Протоколы которые поддерживают передачу данных между сетями по нескольким маршрутам называются

Обновлено: 01.05.2024

Протоколыэто правила и технические процедуры, позволяющие нескольким компьютерам общаться друг с другом.

Запомните три основных момента, касающихся протоколов:

Существует множество протоколов. И хотя все они участвуют в реализации связи, каждый протокол имеет различные цели, выполняет различные задачи, обладает своими преимуществами и ограничениями.

Функции протокола определяются уровнем, на котором они работают.

Несколько протоколов могут работать совместно. Это так называемый стек протоколов. В совокупности протоколы дают полную характеристику функциям и возможностям стека.

Передача данных по сети, с технической точки зрения, должна быть разбита на ряд последовательных шагов, каждому из которых соответствуют свои правила и процедуры, или протоколы. Таким образом, сохраняется строгая очередность в выполнении определенных действий.

Кроме того, эти действия (шаги) должны быть выполнены в одной и той же последовательности на каждом сетевом компьютере. На компьютере-отправителе эти действия выполняются сверху вниз, а на компьютере-получателе снизу вверх.

Компьютер-отправитель

Компьютер-отправитель в соответствии с протоколом выполняет следующие действия:

разбивает данные на небольшие блоки, называемые пакетами, с которыми может работать протокол;

добавляет к пакетам адресную информацию, чтобы компьютер-получатель мог определить, что эти данные предназначены именно ему;

подготавливает данные к передаче через плату сетевого адаптера и далее по кабелю.

Компьютер-получатель

Компьютер-получатель в соответствии с протоколом выполняет те же действия, но в обратном порядке:

принимает пакеты данных из сетевого кабеля;

через плату сетевого адаптера передает пакеты в компьютер;

удаляет из пакета всю служебную информацию, добавленную компьютером-отправителем;

копирует данные из пакета в буфер для их объединения в исходный блок данных;

передает приложению это блок данных в формате, который оно использует.

И компьютеру-отправителю, и компьютеру-получателю необходимо каждое действие выполнять одинаковым способом, с тем чтобы пришедшие по сети данные совпадали с отправленными.

Если, например, два протокола будут по-разному разбивать данные на пакеты и добавлять информацию (о последовательности пакетов, синхронизации и для проверки ошибок) тогда компьютер, использующий один из протоколов, не сможет успешно связаться с компьютером, на котором работает другой протокол.

Маршрутизируемые и немаршрутизируемые протоколы

Когда локальные сети достигли высокого уровня развития и объем передаваемой ими коммерческой информации возрос, ЛВС стали компонентами больших сетей.

Данные, передаваемые из одной локальной сети в другую по одному из возможных маршрутов, называются маршрутизированными. Протоколы, которые поддерживают передачу данных между сетями по нескольким маршрутам, называются маршрутизируемыми (routable) протоколами. Так как маршрутизируемые протоколы могут использоваться для объединения нескольких локальных сетей в глобальную сеть, их роль постоянно возрастает.

Протоколы в многоуровневой архитектуре

Несколько протоколов, которые работают в сети одновременно, обеспечивают следующие операции с данными:

Работа различных протоколов должна быть скоординирована так, чтобы исключить конфликты или незаконченные операции. Этого можно достичь с помощью разбиения на уровни. Каждый уровень определяет различные протоколы для управления функциями связи или ее подсистемами. Каждому уровню присущ свой набор правил. Чем выше уровень, тем сложнее становятся решаемые им задачи и связанные с этими задачами протоколы.

Рассмотренная в лекции 16 модель OSIпредставляет собой некоторый абстрактный идеал, практически не применяемый в реальных условиях.

Стандартные стеки

В компьютерной промышленности в качестве стандартных моделей протоколов разработано несколько стеков. Вот наиболее важные из них:

набор протоколов ISO/OSI;

IBM System Network Architecture (SNA);

Digital DECnet TM ;

Apple Apple Talk ® ;

набор протоколов Интернета, TCP/IP.

Протоколы этих стеков выполняют работу, специфичную для своего уровня. Однако, коммуникационные задачи, которые возложены на сеть, приводят к разделению протоколов на три типа:

Протоколы устанавливаются и удаляются аналогично тому, как устанавливаются и удаляются драйверы. Чаще всего они устанавливаются автоматически при инсталляции операционной системы.

WindowsNTпоставляется с тремя сетевыми транспортными протоколами, каждый из которых предназначен для сетей различных размеров и с разными требованиями:

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)  самый сложный транспортный протокол для всемирных глобальных коммуникаций, таких как Internet. От других протоколов, ориентированных на конкретную сетевую среду, его отличает то, что он хорошо работает и в локальных, и в глобальных сетях.

Рассмотрим более подробно характеристики этого протокола.

Хорошее восстановление после отказов. Протокол создавался военной среды, поэтому сеть должна выжить даже при “отмирании” ее больших частей.

