И другие

Адресация всех подсетей должна быть уникальной ( т.е. неповторимой) и нумерация узлов ( компьютеров) в каждой подсети тоже неповторимой. Таким образом, сетевой адрес представляет собой пару: номер сети (подсети) и номер узла ( это похоже на почтовый адрес, который состоит из адреса города и номера дома, в котором мы живем, Город - это как сеть домов, а весь мир - это составная сеть их гродов ). Так в сети Интернет есть международная организация, которая контролирует распределение адресов между провайдерами сети Интернет. Каждый провайдер получает свой диапазон адресов, который не повторяется больше ни у кого. Провайдер, в свою очередь, из этого диапазона может распределять адреса между компьютерами своих клиентов.

В качестве номера узла может выступать либо локальный адрес этого узла ( МАС-адрес) -такая схема принята в протоколе IPX/SPX, либо некоторое число, никак не связанное с локальной технологией, которое однозначно задает номер узла в подсети. В первом случае сетевой адрес становится зависимым от локальных технологий, что ограничивает его применение. Например, сетевые адреса IPX/SPX рассчитаны на работу в составных сетях, объединяющих сети, в которых используются только МАС - адреса или адреса аналогичного формата. Второй подход более универсален, он характерен для стека TCP/IP. И в том и другом случае каждый узел составной сети имеет наряду со своим локальным адресом еще один - универсальный сетевой адрес.

Сетевой протокол ( например, TCP/IP) создавая пакет с данными, снабжает его заголовком сетевого уровня. Сетевой заголовок пакета содержит сетевые адреса отправителя и получателя ( например, IР-адреса). Однако этот заголовок не может обрабатываться комутаторами сети т.к. они ничего не знают о сетевых адресах и сетевых заголовках. Коммутаторы работают только с канальными адресами ( МАС- адресами). Поэтому пакет передается на канальный уровень ( сетевому адаптеру) где к нему добавляется еще одн заголовок - канальный ( Ethernet или T.Ring...), в котором указываются уже канальные адреса. И только после этого образуется кадр, который и передается физически в сеть. Добавление еще одного заголовка называется инкапсуляцией ( как бы сетевой пакет упаковывается в капсулу с канальным заголовком). На схеме это можно изобразить так:

Рис 2. Инкапсуляция пакета IP в кадр Ethernet

Сети соединяются между собой маршрутизаторами. Для передачи пакетов из одной сети в другую на маршрутизаторах строится таблица маршрутов к сетям. По этим таблицам маршрутизаторы определяют на какой порт нужно передать пакет, чтобы он дошел до адреса назначения. В этих таблицах в отличие от коммутаторов указываются не канальные адреса ( МАС) , а сетевые ( IP, IPX...)

Вопросы для самостоятельной работы:

· Какие проблемы канального уровня решает сетевой уровень.

· Какие сетевые протоколы вы знаете. Что такое инкапсуляция пакета? Чем отличается канальный адрес от сетевого?

Лекция 15. (+)Структура TCP/IP.

В настоящее время стек TCP/IP является самым популярным средством организации составных сетей. Это набор (стек) протоколов для глобальных сетей. Используется для связи с многими системами ( особенно UNIX, последние версии Win 2000 …). Это и протокол Интернет, поэтому он используется практически во всех операционных системах. Он состоит их двух уровней: транспортный и сетевой. На транспортном уровне используются два транспортных протокола: TCP и UDP, на сетевом уровне используется набор протоколов: IP, ARP, ICMP и IGMP. Сам протокол TCP/IP взаимодействует с приложениями 3 типов интерфейсов: SNMP, Sokets, NetBios

Интерфейсы – обеспечивают связь между приложениями и транспортными протоколами, при этом определяя какой именно протокол нужен приложению в зависимости от запроса.

Приложения Socket – это приложения, которые для передачи данных в сеть используют Socket - это адрес получателя в сети, который задается как IP-адрес компьютера + адрес TCP порта. На обоих компьютерах в сети создается как бы канал между определенными номерами ТСР портов. ТСР порт определяет сетевую службу для которой предназначен передаваемый пакет. Например, служба FTP имеет ТСР порт 21 , служба WWW – ТСР порт 80, Telnet - 23, Goufer - 70, электронная почта POP3 - 110 …. Всего зарезервированных стандартных ТСР портов существует от 1 до 1024. Остальные порты используются для создания временных соединений.

Этот интерфейс используют в основном службы Интернета.

Приложения NetBios – это приложения которые для пересылки данных используют интерфейс NetBios т.е. адрес узла в сети задается по именам и по правилу : \\имя сервера\имя сетевого ресурса + номер службы в системе NetBios. Каждая служба в системе NetBios имеет свой номер. Например, служба сервера -20, служба рабочей станции – 0, служба сообщений – 3 … Этот интерфейс в основном используют встроенные службы системы Windоws: обозреватель сети(проводник), служба сообщений (Alert) и другие.

