Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
лр1.doc
Скачиваний:
4
Добавлен:
11.11.2019
Размер:
199.68 Кб
Скачать

стек протоколов TCP/IP.

адресация в IP-сетях

  1. Общие указания по выполнению лабораторной работы

    1. Цель работы

Изучение способов оценки моделируемых систем; получение практических навыков работы со свойствами, определяемыми пользователем.

    1. Используемое оборудование и программное обеспечение

Для выполнения лабораторной работы требуется ПЭВМ типа IBM PC с ОС Windows 2000 и выше.

  1. Домашнее задание и методические указания по его выполнению

    1. Модель взаимодействия открытых систем

Управление таким сложным, использующим многочисленную и разнообразную аппаратуру процессом, как передача и обработка данных в разветвленной сети, требует формализации и стандартизации процедур:

  • выделения и освобождения ресурсов компьютеров и системы телекоммуникации;

  • установления и разъединения соединений;

  • маршрутизации, согласования, преобразования и передачи данных;

  • контроля правильности передачи;

  • исправления ошибок и т. д.

Указанные задачи решаются с помощью системы протоколов и стандартов, регламентирующих нормализованные процедуры взаимодействия элементов сети при установлении связи и передаче данных.

Протокол – это набор правил и методов взаимодействия объектов вычислительной сети, охватывающий основные процедуры, алгоритмы и форматы взаимодействия, обеспечивающие корректность согласования, преобразования и передачи данных в сети.

В начале 80-х годов ХХ века международной организацией по стандартизации (ISO) была разработана модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI). Модель OSI определяет различные уровни взаимодействия систем, дает им стандартные имена и указывает, какие функции должен выполнять каждый уровень (табл. 1).

Номер

Название уровня

1

Прикладной

2

Представительский

3

Сеансовый

4

Транспортный

5

Сетевой

6

Канальный

7

Физический

Вышестоящие уровни сетевой модели выполняют более сложные, глобальные задачи, для этого используют в своих целях нижестоящие уровни, а также управляют ими. Нижестоящие уровни выполняют более простые и конкретные функции. В идеале каждый уровень взаимодействует только с теми, которые находятся рядом с ним (выше и ниже). Верхний уровень соответствует прикладной задаче, работающему в данный момент приложению, нижний – непосредственной передаче сигналов по каналу связи.

Для взаимодействия между собой протоколы смежных уровней, находящиеся в одном узле сети, используют интерфейсы – четко определенные правила и стандартизованные форматы сообщений.

При передаче данных по сети связь уровней между собой осуществляется посредством интерфейсов, а пересылка с одного узла на другой – с помощью протоколов.

Например, сформировав сообщение для передачи по сети, прикладной уровень передает его на ниже расположенный представительский уровень. Протокол данного уровня, получив сообщение, обрабатывает его, добавляя заголовок, содержащий служебную информацию. После этого сообщение «спускается» на сеансовый уровень, где оно также обрабатывается и снабжается еще одним заголовком – на этот раз сеансового уровня.

Продвигаясь на нижние уровни, сообщение постепенно обрастает заголовками. Эта операция называется инкапсуляцией данных верхнего уровня в пакет нижнего уровня. Служебная информация, помещаемая в заголовок сообщения, предназначается для объекта того же уровня на удаленном компьютере.

После передачи пакета по сети адресату он начинает продвижение по уровням «наверх». При этом на каждом уровне считывается служебная информация из заголовков пакета, выполняются соответствующие уровню функции, после этого заголовок, соответствующий текущему уровню, удаляется, и пакет передается на следующий вышележащий уровень. Таким образом, происходит декапсуляция пакета – процесс, обратный инкапсуляции, в результате которого данные, «очищенные» от служебной информации, попадают к пользовательским приложениям.

Рассмотрим подробнее задачи каждого уровня модели OSI.

Физический уровень определяет физический, механические и электрические характеристики линий связи (тип кабелей и разъемов, разводку контактов в разъемах, схемы бинарного кодирования сигналов). На этом уровне осуществляется прием и передача данных по линиям связи. Данные, поступающие с канального уровня, кодируются в электрические или световые сигналы, после этого передаются. При приеме полученные с линии связи данные декодируются и передаются на дальнейшую обработку на канальный уровень.

