Часть 2 (весна 2010 г.)

Источники указаны в квадратных скобках […] :

1. Олифер (Книга) Олифер глава 5+.doc

2. Шпоргалки nets.pottee.doc

3. Википедия http://ru.wikipedia.org/wiki/

4. Семенов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ) http://book.itep.ru/ в т.ч. 4.1.1.3 Интернет в Ethernet_CIDR+VLSM.doc

5. Материал из презентации в т.ч. it_net_04.ppt

6. В.Г. Олифер, Н.А. Олифер, Сетевые операционные системы , 2-е изд. (книга)

Принятые сокращения:

Сокращение	Полное название
ПО	программное обеспечение
ОС	операционная система
м-р	маршрутизатор
м-ция	маршрутизация
м/у	между
AS	Автономные системы
ЛВС	Локальная вычислительная сеть
SA	Aссоциация безопасности
Олиферы	В.Г. Олифер, Н.А. Олифер, Сетевые операционные системы , 2-е изд.

Перед подготовкой прочитать:

1) Олиферы [6] ] Из гл.9 Осн. фундаментальные понятия и определения (стр. 408– 424) особо обратить внимание, где помечено карандашом.

2) 4.1.1.3 Интернет в Ethernet_CIDR+VLSM.doc

3) it_net_04.ppt

4) It_net_05_Маршрутизация.Ppt

5) Олиферы [6] Гл.9 Сеть как трансп. система -всю (стр. 429– 480) хотя бы просмотреть

6) Олиферы [6] Из гл.12 (Безопасность) стр.603 внизу, 617– 619 (технология защищённого канала)

6) Виртуальные частные сети VPN (до следующего билета)

27. Сети на основе стека протоколов tcp/ip. История возникновения, структура стека протоколов и назначение различных элементов стека. Протоколы, порты, сокеты.

Cтек используется для связи компов по Internet, а также в корп.сетях. Стек ТСР/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей — это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных — протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP, PPP, протоколы территориальных сетей Х.25 и ISDN. Основными протоколами стека, давшими ему название, являются протоколы IP и TCP. Эти протоколы в модели OSI относятся к сетевому и трансп. уровням соотв-но. IP обеспечивает продвижение пакета по составной сети, а TCP гарантирует надежность его доставки. [2]

История возникновения

В настоящее время стек TCP/IP является самым популярным средством организации составных сетей. На рис.1 показана доля, которую составляет тот или иной стек протоколов в общемировой инсталляционной сетевой базе. До 1996 года бесспорным лидером был стек IPX/SPX компании Novell, но затем картина резко изменилась - стек TCP/IP по темпам роста числа установок намного стал опережать другие стеки, а с 1998 года вышел в лидеры и в абсолютном выражении. Именно поэтому дальнейшее изучение функций сетевого уровня будет проводиться на примере стека TCP/IP. [1]

Многоуровневая структура стека TCP/IP

В стеке TCP/IP определены 4 уровня (рис. 2). Каждый из этих уровней несет на себе некоторую нагрузку по решению основной задачи - организации надежной и производительной работы составной сети, части которой построены на основе разных сетевых технологий.

Уровень межсетевого взаимодействия — является cтержнем всей архитектуры, и 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 сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке является протокол IP (Internet Protocol). Этот протокол изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, 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 и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol). Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизаторами сети и узлом-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.

Основной уровень

Поскольку на сетевом уровне не устанавливаются соединения, то нет никаких гарантий, что все пакеты будут доставлены в место назначения целыми и невредимыми или придут в том же порядке, в котором они были отправлены. Эту задачу -обеспечение надежной информационной связи между двумя конечными узлами -решает основной уровень стека TCP/IP, называемый также транспортным.

На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между удаленными прикладными процессами за счет образования логических соединений. Этот протокол позволяет равноранговым объектам на компьютере-отправителе и компьютере-получателе поддерживать обмен данными в дуплексном режиме. TCP позволяет без ошибок доставить сформированный на одном из компьютеров поток байт в любой другой компьютер, входящий в составную сеть. TCP делит поток байт на части - сегменты, и передает их ниже лежащему уровню межсетевого взаимодействия. После того как эти сегменты будут доставлены средствами уровня межсетевого взаимодействия в пункт назначения, протокол TCP снова соберет их в непрерывный поток байт.

Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным способом, как и главный протокол уровня межсетевого взаимодействия IP, и выполняет только функции связующего звена (мультиплексора) между сетевым протоколом и многочисленными службами прикладного уровня или пользовательскими процессами.

Прикладной уровень и Уровень сетевых интерфейсов см. ниже в разделе КОРОТКО(выводы)

Порты и сокеты (сокеты — см.[6])

Протокол TCP взаимодействует через межуровневые интерфейсы с ниже лежащим протоколом IP и с выше лежащими протоколами прикладного уровня или приложениями.

В то время как задачей сетевого уровня, к которому относится протокол IP, является передача данных между произвольными узлами сети, задача транспортного уровня, которую решает протокол TCP, заключается в передаче данных между любыми прикладными процессами, выполняющимися на любых узлах сети. Действительно, после того как пакет средствами протокола IP доставлен в компьютер-получатель, данные необходимо направить конкретному процессу-получателю. Каждый компьютер может выполнять несколько процессов, более того, прикладной процесс тоже может иметь несколько точек входа, выступающих в качестве адреса назначения для пакетов данных.

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 называются портами. Таким образом, адресом назначения, который используется протоколом TCP, является идентификатор (номер) порта прикладной службы. Номер порта в совокупности с номером сети и номером конечного узла однозначно определяют прикладной процесс в сети. Этот набор идентифицирующих параметров имеет название сокет (socket).).

Протоколы – Вспомогательные и сопутствующие стеку TCP/IP протоколы и сервисы: DNS, ARP/RARP, ICMP, DHCP, WINS.

КОРОТКО(выводы):

• Наибольшее распространение для построения составных сетей в последнее время получил стек TCP/IP. Стек TCP/IP имеет 4 уровня: прикладной, основной, уровень межсетевого взаимодействия и уровень сетевых интерфейсов. Соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI достаточно условно.

• Прикладной уровень объединяет все службы, предоставляемые системой пользовательским приложениям: традиционные сетевые службы типа telnet, FTP, TFTP, DNS, SNMP, а также сравнительно новые, такие, например, как протокол передачи гипертекстовой информации HTTP.

• На основном уровне стека TCP/IP, называемом также транспортным, функционируют протоколы TCP и UDP. Протокол управления передачей TCP решает задачу обеспечения надежной информационной связи между двумя конечными узлами. Дейтаграммный протокол UDP используется как экономичное средство связи уровня межсетевого взаимодействия с прикладным уровнем.

• Уровень межсетевого взаимодействия реализует концепцию коммутации пакетов в режиме без установления соединений. Основными протоколами этого уровня являются дейтаграммный протокол IP и протоколы маршрутизации (RIP, OSPF, BGP и др.). Вспомогательную роль выполняют протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP, протокол группового управления IGMP и протокол разрешения адресов ARP.

• Протоколы уровня сетевых интерфейсов обеспечивают интеграцию в составную сеть других сетей. Этот уровень не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей - Ethernet, Token Ring, FDDI и т. д., для глобальных сетей - Х.25, frame relay, PPP, ISDN и т. д.

• В стеке TCP/IP для именования единиц передаваемых данных на разных уровнях используют разные названия: поток, сегмент, дейтаграмма, пакет, кадр.

27. из презентации [5] (см.слайды 2 — 7 из it_net_04.ppt)

Уровень MAC (it_net_03.ppt)

• Основными функциями уровня MAC являются:

▫ обеспечение доступа к разделяемой среде;

▫ передача кадров между конечными узлами, используя функции и устройства физического уровня.

Адресация

• Физические адреса (например, MAC-адресы в сетях Ethernet) используются на канальном уровне для взаимодействия к устройств, находящихся в том же сегменте сети.

• Для описания взаимодействия хостов между отдельными сегментами сети используется адресация на более высоком - сетевом - уровне.

• Поиск место размещения хостов и передача данных выполняется специальными устройствами – маршрутизаторами.

Примеры протоколов сетевого уровня

• Наиболее популярным протоколом сетевого уровня, используемым в Интернет, является протокол IP (Internet Protocol).

• Другим протоколом, используемым в локальных сетях, является протокол IPX (Internetwork Packet Exchange) фирмы Novell.

• Протокол NetBEUI является примером немаршрутизируемого протокола сетевого уровня.

Предистория из [4] 4.4.0.0 Интернет-Оглавление.doc

В середине 60-годов в самый разгар холодной войны министерство обороны США планировало создать сеть для управления, которая бы помогла выжить в условиях ядерной войны. Стандартные телефонные сети считались недостаточно надежными, так как выход из строя одного из центральных коммутаторов может парализовать целый регион (телефонная сеть имеет древовидную топологию). Далее см. [4] 4.4.0.0 Интернет-Оглавление.doc стр.4

... В 1991 году конгресс США принял закон о создании сети NREN (National Research and Education Network - национальная сеть для науки и образования) с каналами, рассчитанными на скорость передачи в диапазоне гигабит/с. Таким образом, можно считать, что Интернету более 30 лет, а первому официальному документу Интернет (RFC) - более 35.

Со́кеты / из википедии / (англ. socket — углубление, гнездо, разъём) — название программного интерфейса для обеспечения обмена данными между процессами. Процессы при таком обмене могут исполняться как на одной ЭВМ, так и на различных ЭВМ, связанных между собой сетью. Сокет — абстрактный объект, представляющий конечную точку соединения.

Следует различать клиентские и серверные сокеты. Клиентские сокеты грубо можно сравнить с оконечными аппаратами телефонной сети, а серверные — с коммутаторами. Клиентское приложение (например, браузер) использует только клиентские сокеты, а серверное (например, веб-сервер, которому браузер посылает запросы) — как клиентские, так и серверные сокеты.

Интерфейс сокетов впервые появился в BSD Unix. Программный интерфейс сокетов описан в стандарте POSIX.1 и в той или иной мере поддерживается всеми современными операционными системами.

Сокет на сленге системных администраторов означает комбинацию IP-адреса и номера порта, например 10.10.10.10:80.

Каждый процесс может создать слушающий сокет (серверный сокет) и привязать его к какому-нибудь порту операционной системы (тем не менее, в UNIX непривилегированные процессы не могут использовать порты меньше 1024). Слушающий процесс обычно находится в цикле ожидания, то есть просыпается при появлении нового соединения. При этом сохраняется возможность просто проверить наличие соединений на данный момент, установить тайм-аут для операции и так далее.

Каждый сокет имеет свой адрес. ОС семейства UNIX могут поддерживать много типов адресов, но обязательными являются INET-адрес и UNIX-адрес. Если привязать сокет к UNIX-адресу, то просто будет создан специальный файл (файл сокета) по заданному пути, через который смогут сообщаться любые локальные процессы путём простого чтения/записи из него. Сокеты типа INET доступны из сети и требуют выделения номера порта.

Обычно клиент явно подсоединяется к слушателю, после чего любое чтение или запись через его файловый дескриптор будут на самом деле передавать данные между ним и сервером.

Сокет (программный интерфейс) — программный интерфейс для обеспечения информационного обмена между процессами.