Возможность оперативного подключения новых подсетей. Это означает, что предусматривается возможность включения в объединенную сеть новых сетей без нарушения сетевого сервиса.

Способность обработки большого количества ошибок. Другими словами, это способность выдержать непредсказуемые уровни ошибок, обеспечивая при этом 100% надежную связь между пунктами (если, например, некоторые используемые каналы связи уничтожены ураганом, то потерянная информация будет транслироваться повторно и передаваться через другие пункты).

Независимость от конкретного производителя или типа сети. Эта сетевая архитектура должна поддерживать сети любого типа.

Незначительные непроизводительные потери при передаче данных. Подавляющее число пакетов данных, использующих протоколIP, имеют простой 20-байтовый заголовок фиксированной длины. Простые протоколы означают быструю передачу и коммутацию пакетов.

В настоящее время TCP/IPпревратился в большой пакет программного обеспечения, получивший собирательное название комплектаTCP/IP.

IP (Internet Protocol)

изображены два сегмента локальных сетей EthernetRomeиCarthage. В сегментеRomeимеется три компьютераА, В, С. Три других машины (F,G,H) расположены в сегментеCarthage. Каждый компонент одного сегмента “слышит” весь трафик данного сегмента. (Ethernet  наиболее популярный стандарт уровня каналов связи для организации локальных сетей. Ethernet реализует множественный доступ с контролем среды передачи данных и обнаружением конфликтов).

Подсети и маршрутизаторы

Большая часть архитектуры интерсети строится, исходя из принципа, что ПК А, В, С могут непосредственно взаимодействовать друг с другом, а машиныF,G,Hпередавать информацию между собой, но компьютеры А, В, Сне в состоянииобмениваться данными сF,G,Hбез помощи машины, оснащенной платамиEthernetDиE. МашинаD/Eбудет функционировать какмаршрутизаторустройство, обеспечивающее коммутацию между различными сетевыми сегментами. Поэтомуподсетьсовокупность машин, взаимодействующих друг с другом без помощи маршрутизации.

Передача информации в компьютерной сети подчинена ряду правил. Они зависят от типа сведений, решаемых в сети задач, определяют условия работы оборудования, входящего в сеть. Рассмотрим, что такое протокол (стандарт) передачи данных в информатике, их виды, кратко опишем наиболее используемые.

Протокол передачи данных: что это в информатике

В глобальную сеть входят миллиарды компьютеров, мобильных и иных устройств. Работают они на базе разнообразных программных и аппаратных платформ, но при обмене данными руководствуются едиными принципами – протоколами, в информатике – это базовый набор методов, принципов, соглашений, в соответствии с которыми происходит обмен информацией между узлами сети. Они задают алгоритмы обработки возникших ошибок, правила совместной эксплуатации оборудования. Надстраиваются один над иным – имеют многоуровневую структуру; следующий не выполняется, пока не завершится работа предшествующего.

Различают прикладные и базовые протоколы. Прикладные – специализированные – отвечают за передачу текста, новостей, потокового мультимедиа. Их часть может не участвовать в работе компьютера либо не поддерживаться.

Структура

Open System Interconnection (OSI) – семиуровневая классификация сетевых стандартов. Модель описывает методику функционирования и взаимодействия сетевых стандартов. Предусматривает их разделение на уровни – имеют иерархическую структуру – правила вышестоящих уровней используют протоколы нижестоящих. Процесс называют инкапсуляцией. Извлечение информации вышестоящих уровней из нижестоящих – декапсуляция.

OSI представлена семиуровневой моделью функционирования компьютерной сети. В неё входят следующие уровни взаимодействия между узлами:

Физический – самый низкий – диктует параметры физической, электрической сред, необходимых для обмена данными. Содержит инструкции и принципы пересылки пакетов через физические линии связи, описывает параметры электрических сигналов: такт, частота, форма. Определяет скорость обмена, методы снижения потерь.
Канальный – отвечает за взаимодействие сетей, контролирует и корректирует ошибки. Информация на уровне упаковывается в кадры, отвечает за их доставку адресатам в ограниченном сегменте сети.
Сетевой – его задача – маршрутизация (на этом уровне функционирует роутер). Занимается определением кратчайших путей пересылки данных, превращает логические адреса в физические, следит, чтобы в сети не образовывались задержки – заторы.
Транспортный протокол – разделяет информацию на фрагменты, зависящие от используемого стандарта (UDP, TCP), доставляет их адресату.
Сеансовый – управляет сеансом: оставляет соединение активным длительное время, обеспечивая взаимодействие между программами. Поддерживает сеанс открытым, когда программы не взаимодействуют.
Уровень представления – трансформирует пакеты из формата, в котором файлы хранятся на устройстве, в адаптированный под пересылку по сети и наоборот.
Прикладной – это протокол связи наивысшего уровня, позволяет программам взаимодействовать с сетевыми службами, иметь доступ к общим ресурсам.

