Тема 8. Принципы построения internet. [1,2,3,7]

Схема модулей, реализующих протоколы TCP/IP в узле сети. IP-адреса, сети и подсети. Базовые протоколы семейства TCP/IP, архитектура сети и маршрутизация. Доменная адресация. Система серверов доменных имен BIND.

Принципы построения Internet.

Сеть Internet - это сеть сетей. Она объединяет как локальные сети, так и глобальные сети типа NSFNET. Поэтому центральным местом при обсуждении принципов построения сети является семейство протоколов межсетевого обмена TCP/IP. Под термином "TCP/IP" обычно понимают все, что связано с протоколами TCP и IP. Это не только собственно сами протоколы с указанными именами, но и протоколы прикладного уровня и прикладные программы.

Главной задачей TCP/IP является объединение в сеть пакетных подсетей через шлюзы. Каждая сеть работает по своим собственным законам, однако предполагается, что шлюз может принять пакет из другой сети и доставить его по указанному адресу. Реально пакет из одной сети передается в другую сеть через последовательность шлюзов, которые обеспечивают сквозную маршрутизацию пакетов по всей сети.

Такой механизм доставки становится возможным благодаря реализации во всех узлах сети протокола межсетевого обмена 1Р. Базируясь на классификации OSI (Open System Integration - Взаимодействие открытых систем), всю архитектуру протоколов семейства TCP/IP можно представить в виде схемы, представленной на рисунке 8.1.

Вся схема называется стеком протоколов TCP/IP или просто стеком TCP/IP (в стек входят и другие протоколы, не изображенные на рисунке 8.1).

Прямоугольниками на схеме обозначены модули, обрабатывающие пакеты, линиями - пути передачи данных. Приведенная выше схема является упрощенным представлением стека протоколов TCP/IP. Главное назначение этой схемы - дать представление о месте наиболее известных протоколов. Современные IP-сети гораздо сложнее. Взаимодействие сетей между собой основано на принципах, которые будут изложены ниже, но прежде чем обсуждать схему на рис.8.1, введем необходимую для этого терминологию.

Драйвер - программа, непосредственно взаимодействующая с сетевым адаптером.

Модуль - это программа, взаимодействующая с драйвером, с сетевыми прикладными программами или с другими модулями.

Сетевой интерфейс - физическое устройство, подключающее компьютер к сети. В нашем случае - карта Ethernet.

Кадр - это блок данных, который принимает/передает сетевой нтерфейс.

TCP - Transmission Control Protocol - базовый транспортный протокол, давший название всему семейству протоколов TCP/IP.

UDP - User Datagram Protocol - второй транспортный протокол семейства TCP/IP. Различия между ТCP и UDP будут обсуждены позже.

IP-пакет - это блок данных, которым обменивается модуль IР с сетевыми интерфейсом.

ТCP-сегмент - блок данных, которым обменивается модуль IР с модулем TCP.

UDP-датаграмма - блок данных, которым обменивается модуль IР с модулем UDP.

Прикладное сообщение - блок данных, которым обмениваются программы сетевых приложений с протоколами транспортного уровня.

ARP - Address Resolution Protocol - протокол используется для определения соответствия IP-адресов и Ethernet-адресов.

Структура стека протоколов зависит от программ прикладного уровня. При работе с такими программами, как FTP или telnet, образуется стек протоколов с использованием модуля ТCP,представленный на рисунке 8.2.

При работе с прикладными программами, использующими транспортный протокол UDP, программные средства Network File System (NFS), используют другой стек, где вместо модулей TCP будет использоваться модуль UDP (рисунок 8.3).

При обслуживании блочных потоков данных модули ТCP, UDP и драйвер ENET работают как мультиплексоры, т.е. перенаправляют данные с одного входа на несколько выходов и/или наоборот, с многих входов на один выход. Так драйвер ENET может направить кадр либо модулю IР, либо модулю АRР, в зависимости от значения поля "тип" в заголовке кадра. Модуль IР может направить IP-пакет либо модулю ТCP, либо модулю UDP, что определяется полем "протокол" в заголовке пакета.

Получатель UDP-датаграммы или ТCP-сообщения определяется на основании значения поля "порт" в заголовке датаграммы или сообщения.

Все указанные выше значения прописываются модулями в заголовке сообщения на отправляющем компьютере. Так как схема протоколов - это дерево, то к его корню ведет только один путь, при прохождении которого каждый модуль добавляет свои данные в заголовок блока. Машина, принявшая пакет, осуществляет демультиплексирование в соответствии с этими отметками.

Технология Internet поддерживает разные физические среды, из которых самой распространенной является Ethernet. В последнее время большой интерес вызывает подключение отдельных машин к сети через TCP-стек по коммутируемым (телефонным) каналам. В данном разделе мы подробно остановимся на сопряжении различных сетей, и поэтому сосредоточимся на использовании Ethernet в качестве физической основы сети.

При использовании Ethernet и IP-пакета каждая машина имеет как минимум один адрес Ethernet и один IP-адрес. Собственно Ethernet-адрес имеет не компьютер, а его сетевой интерфейс. Таким образом, если компьютер имеет несколько интерфейсов, то это автоматически означает, что каждому интерфейсу будет назначен свой Ethernet-адрес. IP-адрес назначается для каждого драйвера сетевого интерфейса. Грубо говоря, каждой сетевой карте Ethernet соответствуют один Ethernet-адрес и один IP-адрес. IP-адрес уникален в рамках всего Internet.