Лекции: Лекции по ОАП

Распознанный текст из изображения:

Лекция йо И~

Техническое обеспечение САПР

2. Реализация сетевого взаимодействия средствами ТСР/1Р. Стеки поотоколов.

порт отправителя ~2 б)

порт получа теля (2 б)

код позиции в сообщении,

ле данных «З2)

номер следующего байта ~32)

управление ~1б)

размер окна, т.е. число байт, которое можно послать до получения

под тв ержд ения «1 б)

контрольный код ~1 б)

дополнительные признаки, например срочность передачи ~1б)

опции (24)

заполнитель ~Я)

Ф Ф

т. е. порядковый номер первого байта в по—

Следует отметить, что каждый байт сообщения получает уникальный порядковый номер, Отсюда вытекает одно из ограничений на максимально допустимую в протоколе ТСР/1Р пропускную способность. Это ограничение составляет 2з2 байта / время жизни дейтаграммы, так. как для конкретного соединения в сети не должно одновременно существовать более одного байта с одним и тем же номером.

Еще более жесткое ограничение возникает вследствие представления размера окна 16-ю битами. Это ограничение заключается в том, что за время Т„прохождения пакета от отправителя к получателю и обратно в сеть может быть. направлено .не более 216 информационных единиц конкретного сообщения. Поскольку обычно такой единицей является байт, то имеем «21б ~ 3 бит) / Т,

е х~~'. ° ю - » ° ° - .-*- .. а *--- *' ',.к

ся в совокупности, называемые смекали пражакалав: Широко известны стеки нро:колов ТСР/1Р„ БРХ/1РХ, Х.25, Рампе 3;е1ау «РЗ),.АТМ; семйуровневые:протоколы ЭМВОС.

Наибольшее.распространение получили протоколы ТССР в связ ~ =. их использованием в качестве основных в сети ш1егпе1. ТСР/1Р— пятиуровневые протоколы, но базовыми среди них, давшими название всей совокупности, являются протокол транспортного уровня ТСР «Тгапяшзяоп Соп1го1 Рго1осо1) и протокол сетевого уровня 1Р «1п1егпе1 Рго1осо1). Эти протоколы поддерживаются такими операционными системами, как 1)п1х и Ж1пйожя-95/ХТ.

ТСР— дуплексный транспортный протокол с установлением соединения. Под установлением соединения подразумевают установление виртуального-канала в сети путем обмена запросом и согласием на соединение между отправителем и получателем сообщения. К другим функциям ТСР относятся упаковка и распаковка пакетов на концах транспортного соединения; управление потоком — получатель одновременно с подтверждением правильности передачи сообщает размер окна, т.е. число пакетов, которые получатель готов принять или, что практически то же самое, число пакетов, которые отправитель может послать в сеть, не дожидаясь получения подтверждения об их правильном приеме; помещение срочных данных между специальными указателями„т.е. возможность управлять скоростью передачи.

В программном обеспечении протокола ТСР имеется программа-агент, которая постоянно готова к работе и при:приходе запроса генерирует свою копию для обслуживания создаваемого соединения, а сама программа-родитель ждет новых вызовов,

В схеме установления соединения в сетях клиент-сервер предусмотрена посылка клиентом запроса на.соединение «команда АСТ1Ъ"Е ОРЕМ) с указанием адреса сервера, тайм-аута.(времени жизни), уровня секретности. Можно сразу же поместить в запрос данные «тогда используется команда АСТГЧЕ ОРЕХ %1ТН ВАТА). Если сервер готов к связи, он отвечает командой согласия «ОРЕХ К.ЕСЕГЧЕВ), в которой назначает номер соединения. Далее командой ЗЕХВ посылаются данные, а, командой. ВЕЬ1УЕЙ. подтверждается их получение. Разъединение выполняется обменом командами ССЬОБЕ и СЬОЯ1ХО.