Модель со стеком стандартов TCP/IP включает четыре уровня: канальный, сетевой, транспортный и прикладной.

Виды протоколов передачи данных в компьютерных сетях

IP – основа для объединения компьютеров и иных устройств в интернете. Объединяет локальные сети, их сегменты в одну глобальную систему, отвечает за обмен информацией между её узлами. Не гарантирует целостность и правильный порядок её отправки, за это отвечают стандарты более высоких уровней. Протокол маршрутизации IP обеспечивает доставку пакетов от одного ПК или сервера к другому.

NTP – служит для высокоточной синхронизации времени, практичен для установки точного времени на серверах. Учитывает задержки, необходимые для отправки, обработки запроса, приёма ответа.

SSH – создан для организации удалённого управления ОС, туннелирования TCP – создания защищённого передовыми алгоритмами шифрования тоннеля между двумя компьютерами.

TCP – основополагающий транспортный протокол, обеспечивает работу интернета: разбивку документов на пакеты во время отправки, а также сборку файлов во время их получения. Применяется для контроля передачи процесса переноса информации между клиентами сети с предварительной установкой связи. Исключает получение дубликатов блоков, отправляет запрос на их получение вследствие потери – гарантирует целостность данных.

TELNET – предшественник SSH – применялся для удалённого администрирования, но стал неактуальным из-за проблем с безопасностью.

UDP – схож с IP. Предоставляет сетевым службам транспортные услуги, доставляет блоки информации, не требуя подтверждения их получения. Гарантирует целостность переданных сведений.

Дайте определение протокола в информатике, назовите структуры и уровни двух основных их них: OSI и TCP/IP.

Аппаратное и программное обеспечение, работающие в сети, разрабатываются в разных фирмах. Для того чтобы оно было совместимо между собой, международной организацией по стандартам (ISO) была разработана базовая эталонная модель открытых систем (OSI - Open System Interconnection model). Эта модель описывает многоуровневую архитектуру сети, при которой все сетевые функции разделены на семь уровней (рис. 6.1) Каждому уровню соответствуют определенные сетевые операции, оборудование и протоколы. Протокол - это четко определенный набор правил и соглашений для взаимодействия одинаковых уровней сети. Интерфейс определяет услуги, которые нижний уровень предоставляет верхнему и способ доступа к ним. Задача каждого уровня - предоставление услуг вышестоящему уровню, "маскирую" детали реализации этих услуг. Когда два компьютера в сети работают друг с другом, каждый из сетевых уровней обменивается данными с себе подобным (на основе протокола этого уровня). Эта логическая или виртуальная связь изображена на рис. 6.2. пунктирной линией. Однако реальная передача данных происходит на самом нижнем - физическом уровне, где находится физическая среда передачи (сетевой кабель). Т. е. на самом деле данные перемещаются: -сверху вниз от прикладного уровня к физическому; -в рамках физического уровня горизонтально по сетевому кабелю к компьютеру - приемнику данных; -полученные данные затем двигаются вверх по уровням сетевой модели (рис. 6.2). Сетевая модель ISO/OSI определяет сеть в терминах нескольких функциональных уровней. Каждый сетевой уровень включает строго определенные функции и применяет для этого один или несколько протоколов: ·физический уровень передает данные по сетевым каналам и включает в себя аппаратные средства, необходимые для этого; ·канальный - предохраняет данные от повреждения на физическом уровне; ·сетевой - передает данные от одного сетевого компьютера к другому; ·транспортный - передает данные от одного приложения к другому; ·сеансовый - это сетевой интерфейс пользователя; ·представительский - занимается проблемами сетевого интерфейса к принтерам, мониторам и преобразованием форматов файлов; ·прикладной - это набор широко используемых сетевых приложений.

6.2.Основные функции уровней модели OSI

Каждый из семи уровней определяет перечень услуг, которые он предоставляет смежным уровням, реализуя определенный набор сетевых функций. 1.Физический уровень. -обеспечивает физический путь для передачи кодированных сигналов; -устанавливает характеристики этих сигналов (амплитуда, частота, длительность и т.д.); -определяет способ соединения СА с кабелем, тип разъемов, способ передачи; -обеспечивает поддержку потока битов, содержание которых на этом уровне не имеет значения; -отвечает за кодирование данных и синхронизацию битов. 2.Канальный уровень. -определяет правила совместного использования физического уровня узлами сети; -передает информацию адресованными порциями - кадрами; -определяет формат кадра и способ, согласно которому узел сети решает, когда можно передать или принять кадр. Используется два основных типа кадров (рис. 6.3).

