Введение в компьютерные сети. Авербах В.С. Введение в вычислительные сети. В. С. Авербах введение в вычислительные сети издательство Самарского государственного экономического университета 2008
 Скачать 2.84 Mb.
|
|
TELNET. По этой схеме осуществляется доступ к ресурсу в режиме удаленного терминала. При использовании этой схемы обычно используется пароль. Пример: telnet://guest:password@apollo.polyn.kiae.su По этой команде Ваш компьютер окажется терминалом компьютера с указанным доменным именем, можно просматривать то, что Вам разрешено и в той системе, которая работает на этом компьютере. 9.7.Сетевая модель Internet и стек протоколов TCP/IP Стек TCP/IP был разработан по инициативе Министерства обороны США более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Большой вклад в развитие стека TCP/IP, который получил свое название по популярным протоколам IP и TCP, внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей версии ОС UNIX. Популярность этой операционной системы привела к широкому распространению протоколов ТСР, IP и других протоколов стека. Сегодня этот стек используется для связи компьютеров всемирной информационной сети Internet, а также в огромном числе корпоративных сетей. Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей - это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных - протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP, PPP, протоколы территориальных сетей Х.25 и 150К. TCP/IP - собирательное название для набора (стека) сетевых протоколов разных уровней, используемых в Internet.За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек ТСР/IР вобрал в себя большое количество протоколов прикладного уровня. К ним относятся такие популярные протоколы, как протокол пересылки файлов FTP, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Ethernet, гипертекстовые сервисы службы WWW и многие другие. Сеть Internet - это сеть сетей, объединяющая как локальные сети, так и глобальные сети. Поэтому центральным местом при обсуждении принципов построения сети является семейство протоколов межсетевого обмена TCP/IP. Особенности TCP/IP: открытые стандарты протоколов, разрабатываемые независимо от программного и аппаратного обеспечения; независимость от физической среды передачи; система уникальной адресации; стандартизованные протоколы высокого уровня для распространенных пользовательских сервисов Сетевая модель Internet (рис. 20) представлена четырьмя уровнями. На рисунке приведены также основные протоколы стека TCP/IP.  Рис.20.Сетевая модель Internet Стек протоколов TCP/IP делится на 4 уровня: прикладной (уровень приложений), транспортный, сетевой (межсетевой), физический и канальный, называемый также уровнем доступа к сети. Данные передаются в пакетах. Данные верхних уровней вставляются, в пакеты нижних уровней. Инкапсуляция - способ упаковки данных в формате одного протокола в формат другого протокола. Например, упаковка IP-пакета в кадр Ethernet или TCP-сегмента в IP-пакет. Согласно словарю иностранных слов термин "инкапсуляция" означает "образование капсулы вокруг чужих для организма веществ (инородных тел, паразитов и т.д.)". В рамках межсетевого обмена понятие инкапсуляции имеет несколько более расширенный смысл. Если в случае инкапсуляции IP в Ethernet речь идет действительно о помещении пакета IP в качестве данных Ethernet-кадра, или, в случае инкапсуляции TCP в IP, помещение TCP-сегмента в качестве данных в IP-пакет, то при передаче данных по коммутируемым каналам происходит дальнейшая "нарезка" пакетов теперь уже на пакеты SLIP или фреймы PPP. Пример инкапсуляции пакетов в стеке TCP/IP приведён на рис.21.  Рис.21. Пример инкапсуляции пакетов в стеке TCP/IP Главной задачей стека TCP/IP является объединение в сеть пакетных подсетей через шлюзы. Каждая сеть работает по своим собственным законам, однако предполагается, что шлюз может принять пакет из другой сети и доставить его по указанному адресу. Пакет из одной сети передается в другую подсеть через последовательность шлюзов, которые обеспечивают сквозную маршрутизацию пакетов по всей сети. В данном случае, под шлюзом понимается точка соединения сетей. При этом соединяться могут как локальные сети, так и глобальные сети. В качестве шлюза могут выступать как специальные устройства, маршрутизаторы, так и компьютеры, которые имеют программное обеспечение, выполняющее функции маршрутизации пакетов. Маршрутизация - это процедура определения пути следования пакета из одной сети в другую. На рис. 22 представлена схема объединения сетей.  Рис.22. Схема объединения ЛВС и Internet Сегодня стек ТСР/IР представляет собой один из самых распространенных стеков протоколов вычислительных сетей. Только в сети Internet объединено более 10 миллионов компьютеров по всему миру, которые взаимодействуют друг с другом с помощью стека протоколов ТСР/IР. Рассмотрим основные протоколы всех уровней сетевой модели Internet. 9.8.Уровень доступа к сети К этому уровню отнесены протоколы, определяющие соединение с Internet, например, SLIP (Serial Line Internet Protocol) - протокол передачи данных по телефонным линиям, PPP (Point to Point Protocol) – протокол соединения "точка-точка", протоколы Ethernet IEEE 802.03, Token Ring, ATM и др. SLIP (Serial Line Internet Protocol). Это устаревший сетевой протокол канального уровня эталонной сетевой модели OSI для доступа к сетям стека TCP/IP через низкоскоростные линии связи путем простой инкапсуляции IP-пакетов. Используются коммутируемые соединения через последовательные порты для соединений клиент-сервер типа точка-точка. В настоящее время вместо него используют более совершенный протокол PPP PPP (Point-to-Point Protocol). Это протокол точка-точка. Это механизм для создания и запуска IP и других сетевых протоколов на последовательных линиях связи. Протокол РРР является основой для всех протоколов канального уровня. Связь по протоколу РРР состоит из четырёх стадий: установление связи (осуществляется выбор протоколов аутентификации, шифрования, сжатия и определяются параметры соединения), установление подлинности пользователя, контроль повторного вызова РРР (необязательная стадия, в которой подтверждается подлинность удалённого клиента), вызов протокола сетевого уровня. Обычно используется для установки прямых соединений между двумя узлами. Широко применяется для соединения компьютеров с помощью телефонной линии. Также используется поверх широкополосных соединений. Многие Internet-провайдеры используют PPP для предоставления коммутируемого доступа в Internet. 9.9.Сетевой уровень модели Internet К сетевому уровню относятся протоколы, которые отвечают за отправку и получение данных, или, другими словами, за соединение отправителя и получателя. Протокол IP. Является самым главным во всей иерархии протоколов семейства TCP/IP. Именно он используется для управления рассылкой TCP/IP пакетов по сети Internet. Важнейшие функции протокола IP: определение пакета, который является базовым понятием и единицей передачи данных в сети Internet; многие зарубежные авторы называют такой IP-пакет датаграммой; определение адресной схемы, которая используется в сети Internet; передача данных между канальным уровнем (уровнем доступа к сети) и транспортным уровнем; маршрутизация пакетов по сети, т.е. передача пакетов от одного шлюза к другому с целью передачи пакета узлу-получателю; "нарезка" и сборка из фрагментов пакетов транспортного уровня. Главными особенностями протокола IP является отсутствие ориентации на физическое или виртуальное соединение. Это значит, что прежде чем послать пакет в сеть, модуль операционной системы, реализующий IP, не проверяет возможность установки соединения, т.е. никакой управляющей информации кроме той, что содержится в самом IP-пакете, по сети не передается. Кроме этого, IP не заботится о проверке целостности информации в поле данных пакета, что заставляет отнести его к протоколам ненадежной доставки. Целостность данных проверяется протоколами транспортного уровня (TCP) или протоколами приложений. Таким образом, вся информация о пути, по которому должен пройти пакет, формируется в самой сети в момент прохождения пакета. Именно эта процедура и называется маршрутизацией в отличие от коммутации, которая используется для предварительного установления маршрута следования данных, по которому потом эти данные отправляют. Принцип маршрутизации является одним из тех факторов, который обеспечил гибкость сети Internet и её преимущество в сравнении с другими сетевыми технологиями. К сетевому уровню относят также протоколы, выполняющие вспомогательные функции по отношению к IP. Это прежде всего протоколы маршрутизации RIP и OSPF, занимающиеся изучением топологии сети, определением маршрутов и составлением таблиц маршрутизации, на основании которых протокол IP перемещает пакеты в нужном направлении. Также к сетевому уровню относятся ещё два протокола: ICMP (Internet Control Message Protocol). Протокол используется для рассылки информационных и управляющих сообщений. При этом используются следующие виды сообщений: Flow control - если принимающий узел (шлюз или реальный получатель информации) не успевает перерабатывать информацию, то данное сообщение приостанавливает отправку пакетов по сети; Detecting unreachаble destination - если пакет не может достичь места назначения, то шлюз, который не может доставить пакет, сообщает об этом отправителю пакета. Информировать о невозможности доставки сообщения может и машина, чей IP-адрес указан в пакете. Только в этом случае речь будет идти о портах TCP и UDP, о чем будет сказано чуть позже; Redirect routing - это сообщение посылается в том случае, если шлюз не может доставить пакет, но у него есть на этот счет некоторые соображения, а именно адрес другого шлюза; Checking remote host - в этом случае используется так называемое ICMP Echo Message. Если необходимо проверить наличие стека TCP/IP на удаленной машине, то на нее посылается сообщение этого типа. Как только система получит это сообщение, она немедленно подтвердит его получение; IGMP (Group Management Protocol). Это протокол групповой рассылки, направляющий пакеты сразу по нескольким адресам. Развитие протокола IP. Протокол IPv6 (Internet Protocol version 6)- это новая версия протокола IP, призванная решить проблемы, с которыми столкнулась предыдущая версия (IPv4) при её использовании в Internet. В настоящее время протокол IPv6 уже используется в нескольких сотнях сетей по всему миру, но пока ещё не получил широкого распространения в Internet, где преимущественно используется IPv4. Протокол был разработан организацией IETF. Протокол IP в настоящее время столкнулся с рядом проблем, таких как проблема масштабируемости сети, неприспособленность протокола к передаче мультисервисной информации с поддержкой различных классов обслуживания, включая обеспечение информационной безопасности. Указанные проблемы обусловили развитие классической версии протокола IPv4 в направлении разработки версии IPv6. При этом к проблемам масштабируемости протокола IPv4 следует отнести следующие: недостаточность объёма 32-битного адресного пространства; сложность агрегирования маршрутов, разрастание таблиц маршрутизации; сложность массового изменения IP-адресов; относительная сложность обработки заголовков пакетов IPv4. Кроме того, масштабируемость IP-сетей следует рассматривать не только с точки зрения увеличения числа узлов, но и с точки зрения повышения скорости передачи и уменьшения задержек при маршрутизации. В связи с этим было разработано множество версий протокола IP для различных вычислительных платформ и операционных систем. До некоторого момента существовало несколько альтернативных вариантов протокола IP нового поколения. В июле 1994 года была принята версия протокола нового поколения, получившего название IPv6. В технической литературе эту версию протокола ещё называют IPng (IP next generation), хотя иногда под IPng понимают все варианты модернизации IP, включая также не вошедшие в проект IPv6, но продолжающие развиваться. Документом, фиксирующим появление IPv6, является спецификация RFC 1752 "The Recommendation for the IP Next Generation Protocol". Базовый набор протоколов IPv6 был принят IETF в сентябре 1995 г. и получил статус Proposed Standard. В спецификации RFC 1726 представлен набор функций, основными среди них являются: масштабируемость: идентификация и определение адресов как минимум 1012 конечных систем и 109 индивидуальных сетей; топологическая гибкость: архитектура маршрутизации и протокол должны работать в сетях с различной топологией; преемственность: обеспечение чёткого плана перехода от существующей версии IPv4; независимость от среды передачи: работа среди множества сетей с различными средами передачи данных со скоростями до сотен гигабит в секунду; автоматическое конфигурирование хостов и маршрутизаторов; безопасность на сетевом уровне; мобильность: обеспечение работы с мобильными пользователями, сетями и межсетевыми системами; расширяемость: возможность дальнейшего развития в соответствии с новыми потребностями. В