olifer_v_g_olifer_n_a_kompyuternye_seti_principy_tehnologii / glava_19

Если процессы представляют собой популярные общедоступные службы, такие как FTP, telnet, HTTP, TFTP, DNS и т. п., то за ними централизовано закрепляются стандартные (назначенные) номера, называемые также общеизвестными номерами портов. Для тех служб, которые еще не стали столь распространенными, чтобы закреплять за ними стандартные номера, номера портов выделяются локальной операционной системой. Такие номера называют динамическими.

Сокетом прикладного процесса называется пара из IP-адреса и номер порта.

TCP решает задачу надежного обмена данными путем установления логических соединений. Соединение однозначно идентифицируется парой сокетов.

TCP-соединение является дуплексным, оно устанавливается в результате переговорного процесса о максимальном размере единицы передачи, максимальном объеме данных, которые можно передавать без получения подтверждения, о начальном порядковом номере байта, с которого начинается отсчет потока данных в рамках данного соединения. При создании соединения ОС выделяет каждой стороне определенные системные ресурсы для организации буферов, таймеров, счетчиков.

Процедура приема протоколами TCP/UDP данных, поступающих от различных прикладных служб, называется мультиплексированием. Обратная процедура распределения протоколом TCP/UDP поступающих от сетевого уровня пакетов между набором высокоуровневых служб называется демультиплексированием. Протокол UDP реализует демультиплексирование с помощью сокетов, a TCP — с помощью соединений.

Для управления потоком в рамках TCP-соединения используется специфический вариант алгоритма скользящего окна. Сторона-получатель передает стороне-отправителю размер окна приема в байтах. При этом она исходит из того, с какой скоростью сможет обрабатывать присылаемые данные. Однако управлять окном приема может и отправитель. Если отправитель фиксирует ненадежную работу линии связи, то он может по собственной инициативе уменьшить окно.

Протоколы маршрутизации генерируют для каждого маршрутизатора согласованные таблицы маршрутизации, то есть такие, которые позволят обеспечить доставку пакета по рациональному маршруту от исходной сети в сеть назначения за конечное число шагов. Для этого маршрутизаторы сети обмениваются специальной информацией о топологии составной сети.

Различают статическую и адаптивную (динамическую) маршрутизацию:

• при статической маршрутизации таблицы составляются и вводятся в память каждого маршрутизатора вручную администратором сети;

• адаптивная (динамическая) маршрутизация обеспечивает автоматическое обновление таблиц маршрутизации после изменения конфигурации сети.

Адаптивные протоколы маршрутизации делятся на две группы, каждая из которых связана с одним из следующих типов алгоритмов:

• в дистанционно-векторных алгоритмах каждый маршрутизатор периодически и широковещательно рассылает по сети вектор, компонентами которого являются расстояния от данного маршрутизатора до всех известных ему сетей;

• алгоритмы состояния связей обеспечивают каждый маршрутизатор информацией, достаточной для построения точного графа связей сети.

Протоколы маршрутизации Интернета делятся на внешние и внутренние. Внешние протоколы (EGP) переносят маршрутную информацию между автономными системами, а внутренние (IGP) применяются только в пределах определенной автономной системы.

Протокол RIP является наиболее старым протоколом маршрутизации сетей TCP/IP. Несмотря на его простоту, определенную простотой дистанционно-векторного алгоритма, RIP успешно работает в небольших сетях с количеством промежуточных маршрутизаторов не более 15.

RIP-маршрутизаторы при выборе маршрута обычно используют самую простую метрику — количество промежуточных маршрутизаторов между сетями, то есть хопов.

В сетях, работающих по протоколу RIP и имеющих петлевидные маршруты, могут наблюдаться достаточно длительные периоды нестабильной работы, когда пакеты «зацикливаются» в маршрутных петлях и не доходят до адресатов. Для борьбы с этими явлениями в RIP-маршрутизаторах предусмотрено несколько приемов (расщепление горизонта, замораживание изменений, триггерные обновления), которые сокращают в некоторых случаях периоды нестабильности.

Протокол OSPF был разработан для эффективной маршрутизации IP-пакетов в больших сетях со сложной топологией, включающей петли. Он основан на алгоритме состояния связей, который устойчив к изменениям топологии сети.

При выборе маршрута OSPF-маршрутизаторы используют метрику, учитывающую пропускную способность составных сетей.

Протокол OSPF разрешает хранить в таблице маршрутизации несколько маршрутов к одной сети, если они обладают равными метриками, что дает возможность маршрутизатору работать в режиме баланса загрузки маршрутов.

