Сетевые протоколы и организации по стандартизации

ЛЕКЦИЯ СЕТЕВЫЕ ПРОТОКОЛЫ И ОРГАНИЗАЦИИ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ Наборы протоколов и отраслевые стандарты. Создание Интернета и разработкаTCP/IP. Набор протоколовTCP/IP и процесс обмена данными. Организации по стандартизации. Открытые стандарты. ISOC, IAB и IETF. IEEE. ISO. Другие организации по стандартизации. Эталонные модели. Преимущества использования многоуровневой модели. Эталонная модель OSI. Модель протокола TCP/IP. Сравнение моделейOSI и TCP/IP. Движение данных по сети. Инкапсуляция данных. Передача сообщений. Протокольные блоки данных (PDU). Инкапсуляция. Деинкапсульция. Доступ к локальным ресурсам. Сетевые адреса и адреса канала передачи данных. Обмен данными с помощью устройства в одной сети. MAC- и IP- адреса. Доступ к удаленным ресурсам. Шлюз по умолчанию. Обмен данными с помощью устройство по удалённой сети. 1 1 СЕТЕВЫЕ ПРОТОКОЛЫ И ОРГАНИЗАЦИИ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ 1.1 Наборы протоколов и отраслевые стандарты Как упоминалось ранее, набор протоколов представляет собой множество протоколов, которые используются вместе, чтобы обеспечить комплексный набор сетевых сервисов. Пакет протоколов может быть определён организацией по стандартизации или разработан поставщиком. Протоколы IP, HTTP и DHCP являются частью набора протоколов Интернет, который называется протоколом управления передачей/протоколом IP (TCP/IP). Семейство протоколов TCP/IP является открытым стандартом, то есть эти протоколы находятся в свободном доступе для пользователей, и любой поставщик может внедрять эти протоколы на аппаратных средствах или в программном обеспечении. Протокол, основанный на стандартах, одобряется в отрасли сетевых технологий и утверждается организацией по стандартизации. Использование стандартов в разработке и реализации протоколов гарантирует, что продукты от различных производителей могут взаимодействовать успешно. Если протокол не строго соблюдается конкретным изготовителем, такое оборудование или программное обеспечение может быть не в состоянии успешно поддерживать коммуникацию с продуктами других производителей. В передаче данных, например, если одна сторона в сеансе связи использует протокол для управления односторонним режимом связи, а другая сторона использует протокол двусторонней связи, по всей вероятности, никакого обмена данными не произойдёт. Некоторые собственный поставщиков) компании частный могут протокол. разрабатывает работать Нередко частный вместе, поставщик протокол для чтобы создать (или группа удовлетворения потребностей своих клиентов, а затем способствует принятию этого частного протокола в качестве открытого стандарта. Например, Ethernet был 2 протоколом, первоначально разработанным Бобом Меткалфом (BobMetcalfe) в исследовательском центре PaloAlto (PARC) компании Xerox в 70-х гг. прошлого столетия. Основав в 1979 году собственную компанию 3Com, Боб Меткалф сотрудничал с DigitalEquipmentCorporation (DEC), Intel и Xerox и продвигал стандарт «DIX» для Ethernet. В 1985 году Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) опубликовал стандарт IEEE 802.3, который был почти идентичен Ethernet. 1.2 Создание Интернета и разработка TCP/IP Семейство протоколов IP — это набор протоколов, необходимых для передачи и приёма информации с использованием Интернета. Этот протокол более известен как TCP/IP, потому что двумя первыми сетевыми протоколами, определёнными для этого стандарта, являлись TCP и IP. Основанный на открытых стандартах, TCP/IP заменил частные наборы протоколов отдельных поставщиков, такие как AppleTalk компании Apple и InternetworkPacketExchange (IPX/SPX) компании Novell. Первой современного сетью с Интернета коммутацией была пакетов и предшественником AdvancedResearchProjectsAgencyNetwork (ARPANET), которая появилась в 1969 году за счёт соединения базовых ЭВМ в четырёх местоположениях. ARPANET финансировался Министерством обороны США и использовался в университетах и научно-исследовательских лабораториях. Компания подрядчиком, выполнив Bolt, BeranekandNewman основную часть (BBN) выступала первоначальной разработки ARPANET, включая создание первого маршрутизатора, который назывался процессором интерфейсных сообщений (IMP). В 1973 году Роберт Кан (RobertKahn) и ВинтонСерф (VintonCerf) начали работу над протоколом TCP для разработки следующего поколения ARPANET. TCP был разработан, чтобы заменить существовавшую в сети ARPANET программу сетевого управления (NCP). В 1978 году TCP был разделён на два протокола: TCP и IP. Позже к набору протоколов TCP/IP 3 были добавлены другие протоколы, включая Telnet, FTP, DNS и многие другие. 