TCP/IP. © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-119 Сопоставление адресации уровня 2 и уровня 3 Для обмена данными протокола IP в сетях Ethernet логический (IP) адрес должен быть связан с физическим (MAC) адресом места назначения. Этот процесс реализуется с помощью протокола Address Resolution Protocol (ARP). В этом разделе описывается работа протокола ARP. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1.0— 1-7 Протокол ARP Для отправки данных получателю, хосту в сети Ethernet, необходимо знать его физический (MAC) адрес. Протокол ARP предоставляет важную услугу, заключающуюся в сопоставлении IP-адресов с физическими адресами в сети. Термин "разрешение адреса" подразумевает связывание IP-адреса сетеого уровня удаленного хоста с его локально доступным MAC-адресом канального уровня. Адрес "разрешается" (или сопоставляется), когда протокол ARP выполняет широковещательную рассылку известной информации (IP-адрес места назначения и его собственный IP-адрес). Широковещательная рассылка принимается всеми устройствами сегмента сети Ethernet. Когда конечное устройство распознает себя, считывая содержимое пакета запроса ARP, оно посылает ARP ответ с запрашиваемым MAC-адресом. Процедура разрешения адреса завершается, когда источник получает от конечного устройства ответный пакет (с запрашиваемым MAC-адресом) и обновляет таблицу, которая содержит все текущие связи. (Как правило, эта таблица называется ARP или ARP-таблицей.) Таблица ARP позволяет поддерживать связь между всеми IP-адресами и соответствующими MAC-адресами. Актуальность привязок в таблице поддерживается процессом устаревания записей при неактивности. Время устаревания по умолчанию обычно составляет 300 секунд (5 минут), что обеспечивает отсутствие в таблице информации, относящейся к отключенным или перемещенным системам. 1-120 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. Таблица ARP В таблице или кэше ARP, хранятся последние записи привязки IP-адресов к MAC-адресам. В этом разделе описывается функция таблицы ARP. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1.0— 1-8 Таблица ARP Каждое IP-устройство в сегменте сети хранит в своей памяти таблицу или кэш ARP. В этой таблице IP-адреса других устройств сопоставляются с их физическими (MAC) адресами. Когда хосту требуется передать данные другому хосту в этой же сети, он ищет соответствующую запись в таблице ARP. Если такая запись присутствует, хост использует ее; если же нет, он получает нужную запись с помощью протокола ARP. Таблица ARP создается и обновляется динамически, путем добавления и изменения отношений между адресами по мере их использования на локальном хосте. Срок действия записей в таблице ARP истекает спустя определенный период времени, по умолчанию через 300 секунд; однако при необходимости в повторной передаче данных с локального хоста запись в таблице ARP восстанавливается с помощью процесса ARP. © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-121 Передача пакетов данных между хостами В этом разделе описывается обычный обмен данными между хостами. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1.0— 1-9 Передача пакетов данных между хостами (1 из 22) В этом примере приложению, выполняемому на хосте с адресом 3-его уровня 192.168.3.1, необходимо отправить данные хосту с адресом 3-его уровня 192.168.3.2. При этом требуется использовать надежное соединение. Приложение запрашивает эту услугу на транспортном уровне. Транспортный уровень выбирает для установления сеанса протокол TCP. Протокол TCP инициирует сеанс, передавая заголовок TCP с набором битов SYN и адресом 3-его уровня (192.168.3.2) на уровень IP. 1-122 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 10 Передача пакетов данных между хостами (2 из 22) На уровне IP элемент SYN протокола TCP инкапсулируется в пакет уровня 2 с добавлением собственного адреса уровня 3 и адресом уровня 3, полученным протоколом IP от протокола TCP. После этого IP передает пакет уровню 2. © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-123 © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 11 Передача пакетов данных между хостами (3 из 22) На уровне 2 пакет уровня 3 должен быть инкапсулирован в кадр уровня 2. Для этого уровень 2 должен привязать адрес назначения пакета уровня 3 к его MAC-адресу. Эта привязка запрашивается у программы ARP. Протокол ARP проверяет свою таблицу. В этом примере предполагается, что рассматриваемый хост не обменивался данными со вторым хостом, поэтому запись в таблице ARP отсутствует. В результате пакет хранится на уровне 2, пока протокол ARP не найдет привязку. 