Стек протоколов TCP/IP. Назначение протоколов отдельных уровней. Использование протоколов TCP/IP для построения сетей

Рисунок 8 – Классы сетей

 

Эти адреса могут произвольно применяться администраторами ЛВС для создания внутренних сетей, но запрещены в Интернет, поэтому в сети должен быть установлен шлюз, преобразующий локальные адреса в «реальные», зарегистрированные в ICANN. Такие шлюзы реализуются на базе трансляторов адресов NAT (Network Address Translator) или прокси-серверов, позволяющих организациям использовать один или несколько реальных адресов Интернет для обслуживания сотен и тысяч внутренних пользователей.

Существует две версии IP протокола: традиционная IPv4 и новая IPv6. Версия IPv4 имеет 32-битные адреса вида «192.168.1.4», где каждое число представляет собой десятичную запись значения двоичного байта. Версия IPv6 оперирует 128-битными адресами вида «fe80::49e2:8c74:8188:ca66» и модифицированным форматом заголовка, позволяющим повысить эффективность передачи при скорости 1 Гб/с и более.

В настоящее время наиболее распространена версия IPv4, но в 2011 году свободные IPv4 адреса были исчерпаны, поэтому перспективы дальнейшего подключения к Интернет многочисленных мобильных и бытовых устройств связаны с массовым внедрением версии IPv6. В настоящее время используются алгоритмы присвоения хостам уникальных адресов IPv6 на основе имеющихся IPv4 и МАС адресов компьютера.

Каждый 32-битный IPv4 адрес хоста состоит из двух частей: адреса подсети ЛВС, в которой находится хост и адреса хоста в этой подсети. Разделение на эти части «плавающее», а определение, сколько первых бит IР-адреса описывает адрес подсети, выполняется с помощью 32-битной маски подсети вида «11111111.11111111.11111111.00000000» в двоичной записи или «255.255.255.0» в десятичной записи. Количество бит маски, равных «1», определяет количество бит IР-адреса, относящихся к адресу подсети. Остальные биты адреса идентифицируют хост в этой подсети. Таким образом, количество возможных адресов в IР-подсети определяется как 2П, где п - количество нулей в маске.

В ЛВС все хосты должны иметь одинаковый адрес подсети, что позволяет им непосредственно передавать данные друг другу. Хосты, имеющие разный адрес подсети, могут взаимодействовать только через маршрутизатор, независимо от способа физического подключения.

 На рисунке 9 показан пример определения адреса подсети, к которой относится хост с 1Р-адресом 192.168.1.1 и маской 255.255.255.0. Данная маска содержит 24 бита, равных «1», значит, первые 24 бита всех 1Р-адресов ЛВС обязательно должны совпадать с соответствующими битами адреса данного хоста, а остальные 8 бит могут принимать произвольные значения, минимальное из которых равно «00000000», а максимальное - «11111111», что соответствует 28 = 256 уникальным адресам для хостов. Первый IР-адрес с минимальным («нулевым») для подсети IР-адресом называют адресом подсети: 192.168.1.0. Последний 1Р-адрес с максимальным («единичным») для подсети IР-адресом называют широковещательным и используют для рассылки служебных сообщений в сети: 192.168.1.255. Эти адреса не могут выдаваться хостам сети.

 

Рисунок 9 - Определение адреса подсети по IР-адресу узла и маске подсети

 

Адресное пространство каждой ЛВС уникально и однозначно задается парой {«IР- адрес подсети», «Маска подсети»}, где «IР-адрес подсети» - это «нулевой» адрес подсети, а маска одинакова для всех хостов ЛВС и определяет количество 1Р-адресов, начиная с «нулевого». В таблице 2 показаны примеры подсетей с различной маской.

Таким образом, изменение маски меняет диапазон 1Р-адресов сети, т.е., например, хосты с адресами 192.168.1.1 и 192.168.2.1 в случае использования маски 255.255.255.0 относятся к разным подсетям, а при маске 255.255.0.0 - принадлежат одной подсети (рис. 10) .

Рисунок 10 Адресное пространство

 

Конфигурация узла ЛВС для работы в IP-сети включает настройку следующих параметров: уникальный IP-адрес хоста; общая для всех хостов ЛВС маска подсети; общий для всех хостов ЛВС шлюз доступа в другие сети и Интернет; адрес справочного DNS- сервера для данной ЛВС.

С помощью IP-протокола происходит передача пакетов между хостами, однако каждый хост может содержать множество сервисов (Web-сервер, сервер электронной почты, файл-сервер и т.д.). За передачу данных между сервисами отвечают протоколы транспортного уровня TCP17 и UDP18, а адресация конкретных прикладных программ выполняется при помощи логических портов. Когда узел получает пакет со своим IP-адресом, он направляет данные из этого пакета конкретной программе, используя номер порта. Различают порты протокола UDP и протокола TCP. Комбинация IP-адреса и порта уникально адресует любой сервис в масштабах Интернет и называется сокетом.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

1. Задача транспортного уровня заключается в передаче данных между любыми прикладными процессами, которые выполняются на любых узлах сети.
2. Адресом назначения, который используется на транспортном уровне, является идентификатор (номер) порта прикладного сервиса. Номер порта, который задается транспортным уровнем, в совокупности с номером сети и номером компьютера, что задаются сетевым уровнем, однозначно определяют прикладной процесс в сети и называется программным гнездом, или сокетом.
3. Назначение номеров портов прикладным процессам осуществляется или централизовано, если эти процессы являются популярными общедоступными службами, или локально для тех служб, которые еще не стали такими распространенными. В настоящее время централизовано назначаются порты 0-49 151.
4. Процедура обслуживания протоколами TCP/UDР запросов, которые поступают от нескольких разных прикладных сервисов, называется мультиплексированием. Распределение протоколами TCP/UDР пакетов, которые поступают от сетевого уровня, между набором высокоуровневых сервисов, идентифицированных номерами портов, называется демультиплексированием.
5. UDР - это гибкий протокол в том значении, что он не добавляет много к протоколу IР. Он просто дает прикладным программам возможность взаимодействовать с помощью службы ненадежной доставки пакетов. Поэтому UDР –сообщения могут быть потеряны, размноженные, искаженные или прийти в неправильном порядке; прикладные программы, которые используют UDР, должны учитывать эти проблемы.
6. Контрольная сумма UDР включает IР -адрес отправителя и получателя, который значит, что UDР должен взаимодействовать из IР для нахождения нужных адресов перед посылкой дейтаграммы.
7. Протокол TCP (Transmission Control Protocol) обеспечивает надежную транспортировку данных между прикладными процессами путем установления логического соединения. Единицей данных протокола TCP является сегмент.
8. В пределах соединения правильность передачи каждого сегмента должна подтверждаться квитанцией получателя. Квитирование - это один из традиционных методов обеспечения надежной связи.
9. В протоколе TCP реализованная разновидность алгоритма квитирования с использованием "скользящего окна". Особенность этого алгоритма заключается в том, что, хотя единицей переданных данных является сегмент, окно определено на множестве нумеруемых байтов неструктурированного потока данных, которые поступают из верхнего уровня и буферизуются протоколом TCP.

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Амато, Вито. Основы организации сетей Cisco / Амато Вито; пер. с англ. - Испр. изд. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. - Т. 1-2. - 512 с.
2. Бождай, А. С. Сетевые технологии: учеб. пособие / А. С. Бождай, А. Г. Финогеев. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005. - 107 с.
3.   Куроуз, Дж. Компьютерные сети / Дж. Куроуз, К. Росс. - 2-е изд. - СПб.: Питер, 2004. - 765 с.: ил.
4. Олифер, В. Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: учебник для вузов / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. - 4-е изд.. - СПб.: Питер, 2010. - 944 с: ил.
5. Спортак, Марк. Компьютерные сети и сетевые технологии. Platinum Edition: пер. с англ. / Марк Спортак, Френк Паппас [и др.]. - СПб.: ООО «ДиаСофтЮП», 2005. - 720 с.
6. Таненбаум, Э. Компьютерные сети / Э. Таненбаум. - 4-е изд. - СПб.: Питер, 2003. - 992 с.: ил.
7. Хамбракен, Д. Компьютерные сети: пер. с англ. / Д. Хамбракен. - М.: ДМК Пресс, 2004. - 448 с.
8. Хелеби, Сэм. Принципы маршрутизации в Internet: пер. с англ. / Сэм Хэлеби, Денни Мак-Ферсон. - 2-е изд. - М.: Изд. дом «Вильямс», 2001. - 448 с.: ил.
9.   Снейдер, И. Эффективное программирование TCP/IP. Библиотека программиста / И. Снейдер. - СПб.: Питер, 2002. - 320 с.: ил.

 

1 Лэптоп (англ. laptop - lap = колени сидящего человека, top = верх) - широкий термин, применяемый к ноутбукам, нетбукам, планшетным ПК и т.п.

2 Модель DOD (Модель TCP/IP) (англ. Department of Defense - Министерство обороны США) - разработанная для военных сетей модель сетевого взаимодействия, практической реализацией которой является стек протоколов TCP/IP. В отличие от модели OSI, модель DOD состоит из четырёх уровней.

3 ATM (англ. Asynchronous Transfer Mode - асинхронный способ передачи данных) - высокопроизводительная технология коммутации и мультиплексирования, основанная на передаче данных в виде ячеек (cell) фиксированного размера (53 байта).

4 Token Ring - архитектура ЛВС со скоростью передачи до 16 Мб/с, использующая топологию «кольцо» и метод маркерного доступа к среде.

5 FDDI (англ. Fiber Distributed Data Interface - волоконно-оптический интерфейс передачи данных) - стандарт передачи данных для построения магистралей городских и корпоративных компьютерных сетей со скоростью до 100 Мб/с на базе волоконно-оптических линий с использованием топологии «кольцо» и метода маркерного доступа к среде.

6 Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity ) - торговая марка Wi-Fi Alliance для беспроводных сетей на базе стандартов IEEE 802.11, определяющих технологии передачи цифровых потоков данных по радиоканалам.

7 Bluetooth - семейство технологий построения персональных беспроводных сетей (PAN) малого радиуса действия.

8 LTE (англ. Long Term Evolution) - технология построения высокоскоростных мобильных сетей передачи данных четвертого поколения со скоростью передачи более 100 Мб/с, основанная на принципах сотовой связи.

9 GSM (от названия Groupe Spécial Mobile) - стандарт цифровой мобильной сотовой связи, с разделением каналов по времени (TDMA) и частоте (FDMA).

10 3G, 3G+ - семейства технологий мобильной связи третьего поколения (UMTS, CDMA2000, HSPA+), используемых для создания сетей передачи данных со скоростью до 30 Мб/с.

11 WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) - технология построения высокоскоростных (более 100 Мб/с) беспроводных сетей четвертого поколения, основанная на стандарте IEEE 802.16.

12 IEEE - Институт инженеров по электротехнике и электронике (англ. Institute ofElectrical and Electronics Engineers) - международная некоммерческая ассоциация специалистов, разрабатывающая стандарты в области радиоэлектроники и электротехники.

13 ECMA (англ. European Computer Manufacturers Association) - ассоциация, деятельность которой посвящена стандартизации информационных и коммуникационных технологий.

14 Инкапсуляция - метод реализации многоуровневой модели взаимодействия ISO/OSI, при котором пакеты данных включаются без изменений в пакеты более низких уровней (TCP в IP, IP в Ethernet и т.д.).

15 ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) - международная некоммерческая организация, созданная для регулирования вопросов, связанных с доменными именами, IP-адресами и другими вопросами функционирования Интернет.

16 RIPE NCC (фр. Réseaux IP Européens + англ. Network Coordination Centre) - европейский региональный интернет-регистратор, выполняющий координацию в Интернет, в т.ч. выделение IP-адресов.

17 TCP (англ. Transmission Control Protocol, протокол управления передачей) - протокол транспортного уровня, ориентированный на установку соединения и управление передачей данных.

18 UDP (англ. User Datagram Protocol, протокол пользовательских дейтаграмм) - протокол транспортного уровня, предназначенный для передачи пакетов без контроля передачи и подтверждения доставки.