SNMP – простой протокол управления сетью. Он является одним из приложений Socket. Агенты (подпрограммы) протокола загружаются на разные устройства сети (концентраторы, серверы, мосты …) и собирают статистические данные о трафике и работе сети в специальную базу MIB –Managment Information Base. Затем программа управления собирает эти данные и предоставляет их пользователям в виде графиков, диаграмм …( напр, программа NetworkMonitor)

Рис 1. Структура TCP/IP

Транспортные протоколы - разбивают поток информации на пакеты и отслеживают их доставку и получение:

TCP – протокол гарантированной доставки пакетов ( следит за ответами о доставке пакетов и при необходимости повторно их пересылает)

UDP - протокол негарантированной доставки ( отправляет без проверки доставки)

Сетевые протоколы – формируют заголовки пакетов с сетевыми адресами, ищут адреса, тестируют соединения по адресам….

IP – выполняет определение IP адресов и их маршрутизацию, формирует IP заголовок пакетов.

ARP - преобразование IP адресов в МАС адреса(физический адрес сетевой карты) и наоборот.

ICMP – протокол, используемый программами управления сетью (Ping, Trace, Echo …). Позволяет получить отчеты об ошибках и сообщениях при доставке пакетов

IGMP – протокол, используемый программами многоадресной рассылки ( маршрутизаторы с широковещательной рассылкой соседним маршрутизаторам, групповая рассылка с помощью службы NetShow Service…). Например, IGMP информирует соседние маршрутизаторы, что в данной сети имеются члены группы хостов.

Поиск МАС-адресов узлов по их IP-адресам ( ARP)

Мы знаем, что каждый пакет прежде, чем будет отправлен в сеть, сначала инкапсулируется в кадр, в котором указываются уже не IP- адреса, а МАС- адреса. МАС- адрес локального узла определить легко - он встроен в сам сетевой адаптер, а как же определяется МАС-адрес узла назначения?

Для определения MAC адреса по адресу IP используется протокол сопоставления адреса ARP (Address Resolution Protocol.) И наоборот, для определения IP адреса по адресу MAC используется протокол RARP(Reverse ARP).
ПротоколARP работает по принципу: «АУ! У кого IP адрес такой-то , отзовитесь!» т.е. он посылает широковещательный запрос всем компьютерам локальной сети с просьбой ответить, у кого заданный IP адрес. Каждый компьютер в сети сверяет заданный IР со своим и, если они совпадают, то он посылает ответ, в котором указан MAC адрес его сетевого адаптера. После получения ответа соответствие IP и MAC адреса прописывается в КЭШе ARP (табл. 1). Запрос посылается каждый раз при отправке IP пакетов, если нужного IP адреса нет в кэше ARP или в специальных таблицах IP адресов. Для ручного занесения IP адреса в кэш ARP можно дать команду arp –s IP-адрес MAC-адрес
Протокол RARP работает по аналогичному принципу, но запрос посылается на определение Ip адреса по MAC адресу. Этот протокол используется для сетевой загрузки компьютера т.к. в момент запуска у компьютера нет IP адреса и его еще нужно получить у сервера сетевой загрузки, про который известен только МАС адрес.

Таблица 1. Пример ARP-таблицы (ARP Кэш)

Поле «Тип записи» может содержать одно из двух значений - «динамический» или «статический». Статические записи создаются вручную с помощью утилиты агр и не имеют срока устаревания, точнее, они существуют до тех пор, пока компьютер или маршрутизатор не будут выключены. Динамические же записи создаются модулем протокола ARP, использующим широковещательные запросы. Динамические записи должны периодически обновляться. Если запись не обновлялась в течение определенного времени (порядка нескольких минут), то она исключается из таблицы. Таким образом, в ARP - таблице содержатся записи не обо всех узлах сети, а только о тех, которые активно участвуют в сетевых операциях. Поскольку такой способ хранения информации называют кэшированием, ARP-таблицы иногда называют ARP-кэш.

В глобальных сетях администратору сети чаще всего приходится вручную формировать ARP-таблицы, в которых он задает, например, соответствие IP-адреса адресу узла сети Х.25, который имеет для протокола IP смысл локального адреса. Позднее использовалась автоматизации работы протокола ARP и в глобальных сетях. Для этой цели среди всех маршрутизаторов, подключенных к какой-либо глобальной сети, выделяется специальный маршрутизатор, который ведет ARP-таблицу для всех остальных узлов и маршрутизаторов этой сети. При таком централизованном подходе для всех узлов и маршрутизаторов вручную нужно задать только IP-адрес и локальный адрес выделенного маршрутизатора. Затем каждый узел и маршрутизатор регистрирует свои адреса в выделенном маршрутизаторе, а при необходимости установления соответствия между IP-адресом и локальным адресом узел обращается к выделенному маршрутизатору с запросом и автоматически получает ответ без участия администратора. Работающий таким образом маршрутизатор называют ARP-сервером.