|
|
Пример взаимодействия узлов с использованием протокола IP
|
Структуризация сетей IP с помощью масок
|
Маска - это число, двоичная запись которого содержит единицы в тех разрядах, которые должны интерпретироваться как номер сети.
Например, для стандартных классов сетей маски имеют следующие значения:
255.0.0.0 - маска для сети класса А,
255.255.0.0 - маска для сети класса В,
255.255.255.0 - маска для сети класса С.
В масках, которые использует администратор для увеличения числа сетей, количество единиц в последовательности, определяющей границу номера сети, не обязательно должно быть кратным 8, чтобы повторять деление адреса на байты.
|
Задачей протокола транспортного уровня UDP (User Datagram Protocol) является передача данных между прикладными процессами без гарантий доставки, поэтому его пакеты могут быть потеряны, продублированы или прийти не в том порядке, в котором они были отправлены.
|
Протокол доставки пользовательских дейтаграмм UDP
|
Зарезервированные и доступные порты UDP
|
Пакеты, поступающие на транспортный уровень, организуются операционной системой в виде множества очередей к точкам входа различных прикладных процессов. В терминологии TCP/IP такие системные очереди называются портами. Таким образом, адресом назначения, который используется на транспортном уровне, является идентификатор (номер) порта прикладного сервиса. Номер порта, задаваемый транспортным уровнем, в совокупности с номером сети и номером компьютера, задаваемыми сетевым уровнем, однозначно определяют прикладной процесс в сети.
Централизованное присвоение сервисам номеров портов выполняется организацией Internet Assigned Numbers Authority. Эти номера затем закрепляются и опубликовываются в стандартах Internet. Например, упомянутому выше сервису удаленного доступа к файлам TFTP присвоен стандартный номер порта 69.
|
Протокол UDP ведет для каждого порта две очереди: очередь пакетов, поступающих в данный порт из сети, и очередь пакетов, отправляемых данным портом в сеть.
Процедура обслуживания протоколом UDP запросов, поступающих от нескольких различных прикладных сервисов, называется мультиплексированием.
|
Мультиплексирование и демультиплексирование прикладных протоколов с помощью протокола UDP
|
Формат сообщений UDP
|
Единица данных протокола UDP называется UDP-пакетом или пользовательской дейтаграммой (user datagram). UDP-пакет состоит из заголовка и поля данных, в котором размещается пакет прикладного уровня. Заголовок имеет простой формат и состоит из четырех двухбайтовых полей:
UDP source port - номер порта процесса-отправителя,
UDP destination port - номер порта процесса-получателя,
UDP message length - длина UDP-пакета в байтах,
UDP checksum - контрольная сумма UDP-пакета
|
В стеке протоколов TCP/IP протокол TCP (Transmission Control Protocol) работает так же, как и протокол UDP, на транспортном уровне. Он обеспечивает надежную транспортировку данных между прикладными процессами путем установления логического соединения.
|
Протокол надежной доставки сообщений TCP
|
Сегменты TCP
|
Единицей данных протокола TCP является сегмент. Информация, поступающая к протоколу TCP в рамках логического соединения от протоколов более высокого уровня, рассматривается протоколом TCP как неструктурированный поток байт. Поступающие данные буферизуются средствами TCP. Для передачи на сетевой уровень из буфера "вырезается" некоторая непрерывная часть данных, называемая сегментом.
В протоколе TCP предусмотрен случай, когда приложение обращается с запросом о срочной передаче данных (бит PSH в запросе установлен в 1). В этом случае протокол TCP, не ожидая заполнения буфера до уровня размера сегмента, немедленно передает указанные данные в сеть. О таких данных говорят, что они передаются вне потока - out of band.
|
В протоколе TCP также, как и в UDP, для связи с прикладными процессами используются порты. Номера портам присваиваются аналогичным образом: имеются стандартные, зарезервированные номера (например, номер 21 закреплен за сервисом FTP, 23 - за telnet), а менее известные приложения пользуются произвольно выбранными локальными номерами.
Однако в протоколе TCP порты используются несколько иным способом. Для организации надежной передачи данных предусматривается установление логического соединения между двумя прикладными процессами. В рамках соединения осуществляется обязательное подтверждение правильности приема для всех переданных сообщений, и при необходимости выполняется повторная передача. Соединение в TCP позволяет вести передачу данных одновременно в обе стороны, то есть полнодуплексную передачу.
Установление соединения выполняется в следующей последовательности:
При установлении соединения одна из сторон является инициатором.
После открытия порта протокол TCP на стороне процесса-инициатора посылает запрос процессу, с которым требуется установить соединение.
Протокол TCP на приемной стороне открывает порт для приема данных и возвращает квитанцию, подтверждающую прием запроса.
Для того чтобы передача могла вестись в обе стороны, протокол на приемной стороне также открывает порт для передачи и также передает запрос к противоположной стороне.