Структура ТСР-пакета «в скобках указано число битов):

Распознанный текст из изображения:

В протоколе ТСР повторная передача пакета происходит, если в течение оговоренного интервала времени Т (тайм-аута) от получателя не пришло положительное подтверждение правильного приема. Обычно Т =.2 1, где г — некоторая оценка времени Т, прохождения пакета в обе стороны. Это время периодически корректируется по результату измерения Т„а именно

~:= 0,9 1+ 0,1Т,.

Попытки повторных передач пакета не могут продолжаться бесконечно, и при превышении интервала времени, устанавливаемого в пределах 0,5...2,0 мин, соединение разрывается.

Размер окна регулируют следующим образом. Если сразу же после установления соединения выбрать завышенный размер окна, что означает разрешение посылки пакетов с высокой интенсивностью, то велика вероятность появления перегрузки определенных участков сети. Поэтому используют алгоритм так называемого медленного старта. Сначала посылается один пакет и после подтверждения его приема окно увеличивается на единицу, т.е. посылается два пакета. Если вновь приходит положительное подтверждение (потерь пакетов нет), то посылается уже четыре пакета и т.д. Скорость растет, пока пакеты проходят успешно. При потере пакета или при приходе от протокола управления сигнала о перегрузке размер окна уменьшается и далее возобновляется процедура линейного роста размера окна. Медленный старт снижает информационную скорость, особенно при пересылке коротких сообщений„поэтому стараются применять те или иные приемы его улучшения.

~ — ~Ы~ ~ * ЮР

новления соединения.

В дейтаграммных протоколах сообщение разбивается на дейтаграммы. Дейтаграмма это пакет, передаваемый независимо от других частей одного и того же сообщения в вычислительных сетях с коммутацией пакетов. Дейтаграммы одного и того же сообщения могут передаваться в сети по разным маршрутам и поступать к адресату в произвольной последовательности, что требует дополнительных операций по сборке сообщения из дейтаграмм в узле-получателе. На внутренних участках маршрута контроль правильности передачи не предусмотрен и надежность связи обеспечивается лишь контролем в оконечном уяе.

К функциям протокола 1Р относятся фрагментация и сборка пакетов при'прохождении через промежуточные сети, имеющие другие протоколы; маршругизация, т.е. определение. пути прохождения пакета по разветвленной сети; проверка контрольного кода заголовка пакета (правильность передачи всего пакета проверяется на транспортном уровне, т.е. с помощью ТСР, в оконечном узле); управление потоком — сброс дейтаграмм при превьппении заданного времени жизни.

Структура дейтаграммы в 1Р (в скобках указано число битов)'.

версия протокола ХР ~4)

длина за головка (4 ~

тип сервиса (8~

общая длина ~26~

идентификация — порядковый номер дейтаграммы (16)

место фрагмента в дейтаграмме, т.е. номер фрагмента, используемый

при фрагментации дейтаграммы в промежуточных сетях ~ХЯ

время жизни дейтаграммы в сети ~8~

тип протокола ~8~

контрольный код СВС заголовка (16)

адрес источника (32~

адрес назначения ~32~

оп.ци.и ~32~

данные ~не более б5356 байт~

В поле "Тип се виса"

рвиса задается приоритет (если приоритетность используется), можно указать

одно из следующих ебов

данных.

у щ требовании: минимальная задержка, высокая надежность, низкая цена передачи

Распознанный текст из изображения:

Всего в сети одновременно может быть 2'6 = 65 тысяч дейтаграмм сообщения с разными идентификаторами, т.е. за отрезок времени, равный времени жизни дейтаграммы, может быть передано не более 2'6 дейтаграмм. Это один из факторов„ограничивающих пропускную способность сетей с протоколом?Р. Действительно, при времени жизни 120 с имеем предельную скорость 2'6~ 120 = 546 дейтаграмм в секунду, что при размере дейтаграммы до б5 тысяч байт дает ограничение скорости приблизительно в 300 Мбит/с (такое же значение одного из ограничений предельной скорости получено выше и для протокола ТСР).

Время жизни может измеряться как в единицах времени Т, так и в хопах Р (числом пройденных маршрутизаторов). В первом случае контроль ведется по записанному в заголовке значению Т, которое уменьшается.на единицу каждую секунду. Во втором случае- каждый маршрутизатор уменьшает число Р„записанное в поле "Время жизни", на единицу. При Т = О или при Р = О дейтаграмма сбрасывается.

Поле "Тип протокола"' определяет структуру данных в дейтаграмме. Примерами протоколов могут служить 1ЛЭР„ЯМА, ?ОР и т.п.

Поле "Опции" в настоящее время рассматривается как резервное.

А еем я в ТСРЛР. В ТСР/?Р различают два типа адресов. На канальном уровне используют адреса, называемые физическими. Это шестибайтовые адреса сетевых плат, присваиваемые изготовителем контроллеров (как уже отмечалось, каждый изготовитель вместе с лицензией на изготовление получает уникальный диапазон адресов). На сетевом уровне используют сетевые адреса, иначе называемые виртуальными, или логическими.

Различают понятия сетевых адреса и имени, имеющих цифровое и буквенное выражения соответственно.

Сетевой адрес называют 1Р-адресом. Это четырехбайтовый код, состоящий из двух частей: адреса сети и. адреса узла (заметим, что узел, имеющий 1Р-адрес, называют хостом). Имя характеризует пользователя. Его составляют в соответствии с доменной системой имен. Соответствие между 1Р-адресом и 1Р-именем хоста устанавливается специальной службой имен. В ?п1егпе1 это ВМЯ (Рота1п Маце Зевсе), в семиуровневой модели ?ЯΠ— стандарт Х:500.

1Р-имя, называемое также доменным именем, — удобное для человека название узла или сети. Имя отражает иерархическое построение глобальных сетей и потому состоит' из нескольких частей (аналогично обычным почтовым адресам). Корень иерархии обозначает либо страну, либо отрасль знаний, например: ги — Россия, пз — С???А, де — Германия, и?~ — Великобритания, ейц — наука и образование, сош — коммерческие организации, ого — некоммерческие организации, цо~ — правительственные организации, пи1 — военные ведомства, пет — служба поддержки ?птеггпет и т.д. Корень занимает в 1Р-имени правую позицию, левее записываются локальные части адреса и, наконец, перед символом ф указывается имя почтового ящика пользователя. Так, запись погеп~оч(®я жчсд1,Ьгпвтн.га расшифровывается следующим образом: пользователь погепКо~ имеет почтовый ящик в сервере жжисд1 организации Ьтв1п в стране ги. Уже к 1998 г. число используемых доменных имен в сети ?п1егпе1 превысило один миллион.

1Р-адрес — 32-битовое слово, записываемое в виде четырех частей (побайтно), разделенных точками. Каждые подсеть и узел в подсети получают свои номера, причем для сети (подсети) можно использовать от одного до трех старших байтов, а оставшиеся байты — для номера узла. Какая часть 1Р-адреса относится к сети, определяется ее маской, выделяющей соответствующие биты в 1Р-адресе. Например, для некоторой сети маска может быть 255.0.0.0, а для ее подсети — 255.255.0.0 и т.д. Тем самым описывается иерархия сетей.

Номера при включении нового хоста выдает организация-провайдер, предоставляющая телекоммуникационные услуги. Провайдер, в частности, обеспечивает включение 1Р-адреса и соответствующего ему ?Р-имени в сервер службы адресов БМЯ. Это означает запись данных о хосте в ?ИВ (РЫес1огу ?ПХоппайоп Вазе) локального узла ВХЯ.

При маршрутизации пользователь, отправляющий сообщение, задает 1Р-имя получателя. Поскольку маршрутизация в сети осуществляется по 1Р-адресам, то с помощью серверов РХЯ осуществляется перевод указанного 1Р-имени в 1Р-адрес

В локальной сети, где используются шестибайтовые адреса, называемые МАС-адресами, требуется преобразование 1Р-имен в МАС-адреса. Это преобразование выполняет маршрутизатор, связывающий локальную сеть с территориальной, в соответствии с специальным протоколом АКР, имеющимся в стеке ТСР/?Р. Для этого в маршрутизаторе создается таблица соответствия 1Р-имен и МАС-адресов данной сети.

Распознанный текст из изображения:

Маршрутизация в 1п1егпе1 организована по иерархическому принципу. Имеются уровни ЛВС и корпоративных сетей; маршрутных доменов, в каждом из которых используются единые протоколы и алгоритмы маршрутизации; административных доменов, каждый из которых соответствует некоторой ассоциации и имеет единое управляющее начало. В маршрутных доменах имеются внешние маршрутизаторы для связи с другими маршрутными или административными доменами. Обращение из некоторого узла к 1п1егпе1 «например, из ч жъ~сй!.Ьпьш.ги по адресу пИр://~жж.ее~ 1,ас.пК) происходит к местному серверу «Ьтв1и), и если там сведений об адресе назначения нет, то происходит переход к серверу следующего, более высокого уровня «гй) и далее по иерархии вниз до получения 1Р-адреса хоста назначения. В местном ИМЯ-сервере могут быть сведения об 1Р-адресах хостов из удаленных доменов, если к ним происходят достаточно частые обращения из данного домена.

гие отоколы стека ТСР/1Р. В стек протоколов ТСР/1Р входит ряд других протоколов. Например, на транспортном уровне это протокол ШЭР Д3вег Ва1адгатп Рго1осо1) — транспортный протокол без установления соединения, он значительно проще ТСР, но его используют чаще всего для сообщений, умещающихся в один пакет. После оформления 1)ВР-пакета он передается с помощью средств 1Р к адресату, который по заголовку 1Р-пакета определяет тип протокола. и передает пакет не агенту ТСР, а агенту ШЭР Агент определяет номер порта и ставит пакет в очередь к этому порту. В ИЭР служебная часть дейтаграммы короче, чем в ТСР «3 байт вместо 20), не требуется предварительного установления соединения или подтверждения правильности передачи, как это делается в ТСР, что и обеспечивает большую скорость за счет снижения надежности доставки.

Структура ~Л)Р-дейтаграммы «в скобках указано число битов):

порт а тправителя ~2 б)

порт получателя ~Хб)

длина ~2 б)

контрольная сумма ~1б)

данные (не более 6535б байт)

Протоколы. более высоких уровней, чем ТСР, в сетях ТСР/1Р называют прикладными протоколами. В частности, к ним относят следующие протоколы;

— КМТР «йтр1е Мы1 Тгапврог~ Рго1осо1) — почтовый протокол, который по классификации ЭМВОС наиболее близок к прикладному уровню;

— РТР (Р11е ТгапвГег Рго1осо1) — протокол с функциями представительного по ЭМВОС уровня;

— Те1пе1 — протокол с функциями сеансового по ЗМВОС уровня.

На нижних уровнях в ТСР/1Р используются протоколы 1ЕЕЕ 802/Х или Х.25.

Для управления сетью в стек ТСР/1Р включены специальные иротоколы управления.

Среди протоколов управления различают протоколы, реализующие управляющие функции сетевого уровня, и протоколы мониторинга за состоянием сети, относящиеся к более высоким уровням. В сетях ТСР/1Р роль первых из них выполняет протокол 1СМР «1п1егпе1 Соп~го1 Мевва~е Рго1осо1), роль вторых — протокол ЯММР «йтр1е Хе1жогК Мападетеп1 Рго1осо1).

Основные функции ХСМР:

— оповещение отправителя с чрезмерным трафиком о необходимости уменьшить интенсивность посылки пакетов; при перегрузке адресат «или промежуточный узел) посылает 1СМР-пакеты,

указывающие о.необходимости сокращения интенсивности входных потоков;

— передача откликов «квитанций) на успешно переданные пакеты;

— контроль времени жизни Т дейтаграмм и их ликвидация при превышении Т или по причине

искажения данных в заголовке;

— оповещение отправителя о недостижимости адресата; отправление 1СМР-пакета с сообщением о невозможности достичь адресата осуществляет маршрутизатор;

— формирование и посылка временных меток «измерение задержки) для контроля Т, — времени доставки пакетов, что нужно для "оконного'" управления. Например, время доставки Т, определяется следующим образом. Отправитель формирует 1СМР-запрос с временной меткой и отсылает пакет. Получатель меняет адреса местами и отправляет пакет обратно. Отправитель сравнивает метку с

текущим временем и тем самым определяет Т, .

Распознанный текст из изображения:

1СМР-пакеты вкладываются в 1Р-дейтаграммы при доставке.

Основные функции протоколов мониторинга заключаются в сборе информации о состоянии сети, предоставлении этой информации нужным лицам путем посылки ее на соответствующие узлы, возможном автоматическом принятии необходимых управляющих мер.

Собственно собираемая информация о состоянии сети хранится в базе данных под названием М1В (Мападегпеп1 1пХоггпайоп Вые). Примеры данных в М1В: статистика по числу пакетов и байтов, отправленных или полученных правильно или с ошибками, длины очередей, максимальное число соединений и др.

Протокол ЯХМР относится к прикладному уровню в стеке протоколов ТСР/1Р. Он работает по системе менеджер-агент. Менеджер ~серверная программа ЗАСМР) посылает запросы агентам, агенты (т.е. программы ЯХМР объектов управления) устанавливаются в контролируемых узлах, они собирают информацию ~например, о загрузке, очередях, временах совершения событий) и передают ее серверу для принятия нужных мер. В общем случае агентам можно поручить и обработку событий, и автоматическое реагирование на них. Для этого в агентах имеются триггеры, фиксирующие наступление событий, и средства их обработки. Команды ЯХМР могут. запрашивать значения объектов М1В, посылать ответы, менять значения параметров.

Чтобы послать команду ЯХМР, используют транспортный протокол Ш)Р.

Одной из проблем управления по ЗАСМР является защита агентов и менеджеров от ложных команд и ответов, которые могут дезорганизовать работу сети. Используется шифрование сообщений, но это снижает скопость пеакции сети на ппоисходяшие события.

Сетевое комм та онное обо онание. 'Узлы в средах передачи данных, выполняющие функции связи между частями сложной сети ~ш1егпеЬчогЫпд), составляют сетевое (коммутационное) оборудобание. В сетевое оборудование входят повторители, мосты, концентраторы, коммутаторы, маршругизаторы, шлюзы, модемы и др.

Поеиоритель ~гереа1ег) — блок взаимодействия, служащий для регенерации электрических сигналов, передаваемых между двумя сегментами ЛВС. Повторители используются в случае, если реализация ЛВС на одном сегменте кабеля ~отрезке, моноканале) не допускается из-за ограничений на расстояние или на число узлов, причем при условии, что в соседних сегментах используются один и тот же метод доступа и одни.и те же протоколы. Трафик в сегментах, соединенных повторителем,— общий. Повторитель может быть многопортовым. Сигнал, пришедший на один из портов, повторяется на всех остальных портах.

Мост ~Ьпдце) — блок взаимодействия, служащий для соединения разных подсетей, которые могут иметь неодинаковые канальные протоколы.

Обычно мост имеет два порта, хотя существуют и многопортовые мосты. Каждый порт может оказаться входным или выходным. Управление передачей пакетов выполняется с помощью маршрутной таблицы моста, в которой строки содержат соответствующие друг другу значения адреса узла и номера порта моста. Если пакет пришел на порт А и по таблице адрес относится к тому же порту А, то пакет остается в данной ЛВС, иначе передается на порт В, который найден по таблице. Первоначальное заполнение таблицы происходит по адресам источников пакетов — в строку заносятся адрес отправителя и номер входного порта. Таблицы могут изменять во времени свое содержимое. Бсли некоторые адреса по истечении длительного времени ни разу не активировались, то строки с такими адресами удаляются, их восстановление или занесение новых адресов выполняется по процедуре первоначального заполнения.

На рис. 1.. представлены возможные варианты мостовых соединений.

Вариант 2 обеспечивает большую пропускную способность по сравнению с вариантом 1. Вариант 3 близок к варианту 2 по пропускной способности, он дороже, но именно его необходимо применять, если расстояния между подсетями довольно большие. Вариант 4 используют для увеличения скорости при большом трафике. Наконец, вариант 5 предназначен для случаев расстояний в несколько километров и более.

Распознанный текст из изображения:

3. Мнотопортовый веост

3. Соединение через опорнуео

висистроль

1. Коскодное соединение

° ° ° ° °

° ° ° ° °

Мост Мост Мост

4. РВВ1 в качеств охврной сеш

Б. Исполозоооиие выделенной линии

' ° °

Рис. ' .1.'. Варианты мостовых соединений

Корпоративную сеть, состоящую из подсетей, связанных мостами, можно назвать автономной системой ~АБ — Ап~опоп~ооз Яуйегп). Связь одной АЯ с другими осуществляется через маршрутизатор или шлюз. Такой. маршрутизатор называют пограничным. В качестве АЯ можно рассматривать и более сложную совокупность связанных,АЯ, если эта.совокупность имеет выход во внешние. сети опять же через пограничный маршрутизатор (шлюз). Ез сказанного следует, что структура глобальных сетей является иерархической.

ЛЬкцекюграторы, предназначены для объединения в сеть многих узлов. Так„концентраторами являются ха6ы в сетях ЮВазе-Т или То1сеп Влщ,. Однако такие. концентраторы подобно мостам создают общую среду. передачи данных без разделения трафика.

Ламлущаж~рь~ в отличие от концентраторов предназначены для обьединения в сеть многих узлов или подсетей с.разделением трафика между подсетями. Как и в мостах, пакеты передаются только в ту подсеть, для которой они предназначены, что уменьшает общую. загрузку сети. Но в отличие от.многопортового. мо ста в коммутаторе возможно. од новременно. иметь много соединений, т.е. обе спечивается.параллельная передача сообщений. Коммутаторы. используют также для связи нескольких ЛВС с территориальной сетью. Один коммутатор может объединять нескодько как однотипных, так и разнотипных ЛБС.

Маршрутизатор (гоп1ег) — блок взаимодействия, служащий для выбора маршрута передачи данных.в:корпоративных и территориальных сетях. С помощью маршрутизаторов могут согласовываться не только канальные протоколы„как это. имеет место при. применении мостов, но и сетевые протоколы. Маршрутизаторы содержат таблицы и протоколы маршрутизации в отличие от других узлов; которые,могут содержать лишь локальные таблицы соответствия 1Р-адресов ф изическим адресам сетевых контроллеров в локальной сети. Маршрутизаторы могут фильтровать пакеты в соответствии с признаками, отраженными.в заголовке пакета, т.е. вйполнять роль брандмауэра — устройства, защищающего сеть от.нежелательных вторжений извне.

Использование коммутаторов вместо маршрутиз аторов ~там; где это возможно) позволяет сущ ественно повысить пропускную способность сети. Коммутатор работает с локальными МАС-адресами, в нем имеется таблица соответствия МАС-адресов и портов. Кроме того, между разными портами коммутатора образуется не'сколько соединений, по которым пакеты могут передаваться одновременно: Б то же время маршрутизатор оперирует 1Р-адресами и таблицами маршрутизации и.выполняет сложные алгоритмы маршрутизации,