1.3 Набор протоколов TCP/IP и процесс обмена данными В настоящее время этот набор включает в себя множество протоколов. Протоколы сгруппированы в уровни с использованием протокольной модели TCP/IP. Протоколы TCP/IP входят в уровни, от межсетевого до прикладного, по модели TCP/IP. Семейство протоколов TCP/IP реализовано в виде стека TCP/IP как на отправляющем, так и на принимающем узлах, и связано со сквозной доставкой данных приложений по сети. Протоколы 802.3 или Ethernet используются для передачи IP-пакета в физической среде передачи данных, используемой локальной сетью. Данные, которые требуется отправить — страница на гипертекстовом языке описания документов (HTML), имеющаяся на веб-сервере. Заголовок протокола HTTP прикладного уровня добавляется в начало данных в формате HTML. Заголовок содержит различные данные, включая версию HTTP, которую использует сервер, а также код состояния, указывающий, что у него имеется информация для веб-клиента. Протокол прикладного уровня HTTP передаёт форматированные данные веб-страницы на транспортный уровень. Протокол транспортного уровня TCP используется для управления отдельным сеансом связи между веб-сервером и веб-клиентом. Затем информация IP добавляется перед сведениями TCP. IP назначает соответствующие IP-адреса источника и назначения. Такая информация называется IP-пакетом. Наборы протоколов и отраслевые стандарты изображены на рисунке 1. 4 Рисунок 1 — Наборы протоколов и отраслевые стандарты Взаимодействие протоколов при отправке и приеме сообщений изображено на рисунках 2 и 3. 5 Рисунок 2, 3 — Взаимодействие протоколов при отправке и приеме сообщений 2 ОРГАНИЗАЦИИ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ 2.1 Открытые стандарты Открытые стандарты поощряют конкуренцию и инновации. Кроме того, они гарантируют, что продукт отдельной компании не сможет монополизировать рынок или получить несправедливое преимущество по сравнению с конкурентами. Хорошим примером этого является покупка беспроводного маршрутизатора для дома. Организации по стандартизации играют важную роль в поддержании открытого Интернета со свободно доступной спецификацией и протоколами, которые могут быть реализованы любым поставщиком. Организация по стандартизации может разработать набор правил самостоятельно или в других случаях может выбрать частный протокол в качестве основы для стандарта. Если используется частный протокол, разработка стандарта, как правило, происходит с участием поставщика, который его создал. 6 Организации по стандартизации обычно являются нейтральными некоммерческими организациями, созданными для разработки и продвижения концепции открытых стандартов. Организации по стандартизации: − общество Интернет (ISOC); − совет по архитектуре Интернета (IAB); − инженерная группа по развитию Интернета (IETF); − институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE); − международная организация по стандартизации (ISO). Каждая из этих организаций будет обсуждаться более подробно на следующих страницах. 