результате реализации заявленных функций важнейшие инновации IPv6 состоят в следующем: упрощен стандартный заголовок IP-пакета; изменено представление необязательных полей заголовка; расширено адресное пространство; улучшена поддержка иерархической адресации, агрегирования маршрутов и автоматического конфигурирования адресов; введены механизмы аутентификации и шифрования на уровне IP-пакетов; введены метки потоков данных. При этом в IPv6 все изменения планировались таким образом, чтобы минимизировать изменения на других уровнях протокольного стека TCP/IP. В результате размер IP-адреса увеличен до 128 бит. Даже с учётом неэффективности использования адресного пространства, являющейся оборотной стороной эффективной маршрутизации и автоматического конфигурирования, этого достаточно, чтобы обеспечить объединение миллиарда сетей, как того требовали документы IETF. Обеспечена возможность простого и гибкого автоматического конфигурирования адресов для сетей произвольного масштаба и сложности. IPv6 является расширяемым протоколом, причём поля расширений (дополнительные заголовки) могут добавляться без снижения эффективности маршрутизации. 9.10.Протоколы транспортного уровня Internet В Internet транспортный уровень представлен двумя протоколами TCP (Transport Control Protocol – протокол контроля передачи) и UDP (User Datagramm Protocol) – протокол передачи датаграмм. Если предыдущий уровень (сетевой) определяет только правила доставки информации, то транспортный уровень отвечает за целостность доставляемых данных. Протоколы транспортного уровня могут решать проблему негарантированной доставки сообщений ("дошло ли сообщение до адресата?"), а также гарантировать правильную последовательность прихода данных. В стеке TCP/IP транспортные протоколы определяют, для какого именно приложения предназначены эти данные. Протокол TCP. Это "гарантированный" транспортный механизм с предварительным установлением соединения, предоставляющий приложению безошибочный поток данных, перезапрашивающий данные в случае потери и устраняющий дублирование данных. TCP позволяет регулировать нагрузку на сеть, а также уменьшать время ожидания данных при передаче на большие расстояния. TCP гарантирует, что полученные данные сформированы в той же последовательности, в которой они были отправлены. В этом его главное отличие от UDP. Протокол UDP. Протокол передачи датаграмм без установления соединения. Также его называют протоколом "ненадёжной" передачи, в смысле невозможности удостовериться в доставке сообщения адресату, а также возможного перемешивания пакетов. В приложениях, требующих гарантированной передачи данных, используется протокол TCP. UDP обычно используется в таких приложениях, как потоковое видео, где допускается потеря пакетов, а повторный запрос затруднён или не оправдан, либо в приложениях вида запрос-ответ (например, запросы к DNS), где создание соединения занимает больше ресурсов, чем повторная отправка. Как видно из сетевой модели Internet, в ней отсутствуют сеансовый (уровень сессии) и представительский уровень. Условно к уровню сессии можно отнести механизм портов протоколов TCP и UDP. Функции уровня представления, необходимого для преобразования данных из промежуточного формата сессии в формат данных приложения, в Internet возложены на прикладные программы. 9.11.Прикладной уровень Internet На этом уровне работает большинство сетевых приложений. Эти программы имеют свои собственные протоколы обмена информацией, например, HTTP для WWW, FTP (передача файлов), SMTP(передача почты), DNS (преобразование символьных имён в IP - адреса) и многие другие. В массе своей эти протоколы работают поверх TCP или UDP (используют их на транспортном уровне) и привязаны к определённому порту. По номеру порта транспортные протоколы определяют, какому приложению передать содержимое пакетов. Порты могут принимать значение от 0 до 65538. Номера портам присваиваются таким образом: имеются стандартные номера (например, номера 20, 21 закреплены за сервисом FTP, 23 - за TELNET, 80 - за HTTP), а менее известные приложения пользуются произвольно выбранными локальными номерами (как правило, больше 1024), некоторые из них также зарезервированы. Список некоторых стандартных номеров портов (RFC-1700, 1994 г.) приведён в табл.8. Таблица 8
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||