Сторона-инициатор открывает порт для приема и возвращает квитанцию. Соединение считается установленным. Далее происходит обмен данными в рамках данного соединения.
|
Порты и установление TCP-соединений
|
Концепция квитирования
|
Квитирование - это один из традиционных методов обеспечения надежной связи. Идея квитирования состоит в следующем. Существуют два подхода к организации процесса обмена положительными и отрицательными квитанциями: с простоями и с организацией "окна".
Метод подтверждения корректности передачи кадров с простоем источника
|
В протоколе TCP реализована разновидность алгоритма квитирования с использованием окна. Особенность этого алгоритма состоит в том, что, хотя единицей передаваемых данных является сегмент, окно определено на множестве нумерованных байт неструктурированного потока данных, поступающих с верхнего уровня и буферизуемых протоколом TCP.
Квитанция посылается только в случае правильного приема данных, отрицательные квитанции не посылаются. Таким образом, отсутствие квитанции означает либо прием искаженного сегмента, либо потерю сегмента, либо потерю квитанции. В качестве квитанции получатель сегмента отсылает ответное сообщение (сегмент), в которое помещает число, на единицу превышающее максимальный номер байта в полученном сегменте.
|
Реализация скользящего окна в протоколе TCP
|
Выбор тайм-аута
|
Тайм-аут не должен быть слишком коротким, чтобы по возможности исключить избыточные повторные передачи, которые снижают полезную пропускную способность системы. Но он не должен быть и слишком большим, чтобы избежать длительных простоев, связанных с ожиданием несуществующей или "заблудившейся" квитанции.
При выборе величины тайм-аута должны учитываться скорость и надежность физических линий связи, их протяженность и многие другие подобные факторы.
|
При переполнении приемного буфера конечного узла "перегруженный" протокол TCP, отправляя квитанцию, помещает в нее новый, уменьшенный размер окна. Если он совсем отказывается от приема, то в квитанции указывается окно нулевого размера.
После приема квитанции с нулевым значением окна протокол-отправитель время от времени делает контрольные попытки продолжить обмен данными. Если протокол-приемник уже готов принимать информацию, то в ответ на контрольный запрос он посылает квитанцию с указанием ненулевого размера окна.
|
Реакция на перегрузку сети
|
Формат сообщений TCP
|
Сообщения протокола TCP называются сегментами и состоят из заголовка и блока данных. Заголовок сегмента имеет следующие поля:
Порт источника (SOURS PORT)
Порт назначения (DESTINATION PORT)
Последовательный номер (SEQUENCE NUMBER)
Подтвержденный номер (ACKNOWLEDGEMENT NUMBER)
Длина заголовка (HLEN)
Резерв (RESERVED)
Кодовые биты (CODE BITS)
URG - срочное сообщение
ACK - квитанция на принятый сегмент
PSH - запрос на отправку сообщения без ожидания заполнения буфера
RST - запрос на восстановление соединения
SYN - сообщение используемое для синхронизации счетчиков переданных данных при установлении соединения
FIN - признак достижения передающей стороной последнего байта в потоке передаваемых данных
Окно (WINDOW)
Контрольная сумма (CHECKSUM)
Указатель срочности (URGENT POINTER)
Опции (OPTIONS)
Заполнитель (PADDING)
|
Протокол обмена управляющими сообщениями ICMP (Internet Control Message Protocol) позволяет маршрутизатору сообщить конечному узлу об ошибках, с которыми машрутизатор столкнулся при передаче какого-либо IP-пакета от данного конечного узла.
Протокол ICMP - это протокол сообщения об ошибках, а не протокол коррекции ошибок. Конечный узел может предпринять некоторые действия для того, чтобы ошибка больше не возникала, но эти действия протоколом ICMP не регламентируются.
Каждое сообщение протокола ICMP передается по сети внутри пакета IP.
|
Протокол обмена управляющими сообщениями ICMP. Общая характеристика протокола ICMP
|
Формат сообщений протокола ICMP
|
Существует несколько типов сообщений ICMP. Каждый тип сообщения имеет свой формат, при этом все они начинаются с общих трех полей: 8-битного целого числа, обозначающего тип сообщения (TYPE), 8-битного поля кода (CODE), который конкретизирует назначение сообщения, и 16-битного поля контрольной суммы (CHECKSUM).
Поле типа может иметь следующие значения:
Значение
|
Тип сообщения
|
0
|
Эхо-ответ (Echo Replay)
|
3
|
Узел назначения недостижим (Destination Unreachable)
|
4
|
Подавление источника (Source Quench)
|
5
|
Перенаправление маршрута (Redirect)
|
8
|
Эхо-запрос (Echo Request)
|
11
|
Истечение времени дейтаграммы (Time Exceeded for a Datagram)
|
12
|
Проблема с параметром пакета (Parameter Problem on a Datagram)
|
13
|
Запрос отметки времени (Timestamp Request)
|
14
|
Ответ отметки времени (Timestamp Replay)
|
17
|
Запрос маски (Address Mask Request)
|
18
|
Ответ маски (Address Mask Replay)
| |
