2011. Машбук (1114722), страница 24
Текст из файла (страница 24)
68. Семейство протоколов TCP/IP.Проведём сопоставление моделей TCP/IP и ISO/OSI.Уровень доступа к сети. Этот уровень соответствует физическому и канальномууровням модели ISO/OSI. Уровень доступа к сети специфицирует доступ к физическойсети. На этом уровне решаются проблемы сетевого адаптера, драйвера сетевого адаптера ипроблемы среды передачи данных.Межсетевой уровень (или internet-уровень).
В некотором смысле емусоответствует сетевой уровень модели ISO/OSI. Т.е. на этом уровне решаются проблемыадресации и маршрутизации по сети. В отличие от сетевого уровня модели OSI,межсетевой уровень модели TCP/IP не устанавливает соединений с другими машинами.Транспортный уровень. Этому уровню соответствуют сеансовый и транспортныйуровни модели ISO/OSI. Транспортный уровень модели TCP/IP обеспечивает доставкуданных от компьютера к компьютеру, обеспечивает средства для поддержки логическихсоединений между прикладными программами. В отличие от транспортного уровнямодели OSI, в функции транспортного уровня TCP/IP не всегда входят контроль заошибками и их коррекция. На этом уровне имеется возможность использованияпротоколов передачи, которые устанавливают виртуальное соединение или неустанавливают его.Уровень прикладных программ.
Этот уровень разрешает проблемы уровняпредставления и уровня прикладных программ модели ISO/OSI. Уровень прикладныхпрограмм модели TCP/IP состоит из прикладных программ и процессов, использующихсеть и доступных пользователю. В отличие от модели OSI, прикладные программы самистандартизуют представление данных.Эти уровни модели TCP/IP являются пакетными: на каждом уровне системаоперирует порциями данных, обладающими характеристиками соответствующего уровня(Рис. 69). Двигаясь от верхнего уровня модели к нижнему, содержательная информацияпри необходимости дробится на пакеты фиксированного размера, и к каждому из нихдобавляется заголовочная информация. При этом пока содержательная информациядоходит до уровня доступа к сети, объём соответствующей ей служебной информациистановится достаточно большим.83Уровень прикладных программпотокTCPТранспортный уровеньUDPсегментМежсетевой уровеньсообщениепакетдейтаграммаУровень доступа к сетифреймРис.
69. Взаимодействие между уровнями протоколов TCP/IP.Итак, основные свойства протоколов семейства TCP/IP следующие:Устойчивая работа в недетерминированных условиях линий связиОткрытость (доступность для использования) стандартов протоколовНезависимость от аппаратного обеспечения сети передачи данных (за счёт наличияуровня доступа к сети)Унифицированная модель именования сетевых устройствСтандартизованные протоколы прикладных программТеперь остановимся на каждом из уровней модели TCP/IP более подробно.Протоколы уровня доступа к сети обеспечивают систему средств для передачиданных другим устройствам в сети.
В качестве примера можно привести семействопротоколов Ethernet, являющееся разработкой исследовательского центра компанииXerox (1976 г.). Протоколы Ethernet предполагают наличие широковещательной сети,использующей единую магистраль (общую шину). Для сетевых устройств, подключаемыхк этой магистрали, обеспечивается режим, называемый множественный доступ сконтролем несущей и обнаружением конфликтов (Carrier Sense Multiple Access withCollision Detection — CSMA/CD). Эти сетевые устройства работают в следующем режиме.Так как сеть широковещательная, все сообщения, которые перемещаются по общейшине, видны всем адаптерам сетевых устройств.
Каждый адаптер слушает шину изабирает те сообщения, которые адресованы соответствующему сетевому устройству.Термин множественный децентрализованный доступ означает, что в любой моментлюбое из устройств может попытаться выдать сообщение на общую шину. При этомвозможно возникновение конфликтных ситуаций. Термин контроль несущей означает,что каждый абонент, «слушая» сеть, распознает, свободна она или занята. Как только сетьстановится свободной, устройство может «закидывать» очередную порцию данных. Приэтом устройство «слушает» как свою передачу, так и передачи других абонентов.«Бросая» сообщение в сеть, устройство способно распознать искажения, которыеозначают, что какое-то еще устройство также пытается послать данные в сеть.
В этомслучае обычно реализуется следующая стратегия: оба абонента прекращают вещание иберут тайм-аут на некоторый случайный промежуток времени (чтобы минимизироватьповторные коллизии), а затем повторяют свои попытки. Данная сеть обладает типичныминедостатками широковещательной сети: при интенсивной работе часто возникаетситуация, когда общая шина занята. Также при интенсивной работе возрастает частотаконфликтов, что ведет к снижению производительности системы.В качестве физической среды передачи данных используются самые разные среды:это может быть «толстый» Ethernet (к толстой медной полосе адаптеры подключаются спомощью «клёпочного» механизма), «тонкий» Ethernet (аналог домашнего84телевизионного кабеля), витая пара (скрутка служит для погашения электромагнитныхпомех), оптоволокно, радиосигнал.
Все эти среды передачи данных стандартизируютсяпротоколами Ethernet.Семейство протоколов Ethernet является широко распространённым, но кромепротоколов этого семейства на уровне доступа к сети есть и другие протоколы.Межсетевой уровень. Протокол IP — один из основных протоколов, в честькоторого получило название всё семейство TCP/IP.
Данный протокол реализуетследующие функции:формирование дейтаграмм;поддержание системы адресации;обмен данными между транспортным уровнем и уровнем доступа к сети;организация маршрутизации дейтаграмм;разбиение и обратная сборка дейтаграмм.Отметим, что протокол IP – без установления логического соединения, и он необеспечивает обнаружение и исправление ошибок.Основная функция этого протокола — поддержание системы межсетевойадресации (internet-адресации), позволяющей объединять различные (гетерогенные) сети вединое целое, а также организация маршрутизации. IP-адрес — это 32-разрядное число,которое кодирует информацию о номере конкретной сети и номере сетевого устройствавнутри этой сети.
Интерпретация адреса происходит по префиксным двоичным разрядам.Все IP-адреса разбиваются на следующие классы (Рис. 70).Формат класса A позволяет задавать адреса до 126 сетей с 16 млн. хостов в каждой(сетью класса А обладают ведущие межнациональные корпорации), класса B — до 16382сетей с 65536 хостами, и, наконец, класса C — 2 млн. сетей с 254 хостами в каждой.Среди IP-адресов классов А, В и С имеются предопределённые (например, если номерсети и номер сетевого устройства равны нулю, то считается, что это IP-адрес текущегосетевого устройства).
Формат класса D предназначен для многоадресной рассылки.Остальные адреса используются для служебных целей. Отметим, что на сегодняшниймомент в мире складывается ситуация, когда 32-битных IP-адресов не хватает, и ведутсяразработки по использованию более длинной адресации.
Система TCP/IP предполагаетвозможность экономного расходования IP-адресов, т.е. имеется возможность выделенияIP-адресов по двум стратегиям: долговременная (постоянные IP-адреса) икратковременная (IP-адреса выделяются на время сеанса).32 битаКласс AСеть0ХостКласс B10Класс C11СетьХостСеть0ХостКласс D1110Группа11ГруппаКласс E11Рис. 70. Система адресации протокола IP.85Как отмечалось выше, каждый из уровней взаимодействует с соседними уровнями(в соответствии с теми или иными протоколами) порциями данных, имеющимиспецифичные для каждого уровня названия. Так, для межсетевого уровня пакетназывается дейтаграммой. Одна из основных задач протокола IP – это маршрутизациядейтаграмм.Протокол IP подразумевает использование некоторых специализированныхкомпьютеров.
Это компьютеры, предназначенные для организации физическогообъединения различных сетей, называются шлюзами. То есть шлюз – это устройство,которое единовременно может принадлежать двум и более сетям. В общем случае шлюзимеет два и более сетевых адаптера, на которых функционирует соответствующее число(два или более) стеков протоколов.Перед межсетевым уровнем стоит задача маршрутизации — по имеющему IPадресу получателя необходимо определить маршрут следования пакета.
Эта задачараспадается на две подзадачи. Первая подзадача — это проблема организации адресации влокальной сети, в рамках которой происходит взаимодействие. И здесь особыхсложностей не возникает, поскольку специфика межсетевого уровня позволяетотносительно просто организовать взаимодействие машин в рамках одной локальной сети.Вторая подзадача — это организация адресации между различными сетями. Для решенияэтой задачи используются шлюзы, которые одновременно принадлежат разным сетям, атакже маршрутизаторы, которые решают задачу, через какой шлюз необходимо отправитьпакет.
Отметим, что стек протоколов TCP/IP позволяет компьютерам совмещатьнесколько функций: одна и та же машина может быть одновременно и шлюзом, имаршрутизатором, и хостом, причем работающий за ней пользователь может недогадываться об организации локальной сети, в которой он работает.Рассмотрим пример (Рис.
71). Пусть необходимо послать сообщение от машиныA1 машине A2. Машина A1 находится в сети A, а машина A2 — в сети C, причем сеть Aсоединена лишь с сетью B посредством шлюза G1, а сеть C соединена также лишь с сетьюB, но посредством шлюза G2. Соответственно, маршрутизатор должен учитывать этиособенности при решении задачи маршрутизации. Обратим ваше внимание, что накомпьютерных шлюзах реализовано только два уровня протоколов, поскольку длярешения задачи транспортировки пакетов из одной сети в другую достаточны лишьналичие этих двух уровней.Хост А1Хост А2УровеньприкладныхпрограммТранспортныйуровеньУровеньприкладныхпрограммТранспортныйуровеньШлюз G1Шлюз G2МежсетевойуровеньМежсетевойуровеньМежсетевойуровеньМежсетевойуровеньУровеньдоступак сетиУровеньдоступак сетиУровеньдоступак сетиУровеньдоступак сетиСеть AСеть BСеть CРис.
71. Использование шлюзов для передачи пакетов.86Транспортный уровень. Два основных протокола транспортного уровня – TCP иUDP. Одним из важнейших протоколов данного уровня является протокол TCP(Transmission Control Protocol — протокол управления передачей данных), который, равнокак и протокол IP, дал свое название всему семейству протоколов. Этот протоколпослужил некоторым «прародителем» этого семейства протоколов, посколькуМинистерство Обороны США, когда начинало исследование ARPANET, ставило передсобой задачу разработки сети, устойчивой к недетерминированной физической средепередачи данных.
И одним из условий было, чтобы полученная сеть работала корректнокак на линиях с устойчивой передачей данных (в которых количество ошибок мало), так ина линиях, в которых возникает большое число ошибок. Это требование и его реализацияобусловило распространение семейства протоколов TCP/IP (и, в общем-то, развитиесовременных сетей, поскольку проблема дисбаланса различных сетей с точки зрениянадежности каналов актуальна и по сей день, а разработанные протоколы решали этупроблему).Протокол TCP — это протокол, обеспечивающий установление виртуальногоканала, а это означает, что он обеспечивает последовательную передачу пакетов,контролирует доставку пакетов и отрабатывает сбои (пакет либо не доставляется, либодоставляется в целостном состоянии).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
