6. Архитектура и технологии построения сетей tcp/IP





Скачать 370.95 Kb.
Название6. Архитектура и технологии построения сетей tcp/IP
страница1/3
Дата публикации19.01.2015
Размер370.95 Kb.
ТипДокументы
100-bal.ru > Информатика > Документы
  1   2   3







6. Архитектура и технологии построения сетей TCP/IP
TCP/IP – это промышленный стандарт стека протоколов, используемый в глобальных и в локальных сетях. Аббревиатура TCP/IP включает обозначение двух базовых протоколов, на основе которых строится сеть: TCP (Transmission Control Protocol) – протокол управления передачей и IP (Internet Protocol) – межсетевой протокол. В целом же стек протоколов TCP/IP включает протоколы четырех уровней (прикладного, транспортного, сетевого и уровня доступа или уровня сетевых интерфейсов). Стек TCP/IP использует в качестве транспортной среды между узлами коммутации (шлюзами/маршрутизаторами) другие сети или выделенные каналы. Стек TCP/IP является самым популярным средством организации ассоциативных (объединенных, составных) сетей.
6.1. КОНЦЕПЦИЯ ТСР/IP

Хост А

Приложе- ние Х

Приложе- ние У
IP-уровень межсетев. взаимодей-я

Уровень сетевых интерфейсов
ТСР (Т-уровень)

Хост В

Приложе- ние Х
Приложе- ние У
ТСР (Т-уровень)
IP
Уровень сетевых интерфейсов
Сеть 1

IP

Уровень

Сетевых интерф
Сеть 2

IP

Уровень

Сетевых

интерф
Сеть 3

Порт (SAP)

TCP-соединение (лог. канал)

МJ

МF

Рис. 6.1 Концепция TCP/IP (Transmission Control Protocol)
Основными элементами сети TCP/IP являются оконечные устройства (компьютеры) и узлы коммутации, а также связывающие их между собой каналы физической среды передачи.

Узлы коммутации представляют собой маршрутизаторы IP-пакетов, а в роли физической среды обычно выступают различные сети, построенные на других сетевых технологиях (LAN или WAN). В протокольные блоки данных (ПБД) таких сетей от уровня звена данных и выше инкапсулируются IP-пакеты для передачи от одного маршрутизатора к другому (или от оконечного устройства к ближайшему маршрутизатору). Для соединения маршрутизаторов между собой и с оконечными устройствами используются также выделенные (или коммутируемые) цифровые каналы в сочетании с вспомогательными протоколами пакетной передачи данных типа «точка-точка», в ПБД которых можно инкапсулировать IP-пакеты.

В сети Интернет различают не только отдельные сети, но и более крупные объединения – автономные системы. Автономная система – это совокупность сетей под единым административным управлением, обеспечивающим общую для всех входящих в автономную систему маршрутизаторов политику маршрутизации.

Сегодня Интернет представляет собой объединение равноправных автономных систем с произвольной топологией связей.

Вся эта конструкция «склеивается» благодаря протоколу сетевого уровня IР (Internet Protocol — протокол сети Интернет). Его работа заключается в транспортировке дейтаграмм от отправителя к получателю независимо от того, находятся эти машины в одной и той же сети или нет.

Соединение в сети Интернет включает следующие процедуры. Транспортный уровень берет сегмент из потока данных и разбивает его на дейтаграммы (рис.6.2).


Заголов ДАННЫЕ ≤65535Б

20 Байт



ПОТОК ДАННЫХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ


ПОТОКПП


Сегмент ТСР

Дейтаграмма UDP


Заголов

20 Байт



IP – пакет

Фрагменты IP- пакетов


1

2

3

1 2 3



1

Рис. 6.2 Протокольные модули уровней модели TCP/IP
Теоретически размер каждой дейтаграммы может достигать 64 Кбайт, однако на практике они обычно не более 1500 байт (укладываются в один кадр Ethernet). Каждая дейтаграмма пересылается по Интернету, возможно, разбиваясь при этом на более мелкие фрагменты, собираемые сетевым уровнем получателя в исходную дейтаграмму. Затем эта дейтаграмма передается транспортному уровню, вставляющему ее во входной поток получающего процесса. На пути следования дейтограммы может оказаться несколько промежуточных сетей.

Протокол TCP отслеживает передаваемые блоки данных. У каждого хоста должен быть уникальный глобальный адрес (межсетевой). У каждого процесса хоста должен быть уникальный адрес в пределах данного хоста. Эти адреса называют портами. Порт – это идентификатор соединения процесса с каналом связи. Совокупность № сети, № узла и № порта в узле называется гнездом. Такая адресация позволяет Т-протоколу (ТСР) доставить данные нужному процессу.

Хост А передает сообщение протоколу ТСР с указанием переслать его хосту В (рис. 6.1).

Протокол TCP ориентирован на соединение. Он использует для транспортировки IP-дейтограммы (L3). Дейтаграммы пересылаются посредством протокольных кадров уровня L2.

Между двумя партнерами может быть прямое соединение, а может располагаться большое число сетевых приборов уровней L2 и L3.

Протоколу IP не нужно знать адрес (номер) порта В. Протокол IP передает сообщение уровню доступа к сети 1 (напр. логическому уровню Ethernet) с указанием переслать его маршрутизатору J. Управляющая информация передается вместе с данными в заголовках протокольного блока.

Заголовок сегмента (ТСР) содержит номер порта приемника, номер сегмента, контрольную сумму.

Заголовок дейтаграммы (IP) хранит адрес хоста получателя.

Заголовок уровня доступа содержит информацию, необходимую для передачи пакета по подсети (в данном примере адрес маршрутизатора J, запрос характеристик).

На маршрутизаторе J заголовок пакета удаляется, изучается заголовок IP. IP-модуль маршрутизатора направляет дейтаграмму по подсетям 2, 3 и маршрутизатору F хосту В. Для этого в маршрутизаторах к дейтаграмме добавляется заголовок доступа к сети. На хосте В происходит обратный процесс.

Блок данных на каждом протокольном уровне называют протокольным модулем данных (Protocol Data Unit? PDU).

6.2. СТЕК ПРОТОКОЛОВ TCP/IP

Стек протоколов TCP/IP включает транспортные протоколы TCP/IP; протоколы сбора маршрутной информации RIP OSPF; протоколы управления сетью ICMP и ARP; прикладные протоколы HTTP, FTP, Telnet, SNMP, SMTP, TFTP, NSP (рис. 6.3).


Рис.6.3. Архитектура сети TCP/IP.
Рассмотрим более подробно основные протоколы стека TCP/IP на каждом из четырех уровней: прикладном, транспортном, сетевом и уровне доступа.
6.2.1. Уровень доступа (уровень сетевых интерфейсов)

Самый нижний уровень стека TCP/IP соответствует уровню звена данных ЭМВОС. Этот уровень в протоколах TCP/IP не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты уровня звена данных как для локальных так и для глобальных сетей. Разработана и специальная спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта IP-пакетов.

Уровень доступа к сетям (к среде передачи) формирует кадры (фрагменты пакетов), имеющие формат, структура которого зависит от характеристик используемых сетей передачи данных или выделенных каналов. Основное назначение уровня доступа к сетям (сетевого интерфейса) – обеспечение независимости функционирования протоколов TCP/IP от среды передачи.

При использовании выделенных (или коммутируемых) цифровых каналов для соединения маршрутизаторов между собой и с оконечными устройствами применяются вспомогательные протоколы пакетной передачи данных типа «точка-точка», в ПБД которых можно инкапсулировать IP-пакеты. Наиболее популярным протоколом такого типа является протокол PPP.

PPP (Point-to-Point Protocol) – протокол «точка-точка». При разработке протокола PPP за основу был взят формат кадров HDLC и дополнен собственными полями. Поля протокола PPP вложены в поле данных кадра HDLC, в кадры frame relay и других протоколов глобальных сетей.

Протокол РРР добивается согласованной работы различных устройств с помощью переговорной процедуры, во время которой передаются различные параметры, такие как качество линии, протокол аутентификации и инкапсулируемые протоколы сетевого уровня. Переговорная процедура происходит во время установления соединения.