2.2 ISOC, IAB и IETF Общество Интернет (ISOC) отвечает за содействие открытой разработке, развитию и использованию Интернета во всем мире. ISOC способствует развитию открытых стандартов и протоколов для технической инфраструктуры Интернета, в том числе осуществляет надзор за Советом по архитектуре Интернета (IAB). Совет по архитектуре Интернета (IAB) отвечает за общее руководство и разработку интернет-стандартов. IAB обеспечивает надзор за архитектурой протоколов и процедур, используемых Интернетом. Организация IAB состоит из 13 членов, включая председателя Инженерной группы по развитию Интернета (IETF). Члены организации IAB не являются представителями какой-либо компании, агентства или другой организации. Миссия IETF — разработка, обновление и поддержка Интернета, а также технологий TCP/IP. Одной из ключевых обязанностей IETF является подготовка документов RequestforComments (RFC), которые являются меморандумами протоколов, процессов и технологий для Интернета. Работа Инженерной группы по развитию Интернета (IRTF) сосредоточена на проведении продолжительных исследований, связанных с 7 сетью Интернет и протоколами, архитектурой, приложениями и технологиями TCP/IP. 2.3 IEEE Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE, произносится как «ай-тройная-и») является профессиональной организацией для специалистов в области электротехники и электроники, призванных для продвижения технологических инноваций и создания стандартов. По состоянию на 2012 год институт IEEE состоит из 38 обществ, издаёт 130 журналов и является спонсором более 1300 конференций в год по всему миру. В настоящее время IEEE разрабатывает более 1300 стандартов и проектов. IEEE является одной из ведущих в мире организаций по разработке стандартов. Организация создаёт и поддерживает стандарты в различных отраслях, в том числе в электроэнергетике, здравоохранении, телекоммуникациях и сетевых технологиях. Семейство стандартов IEEE 802 применяется в локальных и городских сетях, включая проводные и беспроводные. Как показано на рисунке, каждому стандарту IEEE соответствует рабочая группа, отвечающая за создание и совершенствование стандартов. Стандарты IEEE 802.3 и IEEE 802.11 являются значимыми стандартами IEEE в области компьютерных сетей. Стандарт IEEE 802.3 определяет управление доступом к среде передачи данных (MAC) для проводных сетей Ethernet. Как правило, эта технология предназначена для локальных сетей (LAN), но в ней также используются приложения глобальных сетей (WAN). 2.4 ISO ISO, Международная организация по стандартизации, является крупнейшим в мире разработчиком международных стандартов для 8 широкого спектра продуктов и услуг. ISO не является аббревиатурой названия организации. Это термин, произошедший от греческого слова isos — равный. Международная организация по стандартизации выбрала термин ISO, чтобы утверждать свою позицию, равную для всех стран. В сетевых технологиях организация ISO наиболее известна благодаря созданию эталонной модели OSI (взаимодействия открытых систем). ISO опубликовала эталонную модель OSI в 1984 году в рамках разработки многоуровневой системы сетевых протоколов. Первоначальной целью этого проекта было не только создать эталонную модель, но и заложить основу для комплекса протоколов, предназначенных для Интернета. 2.5 Другие организации по стандартизации Стандарты сети разрабатываются с участием ряда других организаций по стандартизации. Ниже перечислены некоторые из наиболее распространённых таких организаций. EIA — Альянс отраслей электронной промышленности (EIA), ранее известный как Ассоциация отраслей электронной промышленности: представляет собой организацию международных стандартов и торговли для организаций электронной промышленности. EIA известен за создание стандартов, связанных с электрическими кабелями, разъёмами и 19дюймовыми стойками для установки сетевого оборудования. TIA — Ассоциация телекоммуникационной промышленности (TIA): отвечает за развитие стандартов связи в различных областях, включая радиооборудование, базовые станции сотовой связи, устройства VoIP(голосовая связь по IP), спутниковой связи и многое другое. Многие из стандартов, утверждённых этой организацией, созданы в результате сотрудничества с EIA. ITU-T — Международный союз электросвязи, сектор стандартизации телекоммуникаций (ITU-T) — одна из крупнейших и старейших организаций по стандартам связи. ITU-T определяет стандарты для сжатия видео, 9 телевидения по протоколу IP (IPTV) и широкополосной связи, например, цифровой абонентской линии (DSL). Например, при наборе номера для телефонного вызова в другую страну при