Глава 1

______________________________________________________________________________

Глава 1

БАЗОВЫЕ ПРОТОКОЛЫ ИНТЕРНЕТ

1.1. Упрощенная архитектура сети Интернет

Интернет (Internet)– это глобальная информационная система, которая

•логически связана единым адресным пространством;

•может поддерживать соединения с коммутацией пакетов на основе семейства специализированных протоколов;

•предоставляет услуги высокого уровня.

В Интернет приняты следующие определения.

Узел (Node) – любой сетевой элемент, имеющий хотя бы один сетевой адрес (IPадрес). Примеры узла: оконечное устройство (хост), маршрутизатор, шлюз.

Хост (Host) – конечный узел, который является либо источником, либо получателем информации, либо тем и другим одновременно. Примеры хоста: компьютер (PC), сервер (Server), принтер (Printer). Как правило, имеет не более одного физического интерфейса.

Маршрутизатор (Router, R) – узел, который ретранслирует пакеты между интерфейсами в соответствии с сетевым адресом. Имеет не менее двух физических интерфейсов. Иногда маршрутизатор называют шлюзом.

Шлюз (Gateway, GW) – узел, связывающий протоколы или каналы связи с различной технологией, например, сеть коммутации каналов и сеть коммутации пакетов.

Модуль (Module) – программно-аппаратное средство, входящее в состав узла и реализующее определенную функцию (протокол). Может одновременно входить в состав другого модуля. Примеры модуля: модуль IP, модуль ICMP.

Интерфейс (Interface) – перечень соглашений между передающей и приемной сторонами об уровне и форме сигналов, размерах сообщений, способах контроля ошибок и т.д., обеспечивающий взаимодействие различных модулей.

Протокол (Protocol) – формальное описание набора правил, которые управляют обменом информацией между узлами сети.

Порт (Port) – 1) интерфейс межсетевого взаимодействия на физическом уровне. Может иметь закрепленный за ним сетевой адрес. Примеры портов: E1, T1, E3, T3. 2)Идентификатор процесса (сетевого приложения) верхнего уровня, который взаимодействует с нижележащими уровнями.

Коммутационное устройство – аппаратное средство, осуществляющее соединение узлов по запросу. Примеры коммутационных устройств: коммутатор (Switch), маршрутизатор (Router).

Локальная сеть (Local Network) – небольшая группа узлов, связанная единым адресным пространством. Примеры локальных сетей: Ethernet, Token Ring.

Пакет (Packet) – структурированная информация, имеющая IP-адрес и полезную нагрузку.

Типичный на сегодня доступ абонента в Интернет через телефонную сеть общего пользования (ТФОП) показан на рис. 1.1. Абонент автоматической телефонной станции (АТС) должен купить у провайдера сети Интернет (Internet Service Provider – ISP) карту с предоплатой, в которой указан телефонный номер провайдера для доступа в Интернет, имя пользователя (User ID) и пароль (Password). Эти данные абонент должен ввести в персональный компьютер. При установлении модемного соединения на телефонный номер провайдера компьютер соединится с сервером сетевого доступа

11

Ю.Ф.Кожанов, Колбанев М.О ИНТЕРФЕЙСЫ И ПРОТОКОЛЫ СЕТЕЙ СЛЕДУЮЩЕГО ПОКОЛЕНИЯ

______________________________________________________________________________

(Network Access Server, NAS), который запросит у компьютера имя и пароль. Компьютер автоматически вернет ему запрошенную информацию. После этого NAS запросит те же данные (имя и пароль) у сервера аутентификации, авторизации и учета

(Authentication, Authorization, Accounting) и сравнит данные имени и пароля,

полученные от абонента и от ААА-сервера. В случае их совпадения NAS откроет домашнюю страничку провайдера и начнет обслуживание запросов абонента. Для реализации запроса может потребоваться соединение через магистральную сеть (Backbone Network), которая использует высокоскоростные (от 622 Мбит/с до 1.28 Гбит/с) каналы связи и высокопроизводительные маршрутизаторы (R) для объединения зоновых сетей различных провайдеров.

R R

R R

Магистральная сеть

(Backbone Network)

R AAA

Провайдер услуг Интернет

(Internet Service Provider – ISP)

Рис. 1.1. Схема доступа абонента ТФОП в Интернет

12

______________________________________________________________________________

1.2. Модель OSI. Понятие об интерфейсах и протоколах.

Рекомендация ITU-T X.200

Организация взаимодействия между элементами сети является сложной задачей, поэтому ее разбивают на несколько более простых задач. Решение каждой простой задачи внутри элемента сети производит модуль, каждый из модулей связан с одним или несколькими другими модулями. Решение сложной задачи подразумевает определенный порядок следования решения простых задач, при котором образуется многоуровневая иерархическая структура (рис. 1.2).

Обмен информацией между модулями происходит на основе определенных соглашений, которые называются интерфейсом. При передаче сообщения модуль верхнего уровня решает свою часть задачи, а его результат, понятный только ему, оформляет в виде дополнительного поля к исходному сообщению и передает измененное сообщение на дообслуживание в нижележащий уровень. Этот процесс называется инкапсуляцией. С другой стороны, при приеме сообщения нижележащий уровень после обработки своей части сообщения удаляет его и оставшееся сообщение передает вышележащему уровню. Таким образом, интерфейс определяет формат, физические и электрические свойства сигналов обмена между модулями различных уровней, а протокол – описывает логические процедуры по обработке сообщения удаленному узлу сети равного уровня. Рекомендация ITU-T X.200 описывает семиуровневую модель взаимодействия открытых систем (ВОС, OSI – Open System Interconnection). Наименование уровней и распределение функций между ними следующее.

Физический уровень (Physical Layer) обеспечивает побитную транспортировку кадров (часто называемый пакетом) между узлами по требуемой физической среде передачи (металлический кабель, оптоволоконная линия связи, радиоканал).

На канальном уровне (Data Link Layer) реализуются механизмы обнаружения и коррекции ошибок, возникающих в канале связи между узлами. Для этого пакет, поступающий с вышележащего (сетевого) уровня, преобразуется в кадр, т.е. дополняется контрольной суммой и обрамляется специальной последовательностью “Флаг”, позволяющей определить начало и конец кадра. На приеме “Флаги” отбрасываются, и снова вычисляется контрольная сумма. Если вычисленная контрольная сумма совпадает с суммой, принятой из кадра, то кадр считается правильным и в виде пакета передается на сетевой уровень, а на передающую сторону высылается квитирующий кадр. В случае искажения или пропажи кадра квитирующий кадр не высылается и передающая сторона через некоторый промежуток времени возобновляет повторную передачу. Поскольку к узлу (например, маршрутизатору) обычно подключено несколько каналов связи с различными технологиями передачи кадра, то для каждой технологии передачи канальный уровень добавляет к пакету соответствующее дополнительное поле. Сетевому уровню поставляются пакеты единообразного вида.

Сетевой уровень (Network Layer) служит для образования сквозной транспортной системы между оконечными устройствами пользователя через все промежуточные сети связи – “из конца в конец”. Чтобы передать пакет средства сетевого уровня собирают информацию о топологии сетевых соединений и используют ее для выбора наилучшего пути. Каждый пакет содержит адрес получателя, который состоит из старшей части – номера сети и младшей – номера компьютера (узла) в этой сети. Все компьютеры одной сети имеют один и тот же номер сети, т.е. сеть – это совокупность компьютеров, сетевой адрес которых содержит один и тот же номер сети.

Транспортный уровень (Transport Layer) определяет правила транспортировки пакетов по сети. Эти правила позволяют взаимодействовать с удаленной стороной в

13