4.4. Адресация в gprs.

В сети GPRS для адресации абонентов и функциональных устройств используют принципы адресации в Интернете. Адресация в Интернете непосредственно связана со структурой его протоколов. В этой структуре можно выделить 3 уровня, соотнесенные с семиуровневой моделью обмена информацией в открытых средах (рис. 4.5):

HTTP

TCP/UDP

IP

Рис. 4.5. Структура протоколов Интернета

протокол сетевого 3-го уровня IP  Internet Protocol,

протокол транспортного 4-го уровня TCP  Transmission Control Protocol,

протокол транспортного 4-го уровня UDP  User Datagram Protocol,

протоколы 7-го уровня применения, например, HTTP  Hypertext Transfer Protocol и др.

Протокол IP предназначен для пересылки пакетов данных (дейтаграмм) по сетям связи без установления соединения. Это значит, что каждый пакет маршрутизируют индивидуально с помощью адресов отправителя и получателя. Адреса в Интернете уникальные, присваиваемые каждому узлу (ЭВМ), называемому хостом (host).

Приведем основные сведения о доставке IP пакетов.

IP пакеты – дейтаграммы. Длина дейтаграммы теоретически может достигать 65535 октетов. Однако на практике рабочие станции и маршрутизаторы обычно работают с дейтаграммами длиной не более 576 байт. Следовательно, при передаче длинные файлы фрагментируют и последовательно передают несколько дейтаграмм.

В соответствии со структурой IP протоколов каждая дейтаграмма имеет заголовок IP протокола и протокола TCP/UDP (Transmission Control Protocol/ User Datagram Protocol) (рис.4.6).

Заголовок IP

Заголовок TCP/UDP

Пользовательская часть

Рис. 4.6. Структура дейтаграммы

Структура заголовка IP дейтаграммы по версии v4 приведена на рис.4.7. Заголовок представлен в виде 32-битовых блоков. В типовом варианте их 5 (длина IP заголовка 160 бит), хотя могут быть и дополнительные блоки (options).

0										1										2										3
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0	1
Версия				Длина заголовка				Тип услуги								Общая длина
Идентификатор фрагмента																Флажки				Смещение фрагмента
Время жизни								Протокол								Контрольная сумма заголовка
Адрес отправителя
Адрес получателя
Опциональные поля																								Заполнение

Рис. 4.7. Заголовок пакета по IPv4 протоколу.

Приведем пояснения к отдельным полям IP заголовка.

Версия (4 бита) – могут быть v4 или v6.

Длина заголовка (4 бита) – число блоков размером 32 бита.

Тип услуги (8 бит) – указан класс услуги.

Общая длина (16 бит) – длина дейтаграммы в байтах, включая заголовок и данные. Максимальная длина – 65535 байт.

Идентификатор фрагмента (16 бит) – все фрагменты одного файла имеют один идентификатор.

Флажки (4 бита) – обозначают последний фрагмент файла.

Смещение фрагмента (12 бит) – порядковый номер дейтаграммы.

Время жизни (8 бит) – ограничение времени, которое дейтаграмма будет находиться в сети. Каждый маршрутизатор уменьшает время жизни на 1. Когда это поле обратится в нуль, дейтаграмму отбрасывают.

Протокол (8 бит) – TCP или UDP.

Контрольная сумма заголовка (16 бит) – позволяет определить наличие ошибок в IP заголовке.

Адреса отправителя и получателя (2 поля по 32 бита) – адреса по версии IPv4.

Протокол IPv6 направлен на решение следующих задач:

• расширение системы с помощью создания новой схемы адресации,

• улучшение масштабируемости сетей за счет сокращения функций маршрутизаторов,

• обеспечение защиты передаваемой информации.

В IPv6 изменен формат заголовка дейтаграммы. Теперь он состоит из основной части и дополнительных полей. Основная часть заголовка (длина 40 байт) показана на рис. 4.8.

