Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сетевые средства операционных систем. Учебное пособие
.pdf
Ларина Т.Б. Сетевые средства операционных систем
21
Для этого приложение использует соответствующий системный
вызов API, который обращается к прикладному уровню (уровень 7)
стека протоколов в операционной системе компьютера 1.
Рис. 1-6. Механизм передачи удаленного программного запроса
Ларина Т.Б. Сетевые средства операционных систем
22
Например, обращение производится к файловой службе
удаленного доступа, работающей на этом уровне. На основание этого
запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует
сообщение определенного формата, которое в конечном счете должно
поступить Приложению В компьютера 2.
Далее этому сообщению предстоит опуститься по всей иерархии
уровней стека протоколов на компьютере-отправителе до физического
уровня и затем подняться по иерархии стека протоколов до
прикладного уровня на компьютере-получателе.
Прикладной уровень добавляет к сообщению свой заголовок и
отправляет расширенное сообщение на уровень ниже по стеку
протоколов – на уровень представления. «Заголовок» – это служебная
информация для соответствующего уровня стека протоколов
компьютера – получателя.
Уровень представления на основании информации из заголовка
выполняет необходимые действия, добавляет к сообщению свой
заголовок и отправляет уровнем ниже – сеансовому уровню и так
далее. Прежде, чем сообщение достигнет нижнего физического
уровня, оно обрастет заголовками всем уровней. Физический уровень
отправляет сообщение собственно по сети.
Когда сообщение поступит во входной интерфейс компьютера 2
и будет принято физическим уровнем стека протоколов, оно начнет
перемещаться по уровням вверх.
Каждый уровень анализирует заголовок своего уровня,
выполняет соответствующие функции, удаляет заголовок из
сообщения и передает сообщение уровнем выше.
Важно! Программные протоколы одного уровня не общаются
друг с другом напрямую. Только через посредников – протоколы
нижележащих уровней.
Уровни модели OSI
Протоколы четырех нижних уровней (физический, канальный,
сетевой и транспортный) называют сетевым транспортом, поскольку
они решают задачу транспортировки сообщения с заданным уровнем
Ларина Т.Б. Сетевые средства операционных систем
23
надежности в составных сетях с произвольной топологией и
различными канальными технологиями.
Протоколы трех верхних уровней (сеансовый, представления и
прикладной) предназначены для предоставления приложениям
прикладных сервисов.
Физический уровень (1) связан с передачей потока битов по
физическим каналам связи: коаксиальному кабелю, витой паре или
оптоволоконному каналам. На этом уровне определяются физические
аспекты передачи цифровых сигналов по линии связи. К ним
относятся: напряжение, частота, природа, способ передачи двоичной
информации по физическому носителю, вплоть до размеров и формы
используемых разъемов.
Со стороны компьютера функции физического уровня
выполняются сетевым адаптером (сетевой картой) или
последовательным портом. На физическом уровне работают
следующие сетевые устройства: сетевые концентраторы, повторители
(ретрансляторы) сигнала и медиаконверторы.
Канальный уровень (2) отвечает за передачу данных по
физическому уровню между узлами сети. Он же обеспечивает
обнаружение и коррекцию ошибок. Единица обмена данными на
канальном уровне называется «кадром». Существуют различные
технологии канального уровня, которые отличаются форматами
кадров и логикой работы протоколов - Ethernet, FDDI, Token Ring
ATM, Frame Relay. Сетевое оборудование, работающее на канальном
уровне - это мосты, коммутаторы и маршрутизаторы (роутеры).
Важнейшая информация, которую канальный уровень добавляет
в пакет данных, полученный из сетевого уровня, для передачи в сеть –
это адрес узла назначения. В локальных сетях такой адрес называют
МАС-адресом.
Шестибайтный МАС-адрес однозначно идентифицирует
сетевой интерфейс компьютера. МАС-адрес встраивается в
интерфейсную аппаратуру изготовителем, его можно посмотреть
командой ipconfig /all.
Протоколы канального уровня поддерживаются в компьютере
сетевыми адаптерами и их программными драйверами. В сетевых
Ларина Т.Б. Сетевые средства операционных систем
24
операционных системах всегда имеется программный интерфейс
взаимодействия канального и сетевого уровней между собой.
Примеры таких интерфейсов: ODI, NDIS.
Сетевой уровень (3) предназначен для объединения нескольких
сетей, в том числе с различными технологиями канального уровня, в
составную сеть. На сетевом уровне решается вопрос адресации узлаполучателя в масштабах составной сети.
Сетевой уровень снабжает передаваемый пакет уникальным
«сетевым адресом» узла-получателя. Сетевые адреса обычно
являются иерархическими, то есть состоят из адреса сети и адреса узла
в пределах этой сети.
Важной задачей сетевого уровня является определение
маршрута следования пакета к узлу-получателю в составной сети. На
сетевом уровне также решается задача создания барьеров для
нежелательного трафика между сетями.
Функции сетевого уровня реализуются группой протоколов и
специальными устройствами – маршрутизаторами, которые
обеспечивают физическое соединение сетей.
Маршрутизатор имеет несколько сетевых интерфейсов, к
каждому из которых может быть подключена одна сеть. В
программное обеспечение маршрутизаторов входят протоколы
сетевого уровня, в том числе протоколы маршрутизации, на основании
которых выбирается маршрут доставки пакета.
Транспортный уровень (4) обеспечивает доставку данных с
необходимой степенью качества для вышележащих уровней:
прикладного, представления и сеансового.
Моделью OSI предусмотрено пять классов транспортного
сервиса: от низшего 0 до высшего 4. Они отличаются качеством
доставки: срочностью, возможностью восстановления прерванной
связи, а также способностью к обнаружению и исправлению ошибок
при передаче пакетов. В наиболее развитых протоколах транспортного
уровня используется установление предварительного логического
соединения, контроль доставки по контрольным суммам, установление
тайм-аутов доставки и другие способы повышения надежности.
Ларина Т.Б. Сетевые средства операционных систем
25
Сеансовый уровень (5) координирует взаимодействие процессаотправителя и процесса-получателя. Его основная задача –
предоставить средства синхронизации взаимодействующих процессов.
Средства синхронизации позволяют создавать контрольные точки при
передаче больших объемов информации. В случае сбоя в работе сети
передачу данных можно возобновить с последней контрольной точки,
а не начинать заново. На практике этот уровень редко реализуется в
виде самостоятельного протокола. Обычно, его объединяют с
функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.
Уровень представления (6) отвечает за форму представления
данных. Он обеспечивает представление передаваемой по сети
информации, не меняя при этом ее содержания. На этом уровне
перекодируется текстовая и графическая информация из одного
формата в другой, выполняется ее сжатие и распаковка, шифрование и
декодирование. Благодаря средствам уровня представления,
прикладные уровни могут преодолеть различия в кодировках
символьной информации (например, ASCII- коды или EBCDIC-коды).
Примером протокола уровня представления является протокол
SSL, который обеспечивает «секретный» обмен сообщениями для
протоколов прикладного уровня стека протоколов TCP/IP.
Прикладной уровень (7) служит для организации интерфейса
между пользователем и сетью. На этом уровне реализуются
разнообразные протоколы, с помощью которых пользователи
получают доступ к разделяемым ресурсам.
Все прикладные сетевые сервисы операционных систем
организованы на прикладном уровне стека протоколов. Например,
удаленная передача файлов данных, удаленный терминальный доступ,
почтовая служба и работа Web-браузеров и многое другое.
Стек протоколов TCP/IP
Наиболее популярным семейством протоколов сетевого
взаимодействия, как в глобальных, так и локальных сетях, является
TCP/IP. Он имеет много функциональных преимуществ перед другими
протоколами, особенно при построении сетей с глобальными связями.
Ларина Т.Б. Сетевые средства операционных систем
26
Уровни
OSI
Протоколы
Уровни TCP/IP
7
Http
Ftp
Telnet
SMTP
Рop3
. . .
Прикладной
6
5
4
TCP
UDP
Транспортный
3
IP
ICMP
RIP
OSPF
Сетевой
2
Не регламентируется
Уровень сетевых
интерфейсов
1
Стек протоколов TCP/IP является многоуровневым, но
соответствие его уровней эталонной модели OSI достаточно условно.
В стеке протоколов TCP/IP определены четыре уровня:
прикладной, транспортный, сетевой и уровень сетевого интерфейса.
Рис. 1-7. Соответствие уровней стеков протоколов OSI и
TCP/IP
Прикладной уровень TCP/IP соответствует трем верхним
уровням модели OSI – прикладному, представления и сеансовому. Он
содержит службы и сервисы, которая система предоставляет
пользовательским приложениям.
разнообразных протоколов. На рисунке 1-7 перечислены лишь
некоторые распространенные: протокол передачи файлов FTP,
протокол эмуляции терминала Telnet, протоколы электронной почты
SMTP и POP3, протокол передачи гипертекста HTTP.
вышележащему уровню два типа сервиса:
Protocol) с гарантированной доставкой сообщения;
Protocol) с доставкой по возможности.
За годы использования TCP/IP накопил большое количество
Транспортный уровень стека протоколов TCP/IP предоставляет
протокол управления передачей – TCP (Transmission Control
протокол пользовательских дейтаграмм – UDP (User Data
Ларина Т.Б. Сетевые средства операционных систем
27
Чтобы обеспечить надежную передачу сообщений, протокол
TCP предусматривает предварительное установление логического
соединения с компьютером-приемником. Передача данных начнется
только после получения от компьютера-приемника подтверждения о
соединении.
Рис.1-8. Взаимодействие по протоколу TCP
Протокол UDP является простейшим транспортным
протоколом. Он используется, если задача гарантированной доставки
сообщений не ставится или она решается на более высоком уровне.
Готовность компьютера-приемника этим протоколом не проверяется.
Обычно, так делаются широковещательные рассылки.
Рис.1-9. Взаимодействие по протоколу UDP
Ларина Т.Б. Сетевые средства операционных систем
28
Сетевой уровень стека протоколов TCP/IP обеспечивает
функции, предусмотренные сетевым уровнем эталонной модели. Это
перемещение пакетов в составной сети, полученной объединением
нескольких сетей.