Протокол OSPF обладает высокой вычислительной сложностью, поэтому чаще всего работает на мощных аппаратных маршрутизаторах.

Протокол BGPv4 является сегодня протоколом обмена маршрутной информацией между автономными системами Интернета. BGFv4 устойчиво работает при любой топологии связей между автономными системами, что соответствует современной структуре Интернета.

Протокол ICMP играет в сети вспомогательную роль. Он используется для диагностики и мониторинга сети. Так, в основе работы популярных утилит мониторинга IP-сетей ping и tracert лежат ICMP-сообщения.

Вопросы и задания

1. Когда разработчики программного обеспечения предпочитают использовать протокол UDP, а когда TCP?

2. Какой объем данных (с точностью до одного байта) получен в течение ТСР-сеанса отправителем TCP-сегмента, в заголовке которого в поле квитанции помещено значение 1845685? Известно, что первый полученный байт имел номер 50046.

3. Можно ли продвигать IP-пакеты, если в маршрутизаторе отсутствует таблица маршрутизации? Варианты ответов:

• нет, это невозможно;

• можно, если использовать маршрутизацию от источника;

• можно, если в маршрутизаторе задан маршрут по умолчанию.

4. Можно ли обойтись в сети без протоколов маршрутизации?

5. В чем заключаются недостатки дистанционно-векторных протоколов маршрутизации? Варианты ответов:

• интенсивный дополнительный трафик в крупных сетях;

• выбранные маршруты не всегда обладают минимальной метрикой;

• большое время сходимости сети к согласованным таблицам маршрутизации.

6. В чем заключается основной принцип работы протоколов маршрутизации, основанных на алгоритмах состояния связей?

7. В чем разница между внутренними и внешними шлюзовыми протоколами?

8. Какая метрика используется в протоколе RIP?

9. По какой причине в протоколе RIP расстояние в 16 хопов между сетями полагается недостижимым? Варианты ответов:

• из-за того, что поле, отведенное для хранения значения расстояния, имеет длину 4 двоичных разряда;

• сети, в которых работает RIP, редко бывают большими;

• для получения приемлемого времени сходимости алгоритма.

10. Какие существуют способы ускорения сходимости протокола RIP?

11. Назовите основные этапы построения таблицы маршрутизации по протоколу OSPF.

12. Какую роль играют сообщения HELLO в протоколе OSPF? Варианты ответов:

• устанавливают соединение между двумя маршрутизаторами;

• проверяют состояние линий связи и соседних маршрутизаторов;

• информируют о том, что в сети работает протокол OSPF.

13. Какие типы метрик поддерживает протокол OSPF?

14. Для чего сеть маршрутизаторов, поддерживающих протокол OSPF, разбивают на области?

15. Что можно отнести к недостаткам протокола OSPF?

16. Почему протокол EGP больше не применяется в Интернете?

17. За счет какого механизма протокол BGP может работать в сетях, где между автономными системами существуют петли?

18. Какие параметры в объявлении, полученном от какой-либо автономной системы, меняет BGP-маршрутизатор, когда передает его в другую автономную систему?

19. В каких случаях ICMP-сообщение об ошибке не может быть послано при возникновении проблемы с IP-пакетом?

20. Кому адресовано ICMP-сообщение? Какой программный модуль обрабатывает его?

21. Каким образом ICMP-сообщение повышает надежность передачи данных по IP-сети?

22. Проведите с партнером сеанс моделирования работы протокола TCP. Для этого договоритесь с ним о максимальном размере сегмента, о начальных размерах буферов, о начальном значении порядкового номера, о размерах окна. Затем асинхронно начните «посылать» друг другу «сегменты» — карточки, на которых заполнены ключевые поля — номер первого байта, размер посылаемого сегмента, номер квитанции и, если требуется, новое значение размера окна. Время от времени «теряйте» карточки при передаче и выполняйте действия, соответствующие логике TCP. He забудьте делать временные отметки на каждой копии отправленного сегмента, чтобы отслеживать приход квитанций. Поверьте, такое ваше перевоплощение в модуль TCP не только сделает его для вас более понятным, но и, что гораздо важнее, породит новые вопросы.

23. Сколько времени в худшем случае будет продолжаться период несогласованного состояния таблиц маршрутизации в сети, изображенной на рис. 19.15, после потери маршрутизатором R1 связи с сетью 201.36.14.0. Считайте, что все маршрутизаторы поддерживают механизм расщепления горизонта.

24. Предложите варианты метрики, которая одновременно учитывает пропускную способность, надежность и задержку линий связи.