установлении соединения используются коды стран ITU. ICANN (InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers) — некоммерческая организация в США, координирующая действия по выделению IP-адресов, управлению доменных имен, используемых сервером DNS, а также идентификаторами или номерами портов, применяемых протоколами TCP и UDP. ICANN создаёт правила и несёт общую ответственность за выполнение данных задач. IANA (Администрация адресного пространства Интернет, IANA) — отдел ICANN, отвечающий за надзор и управление распределением IPадресов, доменными именами и идентификаторами протоколов для ICANN. Ознакомление с различными организациями, которые разрабатывают стандарты, используемые в сети, помогает лучше понять, как эти стандарты создают открытый Интернет, не привязанный к определённым поставщикам, а также позволяет узнать о появлении новых стандартов. 3 ЭТАЛОННЫЕ МОДЕЛИ 3.1 Преимущества использования многоуровневой модели Многоуровневая модель, например, модель TCP/IP, часто используется для описания взаимодействий между различными протоколами. Многоуровневая модель описывает взаимодействие протоколов внутри каждого уровня, а также взаимодействие с верхними и нижними уровнями. При использовании многоуровневой модели для описания сетевых протоколов и эксплуатации существуют определённые преимущества. Использование многоуровневой модели: 10 − упрощает разработку протоколов, так как протоколы, работающие на определённом уровне, определяют формат обрабатываемых данных и предоставляют интерфейс к верхним и нижним уровням; − способствует созданию поставщиками конкурирующих продуктов унифицированных решений; − исключает возможности изменения технологий или функций одного уровня без учёта последствий для верхних и нижних уровней; − предоставляет общий язык для описания функций сетевого взаимодействия. Существует два основных типа моделей сети. Протокольная модель соответствует структуре определённого набора протоколов. Иерархический набор связанных протоколов в типичном случае соответствует всем функциональным возможностям, необходимым для взаимодействия сети, объединяющей людей, с сетью передачи данных. TCP/IP — протокольная модель, поскольку в ней описываются функции, которые выполняются на каждом уровне протоколов, входящих в семейство протоколов TCP/IP. Эталонная модель обеспечивает последовательность во всех сетевых протоколах и сервисах путем описания того, что необходимо сделать на определённом уровне, но не предписывает конкретные способы выполнения. Эталонная модель не используется как спецификация для непосредственной реализации и не обеспечивает достаточный уровень детализации, чтобы точно определить сервисы сетевой архитектуры. Основная цель эталонной модели — способствовать более ясному пониманию соответствующих функций и процессов. Модель взаимодействия открытых систем (OSI) является наиболее широко известной межсетевой эталонной моделью. Она используется для проектирования сетей передачи данных, технических требований к операциям, а также для поиска и устранения неполадок. 11 Как показано на рисунке, TCP/IP и OSI — основные используемые модели функциональности сети. Разработчики сетевых протоколов, сервисов или устройств могут создавать собственные модели для представления продуктов. В конечном итоге разработчикам необходимо взаимодействовать с отраслью путем соотнесения продуктов и сервисов либо с моделью OSI, моделью TCP/IP, которая изображена на рисунке 4, либо с обеими. Рисунок 4 —модель TCP/IP 3.2 Эталонная модель OSI Исходная модель взаимодействия открытых систем (OSI) была разработана организацией ISO для предоставления платформы и создания набора протоколов открытых систем. Идея заключалась в том, чтобы этот набор протоколов можно было использовать для разработки международной сети, которая бы не зависела от запатентованных систем. В конечном итоге скорость принятия и расширения Интернета на основе TCP/IP вызвала задержку разработки и внедрения набора протоколов OSI. Хотя некоторые из разработанных протоколов, использующих OSI, 12 широко применяются сегодня, 7-уровневая модель OSI внесла