6.3.Назначение протоколов

Операционная система управляет ресурсами компьютера, а сетевая операционная система обеспечивает управление аппаратными и программными ресурсами всей сети. Тем не менее, для передачи данных в сети нужен еще один компонент - протокол. Протокол - это правила и технические процедуры, позволяющие нескольким компьютерам при объединении в сеть общаться друг с другом. Отметим три основных момента, касающихся протоколов: 1.Существует множество протоколов. И хотя все они участвуют в реализации связи, каждый протокол имеет: -различные цели; -выполняет определенные задачи; -обладает своими преимуществами и ограничениями. 2.Функции протокола определяются уровнем, на котором он работает. Если, например, какой-то протокол работает на физическом уровне, то это означает, что он обеспечивает прохождение пакетов через плату СА и их поступление в сетевой кабель. В общем случае каждому уровню присущ свой набор правил (табл. 6.1) Таблица 6.1 3.Несколько протоколов могут работать совместно каждый на своем уровне. Это так называемый стек или набор протоколов (например, стек TCP/IP, объединяющий транспортный и сетевой протоколы).

6.4.Работа протоколов

Протоколы реализуются через заголовки, которые добавляются к пакетам по мере того, как они передаются по уровням. Каждый заголовок связывается с конкретным уровнем и в каждом последующем уровне воспринимается как часть пакета (рис. 6.8). При поступлении пакета в принимающий узел, заголовки соответствующих уровней используются для вызова заданной функции в принимающем узле. При передаче пакета выше этот заголовок изымается. И компьютер-отправитель, и компьютер-получатель должны выполнять каждое действие одинаковым способом с тем, чтобы пришедшие по сети данные совпали с отправленными. Если, например, два протокола будут по-разному разбивать данные на пакеты или по-разному добавлять данные (о последовательности пакетов, синхронизации и т. д.), то тогда компьютер, использующий один из протоколов, не сможет связаться с компьютером, на котором работает другой протокол. На работу протоколов ряда уровней оказывает влияние, является ли сеть с коммутацией соединений или с коммутацией пакетов. Широкое развитие межсетевых объединений ("интернет"), компонентами которых являются ЛВС, привело к тому, что данные из одной ЛВС в другую могут передаваться по одному из возможных маршрутов. Протоколы, которые поддерживают такую передачу, называются маршрутизируемыми протоколами. И их роль постоянно возрастает.

6.5.Основные типы протоколов

Существует несколько стандартных стеков протоколов, разработанных разными фирмами. Протоколы этих стеков выполняют работу, специальную для своего уровня. Однако коммуникационные задачи, которые возложены на сеть, приводят к разделению протоколов на три типа (рис. 6.9): прикладные протоколы; транспортные протоколы и сетевые протоколы. Прикладные протоколы работают на верхнем уровне модели OSI и обеспечивают взаимодействие приложений и обмен данными между ними. Транспортные протоколы поддерживают сеансы связи между компьютерами и гарантируют надежный обмен данными между ними. Сетевые протоколы обеспечивают услуги связи. Эти протоколы управляют: адресацией, маршрутизацией, проверкой ошибок и запросами на повторную передачу.

6.6.Наиболее распространенные стеки протоколов

Наиболее популярными в настоящее время являются стеки протоколов: TCP/IP разработанный более 20 лет назад по заказу МО США; IPX/SPX фирмы Novell и NETBEUI/NetBIOS фирмы IBM. 1.Стек TCP/IP включает в себя два основных протокола: -TCP (Transmission Control Protocol) - протокол для гарантированной доставки данных, разбитых на последовательность фрагментов. Соответствует транспортному уровню. -IP (Internet Protocol) - протокол для передачи пакетов, относится к разряду сетевых протоколов. Стек TCP/IP является промышленным стандартным набором протоколов, которые обеспечивают связь в неоднородной среде, т. е. обеспечивают совместимость между компьютерами разных типов. Кроме того, TCP/IP: -представляет доступ к ресурсам Интернет; -поддерживает маршрутизацию и обычно используется в качестве межсетевого протокола. Благодаря своей популярности TCP/IP стал стандартом де-факто для межсетевого взаимодействия. К другим специально созданным для стека TCP/IP протоколам относятся: SMTP (Simple Mail Protocol): - электронная почта; FTP (File Transfer Protocol) - обмен файлами между ЭВМ и др. Эти протоколы относятся к разряду прикладных протоколов. 2.Стек IPX / SPX (Novell) включает: -IPX (Internetwork Packet Exchange) - протокол межсетевой передачи пакетов, соответствует транспортному уровню и определяет формат передаваемых по сети кадров. На уровне IPX рабочие станции обмениваются блоками данных без подтверждения. -SPX (Sequenced Packet Exchange) - протокол последовательного обмена пакетами. Соответствует сетевому уровню. Перед началом обмена РС устанавливают между собой связь. На уровне протокола SPX гарантирована доставка передаваемых по сети кадров. При необходимости выполняются повторные передачи. Стек IPX / SPX поддерживает маршрутизацию и используется в сетях Novell. 3.Протокол NetBIOS (Network Basic Input/Output System) - базовая система ввода/вывода. Предназначен для передачи данных между РС, выполняет функции сетевого, транспортного и сеансового уровней. Этот протокол предоставляет программам средства осуществления связи с другими сетевыми программами. NetBEIU - расширенный интерфейс NetBIOS - небольшой быстрый и эффективный протокол транспортного уровня, который поставляется со всеми сетевыми продуктами Microsoft. Основной недостаток - он не поддерживает маршрутизацию. NWLink - реализация IPX / SPX фирмой Microsoft. Это транспортный маршрутизируемый протокол.

