Реферат: Технологии создания сетей
[ DARPA преобразует все ARPANET системы для работы по межсетевым ]
[ протоколам ]
[ Правительство США принимает GOSIP для замены межсетевых протоколов]
[ Межсетевой протокол остается индустриальным]
[ стандартом де-факто для объединения разнородных систем ]
[ к рис. на стр. 23-2 (в поле рисунка)]
[1] История пакета межсетевых протоколов
[5]В середине 70-х годов в Стэнфордском университете под эгидой компании
Bolt Beranek and Newman (BB&N) был разработан пакет межсетевых протоколов.
Разработка финансировалась Агенством перспективных исследований Министерства
Обороны США (DARPA). Усилиями DARPA была создана сеть ЭВМ,
получившая название ARPANET (Advanced Research Projects Agency NETwork),
которая связала правительственные учреждения, университеты и исследовательские
центры, став первой сетью с коммутацией пакетов. Для обеспечения связи между
разнородными устройствами необходимо было разработать пакет протоколов.
Пакет межсетевых протоколов и был разработан для того, чтобы решить эту
проблему.
В 78-79 годах разработка пакета межсетевых протоколов была в основном
завершена. В 1980 году агенством DARPA была начата кампания по использованию
межсетевых протоколов в устройствах сети ARPANET. В январе 1983 года
программа внедрения межсетевых протоколов в сети ARPANET была выполнена.
Благодаря применению межсетевых протоколов ARPANET прошла путь от
небольшой сети коммутации пакетов на основе телефонных линий (точка - точка)
до мощной гибридной интерсети. Название "ARPANET" сохранилось и используется
для обозначения той части интерсети, которая используется Департаментом
обороны для своих исследований и разработок.
[КС 23-2]
Параллельно организация IAB (Internet Activity Board) проводила исследования
в области создания интерсетей. IAB первоначально учреждалась агенством DARPA
для поддержки взаимодействия между ведущими исследователями в области
интерсетей. Каждая задача, решаемая в рамках IAB, имела отношение к
определенной части вопросов построения интерсетей, и, зачастую, результаты
проводимых работ находили применение в создаваемой интерсети.
Большинство протоколов и приложений, функционирующих на интерсети,
задокументированы, и входят в серию технических статей, называемых RFC
(Request For Comments). Поддержание библиотеки RFC, а также юридическая
ответственность за все подключения к интерсети возложена на SRI NIC (Network
Information Center), расположенный в Менто Парке в Калифорнии.
Любая история развития межсетевых протоколов будет неполной без рассмотрения
межсетевых протоколов UNIX BSD (Berkeley Software Distribution), называемых
"merger" ("обьединение"). В 1982 году операционная система UNIX BSD,
чрезвычайно популярная операционная система в университетких кругах, была
дополнена межсетевыми протоколами а качестве стандарта построения сетей.
Межсетевые протоколы UNIX BSD способствовали увеличению популярности как
операционной системы, так и собственно системы протоколов. Этот процесс
продолжается и по сей день.
Недавно правительство США в законодательном порядке инициировало замену
межсетевых протоколов той части интерсети, которая контролируется
правительством, на набор протоколов Эталонной Модели OSI в варианте GOSIP
(Goverment Open Systems Interconnection Profile). Несмотря на это,
продолжается рост коммерческого использования TCP/IP. Глубокое проникновение
систем, построенных на основе наборов межсетевых протоколов в экономику
страны, не позволяет провести немедленную их замену, делают эту попытку
непрактичной.
[КС 22-3]
[ Межсетевые протоколы ]
[ и Эталонная Модель OSI ]
[ Эталонная ] [ Межсетевые ] [ Модель ]
[ Модель OSI] [ протоколы ] [ интерсети ]
[ Прикладной ]
[ Представительный ] [ Процессы ]
[ Сеансовый ]
[ Транспортный ] [ Host-to-Host ]
[ Сетевой ] [ интерсеть ]
[ Канальный ]
[ Физический ]
[ к рис. на стр. 22-4 (в поле рисунка)]
[1]Пакет межсетевых протоколов и Эталонная Модель OSI
[5]Пакет межсетевых протоколов был разработан почти на десять лет раньше
Эталонной Модели OSI. Несмотря на это, в общем, можно отобразить функции,
обеспечиваемые пакетом межсетевых протоколов, на Модель OSI. Межсетевые
протоколы в своем составе имеют, так называемые, протоколы межсетевых
процессов: TELNET (протокол эмуляции терминала), FTP (протокол передачи
файлов), SMTP (протокол передачи электронной почты), RIP (протокол
маршрутизации информации). Протоколы межсетевых процессов обеспечивают
пользователей прикладными услугами и грубо соответствуют функциям
Прикладного, Представительного и Сеансового уровней Модели OSI. TCP и UDP
(Пользовательский дейтаграммный протокол - User Datagram Protocol) являются
протоколами типа ЭВМ-ЭВМ (host-to-host). Протоколы ЭВМ-ЭВМ осуществляют
доставку данных между двумя ЭВМ, подключенными к сети и грубо соответствуют
Транспортному уровню модели OSI. Протоколы IP и ICMP являются межсетевыми
протоколами. Межсетевые протоколы обеспечивают пересылку данных между двумя
машинами, подключенными к различным подсетям интерсети. Данные протоколы
соответствуют Сетевому уровню.
В данном разделе также обсуждается семейство протоколов NFS (Network File
System). Семейство NFS было разработано в середине 80-х годов
фирмой Sun Microsystems. В данном семействе протоколов специфицируется
файловая распределенная система, разработанная для гетерогенной
вычислительной среды.
[КС 23-4]
[ Формат IP - пакета ]
[ к рис. на стр. 23-5 (в поле рисунка)]
[1]Межсетевой протокол - IP
[5]Протокол IP обеспечивает негарантированную доставку пакетов Транспортного
уровня (называемых транспортными протокольными блоками данных, TPDU -
Transport Protocol Data Units) в пределах интерсети в режиме без
установления соединения (в дейтаграммном режиме). В протоколе IP
предусмотрена операция фрагментации TPDU на более мелкие пакеты в том
случае, когда это необходимо, и соответственно - обратная операция сборки,
выполняемые обычно в маршрутизаторах или же в целевой ЭВМ. Каждый TPDU или
фрагмент снабжается IP заголовком и передается как кадр низкоуровневыми
протоколами.
Между источником данных и получателем в зависимости от структуры сети могут
существовать несколько путей. Дейтаграммы передаются по сети от маршрутизатора
к маршрутизатору. В соответствии с протоколом IP в каждом маршрутизаторе для
каждой дейтаграммы вычисляется следующее направление передачи.
В интерсети различные фрагменты некоторого TPDU могут передаваться по
различным маршрутам. При этом порядок приема фрагментов в целевой ЭВМ может
не совпасть с порядком их передачи. Упорядоченная сборка фрагментов
выполняется в целевой ЭВМ соответствующим IP-объектом.
Заголовок IP пакетов состоит из нескольких полей, их определение приведено
ниже.
[КС 23-5]
[1]Версия (Version)
[5]В 4-х битовом поле "Версия" сохраняется некоторый номер, отражающий
определенный этап развития протокола. Оконечные системы и маршрутизаторы
должны иметь согласованые номера версий, что гарантирует корректную обработку
заголовка.
[5]Длина IP заголовка (IP Header Length-IHL)
[5]В поле IHL (длина поля 4 бита) указывается длина заголовка дейтаграммы в
32 битовых словах.
[5]Тип услуги (Type of Service)
[5]С помощью данного 8-ми битового поля высокоуровневые протоколы имеют
возможность указать протоколу IP (точнее, соответствующему IP-обьекту)
каким образом должна быть обработана конкретная дейтаграмма. Часть поля
(3 бита) используется для указания приоритета пакета, степени важности
(от 0 - обычный, до 7 - чрезвычайно важный). Хотя существующие реализации
IP не используют данное поле, учет приоритетов позволяет обеспечить контроль
за перегрузками на сети.
-------------------------------------------------------------
| Приоритет | D | T | R | Не используется |
| (precedence) | | | | |
-------------------------------------------------------------
Рис. 23-1. Тип услуги
Следующие три бита позволяют запросить специальное обслуживание пакета. При
установленном бите D в единичное значение обеспечивается минимальная задержка
пакета. Такой пакет, например, может входить в состав речевого трафика, и его
передача осуществляется с помощью соответствующей линии с малыми задержками.
Следующий бит (Т-бит), установленный в 1, запрашивает большую полосу
пропускания для данного пакета. Такие пакеты могут составлять трафик,
связанный с передачей файлов. Бит R используется для запроса повышенной
надежности передачи пакета. В указанном режиме могут передаваться пакеты,
относящиеся к приложениям, обрабатывающим разного рода транзакции
(например, банковские системы). Последние два бита поля не используются.
[5]Длина (length)
[5]В поле Длина (16 бит) указывается размер в байтах всего IP-пакета,
включая область данных и заголовок пакета.
[КС 23-6]
[5]Идентификатор (Identification)
[5]Поле содержит некоторое число, которое идентифицирует данную дейтаграмму.
Совместно с адресом источника содержимое поля уникально идентифицирует
дейтаграмму. Фрагменты, имеющие одинаковые адрес источника и идентификатор,
обьединяются вместе с учетом значения параметра "индекс фрагмента". Операция
"сборки" выполняется в маршрутизаторах или в оконечных узлах.
[5]Флаги (Flags)
[5]Два младших бита трехбитового поля применяются в процессе фрагментации.
Первый бит DF (Don't Fragment) указывает, является ли дейтаграмма фрагментом,
второй бит MF (More Fragment) указывает, является ли данный фрагмент
последним.
[5]Индекс (смещение) фрагмента (Fragment Offset)
[5]В 13-ти битовом поле указывается индекс фрагмента в дейтаграмме.
Реализация протокола IP в узле назначения (т.е. IP-обьект) использует
содержимое этого поля для сборки фрагментов в исходный блок TPDU. Причем,
если какой-либо фрагмент теряется, то все другие фрагменты дейтаграммы
уничтожаются.
[5]Время жизни (TTL - Time-to-Live)
[5]В однобайтовом поле TTL содержится счетчик, ограничивающий время
существования пакета в сети. Каждый раз при прохождении транзитного
маршрутизатора содержимое TTL уменьшается на 1. Когда значение TTL принимает
значение 0, пакет уничтожается. Этот механизм позволяет решать проблему
бесконечно зацикленных пакетов.
[5]Протокол (Protocol)
[5]Поле Протокол (8 бит) идентифицирует транспортный протокол (например, TCP),
для которого предназначается данная дейтаграмма. Большинство транспортных
протоколов зарегистрированы под определенными номерами в соответствующих
центрах интерсети.
[5]Контрольная сумма (КС) заголовка пакета (Header Checksum)
[5]Поле длиной 16 бит применяется для обеспечения контроля целостности IP-
заголовка. Если вычисленная контрольная сумма заголовка не совпадает со
значением из поля КС принятого пакета, то пакет уничтожается. Поскольку
поле TTL модифицируется в каждом маршрутизаторе, то каждый раз приходится
пересчитывать значение поля КС заголовка.
[КС 23-7]
[5]Адрес Источника и Адрес Назначения (Source and Destination Addresses)
[5]С помощью этих полей, содержащих IP-адреса, идентифицируются источник и
получатель пакета. IP-адрес специфицирует положение ЭВМ в терминах
сеть-машина. IP-адрес - это 32-х битовое число, для удобства чтения
представляемое в десятично-точечной нотации: четыре десятичных числа,
разделенных точками (например, 192.32.45.1).
----------------------------------
[ Класс А ] | 0 | [сеть] | [ машина ] |
----------------------------------
[ 7 бит ] [ 24 бита ]
-----------------------------------
[ Класс В ] | 1 | 0 | [сеть] | [ машина ] |
-----------------------------------
[ 14 бит ] [ 16 бит ]
-----------------------------------
[ Класс C ] | 1 | 1 | 0 | [сеть] | [ машина ]|
-----------------------------------
[ 21 бит ] [ 8 бит ]
[5] Рис.23-2. Форматы IP-адреса
[5]В настоящее время используются три класса IP-сетей:
* Класс А. IP-адрес в первом байте специфицирует сеть (первый бит
характеризует класс сети). Следующие 3 байта (24 бита) задают адрес ЭВМ (host)
в данной сети. Этот класс сетей применим в случае сетей с большим количеством
host'ов. Пример - ARPANET;
* Класс В. IP - адрес в первых двух байтах специфицирует сеть (два первых
бита характеризуют класс сети). Следующие 2 байта (16 бит) задают адрес ЭВМ.
Данный класс сетей применяется в случае, когда отдельные сети в интерсети
обьединяют среднее число ЭВМ (университеты, коммерческие организвции);
* Класс С. IP - адрес в первых трех байтах специфицирует сеть (три первых
бита характеризуют класс сети). Последний байт (8 бит) определяет ЭВМ в
сети. Этот класс является полезным в случае, когда существует небольшое число
ЭВМ, образующих логически связанное объединение.
[КС 23-8]
[5]Для всех случаев начальные биты адреса сети идентифицируют класс сети.
Данная схема адресации обеспечивает достаточную гибкость при описании любых
типов сетей. При разработке интерсети назначаются (распределяются) только
номера конкретных сетей. Причем номера сетей выбираются среди свободных на
основе определенных характеристик (например, число машин, объединяемых
сетью).
IP-адресация предполагает ряд специальных соглащений. Адрес, состоящий из
одних единичных битов (255.255.255.255) используется в качестве
широковещательного. Адрес "текущей" сети образуется из адреса ЭВМ путем
заполнения нулевыми битами той части адреса, которая описывает адрес Host'а.
Например, к сети класса В с номером 145.32 можно обратиться по адресу
145.32.0.0. Конкретная ЭВМ в рамках конкретной сети адресуется аналогичным
способом. Например, ЭВМ в некоторой сети класса В имеет номер 2.3, тогда ее
адрес - 0.0.2.3.
Несколько лет тому назад в рамках организации RFC 950 было предложено в IP-
адресацию ввести понятие подсети. Подсеть - это третий иерархический уровень
IP-адресации. В этом случае IP-адрес становится похожим на телефонный
номер, применяемый в пределах США. Телефонная система адресации США также
имеет три уровня иерархии: первые три цифры - код области, следующие три
цифры - код подобласти в рамках области, последние четыре цифры - номер
абонента в подобласти. С учетом адреса подсети IP-адрес представляет:
адрес сети, адрес подсети данной сети, адрес ЭВМ в пределах подсети.
Для представления адреса подсети применяются битовые поля из области адреса
ЭВМ в IP-адресах источника и цели. Причем размер поля, отводимого для
представления подсети, определяется административными службами конкретных
сетей. Введение подсетей позволяет выполнять группирование ЭВМ в изолированные
объединения. Причем для представления адресов ЭВМ в рамках подсети отводится
не менее 2-х бит. На рис. 23 - 3 показан пример введения поля адреса подсети
для сети класса В.
-----------------------------------
[ Без ] | | | [сеть] | [ машина ] |
[ подсетей ] -----------------------------------
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42