большой вклад в разработку других протоколов и продуктов для всех типов новых сетей. Примечание. Если уровни модели TCP/IP обозначаются только по названию, то 7-уровневая модель OSI часто обозначается по номеру. Например, физический уровень называется уровнем 1 модели OSI. 3.3 Модель протокола TCP/IP Протокольная модель сетевого взаимодействия TCP/IP была создана в начале 70-х годов и нередко называется моделью сети Интернет. Как показано на рисунке, такая модель определяет четыре категории функций, необходимых для успешного взаимодействия. Архитектура протоколов TCP/IP построена на основе этой модели. Поэтому модель сети Интернет обычно называют моделью TCP/IP. Большинство протокольных моделей описывают стек протоколов определённого производителя. Тем не менее, поскольку модель TCP/IP представляет собой открытый стандарт, ни одна компания не вправе контролировать её определение. Определения и протоколы TCP/IP, модель изображена на рисунке 5, рассматриваются на общедоступном форуме и определяются в общедоступных стандартах RFC. RFC содержат как официальные технические характеристики протоколов обмена данными, так и ресурсы, описывающие применение протоколов. 13 Рисунок 5 —Модель протокола TCP/IP 3.4 Сравнение моделей OSI и TCP/IP Семейство протоколов TCP/IP может быть описано с точки зрения эталонной модели OSI. В модели взаимодействия открытых систем (OSI) уровень доступа к сети и уровень приложений в модели TCP/IP дополнительно подразделяются для описания отдельных функций, которые реализуются на этих уровнях. На уровне доступа к сети семейство протоколов TCP/IP не определяет список протоколов, используемых для передачи по физической среде; оно описывает только передачу с межсетевого уровня физическим сетевым протоколам. Уровни 1 и 2 модели OSI описывают необходимые процедуры для доступа к среде передачи и физическим средствам отправки данных по сети. Как показано на рисунке, полное совпадение двух сетевых моделей происходит на уровнях 3 и 4 модели OSI. Уровень 3 (сетевой уровень) обычно используется для описания ряда процессов, которые возникают во всех сетях передачи данных при адресации и маршрутизации сообщений в объединённой сети. IP — это протокол из набора протоколов TCP/IP, реализующий функциональность, описанную на уровне 3 OSI. IP — протокол 14 из набора протоколов TCP/IP, реализующий функциональность, описанную на уровне 3 OSI. Уровень 4 (транспортный уровень модели OSI) описывает общие сервисы и функции, которые предоставляют упорядоченную и надёжную доставку данных между узлами источника и назначения. Эти функции включают подтверждение, последовательности обеспечивают устранение данных. протоколы На TCP и ошибок этом уровне UDP и восстановление основные (Протокол функции пользовательских датаграмм) семейства TCP/IP. Прикладной уровень TCP/IP включает в себя ряд протоколов, которые предоставляют определённую функциональность различным приложениям для конечных пользователей. Уровни 5, 6 и 7 модели OSI используются в качестве ссылки для разработчиков и поставщиков прикладного программного обеспечения в производстве сетевой продукции. Сравнение моделей OSI и TCP/IP изображено на рисунке 6. Рисунок 6 —Сравнение моделей OSI и TCP/IP 15 4 ДВИЖЕНИЕ ДАННЫХ ПО СЕТИ 4.1 Инкапсуляция данных. Передача сообщений Теоретически одно сообщение, например, музыкальное видео или сообщение электронной почты, может быть отправлено по сети от источника к месту назначения как один массивный и бесперебойный поток битов. Если бы сообщения действительно передавались, это означало бы, что другие устройства не смогли бы отправлять и получать сообщения в той же сети в течение всего процесса передачи данных. Большие потоки данных приводили бы к существенным задержкам. Кроме того, если какое-либо из звеньев инфраструктуры сети отказало бы во время передачи данных, целое сообщение было бы утрачено и его необходимо было бы передать повторно в полном объёме. Сегментация может повысить надёжность сетевого взаимодействия. Отдельные части каждого сообщения не обязательно следуют по одному и тому же пути по сети от источника к получателю. Если определённый путь будет переполнен трафиком или сетевое оборудование выйдет из строя, отдельные части сообщения могут быть отправлены к месту назначения по другому пути. Если какую-либо часть сообщения не удаётся доставить к месту назначения, необходимо будет повторно передать только отсутствующие компоненты. Недостаток использования сегментации и мультиплексирования для передачи сообщений через сеть — уровень сложности, которая добавляется ко всему процессу. Представьте себе, что необходимо отправить письмо из 100 страниц, но каждый конверт вмещает только одну страницу. Процесс написания адресов, маркировка, получение и открытие всех 100 конвертов отнимает много времени у отправителя и получателя. В области коммуникаций все сегменты сообщения должны пройти подобный процесс, чтобы сообщение было доставлено до нужного места 16 назначения и могло быть собрано в правильное содержимое исходного сообщения. Различные типы устройств в сети участвуют в обеспечении надёжной доставки всех частей сообщения в место назначения. 4.2 Протокольные блоки данных (PDU) По мере того, как данные приложений передаются по стеку протоколов на пути к передаче по сетевой среде, различные протоколы добавляют в них информацию на каждом из уровней. Обычно это называется процессом инкапсуляции. Форма, которую принимает массив данных на каждом из уровней, называется протокольными блоками данных (PDU). В ходе инкапсуляции каждый последующий уровень инкапсулирует PDU, полученный от вышестоящего уровня в соответствии с используемым протоколом. На каждом этапе процесса PDU получает другое имя для отражения новых функций. Несмотря на то, что не существует универсальной схемы именования для PDU, в этом курсе PDU называются в соответствии с терминологией набора протоколов TCP/IP: − данные — общий термин для обозначения PDU прикладного уровня; − сегмент — PDU транспортного уровня; − пакет — PDU сетевого уровня; − кадр — PDU уровня канала данных; − биты — PDU физического уровня, используемый при физической передаче данных по среде передачи. 4.3 Инкапсуляция Инкапсуляция данных — процесс, который добавляет к данным содержимое заголовка дополнительного протокола перед передачей. В 17 большинстве форм передачи данных первоначальные данные подвергаются инкапсуляции нескольких протоколов до начала передачи. При отправке сообщения по сети стек протоколов на узле работает от верхнего уровня к нижнему. В примере с веб-сервером мы можем использовать модель TCP/IP, чтобы иллюстрировать процесс отправки клиенту веб-страницы в формате HTML. Протокол предоставляя прикладного уровня отформатированные (HTTP) данные запускает HTML процесс, веб-страницы транспортному уровню. В нём данные приложения разбиваются на сегменты TCP. Транспортный уровень инкапсулирует данные веб-страницы в формате HTML в сегменте и передаёт его на межсетевой уровень, где реализован протокол IP. Далее этот пакет IP передаётся на уровень сетевого доступа, где он инкапсулируется — к нему добавляются заголовок кадра и Концевик. В каждом заголовке кадра указываются физические адреса источника и назначения. 4.4 Деинкапсульция Обратный процесс на принимающем узле называется деинкапсуляцией. Деинкапсуляция — процесс, который выполняется приёмным устройством, чтобы удалить один или несколько заголовков протоколов. Данные деинкапсулируются по мере продвижения по стеку к приложениям для конечных пользователей. 5 ДОСТУП К ЛОКАЛЬНЫМ РЕСУРСАМ 5.1 Сетевые адреса и адреса канала передачи данных Модель взаимодействия открытых систем (OSI) описывает процессы кодирования, форматирования, сегментации и инкапсуляции данных для передачи по сети. 18 5.2 Сетевой адрес Логический адрес сетевого уровня (уровень 3) содержит информацию, необходимую для доставки IP-пакета между устройствами. IP-адрес уровня 3 имеет две части: префикс сети и узловую часть. IP-пакет содержит два IP-адреса: IP-адрес источника — IP-адрес отправляющего устройства; IP-адрес назначения — IP-адрес принимающего устройства. IP-адрес назначения используется маршрутизаторами для передачи пакета к месту назначения. 5.3 Адрес канала передачи данных Физический адрес канального уровня (уровень 2) играет другую роль. Назначение адреса канала передачи данных — доставлять кадр канала передачи данных с одного сетевого интерфейса на другой в одной и той же сети. Прежде чем IP-пакет можно будет отправить по проводной или беспроводной сети, его необходимо инкапсулировать в кадр канала передачи данных для последующей передачи по физической среде реальной сети. Локальные сети Ethernet и беспроводные локальные сети — два примера сетей с различными физическими носителями, каждая из которых имеет собственный тип протокола канального уровня. IP-пакет инкапсулируется в кадр канала передачи данных для доставки в сеть назначения. Добавляются адреса канального уровня источника и назначения, как показано на рисунке. Адрес канального уровня источника — физический адрес устройства, отправляющего пакет. Первоначально им является NIC источника IP-пакета. Адрес канального уровня назначения — физический адрес сетевого интерфейса либо следующего маршрутизатора, либо интерфейса устройства назначения. 19 5.4 Обмен данными с помощью устройства в одной сети Чтобы узнать, насколько успешно передано сообщение в сети, важно понять роль как адресов сетевого уровня, так и адресов канального уровня при взаимодействии устройства с другим устройством в одной и той же сети. Для иллюстрации этого примера есть клиентский компьютер PK1, который взаимодействует с файловым сервером (FTP-сервер), находящимся в той же IP-сети. 5.5 Сетевые адреса Адреса сетевого уровня, или IP-адреса, представляют собой сетевые адреса источника и назначения. Сетевая часть адреса будет единой; отличаться будет только часть адреса, описывающая отдельный узел или устройство. IP-адрес источника — IP-адрес устройства-отправителя, клиентский компьютер ПК1: 192.168.1.110. IP-адрес назначения — IP-адрес принимающего устройства, FTPсервер: 192.168.1.9. 5.6 Адреса канала передачи данных Если отправитель и получатель IP-пакета находятся в одной и той же сети, кадр канала передачи данных отправляется напрямую принимающему устройству. В сети Ethernet адреса канала передачи данных называются MAC-адресом Ethernet. MAC-адреса представляют собой 48-битные адреса, которые физически встроены на сетевой интерфейсной плате Ethernet. MACадрес также называется физическим или аппаратным адресом (BIA). MAC-адрес источника — это адрес канального уровня, или MACадрес Ethernet устройства, отправляющего IP-пакет, PK1. MAC-адрес сетевой интерфейсной платы Ethernet (NIC) ПК1: 0A-AA-AA-AA-AA-AA. MAC-адрес назначения — адрес канального уровня принимающего устройства, если получающее устройство находится в той же сети, что и 20 устройство-отправитель. В этом примере MAC-адрес получателя — MACадрес FTP-сервера: 0C-CC-CC-CC-CC-CC. Адреса источника и назначения добавляются в кадр Ethernet. Теперь кадр с инкапсулированным IP-пакетом можно передавать с PK1 сразу на FTP-сервер. 5.7 MAC- и IP- адреса Теперь вполне очевидно: чтобы отправить данные другому узлу в той же локальной сети, исходный узел должен знать и физический, и логический адрес узла назначения. После этого он может создать кадр и отправить его по сетевой среде. Исходный узел может узнать IP-адрес назначения несколькими способами. Например, с помощью Службы доменных имен (DNS) или по тому, что адрес введён в приложении вручную (например, если пользователь указывает IP-адрес требуемого FTP-сервера). Но как узел определяет MAC-адрес Ethernet другого устройства? Большинство сетевых приложений находят местоположение взаимодействующих узлов только по логическому IP-адресу. MAC-адрес канала передачи данных необходим для доставки инкапсулированного в кадре Ethernet IP-пакета по сети к месту назначения. С помощью IP-протокола, который называется протоколом разрешения адресов (ARP), узел определяет MAC-адрес любого узла в той же локальной сети. Передающий узел отправляет сообщение с запросом ARP по всей локальной сети. ARP-запрос представляет собой широковещательное сообщение. ARP-запрос содержит IP-адрес устройства назначения. Каждое устройство содержания в локальной своего сети IP-адреса. анализирует ARP-запрос на предмет Только устройство с IP-адресом, представленным в ARP-запросе, возвращает ответ ARP. Ответ ARP включает в себя МАС-адрес, связанный с IP-адресом в ARP-запросе. Обмен данными с помощью устройства в одной сети изображен на рисунке 7. 