Федеральное агентство связи

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

(ФГОБУ ВПО «СибГУТИ»)

Форма утверждена научно-методическим советом университета

протокол № 4 от 18.03.2008 г.

Рецензия на дипломный проект

Студента

По специальности (группа, шифр)

Тема дипломного проекта

ПАМЯТКА

рецензенту выпускной квалификационной работы

студента факультета Автоматическая электросвязь (АЭС)

ФГОБУ ВПО «СибГУТИ»

Выпускная квалификационная работа (ВКР) является работой, на основании которой Государственная аттестационная комиссия (ГАК) решает вопрос о присвоении студенту соответствующей степени (бакалавр)/ квалификации (инженер/специалист по защите информации).

Выполненная студентом ВКР направляется рецензенту, назначенному деканатом факультета или выпускающей кафедрой. Рецензентом не может быть сотрудник кафедры, на которой работает руководитель ВКР.

Срок рецензирования ВКР составляет не более 3 рабочих дней.

В рецензии на выпускную квалификационную работу следует отразить следующее:

• соответствие ВКР теме и заданию;

• актуальность темы и глубина проработки отдельных разделов работы;

• правильность выполненных расчетов и сделанных выводов;

• при наличии в бакалаврской работе проектных технических решений – оценить грамотность их экономического обоснования;

• соответствие обозначений и чертежей, нормам ЕСКД, наличие грамматических и орфографических ошибок;

• отметить научно-исследовательский характер работы, если в ВКР имеются оригинальные расчеты и разработки;

• отметить практическую ценность ВКР (при наличии таковой) и целесообразности его внедрения;

• другие положительные моменты, по мнению рецензента;

• замечания, вопросы и недостатки работы.

В конце рецензии необходимо отразить мнение рецензента о возможности присвоения студенту-дипломнику соответствующей:

• квалификации инженер по специальности 210406 «Сети связи и системы коммутации»;

• квалификации специалист по защите информации по специальности 090106 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем»;

• степени бакалавр техники и технологии по направлению 210400 «Телекоммуникации»;

• степени бакалавр по направлению 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи».

и об оценке, которую, по мнению рецензента, заслуживает ВКР (отлично, хорошо, удовлетворительно, неудовлетворительно).

Рецензия подписывается рецензентом с указанием Ф.И.О., занимаемой должности, ученой степени, звания и места работы.

Отрицательный отзыв рецензента не является препятствием для защиты проекта в ГАК, но в этом случае желательно присутствие рецензента на заседании ГАК.

Анотация

В данной дипломной работе рассмотрена технология управления мультисервисной сетью. Приведены основные принципы организации пакетных сетей, рассмотрены вопросы адресации, основные протоколы. Описаны основные функции SoftSwitch. Из полученного материала выполняется презентация для ознакомления с гибким программным коммутатором. Для проверки освоения приведенного материала будет разработана серия тестовых вопросов.

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования

«Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

(ФГОБУ ВПО СибГУТИ)

ОТЗЫВ

на дипломную работу Григорьева Александра Сергеевича

Руководитель _______Морозова Е.И.. __.06.2012 г.

1 Введение

С изобретением в 1835 году электрического телеграфа в истории человечества началась новая эпоха – эпоха электросвязи. Менее чем за 200 лет телекоммуникационные технологии прошли огромный путь – от громоздких и неуклюжих устройств, которыми могли пользоваться лишь государственные организации и немногие наиболее обеспеченные частные лица, до глобальной инфраструктуры, обеспечивающей связь на всем земном шаре между самыми отдаленными его уголками. Огромная скорость, с которой распространяются электромагнитные волны, позволяет за ничтожные доли секунды преодолевать расстояния в десятки тысяч километров, передавая все виды информации: звук, неподвижные и подвижные изображения, компьютерные данные и так далее.  Появление телефона впервые открыло возможности непосредственных переговоров между абонентами. Однако это достоинство было оценено не сразу. Во-первых, телефонную связь разрекламировали еще до того, как выпустили надежные телефоны и микрофоны. А во-вторых, потенциальные абоненты - деловые люди - успешно пользовались другим видом связи - телеграфом, ценя его за возможность передачи документальных записей. Поэтому приход телефонии в Россию несколько замедлился. Первые мелкие частные телефонные станции начали действовать только в 1880 г., спустя два года после изобретения трубки Белла. [1] Однако уже тогда стали думать и о создании городских телефонных сетей. 