6.7.Сетевые службы и протоколы

6.8.Привязка протоколов

Процесс, который называется привязкой, позволяет с достаточной гибкостью настраивать сеть, т. е. сочетать протоколы и платы сетевых адаптеров, как того требует ситуация. Так, например, Ваш компьютер является членом рабочей группы одноранговой сети на базе Windows 95, и обмен данными осуществляется по протоколу NetBEIU. Если помимо этого Вам необходим доступ на сервер Вашей организации, работающей под управлением Novell NetWare, то первое, что необходимо сделать - установить на Вашем компьютере соответствующий протокол - IPX/SPX. Таким образом, два стека протоколов должны быть привязаны к одной плате сетевого адаптера - NetBEUT и IPX/SPX. При подключении к глобальной сети Интернет на Вашем компьютере дополнительно должен быть установлен еще один протокол TCP/IP. Порядок привязки определяет очередность, с которой операционная система выполняет программы. Если с одной платой СА связано несколько протоколов, то порядок привязки определяет очередность, с которой будут использоваться протоколы при попытках установить соединение. Обычно привязку выполняют при установке ОС или добавлении и настройке протокола. Например, если TCP/IP - первый протокол в списке привязки, то именно он будет использоваться при попытке установить связь. Если попытка неудачна, то компьютер попытается установить соединение, используя следующий по порядку протокол в списке привязки. Привязка (binding) не ограничивается установкой соответствия стека протокола плате СА. Стек протокола должен быть привязан к компонентам, уровень которых и выше, и ниже его уровня. Так, TCP/IP наверху может быть привязан к сеансовому уровню NetBIOS, а внизу - к драйверу платы СА. Драйвер, в свою очередь, привязан к плате СА.

6.9.Передача данных по сети

Сетевой уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с различными принципами передачи информации между конечными узлами.

Функции сетевого уровня:

- доставка данных между сетями

- выбор наилучшего пути в соответствии с критерием передачи данных.

- управление потоком данных для предотвращения перегрузок

- согласование разных технологий на межсетевом уровне

Протоколы сетевого уровня:

- IPX ( Internetwork Packet Exchange , протокол межсетевого обмена ).

- CLNP (сетевой протокол без организации соединений).

Маршрутизатор (router) – это совокупность определенного числа портов, каждому из которых подсоединяется определенная подсеть, при этом каждый порт рассматривается, как отдельный полноценный узел, соответствующей подсети.

Маршрутизатор выполняет некоторые функции моста, такие анализ топологии, фильтрация и пересылка пакетов. Однако, в отличие от мостов, маршрутизаторы могут направлять пакеты в конкретные сети, анализировать сетевой трафик и быстро адаптироваться к изменениям сети.

Маршрутизаторы реализовывают функцию маршрутизации, на основании той информации, которая находится в таблице маршрутизации.

Таблицы и протоколы маршрутизации

Базы данных используются маршрутизаторами для хранения информации об адресах узлов и состоянии сети. Базы данных таблиц маршрутизации содержат адреса других маршрутизаторов. Маршрутизаторы, настроенные на динамическую маршрутизацию, автоматически обновляют эти таблицы, регулярно обмениваясь адресами с другими маршрутизаторами. Также маршрутизаторы обмениваются сведениями о сетевом трафике, топологии сети и состоянии сетевых каналов. Каждый маршрутизатор хранить эту информацию в базе данных состояния сети.

При получении пакета маршрутизатор анализирует протокольный адрес на значения, например, IP-адрес в пакете протокола TCP/IP. Направление пересылки определяется на основании используемой метрики, т. е. с учетом информации о состоянии сети и количестве ретрансляций, необходимых для передачи пакета целевому узлу. Маршрутизаторы, работающие только с одним протоколом (например, с TCP/IP), поддерживают лишь одну базу данных адресов. Многопротокольный маршрутизатор имеет базу адресов для каждого поддерживаемого протокола (к примеру, базы данных для сетей TCP/IP и IPX/SPX).

Для взаимодействия между маршрутизаторами, находящимися в локальной системе обычно применяются два протокола: RIP и OSPF.

RIP протокол

Маршрутизаторы используют Routing Information Protocol (RIP) для определения минимального количества ретрансляций между ними и другими маршрутизаторами, после чего эта информация добавляется в таблицу каждого маршрутизатора. После этого сведения о количестве ретрансляций используются для нахождения наилучшего маршрута для пересылки пакета.

Достоинства:

- простота конфигурирования.

- Наличие жесткого ограничения на размер сети, протокол R I P может быть использован в сети, в которой не более чем 15 маршрутизаторами.

- Каждый RIP-маршрутизатор по умолчанию вещает в сеть свою полную таблицу маршрутизации раз в 30 секунд, довольно сильно нагружая низкоскоростные линии связи.

Описание работы протокола

1. Маршрутизаторы обмениваются hello-пакетами через все интерфейсы, на которых активирован OSPF. Маршрутизаторы, разделяющие общий канал передачи данных, становятся соседями, когда они приходят к договоренности об определённых параметрах, указанных в их hello-пакетах.

2. На следующем этапе работы протокола маршрутизаторы будут пытаться перейти в состояние смежности с маршрутизаторами, находящимися с ним в пределах прямой связи (на расстоянии одного хопа). Переход в состояние смежности определяется типом маршрутизаторов, обменивающихся hello-пакетами, и типом сети, по которой передаются hello-пакеты. OSPF определяет несколько типов сетей и несколько типов маршрутизаторов. Пара маршрутизаторов, находящихся в состоянии смежности, синхронизирует между собой базу данных состояния каналов.

3. Каждый маршрутизатор посылает объявление о состоянии канала маршрутизаторам, с которыми он находится в состоянии смежности.

4. Каждый маршрутизатор, получивший объявление от смежного маршрутизатора, записывает передаваемую в нём информацию в базу данных состояния каналов маршрутизатора и рассылает копию объявления всем другим смежным с ним маршрутизатором.

5. Рассылая объявления через зону, все маршрутизаторы строят идентичную базу данных состояния каналов маршрутизатора.

6. Когда база данных построена, каждый маршрутизатор использует алгоритм Дейкстры для вычисления графа без петель, который будет описывать кратчайший путь к каждому известному пункту назначения с собой в качестве корня. Этот граф— дерево кратчайших путей.

7. Каждый маршрутизатор строит таблицу маршрутизации из своего дерева кратчайших путей.

ARP ( Address Resolution Protocol — протокол определения адреса) — протокол сетевого уровня, предназначенный для определения MAC-адреса по известному IP-адресу .

Принцип работы.

1. Узел, которому нужно выполнить отображение IP-адреса на локальный адрес, формирует ARP запрос, вкладывает его в кадр протокола канального уровня, указывая в нем известный IP-адрес, и рассылает запрос широковещательно.

2. Все узлы локальной сети получают ARP запрос и сравнивают указанный там IP-адрес с собственным.

3. В случае их совпадения узел формирует ARP-ответ, в котором указывает свой IP-адрес и свой локальный адрес и отправляет его уже направленно, так как в ARP запросе отправитель указывает свой локальный адрес.

Преобразование адресов выполняется путем поиска в таблице. Эта таблица, называемая ARP-таблицей, хранится в памяти и содержит строки для каждого узла сети. В двух столбцах содержатся IP- и Ethernet-адреса. Если требуется преобразовать IP-адрес в Ethernet-адрес, то ищется запись с соответствующим IP-адресом.

Таблица маршрутизации.

Методы построения таблицы маршрутизации.

- Статическая маршрутизация. Все маршруты прописываются и изменяются администратором системы вручную. Это самый простой способ организации маршрутизации. Однако он подходит только для небольших сетей, изменения в структуре которых происходят достаточно редко.

- Динамическая маршрутизация. Построение таблицы маршрутизации осуществляется посредством специальных протоколов маршрутизации. Участие администратора в этом процессе минимально и сводится к изначальной конфигурации маршрутизаторов.

Cтек протоколов TCP/IP широко распространен. Он используется в качестве основы для глобальной сети интернет. Разбираемся в основных понятиях и принципах работы стека.

Основы TCP/IP

Стек протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol, протокол управления передачей/протокол интернета) — сетевая модель, описывающая процесс передачи цифровых данных. Она названа по двум главным протоколам, по этой модели построена глобальная сеть — интернет. Сейчас это кажется невероятным, но в 1970-х информация не могла быть передана из одной сети в другую, с целью обеспечить такую возможность был разработан стек интернет-протоколов также известный как TCP/IP.

Разработкой этих протоколов занималось Министерство обороны США, поэтому иногда модель TCP/IP называют DoD (Department of Defence) модель. Если вы знакомы с моделью OSI, то вам будет проще понять построение модели TCP/IP, потому что обе модели имеют деление на уровни, внутри которых действуют определенные протоколы и выполняются собственные функции. Мы разделили статью на смысловые части, чтобы было проще понять, как устроена модель TCP/IP:

Уровневая модель TCP/IP

Три верхних уровня — прикладной, транспортный и сетевой — присутствуют как в RFC, так и у Таненбаума и других авторов. А вот стоит ли говорить только о канальном или о канальном и физическом уровнях — нет единого мнения. В RFC они объединены, поскольку выполняют одну функцию. В статье мы придерживаемся официального интернет-стандарта RFC и не выделяем физический уровень в отдельный. Далее мы рассмотрим четыре уровня модели.

Канальный уровень (link layer)

Предназначение канального уровня — дать описание тому, как происходит обмен информацией на уровне сетевых устройств, определить, как информация будет передаваться от одного устройства к другому. Информация здесь кодируется, делится на пакеты и отправляется по нужному каналу, т.е. среде передачи.

Этот уровень также вычисляет максимальное расстояние, на которое пакеты возможно передать, частоту сигнала, задержку ответа и т.д. Все это — физические свойства среды передачи информации. На канальном уровне самым распространенным протоколом является Ethernet, но мы рассмотрим его на примере в конце статьи.

Межсетевой уровень (internet layer)

Каждая индивидуальная сеть называется локальной, глобальная сеть интернет позволяет объединить все локальные сети. За объединение локальных сетей в глобальную отвечает сетевой уровень. Он регламентирует передачу информации по множеству локальных сетей, благодаря чему открывается возможность взаимодействия разных сетей.

Межсетевое взаимодействие — это основной принцип построения интернета. Локальные сети по всему миру объединены в глобальную, а передачу данных между этими сетями осуществляют магистральные и пограничные маршрутизаторы.

Маска подсети и IP-адреса

Маска подсети помогает маршрутизатору понять, как и куда передавать пакет. Подсетью может являться любая сеть со своими протоколами. Маршрутизатор передает пакет напрямую, если получатель находится в той же подсети, что и отправитель. Если же подсети получателя и отправителя различаются, пакет передается на второй маршрутизатор, со второго на третий и далее по цепочке, пока не достигнет получателя.

Протокол интернета — IP (Internet Protocol) используется маршрутизатором, чтобы определить, к какой подсети принадлежит получатель. Свой уникальный IP-адрес есть у каждого сетевого устройства, при этом в глобальной сети не может существовать два устройства с одинаковым IP. Он имеет два подвида, первым был принят IPv4 (IP version 4, версии 4) в 1983 году.

IPv4 предусматривает назначение каждому устройству 32-битного IP-адреса, что ограничивало максимально возможное число уникальных адресов 4 миллиардами (2 32 ). В более привычном для человека десятичном виде IPv4 выглядит как четыре блока (октета) чисел от 0 до 255, разделенных тремя точками. Первый октет IP-адреса означает его класс, классов всего 4: A, B, C, D.

IPv6 имеет вид восьми блоков по четыре шестнадцатеричных значения, а каждый блок разделяется двоеточием. IPv6 выглядит следующим образом:

Так как IPv6 адреса длинные, их разрешается сокращать по следующим правилам: ведущие нули допускается опускать, например в адресе выше :00FF: позволяется записывать как :FF:, группы нулей, идущие подряд тоже допустимо сокращать и заменять на двойное двоеточие, например, 2DAB:FFFF::01AA:00FF:DD72:2C4A. Допускается делать не больше одного подобного сокращения в адресе IPv6.

IP предназначен для определения адресата и доставки ему информации, он предоставляет услугу для вышестоящих уровней, но не гарантирует целостность доставляемой информации.

ICMP и IGMP

ICMP никогда не вызывается сетевыми приложениями пользователя, кроме случаев диагностики сети, к примеру, пинг (ping) или traceroute (tracert). ICMP не передает данные, это отличает его от транспортных TCP и UDP, расположенных на L3, которые переносят любые данные. ICMP работает только с IP четвертой версии, с IPv6 взаимодействует ICMPv6.

Сетевые устройства объединяются в группы при помощи IGMP, используемый хостами и роутерами в IPv4 сетях. IGMP организует multicast-передачу информации, что позволяет сетям направлять информацию только хостам, запросившим ее. Это удобно для онлайн-игр или потоковой передаче мультимедиа. IGMP используется только в IPv4 сетях, в сетях IPv6 используется MLD (Multicast Listener Discovery, протокол поиска групповых слушателей), инкапсулированный в ICMPv6.

Транспортный уровень (transport layer)

Постоянные резиденты транспортного уровня — протоколы TCP и UDP, они занимаются доставкой информации.

TCP (протокол управления передачей) — надежный, он обеспечивает передачу информации, проверяя дошла ли она, насколько полным является объем полученной информации и т.д. TCP дает возможность двум хостам производить обмен пакетами через установку соединения. Он предоставляет услугу для приложений, повторно запрашивает потерянную информацию, устраняет дублирующие пакеты, регулируя загруженность сети. TCP гарантирует получение и сборку информации у адресата в правильном порядке.

UDP (протокол пользовательских датаграмм) — ненадежный, он занимается передачей автономных датаграмм. UDP не гарантирует, что всех датаграммы дойдут до получателя. Датаграммы уже содержат всю необходимую информацию, чтобы дойти до получателя, но они все равно могут быть потеряны или доставлены в порядке отличном от порядка при отправлении.

UDP обычно не используется, если требуется надежная передача информации. Использовать UDP имеет смысл там, где потеря части информации не будет критичной для приложения, например, в видеоиграх или потоковой передаче видео. UDP необходим, когда делать повторный запрос сложно или неоправданно по каким-то причинам.

Протоколы L3 не интерпретируют информацию, полученную с верхнего или нижних уровней, они служат только как канал передачи, но есть исключения. RSVP (Resource Reservation Protocol, протокол резервирования сетевых ресурсов) может использоваться, например, роутерами или сетевыми экранами в целях анализа трафика и принятия решений о его передаче или отклонении в зависимости от содержимого.

Прикладной уровень (application layer)

В модели TCP/IP отсутствуют дополнительные промежуточные уровни (представления и сеансовый) в отличие от OSI. Функции форматирования и представления данных делегированы библиотекам и программным интерфейсам приложений (API) — своего рода базам знаний. Когда службы или приложения обращаются к библиотеке или API, те в ответ предоставляют набор действий, необходимых для выполнения задачи и полную инструкцию, каким образом эти действия нужно выполнять.

Зачем нужен порт и что означает термин сокет

IP присваивается каждому компьютеру межсетевым уровнем, но обмен данными происходит не между компьютерами, а между приложениями, установленными на них. Чтобы получить доступ к тому или иному сетевому приложению недостаточно только IP, для идентификации приложений применяют порты. Комбинация IP-адреса и порта называется сокетом или гнездом (socket). Поэтому обмен информацией происходит между сокетами. Нередко слово сокет употребляют как синоним для хоста или пользователя, также сокетом называют гнездо подключения процессора.

Из привилегий у приложений на прикладном уровне можно выделить наличие собственных протоколов для обмена данными, а также фиксированный номер порта для обращения к сети. Администрация адресного пространства интернет (IANA), занимающаяся выделением диапазонов IP-адресов, отвечает еще за назначение сетевым приложениям портов.

Процесс, кодирования данных на прикладном уровне, передача их на транспортном, а затем на межсетевом и, наконец, на канальном уровне называется инкапсуляцией данных. Обратная передача битов информации по иерархии, с канального на прикладной уровни, называют декапсуляцией. Оба процесса осуществляются на компьютерах получателя и отправителя данных попеременно, это позволяет долго не удерживать одну сторону канала занятой, оставляя время на передачу информации другому компьютеру.

Стек протоколов, снова канальный уровень

После ознакомления с уровневой структурой модели становится понятно, что информация не может передаваться между двумя компьютерами напрямую. Сначала кадры передаются на межсетевой уровень, где компьютеру отправителя и компьютеру получателя назначается уникальный IP. После чего, на транспортном уровне, информация передается в виде TCP-фреймов либо UDP-датаграмм.

На каждом этапе, подобно снежному кому, к уже имеющейся информации добавляется служебная информация, например, порт на прикладном уровне, необходимый для идентификации сетевого приложения. Добавление служебной информации к основной обеспечивают разные протоколы — сначала Ethernet, поверх него IP, еще выше TCP, над ним порт, означающий приложение с делегированным ему протоколом. Такая вложенность называется стеком, названным TCP/IP по двум главным протоколам модели.

Point-to-Point протоколы

Отдельно расскажем о Point-to-Point (от точки к точке, двухточечный) протоколе также известном как PPP. PPP уникален по своим функциям, он применяется для коммуникации между двумя маршрутизаторами без участия хоста или какой-либо сетевой структуры в промежутке. При необходимости, PPP обеспечивает аутентификацию, шифрование, а также сжатие данных. Он широко используется при построении физических сетей, например, кабельных телефонных, сотовых телефонных, сетей по кабелю последовательной передачи и транк-линий (когда один маршрутизатор подключают к другому для увеличения размера сети).

У PPP есть два подвида — PPPoE (PPP по Ethernet) и PPPoA (PPP через асинхронный способ передачи данных — ATM), интернет-провайдеры часто их используют для DSL соединений.

PPP и его старший аналог SLIP (протокол последовательной межсетевой связи) формально относятся к межсетевому уровню TCP/IP, но в силу особого принципа работы, иногда выделяются в отдельную категорию. Преимущество PPP в том, что для установки соединения не требуется сетевая инфраструктура, а необходимость маршрутизаторов отпадает. Эти факторы обуславливают специфику использования PPP протоколов.

Заключение

Стек TCP/IP регламентирует взаимодействие разных уровней. Ключевым понятием в здесь являются протоколы, формирующие стек, встраиваясь друг в друга с целью передать данные. Рассмотренная модель по сравнению с OSI имеет более простую архитектуру.

Сама модель остается неизменной, в то время как стандарты протоколов могут обновляться, что еще дальше упрощает работу с TCP/IP. Благодаря всем преимуществам стек TCP/IP получил широкое распространение и использовался сначала в качестве основы для создания глобальной сети, а после для описания работы интернета.

Читайте также: