Вычислительные системы, сети и телекоммуникации.Экзамен

1

Система — это объективное единство закономерно связанных друг с другом предметов, явлений, сведений, а также знании о природе, обществе и т. п. Каждый объект, чтобы его можно было считать системой, должен обладать четырьмя основными свойствами или признаками (целостностью и делимостью, наличием устойчивых связей, организацией и эмерджентностью)

Эмерджентность. Эмерджентность предполагает наличие таких качеств (свойств), которые присущи системе в целом, но не свойственны ни одному из ее элементов в отдельности.

Наличие интегрированных качеств показывает, что свойства системы хотя и зависят от свойств элементов, но не определяются ими полностью. Отсюда можно сделать выводы:

1) система не сводится к простой совокупности элементов;

2) расчленяя систему на отдельные части, изучая каждую из них отдельности, нельзя познать все свойства системы в целом.

Объект — это система с четко выраженными границами и рассматриваемая как единое целое. Любой объект характеризуется поведением (соотношений входных и выходных воздействий)

Объект — система с чётко-выраженными границами и рассматриваемое как единое целое.

Система — множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определённую целостность, единство.

2

Киберне́тика (от др.-греч. κυβερνητική — «искусство управления»^[1]) — наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в различных системах, будь то машины, живые организмы или общество.

Управление — воздействие субъекта (СУ), направленное на достижение абстрактной (неконкретной), но вынужденно-корректируемой цели (задачи, идеи) в уже сложившихся рамках правил (обстоятельств), которые неизбежно-совершенствуются (меняются) тогда, когда субъект (этот или другой) непротиворечивее познаёт реальность, с которой сосуществует.

Обра́тная связь — это процесс, приводящий к тому, что результат функционирования какой-либо системы влияет на параметры, от которых зависит функционирование этой системы.

3

Композиция — рассмотрение системы в целом.

Декомпозиция — метод, использующий структуру задачи и позволяющий заменить решение одной большой задачи решением серии меньших задач.

4

Информация — сведения об объектах. Их параметры, свойства, состояние.

Данные — представление информации в формализованном виде.

Сигнал — материальный носитель информации для передачи сообщения от одного объекта к другому.

Сообщение — форма представления информации, имеющая признаки начала и конца.

Информационные коммуникации - пути и процессы, обеспечивающие передачу сообщения от источника информации к потребителю.

Знание — совокупность информации и правил получения информации на базе имеющейся.

5

Инкапсуляция — отделение интерфейса объекта от его внутреннего устройства и сокрытие его внутреннего устройства от внешнего мира.

Интерфейс — совокупность правил взаимодействия между объектами.

Протокол — правила взаимодействия объектов.

протокол — это набор правил, по которым взаимодействуют компьютеры между собой.

6

Вычислительная система — это система , элементы которой обеспечивают выполнение вычислительных процессов.

вычислительная система - это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих компьютеров (процессоров), периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенных для подготовки и решения задач пользователя.

7

8

• Синхронное — взаимодействие между вычислительными процессами, при котором процесс, пославший сообщение другому процессу, приостанавливается до его получения.

• Асинхронное — взаимодействие между вычислительными процессами. При этом процесс , послав сообщение другому процессу, продолжает свою работу, а получив ответ, выполняет некоторое специальное действие обработчика.

9

Клиент-сервер (англ. Client-server) — вычислительная или сетевая архитектура, в которой задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг (сервисов), называемыми серверами, и заказчиками услуг, называемыми клиентами. Нередко клиенты и серверы взаимодействуют через компьютерную сеть и могут быть как различными физическими устройствами, так и программным обеспечением.

Преимущества

Делает возможным, в большинстве случаев, распределение функций вычислительной системы между несколькими независимыми компьютерами в сети. Это позволяет упростить обслуживание вычислительной системы. В частности, замена, ремонт, модернизация или перемещение сервера не затрагивают клиентов.

Все данные хранятся на сервере, который, как правило, защищён гораздо лучше большинства клиентов. На сервере проще обеспечить контроль полномочий, чтобы разрешать доступ к данным только клиентам с соответствующими правами доступа.

Позволяет объединить различные клиенты. Использовать ресурсы одного сервера часто могут клиенты с разными аппаратными платформами, операционными системами и т. п.

Недостатки

Неработоспособность сервера может сделать неработоспособной всю вычислительную сеть.

Поддержка работы данной системы требует отдельного специалиста — системного администратора.

Высокая стоимость оборудования.

10

Сигнал (в теории информации и связи) — материальный носитель информации, используемый для передачи сообщений в системе связи. Сигнал может генерироваться, но его приём не обязателен, в отличие от сообщения, которое должно быть принято принимающей стороной, иначе оно не является сообщением. Сигналом может быть любой физический процесс, параметры которого изменяются в соответствии с передаваемым сообщением.

Виды сигналов:

• дискретные

-Дискретизация аналогового сигнала состоит в том, что сигнал представляется в виде последовательности значений, взятых в дискретные моменты времени. Эти значения называются отсчётами.

• цифровые

-Для того, чтобы представить аналоговый сигнал последовательностью чисел конечной разрядности, его следует сначала превратить в дискретный сигнал, а затем подвергнуть квантованию. Квантование является частным случаем дискретизации, когда дискретизация происходит по одинаковой величине называемой квантом. В результате сигнал будет представлен таким образом, что на каждом заданном промежутке времени известно приближённое (квантованное) значение сигнала, которое можно записать целым числом. Если записать эти целые числа в двоичной системе, получится последовательность нулей и единиц, которая и будет являться цифровым сигналом.

• аналоговые

-Аналоговые сигналы используются в телефонии, радиовещании, телевидении. Ввести такой сигнал в компьютер и обработать его невозможно, так как на любом интервале времени он имеет бесконечное множество значений, а для точного (без погрешности) представления его значения требуются числа бесконечной разрядности. Поэтому необходимо преобразовать аналоговый сигнал так, чтобы можно было представить его последовательностью чисел заданной разрядности.

11

. ЦИФРОВОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ СИГНАЛОВ Физические сигналы являются непрерывными функциями времени. Чтобы преобразовать непрерывный, в частности, аналоговый сигнал в цифровую форму используются аналого-цифровые пребразователи (АЦП). Процедуру аналого-цифрового преобразования сигнала обычно представляют в виде последовательности трех операций: дискретизации, квантования и кодирования [1,2,3]. Однако, если придерживаться терминологии принятой в литературе по системам цифровой связи, то первая операция, дискретизация, соответствует модуляции сигнала, а вторая операция, квантование, есть ни что иное, как один из cпособов кодирования. Поэтому процедуру аналого-цифрового преобразования сигнала можно также представить в виде последовательности двух операций - модуляции и кодирования.

Операция дискретизации заключается в определении выборки моментов времени измерения сигнала. Операция квантования состоит в считывании значений координаты сигнала в выбранные моменты измерения с заданным уровнем точности, а операция кодирования - в преобразовании полученных измерений сигнала в соответствующие значения некоторого цифрового кода или кодовой комбинации, которые затем передаются по каналам связи.

Процедуру восстановления непрерывного сигнала из цифрового представления также можно представить в виде двух операций: декодирования и демодуляции. Операция декодирования выполняет операцию обратную операции кодирования, т.е. преобразует последовательность заданных значений кодовой комбинации (кодовых слов) в последовательность измерений, следующих друг за другом через заданные интервалы времени дискретизации. Операция демодуляции выполняет интерполяцию или восстановление непрерывного сигнала по его измерениям. Преобразование сигнала из цифровой формы в непрерывный сигнал осуществляется цифро-аналоговыми пребразователями (ЦАП). Считается, что система аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразований адекватна сигналу, если восстановленный непрерывный сигнал (копия) соответствует исходному непрерывному сигналу (оригиналу) с заданной погрешностью.В настоящее время одним из стандартных методов цифрового кодирования сигналов является метод импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), разработанный А. Х. Риверсом [4]. ИКМ-метод в целом соответствует рассмотренной выше паре АЦП/ЦАП преобразований сигнала. Фундаментальные работы, посвященные этому методу были опубликованы в конце сороковых годов [5]. При использовании метода импульсно-кодовой модуляции важно иметь достаточное число измерений в единицу времени для адекватного представления информации, содержащейся в высокочастотной части спектра измеряемого сигнала. В то же время выборка измерений, соответствующая слишком большой частоте дискретизации сигнала, вызывает появление сильно коррелированных отсчетов, которые не содержат достаточно информации, чтобы окупить затраты на свое содержание. Поэтому желательно выбирать такой темп дискретизации, при котором ошибка восстановления сигнала соответствует заданной погрешности.