С быстрым развитием связи стало гораздо проще реализовывать связь между друг другом. Сегодня все операторы, включая операторов IP-телефонии, активно используют системы с программным коммутатором (SoftSwitch), рассматривая их с точки зрения широкого применения в сетях связи. Актуальность данной темы состоит в том, что гибкий коммутатор SoftSwitch обладает следующими функциями:

• Обеспечивает эффективную маршрутизацию вызовов в разнородных сетях

• Обеспечивает надежную и качественную связь

• Представляет собой единый блок управления инфраструктурой сети и контроля над сессиями

С первым появлением гибкого коммутатора стоимость его была очень высокая. С развитием компьютерного оборудования стоимость гораздо стала ниже и дала возможность развитию и установки SoftSwitch в различных сетях. В данной дипломной работе мы рассмотрены вопросы появления SoftSwitch, его функции, приведено несколько примеров реализаций SSW различными фирмами производителями гибкого коммутатора.  

2 Основы IP-телефонии

2.1 Понятие IP-сети

Под IP-сетью подразумевается сеть, построенная на базе стека протоколов TCP/IP, который позволяет создавать как небольшие локальные, так и глобальные сети. Частным случаем IP-сети является глобальная сеть Internet. Корпоративная IP-сеть, построенная с применением интернет-сервисов для внутреннего пользования, называется Intranet.

 

2.2 Глобальная IP-сеть Internet

Сети с коммутацией пакетов начали разрабатываться в 60-е годы. Основной целью таких разработок было создание компьютерной сети, способной уцелеть в условиях ядерной войны. Американское агентство ARPA, обязанностями которого является поиск перспективных технологий и внедрение их в военную отрасль, профинансировало разработки в области сетей с пакетной коммутацией, что привело к созданию в 1969г. сети ARPANET, предшественника Internet.

К началу 80-х г. был разработан стек TCP/IP. В 80-е г.г. сеть Internet объединяла ряд западных университетов. Свыше 20 лет развитие сети Internet осуществлялось за счёт американского госбюджета, не представляя коммерческого интереса.

Одним из преимуществ сети Internet является открытость архитектуры. Стандарты Internet описаны в группе документов с общим названием RFC – Request for Comment, их можно использовать бесплатно. При этом открытость архитектуры совершенно не подразумевает отсутствие контроля. В настоящий момент ключевые глобальные службы Internet контролируются американскими организациями. Также преимуществом является не зависящая от аппаратного обеспечения схема адресации. IP-адрес назначается независимо от MAC-адреса.

К началу 90-х годов появились удобные для пользователя операционные системы с графическим интерфейсом, также было налажено массовое производство относительно недорогих ПК, способных такие операционные системы поддерживать. Появление службы www и удобных графических браузеров, понятных рядовым пользователям, привело ко взрывному росту числа компьютеров, подключенных к Internet (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1- Динамика роста числа компьютеров, подключенных к Internet

Дальнейшее развитие возможно за счёт роста интернет-аудитории и за счёт предоставления новых услуг. В развитых странах предел роста скорее всего уже достигнут. Определённые перспективы роста связаны с Индией и Китаем, а также с некоторыми развивающимися странами. Возможностью расширения Internet-аудитории является доступ с мобильных устройств, который становится всё более востребованным по мере совершенствования этих устройств.

Другой возможностью развития является создание новых конвергентных сетей и оказание новых услуг. В таком случае провайдер должен предоставить пользователю пакет услуг, включающий в себя помимо доступа в Internet доставку разичных видов контента.