1-124 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 12 Передача пакетов данных между хостами (4 из 22) Программа ARP создает ARP- запрос и передает на уровень 2 для отправки по широковещательному адресу (F во всех позициях). На уровне 2 запрос ARP инкапсулируется в кадр уровня 2, в качестве MAC-адреса назначения используется широковещательный адрес, в качестве адреса источника — локальный MAC-адрес. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 13 Передача пакетов данных между хостами (5 из 22) © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-125 © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 14 Передача пакетов данных между хостами (6 из 22) Когда хост с адресом 192.168.3.2 получает кадр, он распознает широковещательный адрес и удаляет инкапсуляцию уровня 2. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 15 Передача пакетов данных между хостами (7 из 22) Оставшийся запрос ARP передается программе ARP. 1-126 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 16 Передача пакетов данных между хостами (8 из 22) Протокол ARP обновляет свою таблицу, используя информацию из запроса ARP. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 17 Передача пакетов данных между хостами (9 из 22) ARP создает ответ и передает на уровень 2 для отправки по MAC-адресу 0800:0222:2222 (хост 192.168.3.1). © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-127 © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 18 Передача пакетов данных между хостами (10 из 22) На уровне 2 ответ ARP инкапсулируется в кадр уровня 2 с использованием MAC-адреса назначения, предоставленного протоколом ARP, и локального MAC-адреса источника. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 19 Передача пакетов данных между хостами (11 из 22) Когда хост 192.168.3.1 получает этот кадр, он определяет, что MAC-адрес совпадает с его собственным адресом, и снимает инкапсуляцию уровня 2. 1-128 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 20 Передача пакетов данных между хостами (12 из 22) Оставшийся ответ ARP передается программе ARP. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 21 Передача пакетов данных между хостами (13 из 22) Протокол ARP обновляет свою таблицу и сопоставление на уровень 2. © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-129 © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 22 Передача пакетов данных между хостами (14 из 22) После этого уровень 2 может отправить отложенный пакет уровня 2. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 23 Передача пакетов данных между хостами (15 из 22) На хосте 192.168.3.2 кадр проходит через стек, где инкапсуляция удаляется. Оставшийся элемент информации протокола (PDU) передается протоколу TCP. 1-130 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 24 Передача пакетов данных между хостами (16 из 22) В ответ на элемент SYN протокол TCP передает в стек подтверждение SYN ACK для инкапсуляции. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 25 Передача пакетов данных между хостами (17 из 22) © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-131 © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 26 Передача пакетов данных между хостами (18 из 22) © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 27 Передача пакетов данных между хостами (19 из 22) После завершения трехстороннего квитирования протокол TCP может информировать приложение о том, что сеанс установлен. 1-132 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 28 Передача пакетов данных между хостами (20 из 22) Теперь приложение может использовать сеанс для передачи данных, возлагая на протокол TCP обнаружение ошибок. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 29 Передача пакетов данных между хостами (21 из 22) Обмен данными будет продолжаться до тех пор, пока приложение не прекратит отправку данных. © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-133 © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 30 Передача пакетов данных между хостами (22 из 22) 1-134 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. Назначение шлюза по умолчанию В этом разделе описывается функция шлюза по умолчанию. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 31 Шлюз по умолчанию В предыдущем примере для сопоставления MAC- и IP-адресов назначения на хосте использовался протокол ARP. Однако этот вариант доступен только для хостов, расположенных в одной сети. Если хосты принадлежат разным сетям, хост-отправитель должен передать данные в шлюз по умолчанию, который пересылает данные к месту назначения. © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-135 Использование стандартных средств хоста для определения пути между двумя хостами в сети В этом разделе рассматриваются стандартные средства тестирования хостов. Ping является стандартным инструментом компьютерной сети, используемым для проверки достижимости конкретного хоста в IP-сети. На конечный хост посылаются пакеты эхо-запросов ICMP ("Ping?"), затем выполняется прослушивание "эхо-ответов" ICMP. Измеряя интервал времени и скорость ответа, эхо-запрос оценивает время прохождения сигнала в прямом и обратном направлении (RTT – Round-Trip Time) (обычно в миллисекундах) и коэффициент потерь пакетов между хостами. Синтаксис ping [-t] [-a] [-n Count] [-l Size] [-f] [-i TTL] [-v TOS] [-r Count] [-s Count] [{-j HostList | -k HostList}] [-w Timeout] [TargetName] Параметры -t. Означает отправку эхо-запроса на указанный адрес до тех пор, пока не будет выполнено ручное прерывание. Для прерывания и вывода статистики нажмите Ctrl-Break. Для прерывания и выхода из программы эхо-запроса нажмите Ctrl-C. -a. Определяет обратное разрешение имен выполнется на IP-адресе назначения. Если разрешение выполнено успешно, программа отображает соответствующее имя хоста. -n Count. Число отправляемых эхо-запросов. По умолчанию равно 4. 1-136 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. -l Size. Длина поля данных отправляемых эхо-запросов (в байтах). По умолчанию равна 32. Максимальный размер составляет 65 527. -f. Означает, что флаг запрета фрагментации в сообщениях эхо-запроса в IP-заголовке имеет значение 1, т. е. фрагментация эхо-запросов на пути к получателю запрещена. Этот параметр используется при поиске неполадок максимального размера блока в пути (PMTU – Path MTU). -i TTL. Задает значение поля времени жизни пакета (TTL) в IP-заголовке для посылаемых сообщений эхо-запроса. По умолчанию используется значение TTL для хоста. Для хостов под управлением Windows XP обычно составляет 128. Максимальное время жизни составляет 255. -v TOS. Задает значение поля TOS в IP-заголовке для посылаемых сообщений эхо-запроса. По умолчанию равняется 0. TOS задается в виде десятичного значения от 0 до 255. -r Count. Активирует использование параметра Record Route в IP-заголовке для записи пути эхо-запроса и соответствующего эхо-ответа. Каждый участок пути использует запись в параметре записи маршрута. По возможности это число не должно быть меньше числа переходов между источником и местом назначения. Минимальное число равно 1, а максимальное — 9. -s Count. Активирует использование параметра Internet Timestamp в IP- заголовке для записи времени прибытия эхо-запроса и соответствующего эхо-ответа на каждом переходе. Минимальное значение равно 1, а максимальное — 4. -j HostList. Активирует использование параметра Loose Source Route в IP- заголовке сообщениями эхо-запроса с набором промежуточных переходов, перечисленных в списке хостов. Свободная маршрутизация от источника позволяет разделять последовательные промежуточные переходы одним или несколькими маршрутизаторами. Максимальное число адресов или имен в списке хостов равно девяти. Список хостов представляет собой набор IP- адресов (в десятичном формате с точками), разделенных пробелами. -k HostList. Активирует использование параметра Strict Source Route в IP- заголовке сообщениями эхо-запроса с набором промежуточных переходов, перечисленных в списке хостов. При использовании строгой маршрутизации от источника каждый последующий промежуточный переход должен быть доступен напрямую (он должен быть соседним узлом или интерфейсом маршрутизатора). Максимальное число адресов или имен в списке хостов равно девяти. Список хостов представляет собой набор IP-адресов (в десятичном формате с точками), разделенных пробелами. -w Timeout. Задает время ожидания эхо-ответа в миллисекундах для данного эхо-запроса. Если в пределах этого временного интервала эхо-ответ не получен, отображается сообщение об ошибке "Request timed out". По умолчанию время ожидания составляет 4000 (четыре секунды). TargetName. Указывает место назначения, которое определяется IP-адресом или именем хоста. /?: Отображает справку в командной строке. © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-137 © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1.0— 1-8 Таблица ARP Команда arp выводит и изменяет записи в кэше ARP, который содержит одну или несколько таблиц, используемых для хранения IP-адресов и соответствующих им физических адресов Ethernet. Для каждого сетевого адаптера Ethernet или Token Ring, установленного на компьютере, задается отдельная таблица. При использовании команды arp без параметров отображается справка. Синтаксис arp [-a [InetAddr] [-N IfaceAddr]] [-g [InetAddr] [-N IfaceAddr]] [-d InetAddr [IfaceAddr]] [-s InetAddr EtherAddr [IfaceAddr]] Параметры -a [InetAddr] [-N IfaceAddr]. Отображает текущие таблицы кэша ARP для всех интерфейсов. Чтобы отобразить запись кэша ARP для конкретного IP-адреса, следует использовать команду arp -a с параметром InetAddr, где