12

Модуляция сигналов — процесс изменения одного сигнала в соответствующий с формой другого сигнала.

Виды модуляции:

• аналоговая (частоты)

• импульсивная (– --- ---- --- - – )

• цифровая (01011101010)

13

Канал связи — физическая среда для распространения сигналов и совокупных технических средств для передачи сообщений.

Характеристики каналов связи:

• полоса пропусканий — диапазон частот, в пределах которого обеспечивается передача сигнала без существенного искажения.

• Динамический диапазон: -D=lg()

• пропускная способность — скорость передачи данных

• помехоустойчивость

Каналы бывают:

• проводные

• оптические

• радио

• аудио

14

Передача данных:

• последовательная (USB)

• параллельная (PCI) — биты, представляющие отдельный символ из сообщения, передаются параллельно с течением времени.

15

Компьютерная сеть — система обеспечения связи между узлами.

Виды компьютерных сетей:

• глобальные

• региональные

• локальные

• корпоративные

По направлению распространения сигнала:

• широковещательная

• направленная

Коллизия — наложение двух или более сообщений, идущих по каналу связи в одно и то же время и приводящее к потере этих сообщений.

16

Коммутация — процесс соединения узлов сетей, не соединенных напрямую, через третьи транзисторные узлы.

• Коммутация каналов — это создание сост.канала через несколько транзисторных последовательных соединений узлов.

• Коммутация сообщений — это разбиение информации на сообщения, которые передаются последовательно к ближайшему транзисторному узлу, который принимает сообщения и передает их дальше таким же способом.

• Коммутация пакетов — это разбиение сообщений на пакеты, которые передаются как отдельные сообщения.

Пакет — адресованный блок данных, строго фиксированного формата.

17

OSI (Open System Interconnection) — система , предоставляющая открытые интерфейсы для взаимодействия с другой системой.

Сетевая модель OSI (англ. open systems interconnection basic reference model — базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем, сокр. ЭМВОС; 1978 г.) — абстрактная сетевая модель для коммуникаций и разработки сетевых протоколов. Предлагает взгляд на компьютерную сеть с точки зрения измерений. Каждое измерение обслуживает свою часть процесса взаимодействия. Благодаря такой структуре совместная работа сетевого оборудования и программного обеспечения становится гораздо проще и прозрачнее.

Данные

7. Прикладной (application) Доступ к сетевым службам

6. Представления (presentation) Представление и кодирование данных

5. Сеансовый (session) Управление сеансом связи

Сегменты

4. Транспортный (transport) Прямая связь между конечными пунктами и надежность

Пакеты 3. Сетевой (network) Определение маршрута и логическая адресация Кадры

2. Канальный (data link) Физическая адресация

Биты

1. Физический (physical) Работа со средой передачи, сигналами и двоичными данных

Сетевая модель OSI (англ. Open Systems Interconnection Basic Reference Model) - абстрактная сетевая модель для коммуникаций и разработки сетевых протоколов. OSI представляет уровневый подход к сети. Каждый уровень обслуживает свою часть процесса взаимодействия. Благодаря такой структуре совместная работа сетевого оборудования и программного обеспечения становится гораздо проще и прозрачнее.