Протокол РРР основан на четырех принципах: переговорное принятие параметров соединения, многопротокольная поддержка, расширяемость протокола, независимость от глобальных служб.

Одним из важных параметров РРР-соединения является режим аутентификации. Для целей аутентификации РРР предлагает по умолчанию протокол РАР (Password Authentication Protocol), передающий пароль по линии связи в открытом виде, или протокол CHAP (Challenge Handshake Authentication Protocol), не передающий пароль по линии связи и поэтому обеспечивающий большую безопасность сети.

Протокол РРР работает со многими протоколами сетевого уровня (IP, Novell IPX, AppleTalk, DECnet, XNS, Banyan VINES и OSI), и протоколами уровня звена данных LAN.

В РРР используется только один тип кадра HDLC – ненумерованный информационный. Для исправления очень редких ошибок, возникающих в канале, необходимы протоколы верхних уровней – TCP, SPX, NetBUEl, NCP и т.п.
6.2.2. Сетевой уровень

Сетевой уровень (чаще называемый «межсетевым» от слова internet или «уровнем межсетевого взаимодействия») является стержнем всей архитектуры TCP/IP. Именно он обеспечивает перемещение пакетов от одних оконечных устройств (граничных узлов, хостов) к другим через маршрутизаторы в пределах всей сети.

Основным протоколом сетевого уровня является Internet protocol (IP) – межсетевой протокол, в связи с чем сети TCP/IP часто именуют IPсетями.

Протокол IP обеспечивает только маршрутизацию и доставку пакетов данных и полностью освобожден от задач обеспечения надежности. Функции транспортного и сетевого уровней четко разделены, чем исключено их дублирование.

Протокол IP реализуется программным обеспечением оконечных устройств пользователей (в том числе граничных хостов) и маршрутизаторов и не зависит от характеристик связывающих их WAN и LAN.

Важной особенностью протокола IP является его способность выполнять динамическую фрагментацию пакетов (см. рис. 6.6) при передаче их между сетями с различными, максимально допустимыми значениями поля данных кадров (пакетов) MTU. Свойство фрагментации во многом способствовало тому, что протокол IP смог занять доминирующие позиции в сложных составных сетях.

Существует прямая связь между функциональной сложностью протокола и сложностью заголовка пакетов, которые такой протокол использует. Это объясняется тем, что основные служебные данные содержатся в полях заголовка пакетов. На основании этих данных протокол выполняет то или иное действие модулями, реализующими данный протокол на разных сетевых устройствах. Потому очень полезно изучить назначение каждого поля заголовка IP-пакета, что дает не только формальные знания о структуре пакета, но и объясняет все основные режимы работы протокола по обработке и передаче IP-дейтаграмм.
Формат заголовка дейтограммы (пакета) IP показан на рис. 6.4.


0

D, T, R

15

16




31

Версия

(4 бита)

Длина заголовка

(4 бита)

Приоритет

(3 бита)

Критерий

(3 бита)

Резерв

(2 бита)

Общая длина пакета

(16 бит)

Идентификатор фрагмента

(16 бит)

Флаги

(3 бита)

Смещение фрагмента

(13 бит)




D

M

Время жизни

(8 бит)

Протокол верхнего уровня

(8 бит)

Контрольная сумма

(16 бит)

IP-адрес отправителя (32 бита)

IP-адрес получателя (32 бита)

Опции

Выравнивание


Рис. 6.4. Формат заголовка пакета IP.
Поле «Номер версии» (Version) длиной 4 бита указывает версию протокола IP. Сейчас повсеместно используется версия 4 (IPv4) и готовится переход на версию 6 (IPv6).

Длина заголовка является переменной величиной, для указания которой выделено поле «Длина заголовка» (IHL) длиной 4 бита. Значение длины заголовка измеряется в 32-битовых словах. Минимальная (обычная) длина заголовка 20 байт (пять 32-битовых слов). При увеличении объема служебной информации эта длина может быть больше за счет использования дополнительных байт в поле «Опции» (Options). Наибольший заголовок занимает 60 октетов.