InetAddr представляет IP-адрес. Чтобы отобразить запись кэша ARP для конкретного интерфейса, используйте параметр -N IfaceAddr, где IfaceAddr представляет IP-адрес, назначенный интерфейсу. Параметр -N чувствителен к регистру символов. -g [InetAddr] [-N IfaceAddr]. Идентичен параметру -a. -d InetAddr [IfaceAddr]. Удаляет запись с указанным IP-адресом, где InetAddr представляет IP-адрес. Чтобы удалить запись из таблицы конкретного интерфейса, используйте параметр IfaceAddr, где IfaceAddr представляет IP- адрес, назначенный интерфейсу. Для удаления всех записей следует использовать вместо InetAddr шаблонный символ астериска (*). -s InetAddr EtherAddr [IfaceAddr]. Добавляет в кэш ARP статическую запись, сопоставляющую IP-адрес InetAddr с физическим адресом EtherAddr. Чтобы добавить статическую запись кэша ARP в таблицу для конкретного интерфейса, используйте параметр IfaceAddr, где IfaceAddr представляет IP- адрес, назначенный интерфейсу. /?: Отображает справку в командной строке. 1-138 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. Диагностическая утилита TRACERT определяет маршрут к конечному хосту, отправляя адресату эхо-пакеты протокола ICMP. Для этих пакетов утилита TRACERT использует различные значения времени жизни пакета (IP TTL). Поскольку каждый маршрутизатор на пути перед пересылкой пакета уменьшает значение TTL пакета на 1, TTL является эффективным счетчиком переходов. Когда TTL пакета достигает значения (0), маршрутизатор отправляет на исходный компьютер сообщение ICMP "Time Exceeded". Программа TRACERT отправляет первый эхо-пакет с TTL, равным 1, и при каждой следующей отправке увеличивает TTL на 1, пока не будет получен ответ адресата или не достигнуто максимальное значение времени жизни. Сообщения ICMP "Time Exceeded", возвращаемые маршрутизаторами, указывают маршрут. Однако следует отметить, что некоторые маршрутизаторы отбрасывают пакеты с истекшими значениями TTL без сообщений, и эти пакеты невидимы для программы TRACERT. Программа TRACERT выводит упорядоченный список промежуточных маршрутизаторов, которые возвращают сообщения ICMP "Time Exceeded". Использование команды tracert с параметром -d дает программе TRACERT инструкции не выполнять разрешение имение DNS каждого IP-адреса, поэтому TRACERT сообщает IP-адрес ближайшего интерфейса маршрутизатора. Синтаксис tracert -d -h maximum_hops -j host-list -w timeout target_host Параметры -d. Отменяет сопоставление адресов с именами хостов. -h maximum_hops. Определяет максимальное число переходов для поиска адресата. -j host-list. Задает свободную маршрутизацию от источника по списку хостов. -w timeout. Задает время ожидания (в миллисекундах) для каждого отклика. © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-139 target_host. Определяет имя или IP-адрес конечного хоста. 1-140 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. Резюме В этом разделе приводится резюме основных вопросов, рассмотренных в занятии. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 37 Резюме Уровень 1 обеспечивает физическую среду и ее кодирование. Устройства уровня 2 обеспечивают интерфейс с физическими средами. Уровень 2 использует MAC-адреса. Сетевой уровень обеспечивает связность и выбор пути между двумя хостами. Уровень 3 использует IP-адреса. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1 .0—1- 38 Резюме (прод.) Для отправки данных хосту необходимо знать MAC-адрес этого хоста. Если MAC-адрес неизвестен, для сопоставления адресов уровня 2 и уровня 3 используется протокол ARP. Для надежного обмена данными необходим сеанс TCP. Требуется подтверждение отправленных данных. Для хостов, находящихся в разных сегментах сети, необходим шлюз по умолчанию. Для проверки подключения между хостами существует несколько средств: – ping – tracert – arp Занятие 7 Общие сведения об Ethernet Обзор Локальная сеть представляет собой стандартный тип сети, используемый в домашних офисах, малых и крупных предприятиях. Понимание принципа работы локальной сети, включая сетевые компоненты, кадры, адреса Ethernet и эксплуатационные характеристики, необходимо для формирования общего представления о сетевых технологиях. В этом занятии рассматриваются локальные сети и приводятся общие сведения о их характеристиках, компонентах и функциях. Кроме того, здесь представлено описание основных операций локальной сети Ethernet и способов передачи кадров внутри этой сети. Задачи По окончании этого занятия вы сможете перечислять характеристики и преимущества локальной сети, ее компонентов и связанных с ними функций. Это значит, что вы сможете выполнять следующие задачи: давать определение локальной сети; определять компоненты локальной сети; перечислять функции локальной сети; определять размеры локальной сети; описывать развитие стандарта Ethernet (IEEE 802.3); описывать регулирующие стандарты Ethernet; определять принцип действия CSMA/CD; идентифицировать поля кадра Ethernet и объяснять их функции; перечислять характеристики всех типов адресации кадра Ethernet; определять цель и компоненты адреса Ethernet; определять шестнадцатеричную структуру и функцию MAC-адреса в локальной сети Ethernet. 1-142 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. Определение локальной сети В этом разделе представлено определение локальной сети. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1.0— 1-2 Локальная сеть Локальная сеть представляет собой совокупность соединенных между собой компьютеров и других компонентов, расположенных относительно недалеко друг от друга на ограниченной площади. Размеры локальных сетей могут сильно различаться. Локальная сеть может состоять всего из двух компьютеров в домашнем офисе или на малом предприятии, или включать сотни компьютеров в крупном корпоративном офисе или комплексе зданий. Примеры: локальные сети малого офиса и крупного предприятия В среде домашнего бизнеса или небольшого офиса может использоваться небольшая локальная сеть, соединяющая несколько компьютеров и общих периферийных устройств, например принтеров. В офисе крупной корпорации в финансовых или производственных отделах, расположенных на нескольких этажах здания, могут использоваться несколько локальных сетей, охватывающих сотни компьютеров и общих периферийных устройств. © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-143 Компоненты локальной сети Каждая локальная сеть включает определенные компоненты, в том числе оборудование, соединительные устройства и программное обеспечение. В этом разделе рассматриваются компоненты локальной сети. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1.0— 1-3 Компоненты локальной сети Компьютеры – ПК – Серверы Соединительные устройства – Сетевые адаптеры – Среды передачи Сетевые устройства – Концентраторы – Коммутаторы – Маршрутизаторы Протоколы – Ethernet – IP – ARP – DHCP Независимо от размера локальной сети для ее работы необходимы следующие базовые компоненты. Компьютеры. Компьютеры служат конечными устройствами сети, которые отправляют и получают данные. Соединительные устройства. Соединительные устройства позволяют передавать данные из одной точки сети в другую. Соединительные устройства включают следующие компоненты: — Сетевые адаптеры (NIC). Сетевые адаптеры преобразуют данные компьютера в формат, пригодный для передачи по локальной сети. — Сетевые среды. Сетевые среды (например, кабели или беспроводные устройства), через которые происходит передача сигнала от одного устройства локальной сети к другому. Сетевые устройства. Для локальной сети необходимы следующие сетевые устройства: — Концентраторы. Концентраторы — это устройства агрегирования, действующие на уровне 1 эталонной модели OSI. Однако в настоящее время функцию концентраторов выполняют коммутаторы. — Коммутаторы Ethernet. Коммутаторы Ethernet образуют точки агрегирования для локальных сетей. Коммутаторы Ethernet действуют на уровне 2 модели OSI и обеспечивают интеллектуальную передачу кадров внутри локальной сети. 1-144 Interconnecting Cisco Networking Devices Part 1 (ICND1) v1.0 © 2007 Cisco Systems, Inc. — Маршрутизаторы. Маршрутизаторы, которые иногда называются шлюзами, обеспечивают соединение сегментов локальной сети. Маршрутизаторы действуют на 3-м уровне модели OSI. Протоколы. Протоколы представляют собой наборы правил, управляющие передачей данных по локальной сети, включая следующие: — протоколы Ethernet; — протокол Интернета (IP); — протоколы ARP (Address Resolution Protocol) и RARP (Reverse ARP); — DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). © 2007 Cisco Systems, Inc. Построение простой сети 1-145 Функции локальной сети В этом разделе описываются стандартные функции локальных сетей. © 200 7 Cisco Syst ems , Inc. Вс е пр ава за щищ ены. ICND1 v1.0— 1-4 Функции локальной сети Данные и приложения Совместное использование ресурсов Обеспечение путей обмена данными с другими сетями Локальные сети предоставляют пользователям функции обмена данными и совместного использования ресурсов. Данные и приложения. Пользователи с подключением к сети могут совместно использовать файлы и даже программные приложения. Это увеличивает доступность данных и повышает эффективность совместной работы над проектами. Ресурсы. Возможно совместное использование как устройств ввода (например, камер), так и устройств вывода информации (например, принтеров). Пути обмена данными с другими сетями. Если ресурс недоступен внутри локальной сети, сеть может обеспечить соединение с другими ресурсами, например, доступ к Интернету. |