Модель состоит из 7-ми уровней, расположенных друг над другом, которые взаимодействуют друг с другом (по «вертикали») посредством интерфейсов, и могут взаимодействовать с параллельным уровнем другой системы (по «горизонтали») с помощью протоколов. Каждый уровень может взаимодействовать только со своими соседями и выполнять отведённые только ему функции.

Инкапсуляция в компьютерных сетях — это метод построения модульных сетевых протоколов, при котором логически независимые функции сети абстрагируются от нижележащих механизмов путём включения или инкапсулирования этих механизмов в более высокоуровневые объекты. Например, когда процесс хочет послать сообщение с помощью UDP, то производится последовательность действий:

• процесс передает сообщение к UDP в соответствии с парой гнездовых адресов и длины данных;

• UDP получает данные, дополненные заголовком UDP;

• UDP передает пользовательскую дейтаграмму к IP с гнездовым адресом;

• IP дополняет свой заголовок, который использует значение 17 в поле протокола, указывающее, что данные поступили от UDP-протокола;

• IP-дейтаграмма дополняет и добавляет собственный заголовок (при необходимости и окончание) и передает его к физическому уровню;

• физический уровень кодирует биты в электрические или оптические сигналы и посылает их отдалённой машине.

18

Канальный уровень предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Полученные с физического уровня данные он упаковывает в кадры, проверяет на целостность, если нужно, исправляет ошибки (формирует повторный запрос поврежденного кадра) и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимодействием.

Канальный уровень разделяется на два подуровня: MAC ( media access control) регулирует доступ к разделяемой физической среде, LLC ( logical link control) обеспечивает обслуживание сетевого уровня.

На этом уровне работают коммутаторы, мосты и другие устройства. Говорят, что эти устройства используют адресацию второго уровня (по номеру уровня в модели OSI).

Протоколы канального уровня: ARCnet, ATM, CDP, CAN, Econet, Ethernet, EAPS, FDDI, HDLC, Link Access Procedures, D channel (LAPD), IEEE 802.11 wireless LAN, LocalTalk, MPLS, PPP, PPPoE, SLIP, StarLan, Spanning tree protocol, Token ring, UDLD, x.25.

В программировании этот уровень представляет драйвер сетевой платы, в операционных системах имеется программный интерфейс взаимодействия канального и сетевого уровней между собой.

MAC-адрес ( Media Access Control — управление доступом к среде) — это уникальный идентификатор, присваиваемый каждой единице оборудования компьютерных сетей. Большинство сетевых протоколов канального уровня используют одно из трёх пространств MAC-адресов, управляемых IEEE: MAC-48, EUI-48 и EUI-64. Адреса в каждом из пространств теоретически должны быть глобально уникальными. Не все протоколы используют MAC-адреса, и не все протоколы, использующие MAC-адреса, нуждаются в подобной уникальности этих адресов.

В широковещательных сетях (таких, как сети на основе Ethernet) MAC-адрес позволяет уникально идентифицировать каждый узел сети и доставлять данные только этому узлу. Таким образом, MAC-адреса формируют основу сетей на канальном уровне, которую используют протоколы более высокого (сетевого) уровня. Для преобразования MAC-адресов в адреса сетевого уровня и обратно применяются специальные протоколы (например, ARP и RARP в сетях IPv4 и NDP в сетях на основе IPv6).

Адреса вроде MAC-48 наиболее распространены; они используются в таких технологиях, как Ethernet, Token ring, FDDI, WiMAX и др. Они состоят из 48 бит, таким образом, адресное пространство MAC-48 насчитывает 2⁴⁸ (или 281 474 976 710 656) адресов. Согласно подсчётам IEEE, этого запаса адресов хватит по меньшей мере до 2100 года.

EUI-48 от MAC-48 отличается лишь семантически: в то время как MAC-48 используется для сетевого оборудования, EUI-48 применяется для других типов аппаратного и программного обеспечения.

Идентификаторы EUI-64 состоят из 64 бит и используются в FireWire, а также в IPv6 в качестве младших 64 бит сетевого адреса узла.

Структура МАС-адреса:

Стандарты IEEE определяют 48-разрядный (6 октетов) MAC-адрес, который разделен на четыре части.

Первые 3 октета (в порядке их передачи по сети; старшие 3 октета, если рассматривать их в традиционной бит-реверсной шестнадцатеричной записи MAC-адресов) содержат 24-битный уникальный идентификатор организации (OUI), или (Код MFG — Manufacturing, производителя), который производитель получает в IEEE. При этом используются только младшие 22 разряда (бита), 2 старшие имеют специальное назначение:

• первый бит указывает, для одиночного (0) или группового (1) адресата предназначен кадр

• следующий бит указывает, является ли MAC-адрес глобально (0) или локально (1) администрируемым.

Следующие три октета выбираются изготовителем для каждого экземпляра устройства. За исключением сетей системной сетевой архитектуры SNA.

Ethernet — пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей.

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring.

Технология

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

Преимущества использования витой пары по сравнению с коаксиальным кабелем:

• возможность работы в дуплексном режиме;

• низкая стоимость кабеля «витой пары»;

• более высокая надёжность сетей при неисправности в кабеле (соединение точка-точка: обрыв кабеля лишает связи два узла. В коаксиале используется топология «шина», обрыв кабеля лишает связи весь сегмент);

• минимально допустимый радиус изгиба меньше;

• большая помехозащищенность из-за использования дифференциального сигнала;

• возможность питания по кабелю маломощных узлов, например IP-телефонов (стандарт Power over Ethernet, POE);

• гальваническая развязка трансформаторного типа. При использовании коаксиального кабеля в российских условиях, где, как правило, отсутствует заземление компьютеров, применение коаксиального кабеля часто сопровождалось пробоем сетевых карт и иногда даже полным «выгоранием» системного блока.

Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить длину сегмента без повторителей.

Метод управления доступом (для сети на коаксиальном кабеле) — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования данных. Режим работы полудуплексный, то есть узел не может одновременно передавать и принимать информацию. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов, в основном по причине полудуплексного режима работы.

19

Сетевой уровень

Сетевой уровень (англ. network layer) модели предназначен для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и «заторов» в сети.

Протоколы сетевого уровня маршрутизируют данные от источника к получателю. Работающие на этом уровне устройства (маршрутизаторы) условно называют устройствами третьего уровня (по номеру уровня в модели OSI).

Протоколы сетевого уровня: IP/IPv4/IPv6 \, IPX (протокол межсетевого обмена), X.25 (частично этот протокол реализован на уровне 2), CLNP (сетевой протокол без организации соединений), IPsec, ICMP, IGMP, RIP, OSPF.

IP-адрес (Internet Protocol Address) — уникальный сетевой адрес узла в компьютерной сети, построенной по протоколу IP. В сети Интернет требуется глобальная уникальность адреса; в случае работы в локальной сети требуется уникальность адреса в пределах сети. В версии протокола IPv4 IP-адрес имеет длину 4 байта.

IPv4

В 4-й версии IP-адрес представляет собой 32-битовое число. Удобной формой записи IP-адреса (IPv4) является запись в виде четырёх десятичных чисел значением от 0 до 255, разделённых точками, например, 192.168.0.1.

IPv6

В 6-й версии IP-адрес (IPv6) имеет 128-битовое представление. Адреса разделяются двоеточиями (напр. fe80:0:0:0:200:f8ff:fe21:67cf или 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334). Большое количество нулевых групп может быть пропущено с помощью двойного двоеточия (fe80::200:f8ff: fe21:67cf). Такой пропуск может быть единственным в адресе.