Канальный уровень определяет формирование пакетов. К задачам этого уровня относятся контроль над состоянием сети, реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок, обеспечение взаимодействия с физическим и сетевым уровнями.

Сетевой уровень обеспечивает адресацию передаваемых пакетов. Также здесь решаются задачи управления потоками данных в сети и маршрутизации, т. е. выбора маршрута передачи данных по узлам сети.

Транспортный уровень является своего рода связующим звеном между более высокими уровнями, сильно зависящими от приложений, и нижними уровнями, более привязанными к линиям связи.

На транспортном уровне происходит разбиение передаваемой информации на пакеты и сборка принимаемых данных из пакетов. Здесь же обеспечивается контроль над передачей данных. На транспортном уровне реализованы возможности обнаружения и исправления ошибок передачи данных, вызванными искажениями, потерями или дублированием пакетов.

Кроме того, на этом уровне происходит согласование сетевых уровней различных несовместимых сетей.

Сеансовый уровень обеспечивает координацию связи между двумя рабочими станциями сети. Уровень организует сеанс обмена данными, управляется приемом и передачей пакетов, обеспечивает завершение сеанса. Кроме того, осуществляется контроль над степенью завершения длинных передач, что позволяет избежать повторной пересылки данных при разрывах связи и возобновить передачу с прерванного места.

Представительский уровень имеет дело с внешним представлением данных и обеспечивает преемственность передаваемой информации с одной системы для другой системы. С его помощью преодолеваются различия, например, между всевозможными кодировками символов или синтаксиса.

Средства представительского уровня позволяют выполнять различные виды преобразования данных: шифрование, дешифрование, сжатие.

Прикладной уровень реализует взаимодействие прикладных программ пользователя с процессами модели OSI, обеспечивая им набор определенных сетевых услуг, таких как передача файлов, обмен почтовыми сообщениями, управление сетью и т. д.

    1. Стек протоколов tcp/ip

Стек протоколов – это иерархически организованная совокупность протоколов, достаточных для реализации взаимодействия узлов в компьютерной сети.

В отличие от модели, представляющей собой концептуальную схему взаимодействия систем, стек протоколов представляет набор конкретных спецификаций, позволяющих реализовать сетевое взаимодействие.

Наиболее популярным и быстроразвивающимся в настоящее время является стек протоколов TCP/IP (табл. 2).

Уровни модели OSI

Протоколы TCP/IP

Уровни TCP/IP

7

FTP, TFTP, Gohper, telnet, SMTP, SNMP, HTTP...

I

6

5

TCP, UDP

II

4

3

IP, ICMP, RIP, OSPF

III

2

Не регламентировано, но поддерживаются все популярные стандарты

IV

1

Поскольку стек протоколов TCP/IP был разработан до появления сетевой модели OSI, то соответствие его уровней уровням модели OSI носит весьма условный характер, хотя он также имеет многоуровневую структуру.

Самый нижний уровень стека – уровень межсетевых интерфейсов – соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. В стеке TCP/IP этот уровень не регламентирован, но тем не менее реализована поддержка практически всех популярных стандартов физического и канального уровня: Ethernet, Token Ring, FDDI и др.

Уровень межсетевого взаимодействия (уровень III) обеспечивает маршрутизацию и передачу данных по сети, выполняя функции, соответствующие сетевому уровню модели OSI. На этом уровне используются протоколы IP, ISMP, RIP, OSPF.

IP (Internet Protocol) – межсетевой протокол, обеспечивает передачу пакетов в сетях.

RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First) – протоколы сбора маршрутной информации, обеспечивающие составление и модификацию специальных таблиц маршрутизации, используемых при выборе пути пересылки данных по сети.

ICMP (Internet Control Message Protocol) – протокол межсетевых управляющих сообщений, предназначенный для организации обратной связи с отдельными узлами сети при обмене информацией об ошибках, например, о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, о ненормальных значениях параметров. Кроме того, с помощью этого протокола передаются тестирующие пакеты и пакеты, содержащие служебные информационные сообщения, например об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п.

Уровень II стека TCP/IP называется основным и обеспечивает функции транспортировки информации по сети. При этом используются два протокола TCP и UDP, реализующие различные механизмы доставки данных и имеющих различные степени надежности.

TCP (Transmission Control Protocol) – протокол управления передачей, работающий с установкой логического соединения между удаленными прикладными процессами, а также использующий принцип автоматической повторной передачи пакетов, содержащих ошибки.