 

2.3 Модель TCP/IP. Соотношение модели TCP/IP и модели OSI

В отличие от семиуровневой модели OSI, модель TCP/IP состоит из четырёх уровней (рисунок2.2).

Рисунок 2.2- Модель TCP/IP

Уровень IV – уровень сетевого доступа (network access layer) соответствует физическому и канальному уровням модели OSI.

Уровень III - уровень межсетевого взаимодействия (internetwork layer)соответствует сетевому уровню модели OSI. На этом уровне находится маршрутизируемый протокол IP.

Уровень II - транспортный уровень (transport layer) соответствует транспортному уровню модели OSI. На транспортном уровне находится дейтаграммный протокол UDP и протокол TCP, обеспечивающий надёжную доставку.

Уровень I - прикладной уровень (application layer) выполняет функции трёх верхних уровней модели OSI. Протоколы прикладного уровня обеспечивают работу интернет-служб, таких как www, ftp и др. Прикладные протоколы используют TCP и UDP в качестве транспортных протоколов (рисунок 2.2).

Порядок инкапсуляции следующий: сегмент->пакет->фрейм (рисунок2.3)

Рисунок 2.3 - Порядок инкапсуляции

 

2.4 IP-адресация. Понятие IP-адреса. Классы IP-адресов

IP-адрес является 32- битовым числом, уникально идентифицирующим компьютер в IP-сети. Не может быть 2-х компьютеров с одинаковыми IP-адресами, хотя у одного и того же узла может быть несколько IP-адресов.

IP-адрес состоит из 2-х частей: номер сети и номер компьютера (хоста) в этой сети. Предусмотрено несколько классов IP-адресов. В адресах класса A 8 бит отводится на номер сети, 24 бита на номер хоста. В адресах класса B 16 бит отводится на номер сети, 16 бит на номер хоста. В адресах класса C 24 бита отводится на номер сети, 8 бит на номер хоста. Также существует класс D, используемый для группового вещания (мультикастинга), и зарезервированный класс E, в настоящее время не используемый.

Для записи IP-адреса используется точечно-десятичная нотация, согласно которой каждый байт адреса преобразуется в десятичную форму, после чего полученные результаты записываются через точку (таблица2.1).

Таблица 2.1-Записи IP-адреса

IP-адрес в двоичном виде	11001000011100100000011000110010
Побайтовое разбиение	11001000	01110010	00000110	00110010
Десятичный эквивалент	200	114	6	50
IP-адрес в точечно-десятичной нотации	200.114.6.50

Класс IP-адреса можно определить по первым битам IP-адреса (таблица2.2). В IP-адресах класса A первый бит всегда равен 0. В IP-адресах класса B первые два бита всегда равны 10. В IP-адресах класса C первые три бита всегда равны 110. В IP-адресах класса D первые четыре бита всегда равны 1110.

Таблица 2.2- Класс IP-адреса

Класс адреса	Первые биты	Первый байт	Длина номера сети	Длина номера хоста	Количество хостов в сети
A	0	1-126	8 бит	24 бита	224-2 = 16777214
B	10	128 - 191	16 бит	16 бит	216-2 = 65534
C	110	192 - 223	24 бита	8 бит	28-2 = 254
D	1110	224-239	Используется для мультикастинга.
E	1111	240-255	Зарезервирован для экспериментальных целей

 2.5 Зарезервированные IP-адреса

Не все адреса можно использовать для адресации хостов. Часть адресов зарезервирована для специального применения.

Адрес сети – это IP-адрес, в котором номер хоста заполнен одними нулями, например адрес 10.0.0.0. Адреса сетей используются маршрутизаторами для составления таблиц маршрутизации.

Широковещательный адрес – это IP-адрес, в котором номер хоста заполнен одними единицами. Например, для сети 10.0.0.0 широковещательный адрес будет 10.255.255.255. Пакеты с адресом 10.255.255.255 должны быть доставлены всем компьютерам в сети 10.0.0.0. IP-сети поддерживают ограниченное широковещание, т.е. можно послать широковещательный пакет какой-то определённой сети, но на всю интерсеть широковещательный пакет отправить нельзя.

Таким образом, в любой сети всегда 2 адреса зарезервированы – это адрес сети, а также широковещательный адрес для этой сети. IP-адреса между адресом сети и широковещательным адресом являются диапазоном адресов, которые могут назначаться хостам этой сети. Например, для сети 10.0.0.0 диапазон адресов хостов будет 10.0.0.10.255.255.254.

- Сеть 0.0.0.0 зарезервирована для специального применения – задания маршрутов по умолчанию. Поэтому адреса сети 0.0.0.0 нельзя использовать для адресации хостов.

- Сеть 127.0.0.0 зарезервирована для тестирования работоспособности протокола IP. Все адреса сети 127.0.0.0 – это адреса петли обратной связи для компьютера с поддержкой IP. Иными словами, IP-пакет, адресованный на любой адрес из сети 127.0.0.0, будет отправлен самому себе.

- Адрес 255.255.255.255 это широковещательный адрес для сети, в которой находится отправитель пакета. Пакет, направленный по этому адресу, должен быть разослан всем компьютерам, находящимся в одной сети с отправителем.

 

2.6 Распределение адресного пространства в сети Internet

В корпоративной сети администратор может назначать IP-адреса по своему усмотрению. В сети Internet все пользователи должны придерживаться единых правил распределения адресного пространства. Существует ряд уполномоченных организаций, распределяющих IP-адреса. В Европе адреса распределяет RIPE http://www.ripe.net. RIPE передаёт IP-адреса Internet-провайдерам во временное пользование на платной основе, а те в свою очередь распределяют IP-адреса между своими клиентами.

Одной из проблем является насыщение адресного пространства. Большинство сетей уже кому-то принадлежит. Нехватка IP-адресов становится реальностью. Из этой ситуации 2 выхода – переход на протокол IP версии 6, в котором адреса 128-разрядные, или оптимизация имеющегося адресного пространства. На текущий момент второй способ используется чаще. Внедрение IPv6 достаточно дорого, хотя предполагается в сетях мобильной связи следующих поколений, а также в сетях некоторых провайдеров в ряде стран.

Для оптимизации имеющегося адресного пространства можно осуществлять деление сетей на подсети, а также использовать частные (private) диапазоны IP-адресов для адресации в корпоративных сетях.

2.7 Понятие подсети

 

2.7.1 Деление сетей на подсети

Деление сетей на подсети (subneting) позволяет разбить сеть на более мелкие части, сделав распределение адресного пространства более гибким. При разбиении сетей на подсети часть поля номера хоста используется для задания номера подсети, таким образом IP-адрес состоит из трёх частей – номер сети, номер подсети, и номер хоста в этой подсети (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4- Разбиение сети на подсети

Количество подсетей определяется как 2ⁿ, где n – количество бит, отводимых для номера подсети. При этом следует учесть, что номер хоста должен состоять как минимум из 2-х бит. Номер подсети может состоять из одного бита. Подсети, у которых номер подсети состоит из одних нулей или из одних единиц, могут не поддерживаться устаревшим оборудованием.

Количество хостов в подсети определяется как 2^k-2, где k – количество бит, оставшихся для номера хоста.

2.7.2 Маска подсети

При настройке стека TCP/IP необходимо задать, сколько бит отводится на номер подсети. Количество бит, отводимых на номер сети, определяется классом IP-адреса. Но по классу IP-адреса невозможно определить, сколько бит отводится на номер подсети. Эта задача решается при помощи маски подсети.

Маска подсети является 32-х битным числом, при помощи которого можно определить, сколько бит отводится на подсеть. Те биты маски подсети, которые соответствуют номеру сети и номеру подсети, заполняются единицами. Биты, соответствующие номеру хоста, заполняются нулями. Таким образом, класс IP-адреса определяет количество бит, отводимых на номер сети, а маска подсети позволяет определить суммарное количество бит, отводимых на номер подсети и на номер сети.

Маска подсети записывается в двух формах: или в точечно-десятичной нотации, или в виде количества бит, отводимых суммарно на сеть и подсеть. Например, IP-адрес 195.1.1.66 с маской 255.255.255.240 соответствует записи 195.1.1.66/28.

Запишем маску длиной 28 бит в десятично-точечной нотации:

11111111 11111111 11111111 11110000

255 255 255 240

Таким образом, маска подсети длиной 28 бит в десятично-точечной нотации выглядит как 255.255.255.240

Зная класс IP-адреса и маску подсети, легко определить количество бит, отводимых на номер хоста и на номер подсети, а также определить, разбита ли сеть на подсети. Например, 195.1.1.66/28 означает, что для адреса класса C длина маски составляет 28 бит, т.е на сеть и подсеть суммарно отводится 28бит. Поскольку номер сети класса C занимает 24 бита, следовательно в рассматриваемом примере 4 бита отводится на номер подсети.

2.7.3 VLSM

Использование масок подсети переменной длины (Variable Length Subnet Mask - VLSM) позволяет более гибко разбивать адресное пространство. VLSM позволяет осуществлять дополнительное разбиение имеющихся подсетей на подсети. Это достигается за счёт увеличения поля номера подсети.

2.8 Протокол IPv4

 

2.8.1Формат IP-пакета

Протокол IP версии 4 является маршрутизируемым дейтаграммным протоколом сетевого уровня. Перед отправкой пакета получатель не уведомляется, при этом доставка пакета не гарантируется и утерянный пакет повторно не передаётся. Если пакет получен, то отправитель также не уведомляется. Для обеспечением надёжной доставки используется протокол TCP, также надёжность может быть обеспечена на прикладном уровне.

Ниже приведен формат IP-пакета версии 4 (рисунок2.5).

Рисунок 2.5 - Формат IP-пакета версии 4

Версия (Version)- 4-х битовое поле, в котором содержится номер версии IP-протокола.

Длина заголовка (IP header length - HLEN) -4-х битовое поле, в котором содержится длина заголовка, измеренная в 32-битных словах.

Тип сервиса (Type-of-service - TOS)- 8-битовое поле, используемое для управления QoS.

Длина пакета (Total length) – 16-битовое поле, содержащее общую длину пакета, включая заголовко и поле данных. Максимальная длина пакета 65535 байт.

Идентификация (Identification)– 16-битовое поле, используемое для управления фрагментацией. Для каждого последующего отправляемого пакета поле Identification увеличивается на 1. При достижении максимального значения Identification значение, следующее за максимальным равно 0, после чего для каждого последующего пакета снова осуществляется увеличение поля Identification на 1.

Флаги (Flags) – 3-битовое поле, используемое для управления фрагментацией.

Смещение фрагмента (Fragment offset) – 13 – битовое поле, используемое для управления фрагментацией.

Время жизни пакета (Time-to-live - TTL)

При прохождении пакета маршрутизатор время жизни уменьшается на 1. Если время жизни обнуляется, маршрутизатор удаляет пакет и посылает отправителю паекта соответсвующее ICMP-сообщение.

(Protocol). Содержит код протокола, данные которого содержатся в поле данных IP-пакета.

Kонтрольная сумма загловка(Header checksum) – 16 бит. Позволяет определить повреждён ли заголовко пакета.

IP-адрес отправителя (Source address) – 32 бита.

IP-адрес получателя (Destination address)– 32 бита.

Опции (Options) – используется для некоторых служебных целей.

(Padding). Поле переменной длины. Если заголовок кратен 32 битам, поле не используется. Если заголовок пакета не кратен 32 битам, это поле заполняется нулями, приэтом длина поля выбирается так, чтобы заголовок был кратен 32 битам.

Поле данных(Data) – содержит блок данных протокола, который использует IP-пакет. Чаще всего в поле данных содержится сегмент TCP или UDP.

2.8.2 Управление фрагментацией

Поле данных фрейма ограничено. Для Ethernet, например, MTU=1500 байт. В том случае, если пакет необходимо передать через сеть, MTU в которой меньше длины пакета, пакет должен быть фрагментирован.

Фрагментация пакета осуществляется следующим образом: поле данных исходного пакета разбивается на несколько частей (фрагментов), и для передачи каждой части формируется отдельный пакет (рисунок 2.6.). Каждый фрагмент передаётся через сеть независимо от других, при этом может подвергнуться дополнительной фрагментации. Восстановление исходного поля данных осуществляется получателем.

Рисунок 2.6- Фрагментация пакета

Для управления фрагментацией используются поля Identification, flags, и fragment offset. Значение поля Identification одинаково для всех пакетов, образовавшихся в результате фрагментации, и равно значению Identification для исходного пакета. Когда получатель принимает различные фрагменты, он может определить, какой фрагмент к какой последовательности относится.

Поле flags содержит 3 бита:

Бит More Fragments (MF). Если MF=1, то это значит, что данный фрагмент не является последним фрагментом последовательности, за ним ещё следуют фрагменты .

Do not Fragment (DF). Если DF=1, то фрагментация пакета запрещена. В том случае, если маршрутизатор для передачи пакета должен фрагментировать пакет, но DF=1, маршрутизатор удаляет пакет и посылает отправителю ICMP-сообщение об ошибке.

Третий бит поля flags не используется

В поле fragment offset содержится смещение фрагмента относительно начала исходного поля данных, измеренное в восьмёрках байт. Поле fragment offset используется для того, чтобы определить порядок следования фрагментов с одинаковым значением Identification. По значению MF и FO можно определить, был ли пакет фрагментирован, является ли этот пакет первым, последним или промежуточным в последовательности, и определить порядок следования пакетов, образовавшихся в результате фрагментации:

нефрагментированный пакет MF=0, FO=0

первый фрагмент в последовательности MF=1, FO=0

промежуточный фрагмент в последовательности MF=1, FO>0

последний фрагмент в последовательности MF=0, FO>0

Эти данные позволяют получателю восстановить поле данных исходного пакета.

2.9 Частные (private) IP-сети

 

2.9.1 Частные (private) IP-сети

Для частных сетей используются следующие диапазоны IP-адресов:

• класс A: 10.0.0.0 – 10.255.255.255

• класс B: 172.16.0.0 – 172.31.255.255

• класс С: 192.168.0.0 – 192.168.255.255

Эти адреса называются частыми (приватными), в отличие от остальных IP-адресов в сети Internet, которые называются реальными адресами. Таким образом, под частные адреса отводится сеть 10.0.0.0 класса A, сети 172.16.0.0 – 172.16.31.0 класса B, сети 192.168.0.0 – 192.168.255.0 класса C. Диапазоны частных адресов предназначены для адресации в корпоративных сетях. IP-пакеты с такими адресами не будут маршрутизироваться в Internet. Таким образом, можно в разных корпоративных сетях использовать для адресации одно и то же адресное пространство. Например, в корпоративной сети организации XXX может использоваться сеть 10.0.0.0/8. В организациях YYY и ZZZ также может использоваться сеть 10.0.0.0/8, при этом конфликты возникать не будут, поскольку пакеты с адресами отправителя, принадлежащими сети 10.0.0.0/8, за пределы корпоративной сети не отправляются.

2.9.2Подключение частных сетей к Internet. (NAT и прокси-сервера)

Пользователям, находящимся внутри частной сети, как правило, нужен доступ в Internet. Для обеспечения доступа в Internet могут использоваться маршрутизаторы с поддержкой NAT (Network Address Translation), а также прокси-сервера.

Трансляция сетевых адресов (NAT – Network Address Translation) основана на замене IP-адреса в заголовке пакета с приватного на реальный (рисунок 2.7). Предположим, в глобальной сети имеется хост 5.0.0.2, а в корпоративной 10.0.0.2. При отправке хостом 10.0.0.2 пакета на хост 5.0.0.2 этот пакет отправляется на маршрутизатор по умолчанию. Если маршрутизатор с поддержкой NAT, то в памяти маршрутизатора содержится таблица преобразования адресов (Address translation table), в которой содержится соответствие между реальными и приватными адресами. Предположим соответствие в таблице преобразований 10.0.0.2 <-> 195.1.1.2. При отправке пакета с 5.0.0.2 на 195.1.1.2 маршрутизатор осуществит замену IP-адреса отправителя с 10.0.0.2 на 195.1.1.2, т.е. с приватного адреса на реальный. При получении пакета с адресом получателя 195.1.1.2 маршрутизатор осуществит преобразование адреса получателя с 195.1.1.2 на 10.0.0.2, т.е. с реального на приватный, после чего отправит пакет в корпоративную сеть. Таким образом, маршрутизатор с поддержкой NAT прозрачно для конечного пользователя обеспечивает доступ к глобальной сети.

Рисунок 2.7- Трансляция сетевых адресов

Существует динамический NAT и статический NAT. В случае статического NAT соответствие между реальным и приватным адресом устанавливается на неограниченный срок. В случае динамического соответствие устанавливается на определённый промежуток времени, после чего этот же реальный адрес может быть поставлен в соответствие другому приватному адресу. Динамический NAT позволяет обеспечить большее количество пользователей для доступа в Internet. PAT (Port Address Translation) позволяет обеспечить выход в Internet для нескольких тысяч пользователей с одного реального адреса.

Proxy-сервер (англ. proxy - посредник) – это компьютер, одновременно подключенный к корпоративной и глобальной сетям. Компьютер в корпоративной сети отправляет запрос прокси-серверу, а прокси-сервер со своего реального адреса отправляет этот запрос в глобальную сеть, принимает ответ, при необходимости запоминает (кэширует) результат и отправляет полученный ответ компьютеру в локальной сети.

Для примера рассмотрим обеспечение доступа к http-серверу при помощи http-прокси (рисунок 2.8). Компьютер A запрашивает у прокси-сервера web-страницу, находящуюся по адресу http://host1.com/page1.htm. Прокси-сервер передаёт этот запрос со своего реального адреса на веб-сервер host1.com. Получив ответ веб-сервера, прокси-сервер этот ответ запоминает, и передаёт на компьютер A. Когда компьютер B затребует тот же ресурс http://host1.com/page1.htm, прокси-сервер отправит ему веб-страницу из своего файлового кэша. Таким образом, прокси-сервера позволяют предоставить компьютерам корпоративной сети выход в Internet, а также сократить внешний трафик за счёт кэширования.

Рисунок 2.8- Прокси-сервер

 

2.10 Протокол ARP

Протокол ARP (Address Resolution Protocol) необходим для разрешения адресов канального уровня, т.е. для поиска неизвестного MAC-адреса по известному IP-адресу. Перед отправкой пакета через сеть Ethernet пакет должен быть помещён во фрейм. А для формирования фрейма необходимо знать MAC-адрес получателя. ARP протокол позволяет найти MAC-адрес компьютера при условии, что известен его IP-адрес.

ARP протокол работает следующим образом. Предположим, хосты А и D находятся в пределах одного широковещательного домена, хост А должен отправить пакет хосту D. Для этого хост А должен знать MAC-адрес хоста D. Чтобы определить требуемый MAC-адрес, можно воспользоваться arp-таблицей (arp-кэшем), в которой содержится информация о соответствии IP-адресов MAC-адресам. Если MAC-адрес хоста D в arp-таблице не обнаружен, хост А отправляет широковещательный запрос особого формата (ARP-запрос), в котором содержится IP-адрес хоста D. Широковещательный запрос принимается всеми хостами в пределах широковещательного домена, при этом каждый из них сравнивает свой IP-адрес с тем IP-адресом, для которого надо определить соответствующий MAC-адрес. Ответ на ARP-запрос отправляет только тот хост, чей MAC-адрес необходимо узнать, т.е. в данном случае хост D (рисунок 2.9). Полученный результат заносится в arp-кэш.

Рисунок 2.9- ARP протокол

2.11 Протокол ICMP

Протокол ICMP (Internet Control Message Protocol) служит для передачи управляющих сообщений, а также сообщений об ошибках. Всего определено свыше двухсот ICMP-сообщений, наиболее распространёнными сообщениями являются следующие:

Echo-request (эхо-запрос). Получив эхо-запрос, хост должен послать отправителю эхо-запроса эхо-ответ.

Echo-reply (эхо-ответ)

TTL exceeded (время жизни пакета истекло). Отправляется маршрутизатором отправителю пакета, который пришлось удалить из-за истечения времени жизни пакета. В сообщение также вкладывается IP-адрес интерфейса маршрутизатора, который удалил пакет.

Source quench – подавление источника. Маршрутизатор отправляет данное сообщение компьютеру, чей трафик слишком интенсивный и вызывает перегрузку. Получив сообщение source quench, компьютер должен снизить скорость передачи данных.

Destination unreacheble (получатель недостижим). Сообщение направляется отправителю IP-пакета маршрутизатором в том случае, если в таблице маршрутищации маршрутизатора отсутствует информация, позволяющая выбрать направление пересылки для пакета.

 

2.12. Протоколы транспортного уровня (TCP)

2.12.1 TCP

Протокол TCP обеспечивает надёжную доставку данных между двумя приложениями. При этом перед обменом данными осуществляется установление виртуального соединения. В процессе передачи данных обеспечивается повторная отправка утерянных или повреждённых сегментов. После завершения обмена данными виртуальное соединение разрывается. TCP-протокол используется для передачи данных в тех случаях, когда потеря данных недопустима. Например, для передачи двоичных файлов.

2.12.2 UDP

Протокол UDP является дейтаграммным протоколом транспортного уровня. Обеспечивает ненадёжную доставку. Используется для передачи данных в следующих случаях:

• допускается частичная потеря данных. Например, аудио- или видеопоток

• вероятность потери данных небольшая

• контроль за целостностью передаваемых данных осуществляется протколом прикладного уровня

2.12.3 Номера портов TCP и UDP

На одном и том же компьютере может одновременно работать несколько приложений, осуществляющих обмен данными по сети. При получении сегмента необходимо определить приложение, которому должны быть переданы данные, содержащиеся в сегменте. Для этого в заголовке TCP и UDP сегментов содержатся два поля – номер порта отправителя и номер порта получателя.

Пакеты, поступающие на транспортный уровень, организуются операционной системой в виде множества очередей к точкам входа различных прикладных процессов. В терминологии TCP/IP такие системные очереди называютсяпортами. Таким образом, адресом назначения, который используется на транспортном уровне, является идентификатор (номер) порта прикладного сервиса. Комбинация IP-адреса и номера порта называется сокетом. Сокет однозначно определяют прикладной процесс в сети.

Таким образом, номер порта можно рассматривать как номер потока данных, который подключен к некоторой программе (рисунок 2.10). Каждому приложению соответствует определённый номер порта, что можно рассматривать как подключение приложения к соответствующему потоку данных. По номеру порта получателя определяется приложение, которому должно быть передано поле данных сегмента.

Рисунок 2.10-номер порта

Номер порта отправителя (source port) можно рассматривать как номер потока данных к которому подключено приложение-отправитель на компьютере-отправителе. Номер порта получателя (destination port) можно рассматривать как номер потока данных к которому подключено приложение-получатель на компьютере-получателе.

Приложение-сервер всегда ожидает подключения на определённый порт, такой порт называется открытым. Назначение номеров портов серверным приложениям может осуществляться произвольно, но есть набор рекомендаций, который содержится в RFC и которые обычно соблюдаются. Эта информация содержится в файле с именем services, который всегда есть на каждом компьютере.

Номера портов клиентским приложениям назначается динамически из свободных портов, обычно выше 1024.