Структура

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 (10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 или 192.168.0.0/16). Если же сеть должна работать как составная часть Интернета, то адрес сети выдаётся провайдером либо региональным интернет-регистратором (Regional Internet Registry, RIR). Согласно данным на сайте IANA существует пять RIR: ARIN, обслуживающий Северную Америку; APNIC, обслуживающий страны Юго-Восточной Азии; AfriNIC, обслуживающий страны Африки; LACNIC, обслуживающий страны Южной Америки и бассейна Карибского моря; и RIPE NCC, обслуживающий Европу, Центральную Азию, Ближний Восток. Региональные регистраторы получают номера автономных систем и большие блоки адресов у IANA, а затем выдают номера автономных систем и блоки адресов меньшего размера локальным интернет-регистраторам (Local Internet Registries, LIR), обычно являющимся крупными провайдерами.

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.

Бесклассовая адресация ( Classless Inter-Domain Routing) — метод IP-адресации, позволяющий гибко управлять пространством IP-адресов, не используя жёсткие рамки классовой адресации. Использование этого метода позволяет экономно использовать ограниченный ресурс IP-адресов, поскольку возможно применение различных масок подсетей к различным подсетям.

Диапазоны адресов

IP-адрес является массивом битов. Принцип IP-адресации — выделение множества (диапазона, блока, подсети) IP-адресов, в котором некоторые битовые разряды имеют фиксированные значения, а остальные разряды пробегают все возможные значения. Блок адресов задаётся указанием начального адреса и маски подсети. Бесклассовая адресация основывается на переменной длине маски подсети, в то время, как в классовой (традиционной) адресации длина маски строго фиксирована 0, 1, 2 или 3 установленными октетами.

Вот пример записи IP-адреса в бесклассовой нотации: 192.0.2.32/27.

Октеты IP-адреса	192								0								2								32
Биты IP-адреса	1	1	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0	1	0	0	0	0	0
Биты маски подсети	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	0	0
Октеты маски подсети	255								255								255								224

Множество всех адресов соответствует нулевой маске подсети и обозначается /0, а конкретный адрес IPv4 — маске подсети с длиной префикса в 32 бита, обозначаемой /32.

Для упрощения таблиц маршрутизации можно объединять блоки адресов, указывая один большой блок вместо ряда мелких. Например, 4 смежные сети класса C (4 × 255 адресов, маска 255.255.255.0 или /24) могут быть объединены, с точки зрения далёких от них маршрутизаторов, в одну сеть /22. И напротив, сети можно разбивать на более мелкие подсети, и так далее.

В Интернете используются только маски следующего вида: n единиц, дальше все нули. Для таких (и только для таких) масок получающиеся множества IP-адресов будут смежными.

Классовая адресация сетей — метод IP-адресации. Использование этого метода не позволяет экономно использовать ограниченный ресурс IP-адресов, поскольку невозможно применение различных масок подсетей к различным подсетям.

Основные понятия

Изначально адресация в сетях IP осуществлялась на основе классов: первые биты определяли класс сети, а по классу сети можно было сказать - сколько бит было отведено под номер сети и номер узла. Всего существовало 5 классов:

Класс A

0

7-разрядный адрес сети

24-разрядный адрес интерфейса

Класс B

10

14-разрядный адрес сети

16-разрядный адрес интерфейса

Класс C

110

21-разрядный адрес сети

8-разрядный адрес интерфейса

Класс D

1110

Адрес многоадресной рассылки

Класс E

11110

Зарезервировано

Адресация IP.

Особенностью IP является гибкая система адресации. Плата за это - наличие централизованных служб типа DNS.

Адрес состоит из двух частей – номер сети и номер узла в сети. IP-адрес версии 4 имеет длину 4 байта, записывается в виде четырех десятичных чисел, разделенных точками.

Для определения, какие байты принадлежат номеру сети, а какие номеру узла существует несколько подходов.

Одним из подходов был классовый метод адресации.

20

Internet Protocol (IP) — межсетевой протокол. Относится к маршрутизируемым протоколам сетевого уровня семейства TCP/IP. Именно IP стал тем протоколом, который объединил отдельные подсети во всемирную сеть Интернет. Неотъемлемой частью протокола является адресация сети (см. IP-адрес).

Свойства

IP объединяет сегменты сети в единую сеть, обеспечивая доставку данных между любыми узлами сети. Он классифицируется как протокол третьего уровня по сетевой модели OSI. IP не гарантирует надёжной доставки пакета до адресата. В частности, пакеты могут прийти не в том порядке, в котором были отправлены, продублироваться (приходят две копии одного пакета), оказаться повреждёнными (обычно повреждённые пакеты уничтожаются) или не прибыть вовсе. Гарантию безошибочной доставки пакетов дают некоторые протоколы более высокого уровня — транспортного уровня сетевой модели OSI, — например, TCP, которые используют IP в качестве транспорта.

Версия 4

В современной сети Интернет используется IP четвёртой версии, также известный как IPv4. В протоколе IP этой версии каждому узлу сети ставится в соответствие IP-адрес длиной 4 октета (4 байта). При этом компьютеры в подсетях объединяются общими начальными битами адреса. Количество этих бит, общее для данной подсети, называется маской подсети (ранее использовалось деление пространства адресов по классам — A, B, C; класс сети определялся диапазоном значений старшего октета и определял число адресуемых узлов в данной сети, сейчас используется бесклассовая адресация).

Версия 6

В настоящее время вводится в эксплуатацию шестая версия протокола — IPv6, которая позволяет адресовать значительно большее количество узлов, чем IPv4. Эта версия отличается повышенной разрядностью адреса, встроенной возможностью шифрования и некоторыми другими особенностями. Переход с IPv4 на IPv6 связан с трудоёмкой работой операторов связи и производителей программного обеспечения и не может быть выполнен одномоментно. На середину 2010 года в Интернете присутствовало более 3000 сетей, работающих по протоколу IPv6. Для сравнения, на то же время в адресном пространстве IPv4 присутствовало более 320 тысяч сетей, но в IPv6 сети гораздо более крупные, нежели в IPv4.

Фрагментация данных — процесс, при котором файл при записи на диск разбивается на блоки различной длины, которые записываются в разные области жесткого диска, а не в виде сплошной последовательности. Возможность записи с фрагментацией позволяет быстро восстановить пространство, занимаемое ранее удалённым файлом, а также изменять размер файла без предварительного резервирования места. При большой степени фрагментации замедляется доступ к файлам. Процедура устранения фрагментации называется дефрагментацией.

IP-пакет — форматированный блок информации, передаваемый по вычислительной сети. Соединения вычислительных сетей, которые не поддерживают пакеты, такие как традиционные соединения типа «точка-точка» в телекоммуникациях, просто передают данные в виде последовательности байтов, символов или битов. При использовании пакетного форматирования сеть может передавать длинные сообщения более надежно и эффективно.

Дейтаграмма (англ. datagram), также датаграмма — блок информации, посланный как пакет сетевого уровня через передающую среду без предварительного установления соединения и создания виртуального канала. Датаграмма представляет собой единицу информации в протоколе (protocol data unit, PDU) для обмена информацией на сетевом^{[источник не указан 719 дней]} (в случае протокола IP, IP-датаграммы) и транспортном (в случае протокола UDP, UDP-датаграммы) уровнях эталонной модели OSI. Название «датаграмма» было выбрано по аналогии со словом телеграмма.

IP-датаграммы, IP-пакеты и IP-фрагменты

В современной практике термин «IP-пакет» обычно используется в качестве синонима к термину «IP-датаграмма». Вместе с тем в ряде документов IETF (RFC 1812, RFC 1547, RFC 1661 и др.) между ними проводится определенное различие. Как известно, модули данных верхних уровней сетевой модели последовательно инкапсулируются в модули данных нижележащих уровней (см. Инкапсуляция). При передаче на канальный уровень IP-датаграмма может не помещаться в модуль данных канального уровня. В таком случае для инкапсуляции требуется предварительная фрагментация датаграммы для удовлетворения требований конкретной технологии уровня среды передачи данных. Таким образом, возникает ещё один термин — IP-фрагмент. Термин IP-пакет обобщает понятия IP-датаграммы и IP-фрагмента, с тем существенным условием, что он обозначает модуль данных, передаваемый канальному уровню для инкапсуляции в кадр. Можно сказать, что на сетевом уровне IP-датаграмма является инкапсулирующим модулем данных, а IP-пакет — инкапсулируемым. В частном случае они могут совпадать, в общем случае — нет, так как IP-датаграмма может дробиться на фрагменты. Не всякая датаграмма, и даже не всякий фрагмент без дополнительной фрагментации может стать IP-пакетом.