UDP (Uset Datagram Protocol) – протокол пользовательский дейтаграмм (пакетов), являющийся упрощенным вариантом TCP и работающий без установки логического соединения, и, соответственно, не обеспечивающий проверку на наличие ошибок и поддержание доставки пакета.

Верхний уровень стека TCP/IP называется прикладным. К протоколам этого уровня относятся такие широко используемые протоколы, как FTP, telnet, SMTP, SNMP, HTTP и многие другие.

FTP (File Transfer Protocol) – протокол передачи файлов, использующий в качестве транспортного протокол с установлением соединений – TCP, что повышает надежность передачи и приема файлов между серверами и клиентами.

TFTP (Trivial File Transfer Protocol) – простейший протокол передачи файлов. В отличие от FTP этот протокол базируется на работе с UDP, при этом протокол реализует только передачу файлов.

SNMP (Simple Network Management Protocol) – простой протокол управления сетью, предназначенный для передачи информации, определяющей форматы сообщений, которыми обмениваются клиенты и серверы, а также форматы имен и адресов узлов сети.

Telnet – протокол, обеспечивающий передачу потока байтов между процессами или между процессом и терминалом и обычно использующийся для эмуляции терминала удаленной станции.

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) - простой протокол передачи почты, использующийся для обеспечения передачи электронных почтовых сообщений с применением транспортного протокола TCP

Gopher – протокол доступа клиентов к файлам и каталогам в сети Интернет, предоставляющий только текстовую информацию. Gopher обычно используется для передачи очень больших документов, не содержащих форматирования или иллюстраций.

HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) – протокол передачи гипертекста, использующийся в службе Word Wide Web (WWW). При помощи этого протокола и клиентской программы – браузера – пользователь имеет возможность получать информацию с узлов всемирной паутины WWW.

    1. Адресация в сетях

      1. Локальный адрес

При объединении в сеть трех и более узлов возникает проблема идентификации конкретного узла, которому предназначены пересылаемые данные. Другими словами, возникает проблема адресации узлов компьютерной сети.

На практике адресация производится не для самих узлов сети, а для их сетевых интерфейсов, т. е. наборов средств и правил, позволяющих осуществлять обмен информацией. Это объявляется тем, что один узел сети может иметь несколько сетевых интерфейсов.

В стеке TCP/IP используются три типа адресов: локальные (аппаратные), IP-адреса и символьные доменные имена.

Примером локального адреса является MAC-адрес (физический адрес) – уникальный идентификатор, однозначно определяющий каждый сетевой интерфейс.

Чтобы избежать проблем, связанных с дублированием физических адресов на нескольких компьютерах, и тем самым с нарушением корректной работы системы адресации, MAC-адреса фиксируют в оборудовании сетевых интерфейсов. При этом этот адрес не повторяется нигде в мире, поскольку за распределением диапазонов физических адресов для сетевого оборудования следит институт IEEE.

MAC-адрес представляет собой двоичное число длиной 48 бит. Для простоты восприятия и работы с ними MAC-адреса обычно записываются в виде 12 цифр в шестнадцатеричной системе счисления, попарно разделенных дефисами, например 00-С0-DF-11-47-9F. При этом первые шесть цифр определяют производителя сетевого устройства, а оставшиеся шесть цифр идентифицируют само устройство, выпущенное этим производителем.

MAC-адреса – это адреса подуровня управления доступом к среде передачи (MAC – Media Access Control), которые лежат в основе работы протоколов физического уровня.

При взаимодействии по сети, если компьютер получает пакет, имеющий физический адрес, отличный от адреса компьютера, то полученный пакет отбрасывается сетевым интерфейсом на канальном уровне, и остальная часть стека протоколов его не обрабатывает.

При совпадении адресов пакет принимается и передается на более высокие уровни, где обрабатывается в соответствии со своим назначением.

      1. IP-адрес

        1. Классы IP-адресов

IP-адрес используется при работе протокола IP стека TCP/IP. Поскольку протокол IP относится к сетевому уровню, то и IP-адреса часто называют сетевыми адресами.

