50. Стек протоколов tcp/ip. Адресация в ip-сетях: понятие ip-адреса, адреса сети, маски подсети, зарезервированные адреса. Маршрутизация в ip-сетях: виды маршрутизации, таблица маршрутизации

IP-адрес (Internet Protocol Address) — уникальный идентификатор (адрес) устройства, подключённого к локальной сети и (или) интернету. IP-адрес представляет собой 32-битовое (по версии IPv4) или 128-битовое (по версии IPv6) двоичное число. Удобной формой записи IP-адреса (IPv4) является запись в виде четырёх десятичных чисел (от 0 до 255), разделённых точками, например, 192.168.0.1 IP-адреса представляют собой основной тип адресов, на основании которых сетевой уровень протокола IP передаёт пакеты между сетями. IP-адрес назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. В случае изолированной сети её адрес может быть выбран администратором из специально зарезервированных для таких сетей блоков адресов. Если же сеть должна работать как составная часть Интернета, то адрес сети выдаётся провайдером либо региональным интернет-регистратором (Regional Internet Registry, RIR).

Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. Маршрутизатор по определению входит сразу в несколько сетей. Поэтому каждый порт маршрутизатора имеет собственный IP-адрес. Конечный узел также может входить в несколько IP-сетей. В этом случае компьютер должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей. Таким образом, IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.

В терминологии сетей TCP/IP маской подсети или маской сети называется битовая маска, определяющая, какая часть IP-адреса узла сети относится к адресу сети, а какая — к адресу самого узла в этой сети. Например, узел с IP-адресом 12.34.56.78 и маской подсети 255.255.255.0 находится в сети 12.34.56.0/24 с длиной префикса 24 бита(24 разряда IP-адреса отводятся под номер сети, а остальные 32 − 24 = 8 разрядов полного адреса — под локальный адрес в этой сети). Зарезервированные адреса. IP-адреса из диапазонов, зарезервированных для локальных сетей:

• 10.0.0.0 — 10.255.255.255 (одна сеть класса A или 16777216 хостов)

• 172.16.0.0 — 172.31.255.255 (шестнадцать сетей класса B или 1048576 хостов )

• 192.168.0.0 — 192.168.255.255 (256 сетей класса C или 65536 хостов)

• сеть 2001:0DB8::/32 в IPv6 — зарезервировано для примеров и документации.

Особые IP-адреса. В протоколе IP существует несколько соглашений об особой интерпретации IP-адресов: 1. если весь IP-адрес состоит только из двоичных нулей, то он обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет; этот режим используется только в некоторых сообщениях ICMP; 2. если все двоичные разряды IP-адреса равны 1, то пакет с таким адресом назначения должен рассылаться всем узлам, находящимся в той же сети, что и источник этого пакета. Такая рассылка называется ограниченным широковещательным сообщением (limited broadcast); 3. если в поле номера узла назначения стоят только единицы, то пакет, имеющий такой адрес, рассылается всем узлам сети с заданным номером сети. Например, в сети 192.190.21.0 с маской 255.255.255.0 пакет с адресом 192.190.21.255 доставляется всем узлам этой сети. Такая рассылка называется широковещательным сообщением (broadcast).

Маршрутизация (англ. Routing) — процесс определения маршрута следования информации в сетях связи. Маршруты могут задаваться административно (статические маршруты), либо вычисляться с помощью алгоритмов маршрутизации, базируясь на информации о топологии и состоянии сети, полученной с помощью протоколов маршрутизации (динамические маршруты).

Статическими маршрутами могут быть:

1. маршруты, не изменяющиеся во времени;

2. маршруты, изменяющиеся по расписанию;

3. маршруты, изменяющиеся по ситуации — административно в момент возникновения стандартной ситуации.

Таблица маршрутизации — электронная таблица, хранящаяся на маршрутизаторе или сетевом компьютере, описывающая соответствие между адресами назначения и интерфейсами, через которые следует отправить пакет данных до следующего маршрутизатора. Является простейшей формой правил маршрутизации. Таблица маршутизации обычно содержит:

1. адрес сети или узла назначения, либо указание, что маршрут является маршрутом по умолчанию;

2. маску сети назначения (для IPv4-сетей маска /32 (255.255.255.255) позволяет указать единичный узел сети);

3. шлюз, обозначающий адрес маршрутизатора в сети, на который необходимо отправить пакет, следующий до указанного адреса назначения;

4. интерфейс (в зависимости от системы это может быть порядковый номер, GUID или символьное имя устройства);

5. метрику — числовой показатель, задающий предпочтительность маршрута. Чем меньше число, тем более предпочтителен маршрут (интуитивно представляется как расстояние).

В таблице может быть один, а в некоторых операционных системах и несколько шлюзов по умолчанию. Такой шлюз используется для сетей для которых нет более конкретных маршрутов в таблице маршрутизации. Типы записей в таблице маршрутизации:

1. маршрут до сети 2. маршрут до компьютера 3. маршрут по умолчанию

Первым источником является программное обеспечение стека TCP/IP. При инициализации маршрутизатора это программное обеспечение автоматически заноситв таблицу несколько записей, в результате чего создается так называемая минимальная таблица маршрутизации. Это, во-первых, записи о непосредственно подключенных сетях и маршрутизаторах по умолчанию, информация о которых появляется в стеке при ручном конфигурировании интерфейсов компьютера или маршрутизатора.

Вторым источником появления записи в таблице является администратор, непосредственно формирующий запись с помощью некоторой системной утилиты, например программы route, имеющейся в операционных системах Unix и Windows NT.

И наконец, третьим источником записей могут быть протоколы маршрутизации, такие как RIP или OSPF. Такие записи всегда являются динамическими, то есть имеют ограниченный срок жизни.

52. Файл-серверная и клиент-серверная архитектуры:

• описание, достоинства и недостатки системы с коллективным использованием файлов;

• системы с архитектурой клиент-сервер: организация, достоинства и недостатки.

а) описание, достоинства и недостатки системы с коллективным использованием файлов;

В файл-серверных СУБД файлы данных располагаются централизованно на файл-сервере. Ядро СУБД располагается на каждом клиентском компьютере. Доступ к данным осуществляется через локальную сеть. Синхронизация чтений и обновлений осуществляется посредством файловых блокировок. Преимуществом этой архитектуры является низкая нагрузка на ЦП сервера, а недостатком — высокая загрузка локальной сети.

Каждый пользователь непосредственно использует информацию и вносит изменения в файлы данных и в индексные файлы. При больших объемах данных и работе во многопользовательском режиме существенно снижается быстродействие – так как чем больше пользователей, тем выше требования к разделению данных. Кроме того, может возникнуть повреждение баз данных. Например, в момент записи в файл может возникнуть сбой сети или авария питания. В этом случае компьютер пользователя прерывает работу, база данных может оказаться поврежденной, а индексный файл - разрушенным. Переиндексация, которую необходимо провести после подобных сбоев, может длиться несколько часов.

Полный отказ от централизованного контроля данных таит в себе ряд серьезных проблем. Проблемы эти состоят уже не в отказе отдельных компонентов системы, а в логике их совместной работы. Каждое из приложений, работающее с общими данными должно придерживаться ряда весьма жестких ограничений и соглашений, обеспечивающих целостность информации при ее модификации различными модулями системы. На контроль целостности данных приходилось весьма существенная доля программного кода системы, вычислительного ресурса клиентских машин и сетевого трафика, и, тем не менее, оставались проблемы, например сбой на клиентской машине в середине выполнения операции мог привести к рассогласованию данных.

На данный момент файл-серверные СУБД считаются устаревшими.

ПЫримеры: Microsoft Access, Paradox, dBase.

б) системы с архитектурой клиент-сервер: организация, достоинства и недостатки.

Клиент-серверная СУБД — СУБД, использующая технологию «клиент-сервер». Клиент-серверная СУБД позволяет обмениваться клиенту и серверу минимально необходимыми объёмами информации. При этом основная вычислительная нагрузка ложится на сервер. Клиент может выполнять функции предварительной обработки перед передачей информации серверу, но в основном его функции заключаются в организации доступа пользователя к серверу.

В большинстве случаев клиент-серверная СУБД гораздо менее требовательна к пропускной способности компьютерной сети, чем файл-серверная СУБД.

Сервер баз данных осуществляет целый комплекс действий по управлению данными. Основными его обязанностями являются:

• выполнение пользовательских запросов на выбор и модификацию данных и метаданных, получаемых от клиентских приложений, функционирующих на персональных компьютерах локальной сети;

• хранение и резервное копирование данных;

• поддержка ссылочной целостности данных согласно определенным в базе данных правилам;

• обеспечение авторизованного доступа к данным на основе проверки прав и привилегий пользователей;

• протоколирование операций и ведение журнала транзакций.

В качестве рабочего места пользователя может быть использован обычный персональный компьютер, что позволяет не отказываться от привычной рабочей среды.

В простейшем случае клиент-серверная информационная система состоит из двух основных компонентов:

• сервера баз данных, управляющего данными и выполняющего запросы клиентских приложений;

• клиентских приложений, предоставляющих интерфейс пользователя и посылающих запросы к серверу.

Одним из важнейших преимуществ архитектуры «клиент-сервер» является снижение сетевого трафика при выполнении запросов.

Вторым преимуществом архитектуры «клиент-сервер» является возможность хранения бизнес-правил (например, правил ссылочной целостности или ограничений на значения данных) на сервере, что позволяет избежать дублирования кода в различных клиентских приложениях, использующих общую базу данных. Кроме того, в этом случае любое редактирование данных, в том числе и редактирование средствами, не предусмотренными разработчиками информационной системы (например, различными утилитами администрирования сервера), может быть произведено только с учетом этих правил. Часть кода, связанного с обработкой данных, также может быть реализована в виде хранимых процедур сервера.

Большинство серверных СУБД поддерживает так называемые роли, представляющие собой совокупность прав на доступ к тем или иным объектам базы данных. В этом случае каждый пользователь может иметь одну или несколько ролей и соответственно определенные в этих ролях привилегии.

Современные серверные СУБД обладают также широкими возможностями резервного копирования и архивации данных, а нередко и оптимизации выполнения запросов. Они также, как правило, предоставляют возможность параллельной обработки данных, особенно в случае использования многопроцессорных компьютеров в качестве сервера баз данных.