Организация подсетей

Очень редко в локальную вычислительную сеть входит более 100-200 узлов: даже если взять сеть с большим количеством узлов, многие сетевые среды накладывают ограничения, например, в 1024 узла. Исходя из этого, целесообразность использования сетей класса А и В весьма сомнительна. Да и использование класса С для сетей, состоящих из 20-30 узлов, тоже является расточительством.

Для решения этих проблем в двухуровневую иерархию IP-адресов (сеть -- узел) была введена новая составляющая -- подсеть. Идея заключается в "заимствовании" нескольких битов из узловой части адреса для определения подсети.

Полный префикс сети, состоящий из сетевого префикса и номера подсети, получил название расширенного сетевого префикса. Двоичное число, и его десятичный эквивалент, содержащее единицы в разрядах, относящихся к расширенному сетевому префиксу, а в остальных разрядах -- нули, назвали маской подсети.

Но маску в десятичном представлении удобно использовать лишь тогда, когда расширенный сетевой префикс заканчивается на границе октетов, в других случаях ее расшифровать сложнее. Допустим, что в примере на рис. 4 мы хотели бы для подсети использовать не 8 бит, а десять. Тогда в последнем (z-ом) октете мы имели бы не нули, а число 11000000. В десятичном представлении получаем 255.255.255.192. Очевидно, что такое представление не очень удобно. В наше время чаще используют обозначение вида "/xx", где хх -- количество бит в расширенном сетевом префиксе. Таким образом, вместо указания: "144.144.19.22 с маской 255.255.255.192", мы можем записать: 144.144.19.22/26. Как видно, такое представление более компактно и понятно.

8. Таблицы маршрутизации. Статическая маршрутизация.

Маршрутизацией называется действие по перенаправлению пакета из одной логической сети (или подсети) в другую. А маршрутизатор — это устройство, выполняющее такое действие.

Основные средства маршрутизации функционируют следующим образом. Хост применяет операцию "И" к IP -адресу отправителя (чаще всего таковым является его собственный IP -адрес) и маске сети, соответствующей этому адресу, а также к IP -адресу получателя и той же маске сети. Если полученные при этом резуль­таты совпадают, это означает, что оба IP -адреса находятся в одной и той же сети, по­этому для определения МАС-адреса устройства получателя можно применить широко­вещательную рассылку запроса ARP . А если полученные результаты не совпадают, это означает, что получатель находится в другой сети, и для передачи пакета на хост получа­теля необходимо обратиться к маршрутизатору. Придя к заключению, что требуется маршрутизатор, хост отправителя проверяет наличие в своей конфигурации IP -адреса шлюза, применяемого по умолчанию. Затем он определяет МАС-адрес шлюза, приме­няемого по умолчанию (маршрутизатора), с помощью широковещательной рассылки запроса ARP . Получив МАС-адрес маршрутизатора, хост формирует пакет, используя IP -адрес конечного хоста получателя, но в качестве МАС-адреса указывает МАС-адрес маршрутизатора. После получения пакета маршрутизатор проверяет пакет и обнаружи­вает, что пакет предназначен ему, после чего проверяет в пакете IP -адрес получателя.

Затем маршрутизатор просматривает таблицу (называемую таблицей маршрутиза­ции), в которой перечислены все удаленные сети, известные ему в настоящее время, и пытается найти в этой таблице маршрут к сети получателя. Если маршрут к удаленной сети найден, маршрутизатор вводит МАС-адрес устройства, находящегося в конце следующего транзитного перехода (либо следующего маршрутизатора, через который проходит данный маршрут, либо самого удаленного хоста), в пакет и перенаправляет его. А если не удается найти маршрут к удаленной сети (даже самый неудобный, та­кой как стандартный маршрут), маршрутизатор возвращает отправителю сообщение ICMP о том, что получатель недостижим.

Таблица маршрутизации — электронная таблица (файл) или база данных, хранящаяся на маршрутизаторе или сетевом компьютере, описывающая соответствие между адресами назначения и интерфейсами, через которые следует отправить пакет данных до следующего маршрутизатора. Является простейшей формой правил маршрутизации.

Таблица маршутизации обычно содержит:

- адрес сети или узла назначения, либо указание, что маршрут является маршрутом по умолчанию

- маску сети назначения (для IPv4-сетей маска /32 (255.255.255.255) позволяет указать единичный узел сети)

- шлюз, обозначающий адрес маршрутизатора в сети, на который необходимо отправить пакет, следующий до указанного адреса назначения

- интерфейс (в зависимости от системы это может быть порядковый номер, GUID или символьное имя устройства)

- метрику — числовой показатель, задающий предпочтительность маршрута. Чем меньше число, тем более предпочтителен маршрут (интуитивно представляется как расстояние).

В таблице может быть один, а в некоторых операционных системах и несколько шлюзов по умолчанию. Такой шлюз используется для сетей для которых нет более конкретных маршрутов в таблице маршрутизации.

Типы записей в таблице маршрутизации:

- маршрут до сети

- маршрут до компьютера

- маршрут по умолчанию

Статическая маршрутизация – в этом случае администратор сам настраивает таблицу маршрутизации, указывая пути до различных сетей явным образом в специальном файле или с помощью программ.

При задании статического маршрута указывается:

1. Адрес сети (на которую маршрутизируется трафик), маска сети

2. Адрес шлюза (узла), который отвечает за дальнейшую маршрутизацию (или подключен к маршрутизируемой сети напрямую)

3. (опционально) метрика (иногда именуется также "ценой") маршрута. При наличии нескольких маршрутов на одну и ту же сеть некоторые маршрутизаторы выбирают маршрут с минимальной метрикой (однако, например, ядро Linux просто игнорирует параметр metric в таблице маршрутизации, и предназначается он только для протоколов маршрутизации, наподобии RIP).

Достоинства

- Лёгкость отладки и конфигурирования в малых сетях.

- Отсутствие дополнительных накладных расходов (из-за отсутствия протоколов маршрутизации)

- Мгновенная готовность (не требуется интервал для конфигурирования/подстройки)

- низкая нагрузка на процессор маршрутизатора

- Предсказуемость в каждый момент времени

Недостатки

- Очень плохое масштабирование (добавление N+1 сети потребует сделать 2*(N+1) записей о маршрутах, причём на большинстве маршрутизаторов таблица маршрутов будет различной, при N>3-4 процесс конфигурирования становится весьма трудоёмким).

- Низкая устойчивость к повреждениям линий связи (особенно, в ситуациях, когда обрыв происходит между устройствами второго уровня и порт маршрутизатора не получает статус down).

- Отсутствие динамического балансирования нагрузки

- Необходимость в ведении отдельной документации к маршрутам, проблема синхронизации документации и реальных маршрутов.

9. Принципы и протоколы динамической маршрутизации.

Маршрутизация – передача пакетов между двумя конечными узлами, например А и В в составной сети.

Динамическая маршрутизация – построение таблицы маршрутизации с помощью программы.

Для автоматического построения таблиц маршрутизации маршрутизаторы обмениваются информацией о топологии сети с помощью специального служебного протокола. Он называется протоколом маршрутизации.

Бывают 2х видов:

1. Протоколы внутренней маршрутизации (RIP, OSP)

2. Протоколы внешней маршрутизации

1. Наиболее распространенным протоколом маршрутизации из-за простоты реализации является протокол RIP (Routing Information Protocol). Существует две версии RIPv1 и RIPv2. Первая не поддерживает масок и распространяет информацию о номерах сетей и расстояние до них. RIPv2 распространяет также и информацию о масках, т.е. отвечает требованиям сегодняшнего дня.

Каждый маршрутизатор знает о тех сетях, которыми после загрузки маршрутизатора, рассылаются оповещения. Маршрутизаторы, которые получают оповещения, получив сообщение, обрабатывают его – добавляют информацию в таблицу маршрутизации.

Метрика характеризует более или менее оптимальные путь. После того как наступило равновесие по протоколу RIP, каждые 30 с производится рассылка.

В OSP широковещательная рассылка не обязательна, но не пересылает информацию в полном объёме, а проверяет наличие связи.

2. Внешние протоколы (BGP, EGP) действуют аналогично, но менее часто происходит рассылка.

10.Файловые системы современных многопользовательских операционных систем. Принципы построения (метаданные и данные, журналирование). Cхемы контроля доступа.

Способность совместного использования дисков, каталогов и файлов существенно сокращает требования к дисковому пространству компьютеров и облегчает совместную работу пользователей.

Фа́йловая систе́ма (англ. file system) — регламент, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации. Она определяет формат физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имени файла, максимальный возможный размер файла, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.

Файловая система связывает носитель информации, с одной стороны, и API для доступа к файлам — с другой. Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена информация в конкретном файле, также, как и на каком физическом типе носителя (CD, жёстком диске, магнитной ленте или блоке флеш-памяти) он записан. Всё, что знает программа — это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе (например, жёстком диске).

С точки зрения операционной системы, весь диск представляет из себя набор кластеров размером от 512 байт и выше. Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги (реально являющиеся файлами, содержащими список файлов в этом каталоге). Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.