IP-адрес представляет собой двоичное число, имеющее длину 32 бита. Для удобства чтения и записи адреса он обычно представляется в виде четырех разделенных точками десятичных числе, например, 192.226.17.157. При этом каждое из четырех десятичных чисел соответствует числу, которое можно записать в двоичной системе счисления с помощью восемь бит.

В этом случае максимальным окажется число, состоящее из восьми двоичных единиц: 11111111, что при пересчете в десятичную систему счисления будет равно 255. Таким образом, каждое из четырех чисел IP-адреса при десятичном представлении не может быть больше 255.

IP-адреса являются иерархическими, т. к. состоят из двух частей, первая из которых идентифицирует номер сети, в которой находится некий узел, а вторая часть – непосредственно сам узел.

Адрес сети может быть выбран администратором произвольно, однако если сеть должна работать как составная часть Интернета, то адрес сети должен быть назначен централизованно некоммерческой организацией регистрации глобальных адресов в Интернете (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers - ICAAN).

Существует пять классов IP-адресов, различающихся количеством бит, отведенных под идентификацию номера сети и номера узла (табл. 3). Определить, к какому классу относится IP-адрес, можно по значению первого байта адреса.

Класс

Диапазон значений первого байта

Максимально количество сетей

Максимальное количество узлов в сети

A

1-126

126

16 777 214

B

128-191

16 382

65 534

C

192-223

2 097 150

254

D

224-239

-

228

E

240-247

-

227

Адреса класса А предназначены для использования в крупных сетях масштаба региона или страны, число таких сетей сильно ограничено. Сети класса В имеют средние размеры и обычно используются в университетах и крупных компаниях. Адреса класса С используются в малых сетях, имеющих небольшое количество узлов. IP-адреса класса D используются для обращения к группам компьютеров. Адреса класса Е зарезервированы для будущего использования.

Кроме того, существует набор специально зарезервированных IP-адресов:

  • адрес состоит только из двоичных нулей – обозначает адрес того узла, который сгенерировал пакет;

  • адрес типа «Номер сети. Все нули» обозначает данную сеть, т. е. ту же сеть, в которой находится компьютер, сгенерировавший пакет с этим адресом;

  • если в поле номера сети стоят только нули, то по умолчанию считается, что узел назначения принадлежит той же самой сети, что и узел, который отправил пакет;

  • адрес состоит только из двоичных единиц – означает, что пакет с таким адресом предназначен всем узлам той же сети, что и источник пакета (при этом такой пакет не выйдет за пределы данной сети, поэтому такая рассылка называется ограниченным широковещанием);

  • если в поле номера узла назначения стоят только единицы, то пакет, имеющий такой адрес, рассылается всем узлам сети с заданным номером сети; такая рассылка называется широковещательным сообщением (broadcast);

  • 127.0.0.1 – пакет с таким адресом не передается в сеть, а возвращается верхним уровнем стека протоколов, как только что принятый; IP-адреса, первый байт которых имеет значение, равное 127, используются для тестирования программного обеспечения и взаимодействия сетевых процессов в пределах отдельного узла.

Традиционная схема деления IP-адреса на номер сети и номер узла основана на понятии класса, который определяется значениями нескольких первых бит адреса. Именно потому, что первый байт адреса 183.23.44.206 попадает в диапазон 128-191, можно сказать, что этот адрес относится к классу В, а значит, номером сети являются первые два байта, дополненные двумя нулевыми байтами – 185.23.0.0, а номером узла – 0.0.44.206.

Кроме этого, границу между номером сети и номером узла может определить с помощью маски сети – числа, используемого в паре с IP-адресом; двоичная запись маски содержит единицы в тех разрядах, которые должны интерпретироваться как номер сети. Поскольку номер сети является цельной частью адреса, единицы в маске также должны представлять непрерывную последовательность.

Для стандартных классов сетей маски имеют следующие значения:

  • класс А – 11111111.00000000.00000000.00000000 (255.0.0.0);

  • класс В – 11111111.11111111.00000000.00000000 (255.255.0.0);

  • класс С – 11111111.11111111.11111111.00000000 (255.255.255.0).

Для записи масок часто встречается обозначение 185.23.44.206/16 – эта запись говорит о том, что маска для этого адреса содержит 16 единиц, т. е. в указанном IP-адресе под номер сети отведено 16 двоичных разрядов.

В масках количество единиц в последовательности, определяющей границу номера сети, не обязательно должно быть кратным 8.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]