Билет 30. 1. Характеристика канального и сетевого уровней стека протоколов TCP/IP.

1. Характеристика канального и сетевого уровней стека протоколов TCP/IP.

TCP/IP - аббревиатура термина Transmission Control Protocol/Internet Protocol (Протокол управления передачей/Интернет Протокол) - это согласованный заранее стандарт, служащий для обмена данных между двумя узлами(компьютерами в сети), причём неважно, на какой платформе эти компьютеры и какая между ними сеть. TCP/IP служит как мост, соединяющий все узлы сети воедино, за это он и завоевал свою популярность. TCP/IP зародился в результате исследований, профинансированных ARPA (Advanced Research Project Agency) - специальным отделением правительства США в 1970-х годах. Он был задуман, как общий стандарт, который объединит все сети в единую виртуальную "сеть сетей"(internetwork). Таким образом был создан Интернет, в результате преобразования существующего конгломерата вычислительных сетей, носивших название ARPAnet, с помощью TCP/IP.
Название "TCP/IP" связано с двумя протоколами: TCP и IP. Но TCP/IP - это не только эти два протокола. Это целое семейство протоколов, объединенное под одним началом - IP-протоколом. В это семейство входят протоколы, которые взаимодействуют с протоколом IP и с его помощью строят свои каналы данных. Это сам TCP, а также UDP, ICMP, telnet, SMTP, FTP и многие другие.

Структура стека TCP/IP

Канальный уровень - Уровень сетевых интерфейсов. Идеологическим отличием архитектуры стека TCP/IP от многоуровневой организации других стеков является интерпретация функций самого нижнего уровня - уровня сетевых интерфейсов. Протоколы этого уровня должны обеспечивать интеграцию в составную сеть других сетей, причем задача ставится так: сеть TCP/IP должна иметь средства включения в себя любой другой сети, какую бы внутреннюю технологию передачи данных эта сеть не использовала. Отсюда следует, что этот уровень нельзя определить раз и навсегда. Для каждой технологии, включаемой в составную сеть подсети, должны быть разработаны собственные интерфейсные средства. К таким интерфейсным средствам относится протокол инкапсуляции IP-пакетов межсетевого взаимодействия в кадры локальных технологий.

Уровень сетевых интерфейсов в протоколах TCP/IP не регламентируется, но он поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей - это Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 100VG-AnyLAN, для глобальных сетей - протоколы соединений "точка-точка" SLIP и PPP, протоколы территориальных сетей с коммутацией пакетов X.25, frame relay. Разработана также специальная спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта канального уровня.

Сетевой уровень. Стержнем всей архитектуры является уровень межсетевого взаимодействия, или сетевой уровень, который реализует концепцию передачи пакетов в режиме без установления соединений, то есть дейтаграммным способом. Именно этот уровень обеспечивает возможность перемещения пакетов по сети, используя тот маршрут, который в данный момент является наиболее рациональным. Этот уровень также называют уровнем internet, указывая, тем самым, на основную его функцию - передачу данных через составную сеть.

Основным протоколом уровня (в терминологии модели OSI) в стеке TCP/IP является протокол IP. Этот протокол изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как локальными, так глобальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со множеством топологий, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Так как протокол IP является дейтаграммным протоколом, он не гарантирует доставку пакетов до узла назначения, но старается это сделать.

К уровню межсетевого взаимодействия относятся все протоколы, связанные с состоянием и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP и OSPF, а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP. Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизаторами сети и удаленным источником пакета. С помощью специальных пакетов ICMP сообщает о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т. п.

2. Стековая архитектура вычислительных машин.

Стеком называется память, по своей структурной организации отличная от основной памяти ВМ. Принципы построения стековой памяти детально рассматриваются позже, здесь же выделим только те аспекты, которые требуются для пояснения особенностей АСК на базе стека. Стек образует множество логически взаимосвязанных ячеек (рис. 2.4), взаимодействующих по принципу «последним вошел, первым вышел» (L1FO, Last In First Out).

Рис.. Принцип действия стековой памяти. Верхнюю ячейку называют вершиной стека. Для работы со стеком предусмотрены две операции: push (проталкивание данных в стек) и pop (вытаякивание данных из стека). Запись возможна только в верхнюю ячейку стека, при этом вся хранящаяся в стеке информация предварительно проталкивается на одну позицию вниз. Чтение допустимо также только из вершины стека. Извлеченная информация удаляется из стека, а оставшееся его содержимое продвигается вверх. В вычислительных машинах, где реализована АСК на базе стека (их обычно называют стековыми), операнды перед обработкой помещаются в две верхних ячейки стековой памяти.

Особенностью вычислителей, построенных по стековой архитектуре является то, что входные, промежуточные и результирующие данные хранятся в памяти данных с последовательным доступом.

Для осуществления операции в стек необходимо записать данные на вершину стека (операция PUSH). Вершина и следующая за вершиной позиции стека подаются на вход АЛУ, выход АЛУ в свою очередь может управлять вершиной стека. ОТ – определяет выполняемую операцию.

PUSH A

PUSH B

ADD

POP C

//Где A, B, C – адреса в основной памяти.

Дочтоинства: Простота аппаратной реализации. Простота записи алгоритмов вычисления. Простота мнемонического описания микроопераций (с одним или без операндом).

Недостатки: Стек – запоминающее устройство с последовательным доступом обладающее медленной скоростью работы. Данная архитектура не позволяет производить расширения или дополнения для увеличения мощности.

3. Рассчитать сетевую маску для IP адреса 192.168.0.37/28. Указать сколько компьютеров может входить в такую подсеть. Написать 2 зарезервированных адреса у которых в поле номер компьютера расположены все 0 или все 1.

Рассчитать сетевую маску для адреса 192.168.0.37/28

28 первых бит отдано для адреса сети (выделены более крупным шрифтом). Представляем предложенный адрес в битовом варианте по октетам, получаем

Если установить их в 1, тогда получится сетевая маска 255.255.255.240

Сколько компьютеров входит в данную сеть

Под адрес компьютеров в сети отдано 4 бита, получаем 2⁴ – 2 = 16 – 2 = 14 компьютеров

Написать 2 зарезервированных адреса, у которых в поле номер компьютера все нули или все 1.

Первые 3 октета не изменятся, будем рассматривать только последний октет

Все биты номера компьютера в сети (4 последних бита) = 0

Ответ: Адрес 192.168.0.32

Все биты номеров компьютера в сети = 1

Ответ: 192.168.0.47