0										1										2										3
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0	1
Версия				Класс трафика									Метка потока
Длина																Следующий заголовок								Лимит перехода
Адрес отправителя (128 бит)
Адрес получателя (128 бит)

Рис.4.8. Основная часть заголовка пакета по IPv6.

Версия (4 бита) – версия IPv6.

Класс трафика (8 бит) – определяет требования к обслуживанию пакетов.

Метка потока (16 бит) – устанавливает метод обработки отдельных потоков, снижая нагрузку на маршрутизаторы.

Длина (16 бит) – длина дейтаграммы в байтах.

Следующий заголовок (8 бит) – аналог поля Протокол в заголовке IPv4 (рис.2). Полный заголовок может содержать несколько дополнительных полей и каждое из них содержит поле Следующий заголовок.

Лимит перехода (8 бит) – аналогичен полю Время жизни в IPv4.

Из вариантов дополнительных заголовков отметим:

Protocol – вид протокола 4 уровня (TCP илиUDP),

Routing – информация о маршруте, выбранном отправителей дейтаграммы,

Fragmentation – информация о фрагментации кадра,

Authentication – информация о проверке подлинности отправителя дейтаграммы,

Encapsulation – поддерживает конфиденциальность данных с помощью проверки их целостности и шифрации,

Hop-by-Hop Options – специальные параметры обработки пакетов,

Destination Options – дополнительные параметры.

TCP дейтаграммы.

Передача потоков данных по ТСР происходит с установлением соединения между взаимодействующими станциями. При установлении ТСР соединения станции обмениваются номерами портов, синхронизируют номера передаваемых пакетов и резервируют память (буфер) для приема и передачи информационных сообщений. При передаче по протоколу ТСР происходит проверка принятых дейтаграмм, и, если дейтаграмма потеряна или принята с ошибками, то происходит ее повторная передача. Для этого при передаче сегмента данных копию этих данных помещают в очередь повтора передачи и запускают таймер ожидания подтверждения. Когда станция получает подтверждение приема (обратная дейтаграмма, содержащая флаг АСК), то этот сегмент удаляют из очереди. Если подтверждение не поступило до срабатывания таймера, сегмент отправляют еще раз.

При передаче информации каждому байту данных присваивают порядковый номер. Поэтому, независимо от порядка принятых данных все байты будут собраны в принимающей станции в изначальной последовательности.

Формат заголовка ТСР пакета приведен на рис.4.9.

Порт отправителя							Порт получателя
Порядковый номер
Номер подтверждения
Смещение данных	Резерв	U R G	A C K	P C H	R S T	S Y N		F I N		Окно
Контрольная сумма									Указатель срочности
Опции											Заполнение

Рис.4.9. Заголовок ТСР пакета.

Порты отправителя и получателя определяют порты станций, куда следует адресовать дейтаграммы при двустороннем обмене.

При передаче фрагментированных файлов посредством нескольких дейтаграмм порядковый номер (32 бита)– это номер первого октета данных в этом пакете, если не установлен флаг SYN. Если флаг SYN установлен, т.е. передают первую дейтаграмму фрагментированного файла, то порядковый номер становится номером начала последовательности ISN, а номер первого октета будет ISN +1.

Номер подтверждения (32 бита) – номер следующего первого октета данных, ожидаемых получателем пакета.

Смещение данных (4 бита) – число 32 битовых слов заголовка TCP.

Резерв (6 бит) – зарезервированное поле.

Далее следуют 6 флажков по 1 биту каждый.

URG – флаг срочности.

ACK – флаг пакета, содержащего получение подтверждения.

PCH – флаг форсированной отправки.

RST – сброс соединения.

SYN – синхронизация порядковых номеров.

FIN – флаг конца передачи со стороны отправителя.

Контрольная сумма (16 бит) позволяет выявить наличие ошибок в принятой дейтаграмме.

Окно (16 бит) – число байт, которые отправитель может принять в свой буфер, считая от байта с номером, указанном в поле Номер подтверждения.

Указатель срочности (16 бит) – содержит номер пакета, начиная с которого следуют пакеты повышенной срочности.

Опции – дополнительные параметры.

UDP дейтаграммы.

Этот протокол обеспечивает негарантированную доставку данных, т.е. не требует подтверждения их получения. Данный протокол не требует установления соединения между источником и приемником сообщений.

Формат заголовка UDP пакета приведен на рис. 4.10.

Порт отправителя	Порт получателя
Длина	Контрольная сумма

Рис. 4.10. Заголовок UDP пакета.

Кроме Портов отправителя и получателя, заголовок UDP дейтаграммы содержит Длину UDP пакета и Контрольную сумму – поле проверки правильности передачи заголовка пакета и поля полезной нагрузки. Если это поле не используют, его заполняют нулями.

В широко применяемой пока версии (IPv4) адрес представлен в виде 32- разрядного двоичного числа, например,

189.160.0.2

Для удобства поиска получателя глобальная сеть Интернета разделена на отдельные подсети (сети). Для выделения адресов подсетей и хостов на адрес накладывают маску, выделяя часть, относящуюся к подсети. Например, при маске 255.255.255.0 выделим подсеть 189.160.0.0:

Адрес	189.160.0. 2	10111101.10100000.00000000. 00000010
Маска сети	255.255.255.0	11111111.11111111.11111111. 00000000
Подсеть	189.160.0. 0	10111101.10100000.00000000. 00000000
	Десятичное представление	Двоичное представление

Указанную в таблице подсеть можно обозначить как 189.160.0.0/24. Нулевой адрес хоста является адресом подсети, последний адрес  189.160.0.255 используют для передачи вещательной информации.

Сети (подсети) связаны между собой посредством маршрутизаторов. Маршрутизатор имеет выходы на две и более сетей и обеспечивает пересылку пакетов между ними в направлении адреса получателя.

Адреса бывают статические и динамические. Статический адрес постоянно закреплен за абонентом (компьютером) и всякий раз при его подключении к сети обмен пакетами с компьютером производят по этому адресу. При динамической адресации сеть назначает адрес компьютеру на время сеанса связи. По окончании работы этот адрес будет присвоен другому устройству. Как правило, при работе с Интернетом, пользователям назначают динамические адреса. Статическую адресацию часто используют в локальных (ведомственных) сетях.

Протоколы транспортного уровня TCP и UDP позволяют передавать дейтаграммы между определенными портами (приложениями) узлов с данными адресами. Протокол ТСР обеспечивает надежную передачу данных с подтверждением полученных пакетов и повторной передачей пропавших или поврежденных пакетов. UDP обеспечивает передачу пакетов без подтверждения, что при снижении надежности связи увеличивает скорость передачи.

Применительно к ЭВМ номер порта определяет точку входа на машину. В Интернете под портом также понимают приложение (программное или программно-аппаратное), размещенное в узле с данным адресом. Это позволяет, например, адресовать запросы к определенным файловым структурам, а также к конкретным устройствам, объединенным в группу единым адресом. Так группе абонентов GPRS одного оператора со стороны Интернета может быть присвоен один адрес, но каждый абонент на уровне UDP будет адресоваться своим уникальным номером порта. Всего портов 2¹⁶, от 0 до 65535. Адрес с указанием порта записывают следующим образом: <адрес>:<порт>, например, 188.160.0.2:17.

Для того, чтобы защитить отдельные сети от несанкционированного проникновения из сети Интернета и оптимальным образом использовать адресное поле, при адресации часто пользуются трансляцией сетевых адресов и портов. Пример применения трансляции в подсети GPRS показан на рис. 4.11.

Внутри подсети GPRS принята локальная адресация, что защищает сеть от проникновения извне. В сети Интернета все MS имеют один адрес, но различные порты. В подсети GPRS каждому составному адресу + порту соответствует уникальный локальный адрес. Транслятор адресов может быть выполнен в виде специального маршрутизатора, находящегося вне пределов подсети GPRS, или совмещен с GGSN.