Поле «Приоритет» (Precedence) длиной 3 бита задает приоритетность пакета. Приоритет может иметь значения от самого низкого – 0 (нормальный пакет) до самого высокого – 7 (пакет управляющей информации). Маршрутизаторы и компьютеры могут принимать во внимание приоритет пакета и обрабатывать более важные пакеты в первую очередь.

Поле «Критерий» длиной 3 бита задает критерий выбора маршрута. Выбор осуществляется между тремя альтернативами, каждой из которых соответствует свой 1-битный флаг: малой задержкой – бит D (delay), высокой достоверностью – бит Т (true) и высокой пропускной способностью – бит R (rate).

Поля «Приоритет» и «Критерий» вместе с полем «Резерв» (из 2 бит) часто объединяют в одно поле, называемое «Тип сервиса» (Type of Service) длиной 1 байт.

Поле «Общая длина пакета» (Total Length of Packets) длиной 2 байта содержит длину всей дейтаграммы, включая заголовок и поле данных. Максимальная длина пакета ограничена разрядностью поля, определяющего эту величину, и составляет 65 535 байт. В настоящее время этот верхний предел достаточен, однако с появлением гигабитных сетей могут понадобиться дейтаграммы большего размера.

Поле «Идентификатор фрагмента» (Identification) длиной 2 байта позволяет хосту определить, какой дейтаграмме принадлежат принятые им фрагменты. Все фрагменты одного пакета содержат одно и тоже значение этого поля.

Поле «Флаги» (Flags) длиной 3 бита содержит признаки, связанные с фрагментацией. Установленный бит D (Do not Fragment) запрещает маршрутизатору фрагментировать данный пакет, а установленный бит M (More Fragments) говорит о том, что данный пакет является промежуточным (не последним) фрагментом. Еще 1 бит поля зарезервирован.

Поле «Смещение фрагмента» (Fragment Offset) длиной 13 бит указывает положение фрагмента в исходной дейтаграмме. Длина всех фрагментов, кроме длины последнего, должна быть кратна 8. Максимальное количество фрагментов в дейтаграмме равно 8192, что покрывает максимальную длину дейтаграммы 65 535 байт.

Поле «Время жизни» (Time to Live) занимает 1 байт и означает предельный срок, в течение которого пакет может перемещаться по сети. Время жизни этого пакета измеряется в секундах и задается источником передачи. На маршрутизаторах и в других узлах сети по истечении каждой секунды из текущего времени жизни вычитается единица; она вычитается и в том случае, когда время задержки меньше секунды. Поскольку современные маршрутизаторы редко обрабатывают пакет дольше, чем за 1 с, то время жизни можно считать равным максимальному числу узлов, которые разрешено пройти такому пакету до того, как он достигнет места назначения. Если параметр времени жизни станет нулевым до того, как пакет достигнет получателя, этот пакет будет уничтожен.

Поле «Протокол верхнего уровня» (Protocol) занимает 1 байт и указывает, какому протоколу верхнего уровня (или своего же – сетевого) принадлежит информация, размещенная в поле данных пакета (например, это могут быть сегменты протокола TCP, дейтаграммы UDP, пакеты ICMP или OSPF).

Поле «Контрольная сумма» (Header Checksum) длиной 2 байта рассчитывается только по заголовку пакета. Поскольку некоторые поля заголовка меняют свое значение в процессе передачи пакета по сети (например, время жизни), контрольная сумма проверяется и повторно рассчитывается при каждой обработке IP-заголовка. Контрольная сумма подсчитывается как дополнение к сумме всех 16-битовых слов заголовка. При вычислении контрольной суммы значение самого поля «Контрольная сумма» устанавливается в нуль. Если контрольная сумма неверна, то пакет будет отброшен, как только ошибка будет обнаружена.

Поля «IP-адрес отправителя» (Source IP Address) и «IP-адрес получателя» (Destination IP Address) длиной по 32 бита задают адресную информацию, необходимую для маршрутизации пакетов (номер сети и номер хоста).

Поле «Опции» (IP Options) длиной до 40 байт является необязательным и используется обычно только при отладке сети. Оно состоит из нескольких подполей. В этих подполях можно указывать точный маршрут прохождения маршрутизаторов, регистрировать проходимые пакетом маршрутизаторы, помещать данные системы безопасности, а также временные отметки.

Поле «Выравнивание» (Padding) используется для дополнения поля «Опции» (нулями) до величины, кратной 32 битам.
  1   2   3

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

6. Архитектура и технологии построения сетей tcp/IP iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Тва работы в них; понятия интерфейсов, протоколов и их стеков; семиуровневая модель взаимодействия открытых систем osi; сравнение...
6. Архитектура и технологии построения сетей tcp/IP iconУтилиты tcp/IP
Упражнение Получение информации о текущих сетевых соединениях и протоколах стека tcp/IP. 11
6. Архитектура и технологии построения сетей tcp/IP iconРабочая программа Основы построения инфокоммуникационных систем и сетей (опикс и С)
Рабочая программа дисциплины «Основы построения инфокоммуникационных систем и сетей»
6. Архитектура и технологии построения сетей tcp/IP iconПлан-конспект урока информатики 8 класс
Пояснительная записка. Этот урок является первым из раздела коммуникационные технологии и имеет важное значение. Урок формирует представление...
6. Архитектура и технологии построения сетей tcp/IP iconЧерных Использование опорных конспектов и схем на уроках информатики
Пояснительная записка. Этот урок является первым из раздела коммуникационные технологии и имеет важное значение. Урок формирует представление...
6. Архитектура и технологии построения сетей tcp/IP iconУчебная программа по дисциплине администрирование локальных сетей...
В процессе обучения студент знакомится с теоретическими основами, информационными технологиями и инструментами построения, администрирования...
6. Архитектура и технологии построения сетей tcp/IP iconКонспект урока по теме: "Глобус модель Земли" школа 2100
Пояснительная записка. Этот урок является первым из раздела коммуникационные технологии и имеет важное значение. Урок формирует представление...
6. Архитектура и технологии построения сетей tcp/IP icon«Утилиты tcp/IP»
Диагностические утилиты, сети, сетевое оборудование, tcp/IP, arp, hostname, ipconfig, nbstat, nslookup, ping, route, tracert
6. Архитектура и технологии построения сетей tcp/IP icon«Утилиты tcp/IP»
Диагностические утилиты, сети, сетевое оборудование, tcp/IP, arp, hostname, ipconfig, nbstat, nslookup, ping, route, tracert
6. Архитектура и технологии построения сетей tcp/IP iconУтилиты tcp/IP
Диагностические утилиты, сети, сетевое оборудование, tcp/IP, arp, hostname, ipconfig, nbstat, nslookup, ping, route, trasert
6. Архитектура и технологии построения сетей tcp/IP iconГосударственное образовательное учреждение среднего профессионального...
Пояснительная записка. Этот урок является первым из раздела коммуникационные технологии и имеет важное значение. Урок формирует представление...
6. Архитектура и технологии построения сетей tcp/IP iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Рабочая программа предназначена для преподавания дисциплины «Принципы построения транспортных сетей» студентам очной полной формы...
6. Архитектура и технологии построения сетей tcp/IP iconКонспект урока информатики и икт 10 класс Тема: «Локальные компьютерные...
Пояснительная записка. Этот урок является первым из раздела коммуникационные технологии и имеет важное значение. Урок формирует представление...
6. Архитектура и технологии построения сетей tcp/IP iconВопросы для подготовки к экзамену по дисциплине “Организация, принципы...

6. Архитектура и технологии построения сетей tcp/IP iconМетодические рекомендации по самостоятельной работе 24 4перечень...
Целью дисциплины является изучение студентами основных технологий компьютерных сетей (КС) различного масштаба (региональных, корпоративных...
6. Архитектура и технологии построения сетей tcp/IP iconКонспект урока 8 класс: Локальные компьютерные сети
Учебная: сформировать знания о назначение, принципах построения и функционирования локальных компьютерных сетей


Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
100-bal.ru
Поиск