Разведение понятий IP-датаграммы, IP-фрагмента и IP-пакета удобно для понимания процессов, происходящих на сетевом уровне. Вместе с тем следует иметь в виду, что общая структура сообщения с его заголовками и телом во всех трёх случаях одна и та же. Полные датаграммы и фрагменты датаграмм различаются только определенной информацией в заголовках. Пакет просто идентичен датаграмме или фрагменту, если они помещаются в кадр. Таким образом, необходимо помнить, что датаграммы, фрагменты и пакеты представляют собой разные единицы сетевого уровня не в структурном, а в функциональном плане.

21

Transmission Control Protocol (TCP) (протокол управления передачей) — один из основных сетевых протоколов Интернета, предназначенный для управления передачей данных в сетях и подсетях TCP/IP.

Выполняет функции протокола транспортного уровня модели OSI.

TCP — это транспортный механизм, предоставляющий поток данных, с предварительной установкой соединения, за счёт этого дающий уверенность в достоверности получаемых данных, осуществляет повторный запрос данных в случае потери данных и устраняет дублирование при получении двух копий одного пакета (см. также T/TCP). В отличие от UDP гарантирует целостность передаваемых данных и уведомление отправителя о результатах передачи.

Реализация TCP, как правило, встроена в ядро ОС, хотя есть и реализации TCP в контексте приложения.

Когда осуществляется передача от компьютера к компьютеру через Интернет, TCP работает на верхнем уровне между двумя конечными системами, например, браузером и веб-сервером. Также TCP осуществляет надежную передачу потока байтов от одной программы на некотором компьютере к другой программе на другом компьютере. Программы для электронной почты и обмена файлами используют TCP. TCP контролирует длину сообщения, скорость обмена сообщениями, сетевой трафик.

Порт в протоколах TCP и UDP— идентифицируемый номером системный ресурс, выделяемый приложению, выполняемому на некотором сетевом хосте, для связи с приложениями, выполняемыми на других сетевых хостах (в том числе c другими приложениями на этом же хосте).

Основное правило необходимое для понимания работы порта: 1) Порт может быть занят только одной программой и в этот момент не может использоваться другой. 2) Все программы для связи между собою посредством сети используют порты.

В обычной клиент-серверной модели приложение либо ожидает входящие данные (или запроса на соединение; «слушает порт»; роль сервера), либо посылает данные (или запрос на соединение) на известный порт, открытый приложением-сервером (роль клиента).

По умолчанию приложению выдается порт с произвольным (например, ближайшим свободным, большим 1023) номером. При необходимости приложение может запросить конкретный (предопределённый) номер порта. Так, веб-серверы обычно открывают для ожидания соединения предопределённый порт 80 протокола TCP.

Со́кеты — название программного интерфейса для обеспечения обмена данными между процессами. Процессы при таком обмене могут исполняться как на одной ЭВМ, так и на различных ЭВМ, связанных между собой сетью. Сокет — абстрактный объект, представляющий конечную точку соединения.

Следует различать клиентские и серверные сокеты. Клиентские сокеты грубо можно сравнить с оконечными аппаратами телефонной сети, а серверные — с коммутаторами. Клиентское приложение (например, браузер) использует только клиентские сокеты, а серверное (например, веб-сервер, которому браузер посылает запросы) — как клиентские, так и серверные сокеты.

Интерфейс сокетов впервые появился в BSD Unix. Программный интерфейс сокетов описан в стандарте POSIX.1 и в той или иной мере поддерживается всеми современными операционными системами.