Однако файловая система не обязательно напрямую связана с физическим носителем информации. Существуют виртуальные и сетевые файловые системы, которые являются лишь способом доступа к файлам, находящимся на удалённом компьютере.

Классификация файловых систем

По предназначению файловые системы можно классифицировать на следующие категории:

Для носителей с произвольным доступом (например, жёсткий диск): FAT32, HPFS, ext2 и др. Поскольку доступ к дискам в разы медленнее, чем доступ к оперативной памяти, для прироста производительности во многих файловых системах применяется асинхронная запись изменений на диск. Для этого применяется либо журналирование, например в ext3, ReiserFS, JFS, NTFS, XFS, либо механизм soft_updates и др. Журналирование широко распространено в Linux, применяется в NTFS. Soft_updates - в BSD системах. Reiser4 не применяет журналирование, все операции в ней атомарны.

Для носителей с последовательным доступом (например, магнитные ленты): QIC и др.

Для оптических носителей — CD и DVD: ISO9660, ISO9690, HFS, UDF и др.

Виртуальные файловые системы: AEFS и др.

Сетевые файловые системы: NFS, CIFS, SSHFS, GmailFS и др.

Для флэш-памяти ExtremeFFS

Журналируемые файловые системы — это класс файловых систем, характерная черта которых — ведение журнала, хранящего список изменений, в той или иной степени помогающего сохранить целостность файловой системы.

Запуск проверки системы (например, fsck) на больших файловых системах может занять много времени, что очень плохо для сегодняшних высокоскоростных систем. Причиной отсутствия целостности в файловой системе может быть некорректное размонтирование, например, если в момент прекращения работы на диск велась запись. Приложения могли обновлять данные, содержащиеся в файлах, и система могла обновлять метаданные файловой системы, которые являются «данными о данных файловой системы», иными словами, информация о том, какие блоки связаны с какими файлами, какие файлы размещены в каких директориях и тому подобное. Ошибки (отсутствие целостности) в файлах данных — это плохо, но куда хуже ошибки в метаданных файловой системы, что может привести к потерям файлов и другим серьезным проблемам.

Для минимизации проблем, связанных с целостностью, и минимизации времени перезапуска системы, журналируемая файловая система хранит список изменений, которые она будет проводить с файловой системой перед фактической записью изменений. Эти записи хранятся в отдельной части файловой системы, называемой «журналом», или «логом». Как только изменения файловой системы безопасно внесены в журнал, журналируемая файловая система применяет эти изменения к файлам или метаданным, а затем удаляет эти записи из журнала. Записи журнала организованы в наборы связанных изменений файловой системы, что очень похоже на то, как изменения добавляемые в базу данных организованы в транзакции.

Наличие журнала повышает вероятность сохранения целостности файловой системы, потому что записи в лог-файл ведутся до проведения фактических изменений, и эти записи хранятся до тех пор, пока они не будут целиком и безопасно применены. При перезагрузке компьютера программа монтирования может гарантировать целостность журналируемой файловой системы простой проверкой лог-файла на наличие ожидаемых, но не произведенных изменений и последующей записью их в файловую систему. Т.о. при наличии журнала в большинстве случаев системе не нужно проводить проверку целостности файловой системы, а это означает, что компьютер будет доступен для работы практически сразу после перезагрузки. Соответственно, шансы потери данных в связи с проблемами в файловой системе значительно снижаются.

Существует несколько журналируемых файловых систем, доступных в Linux. Наиболее известные из них:

XFS, журналируемая файловая система разработанная Silicon Graphics, но сейчас выпущенная открытым кодом (open source);

ReiserFS, журналируемая файловая система разработанная специально для Linux;

JFS, журналируемая файловая система первоначально разработанная IBM, но сейчас выпущенная как открытый код;

ext3 — журналируемое расширение файловой системы ext2, используемой на большинстве версий GNU/Linux. Уникальная особенность системы ext3 — возможность перехода на неё с ext2 без переформатирования диска. Разработана доктором Стефаном Твиди (Stephan Tweedie).

В семействе ОС Microsoft Windows к журналируемым относится файловая система NTFS. В Mac OS X — HFS+.

11. Особенности файловой системы NTFS: потоки, точки повторной обработки, сжатие файлов и папок, квоты, разрежённые файлы.

NTFS - предпочитаемая файловая система в семействе Windows 2003 Server, Windows XP, Windows 2000 и Windows NT. Она была разработана, чтобы удовлетворять требованиям быстродействующих файловых и сетевых серверов, а так же персональных ЭВМ и, при этом, обойти многие из ограничений, ранее сделанных в файловых системах FAT16 и FAT32. Наиболее важными из этих требований следуют ниже:

УЛУЧШЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ СИТЕМЫ: