63272 (Технология работы IP-сетей)

РЕФЕРАТ

по дисциплине: «Информационные сети и телекоммуникации»

на тему: «IP – сети »

Ростов-на-Дону, 2010 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ОСОБЕННОСТИ IP – СЕТЕЙ

2. СТРУКТУРА IP – ДЕЙТАГРАММ

3. АДРЕСАЦИЯ В IP – СЕТЯХ

4. МАРШРУТИЗАЦИЯ В IP – СЕТЯХ

4.1 Дистанционно-векторный протокол RIP

4.2 Протокол состояния связей OSPF

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ОСОБЕННОСТИ IP – СЕТЕЙ

В настоящее время в телекоммуникационных сетях применяются различные технологии передачи данных и разные алгоритмы управления и организации работы. Естественно, требуются специальные средства, позволяющие обеспечить корректное и эффективное взаимодействие этих разнородных телекоммуникационных технологий. Конечно, такие средства существуют, благодаря этим средствам стало реальным такое понятие как Internet. Если подходить строго с точки зрения телекоммуникационных технологий, понятие Internet является таким же виртуальным, как и многое другое. В мире существует достаточно много независимых друг от друга информационных сетей с различными технологиями передачи данных. Создать общее информационное пространство, т.е. Internet, позволяют именно эти средства организации взаимодействия, имеющие общее название IP – сети. Основой IP – сетей является стек коммуникационных протоколов TCP/IP.

IP- сети – это сети взаимосвязанных подсетей, основное назначение этой технологии – обеспечить взаимодействие автономных систем, которые соединены маршрутизаторами, называемыми граничными шлюзами. Автономные системы – самостоятельные сети, находящиеся под независимым управлением и использующие самостоятельные внутренние алгоритмы работы. В настоящее время автономные системы часто представляют собой тоже IP – сети. В принятой терминологии пакет данных при передаче от одного хоста (конечного узла) до другого хоста может пройти несколько автономных систем. Таким образом, основное назначение IP – сети заключается в организации межсетевого взаимодействия, основными элементами сети являются автономные системы (подсети), основная задача – передача данных между автономными системами через шлюзы, при условии, что маршруты доставки сообщений заранее неизвестны, и возможных маршрутов может быть несколько.

Стек TCP/IP основан на протоколе сетевого уровня IP, протоколе негарантированной доставки пакетов без установления соединения. В протоколе IP пакеты называют IP-дейтаграммами, для передачи используется дейтаграммный способ: все дейтаграммы передаются и обрабатываются сетью абсолютно независимо, нет никакой связи между отдельными дейтаграммами, нет ни механизмов контроля и восстановления потерянных дейтаграмм, ни гарантий доставки дейтаграмм. Если хост-отправитель передает дейтаграммы в определенной последовательности, сеть может доставлять их в хост-получатель в произвольном порядке. Каждая дейтаграмма проходит маршрутизацию независимо, не исключается возможность более ранней доставки дейтаграмм отправленных позже, потери или дублирования дейтаграмм.

Задача контроля целостности сообщений полностью возлагается на транспортный уровень, представленный протоколами TCP и UDP. Если задачами сетевого уровня являются задачи управления взаимодействием узлов сети при обмене данными, то транспортный уровень обеспечивает взаимодействие прикладных процессов в двух узлах сети. Взаимодействующие прикладные процессы идентифицируются протокольными портами (16 бит), порты 1-255 закреплены стандартами за широко известными приложениями, остальные порты могут назначаться произвольно. Управление на транспортном уровне требует номера порта (идентификатор прикладного процесса) и IP-адреса (идентификатор хоста), эта комбинация идентификаторов на транспортном уровне называется сокетом. Через сокет производится управление потоком данных между взаимодействующими процессами.

Транспортный протокол UDP выполняет негарантированную доставку данных без соединения между процессами передающего и принимающего хоста. Сообщения помещаются протоколом в поле данных одной или нескольких дейтаграмм с определенным идентификатором сокета, на принимающей стороне производится восстановление сообщения из принятых дейтаграмм. Если сообщение или его компоненты не доставлены, никаких механизмов восстановления не предусматривается. Этот протокол часто используется для передачи различных служебных сообщений, например, сообщений протоколов маршрутизации.

Рис.1. Архитектура стека TCP/IP

Транспортный протокол TCP обеспечивает гарантированный поток данных между процессами, установившими виртуальное соединение. Идентифицируется соединение между процессами номером сокета. Поток данных сегментируется и передается также в виде дейтаграмм. Алгоритм подтверждения нумерует байты потока данных, передающая сторона ожидает подтверждения каждого сегмента. Если в течение определенного интервала времени подтверждение не поступило, передача сегмента повторяется. Уведомление о нормальном завершении процесса передачи отправляется только после успешной сборки сообщения приемником. Соединение в рамках TCP представляет собой набор параметров, определяющих процедуры обмена данными между процессами. Часть параметров должны быть неизменными, а некоторые параметры могут изменяться, адаптируя параметры процедур к текущему состоянию сети.

Особенностью алгоритма скользящего окна в TCP в том, что размер окна задается количеством байт, хотя единицей передаваемых данных является сегмент, размеры которого определяются при установлении соединения. Размер окна и время ожидания квитанций перед повторной отправкой сегментов являются адаптивно изменяемыми параметрами в процессе работы. Уменьшение окна и увеличение времени тайм-аута снижает скорость передачи данных.

Тайм-аут уточняется в процессе работы усреднением времени "двойного оборота" и умножением полученной величины на коэффициент >2. Размер окна при установлении соединения заявляется большим, а в процессе работы, как правило, уменьшается. Если принимающая сторона не справляется с потоком данных, она передает в квитанции нулевой размер окна. Передающая сторона при нулевом размере окна может время от времени продолжать попытки передачи данных, если состояние приемника изменилось, он передаст в квитанции ненулевой размер окна. Кроме того, имеется возможность передачи сообщений со специальным признаком, это сообщение будет обработано при перегрузке приемника даже за счет удаления из буфера принятых ранее сегментов. TCP, работая над потенциально ненадежным сетевым протоколом IP, выполняет необходимые процедуры контроля и обеспечивает восстановление потока данных при потере дейтаграмм.

Так как основная задача протокола IP – организация межсетевого взаимодействия, стек должен быть дополнен протоколами сетевых интерфейсов, которые обеспечивают преобразование дейтаграмм в пакеты или кадры других сетевых технологий. Это протоколы RFC1042 (IP – IEEE802), RFC1577 (IP – ATM) и другие. Стек коммуникационных протоколов TCP/IP содержит протоколы маршрутизации RIP, OSPF, протоколы передачи служебных управляющих сообщений ICMP, протоколы преобразования сетевых адресов автономных систем в IP-адреса ARP, RARP, протокол поддержки символьных доменных имен DNS и многие другие протоколы, состав протоколов постоянно расширяется. Тем не менее, в основе всех этих протоколов находятся процедуры передачи данных IP-протокола.

2. СТРУКТУРА IP-ДЕЙТАГРАММ (ПАКЕТА)

Каждая дейтаграмма обрабатывается IP-сетью как независимая единица. Если в процессе передачи возникли какие-либо ошибки, дейтаграмма просто отбрасывается, никаких средств повторной передачи, восстановления или просто уведомления об этом событии не предусмотрено. Как указывалось, задача контроля потока данных возлагается на транспортный уровень. Так как каждая дейтаграмма доставляется самостоятельно, она должна в служебных полях содержать все данные, необходимые для решения этой задачи. Поэтому независимо от характера передаваемых данных структура дейтаграмм одинакова. Дейтаграммы могут использоваться для решения различных задач, разными протоколами стека TCP/IP и характер задач не влияет на структуру дейтаграмм. Сложность служебных полей тесно связана со сложностью задач, которые решаются при продвижении дейтаграмм.

IP-дейтаграмма состоит из заголовка и поля данных. Стандартная длина заголовка со всеми необходимыми служебными полями – 20 байт, при необходимости длина может быть увеличена в поле Опции. Длина заголовка указывается количеством 4-х байтовых слов.

Номер версии протокола, используемой в настоящее время 4, хотя и существует версия 6. В поле длина заголовка указывается длина заголовка в 4-х байтовых словах, если длина заголовка не кратна 32 битам, заголовок дополняется нулями.

Рис. 2. Структура IP – дейтаграммы

Поле «тип сервиса» задает приоритет и критерии выбора маршрута. PR имеет длину 3 бита и может определять приоритет от 0 (обычная дейтаграмма) до 7 (высокоприоритетная управляющая информация). Критерии выбора маршрута: D – минимальная задержка, T – максимальная пропускная способность, R – максимальная надежность. Обычно требования этих критериев противоречивы, поэтому нецелесообразно задавать выбор маршрута по двум критериям одновременно.

Поле Общая длина пакета указывает размер дейтаграммы в байтах, включая заголовок и поле данных. Дейтаграммы (пакеты) большого размера применяются редко только по согласования с протоколами автономных систем (подсетей), стандартная рекомендуемая длина – 576 байт.

Протокол IP предусматривает возможность фрагментации пакетов (дейтаграмм). Различные подсети могут определять разные размеры пакетов, при передаче из одной автономной системы в другую пакет может быть разделен на несколько пакетов, все фрагменты должны иметь одинаковое значение идентификатора пакета. Поле Флаги также связано с фрагментацией пакетов. Флаг DF запрещает фрагментацию данного пакета, MF говорит о том, что данный пакет является промежуточным фрагментом. Поле Смещение фрагмента и задает смещение в байтах поля данных фрагмента от начала общего поля данных исходного пакета.

Поле Время жизни задает предельный срок, в течение которого пакет может перемещаться по сети. Хотя считается, что время жизни задается в секундах, реально при перемещении от узла к узлу значение этого поля уменьшается на единицу. Если пакет не достиг узла назначения, а время жизни стало нулевым, этот пакет уничтожается. Этот механизм самоликвидации необходим для предотвращения бесконечно долгого блуждания пакетов по сети, задавая значение этого поля ограничивают количество промежуточных узлов, через которые пакет может достигнуть пункта назначения.

Идентификатор протокола верхнего уровня указывает, какому протоколу принадлежит информация в поле данных дейтаграммы. Значения идентификаторов приводятся в специальном стандарте.

Контрольное поле заголовка вычисляется как сумма по модулю 2¹⁶ всех 16 битовых слов заголовка. Так как отдельные элементы заголовка могут изменяться в каждом узле, контрольная сумма проверяется при приеме дейтаграммы и формируется заново при передаче. Если при приеме обнаружены ошибки в заголовке с помощью контрольной суммы, дейтаграмма удаляется.