Основным протоколом сетевого уровня является протокол IP
(Internet Protocol) . Он выполняет продвижение пакета в составной сети
от одного маршрутизатора до другого, пока пакет не попадет в сеть
назначения. Протокол IP является дейтаграммным протоколом, он
работает без установления соединения.
К сетевому уровню относят также вспомогательные протоколы
– протоколы маршрутизации RIP, OSPF, BGP. Эти протоколы по
топологии сети определяют возможные маршруты и составляют
таблицы маршрутизации. На основании этой информации протокол IP
перемещает пакеты в нужном направлении.
Уровень сетевых интерфейсов – это нижний уровень стека
протоколов TCP/IP. Его задача существенно упрощена по сравнению с
моделью OSI. На канальном и физическом уровнях модели OSI
реализовались многочисленные функции доступа к среде передачи
данных, формирование кадров, кодирование и т.д., которые составляли
суть таких канальных протоколов, как Ethernet, Token Ring, PPP и
других.
Уровень сетевых интерфейсов в TCP/IP отвечает только за
взаимодействие с технологиями сетей, входящими в составную сеть.
Это взаимодействие упрощенно можно свести к следующему:
упаковка IP-пакета в единицу передаваемых данных для
промежуточной сети
преобразование сетевых адресов в адреса технологии данной
промежуточной сети.
Такой подход делает сеть TCP/IP открытой для включения в нее
любой сети. Разумеется, при условии, что для этой технологии
предусмотрены средства взаимодействия с нижним уровнем стека
TCP/IP. Поэтому уровень сетевого интерфейса TCP/IP не
регламентируется. Он поддерживает все популярные технологии:
Ethernet и его модификации для локальных сетей, Token Ring, FDDI,
для глобальных сетей – SLIP, PPP, X.25, Frame Relay, ATM.
Ларина Т.Б. Сетевые средства операционных систем
29
1.4 Адресация узлов и процессов
Сетевые адреса узлов в стеке протоколов TCP/IP
Пакет информации, передаваемый по сети, должен быть
снабжен адресом узла-получателя. Если взаимодействие
подразумевает двусторонний обмен, то в пакет должен быть включен и
адрес узла-отправителя.
Какова должна быть адресация узлов сети, чтобы она
однозначно идентифицировала каждый компьютерный узел в
разветвленной составной сети?
Очевидно, она должна быть двухуровневой, то есть включать
нумерацию сетей в составной сети и нумерацию узлов в пределах
каждой отдельной сети.
Сетевой адрес узла (или IP-адрес) включает в себя пару
значений: номер сети и номер узла. Сетевой адрес формируется на
сетевом уровне стека протоколов TCP/IP.
Реальной идентификацией узла на физическом уровне является
MAC–адрес его сетевого интерфейса. Для преобразования сетевых
адресов узлов в МАС-адреса узлов и обратно предназначены
протоколы ARP и RARP.
Протокол ARP позволяет получить МАС – адрес узла по
сетевому адресу. Он выполняет широковещательную рассылку всем
компьютерам адресуемой сети со значением IP-адреса. Узел,
опознавший свой IP-адрес, сообщает МАС–адрес ответным кадром.
Протокол RARP используется для обратного преобразования.
Замечание.
Для ускорения работы на каждом узле обычно хранится
таблица соответствия IP-адресов и МАС–адресов. Командой arp/.х
можно посмотреть известные узлу МАС-адреса. Или установить
соответствие между IP и МАС- адресами.
Ларина Т.Б. Сетевые средства операционных систем
30
Класс
Старшие
биты
адреса
Номер
сети
Номер
узла
Диапазон
номеров сети
Макс.
кол-во
сетей
Макс.
кол-во
узлов сети
A 0 х1
х2.х3.х4
1-126
126
2
24
B
10
х1.х2
х2.х4
128.0-191.255
16384
2
16
C
110
х1.х2.х3
х4
192.0.0 –
222.255.255
2097152
2
8
D
1110
х1.х2.х2.х4
-
224.0.0.0 –
239.255.255.255
групповые
адреса
Е
11110
резерв
Формат IP-адреса
32-битный IP-адрес состоит из четырех однобайтных числовых
кодов. Числовые значения отдельных байтов IP-адреса обычно
записывают в десятичном виде («октеты»), разделяя точками.
Например: 172.25.0.17.
Различают следующие классы IP-адресов: А, В, С, D, E.
Понятие «класс» определяет, какие байты в IP-адресе используются
для номера сети, а какие — для номера узла.
Если представить IP-адрес в виде октетов - х1.х2.х3.х4, то
правила закрепления по классам таковы:
сетевыми адресами.
узла – 3 байта. Сетей класса А немного – до 126, зато количество узлов
в сети самое большое – до 16 777 216 (224).
между процессами на локальном компьютере (loop back).
Версия протокола IP6 может работать со 128-разрядными
Классы адресов
В адресах класса А под номер сети отводится 1 байт, под номер
Адреса 127.x1.х2.х3 зарезервированы для тестирования и связи
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]