21 Рисунок 7 — Обмен данными с помощью устройства в одной сети 22 6 ДОСТУП К УДАЛЁННЫМ РЕСУРСАМ 6.1 Шлюз по умолчанию Метод, с помощью которого узел отправляет сообщения адресату в удалённой сети, отличается от метода отправки адресату в той же локальной сети. При отправке узлу, подключённому к той же сети, сообщение направляется напрямую. Узел с помощью протокола ARP определяет MACадрес узла назначения. Он включает IP-адрес в заголовок пакета и инкапсулирует пакет в кадр, где находится MAC-адрес назначения, а затем передает его далее. На рисунке 7 узлы в локальной сети используют маршрутизатор R1 как шлюз по умолчанию, поскольку его адрес 192.168.1.1 указан в настройках TCP/IP. Если назначение блоков PDU относится к другой сети IP, узлы отправляют их к шлюзу по умолчанию на маршрутизаторе для последующей передачи. Рисунок 8 — Переправка компонентов в соответствующую сеть 6.2 Обмен данными с помощью устройство по удалённой сети Какова роль адреса сетевого уровня и адреса канального уровня при взаимодействии устройства с другим устройством в удалённой сети? Для 23 иллюстрации этого примера есть клиентский компьютер PK1, который взаимодействует с сервером (веб-сервером), находящимся в другой сети IP. 6.3 Сетевые адреса IP-адреса отображают адреса сетей и устройств источника и назначения. Если отправитель и получатель пакета находятся в разных сетях, IP-адреса источника и назначения будут представлять узлы в разных сетях. На это будет указывать сетевая часть IP-адреса узла назначения. IP-адрес источника — IP-адрес устройства-отправителя, клиентский компьютер PK1: 192.168.1.110. IP-адрес назначения — IP-адрес сервера принимающего устройства, сервера, веб-сервера: 172.16.1.99. Адреса канала передачи данных Если отправитель и получатель IP-пакета находятся в разных сетях, кадр канала передачи данных Ethernet не может быть отправлен напрямую к узлу назначения, поскольку он не доступен в сети отправителя. Кадр Ethernet нужно выслать на другое устройство, маршрутизатор или шлюз по умолчанию. В нашем примере шлюз по умолчанию — R1. Маршрутизатор R1 имеет интерфейс и IP-адрес в той же сети, что и PK1. Это позволяет PK1 получить доступ к маршрутизатору напрямую. MAC-адрес источника — MAC-адрес Ethernet отправляющего устройства, PK1. MAC-адрес интерфейса Ethernet PK1: 0A-AA-AA-AA-AAAA. MAC-адрес назначения — MAC-адрес Ethernet шлюза по умолчанию или маршрутизатора, если получающее и передающее устройства находятся в разных сетях. В этом примере MAC-адрес получателя — MAC-адрес интерфейса Ethernet маршрутизатора R1, подсоединённого к PK1, а именно: 11-11-11-11-11-11. Кадр Ethernet с инкапсулированным IP-пакетом теперь можно передавать на R1. R1 пересылает пакет к месту назначения, на веб-сервер. 24 Это может означать, что R1 пересылает пакет на другой маршрутизатор или на веб-сервер, если он находится в одной из сетей, подключённых к маршрутизатору R1. Как устройство-источник определяет MAC-адрес маршрутизатора? Каждое устройство получает IP-адрес маршрутизатора в виде адреса шлюза по умолчанию, указанного в настройках TCP/IP. Адрес шлюза по умолчанию — это адрес интерфейса маршрутизатора, подключённого к той же локальной сети, что и устройство-источник. 7 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Сети передачи данных — это системы оконечных и промежуточных устройств, а также средств передачи данных, соединяющих эти устройства. Для успешного обмена данными эти устройства должны знать, как обмениваться информацией. Эти устройства должны соответствовать правилам и протоколам, регламентирующим процесс обмена данными. TCP/IP — пример набора протоколов. Большинство протоколов создаётся организациями по стандартизации, такими как Инженерная группа по развитию Интернета (IETF) или Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE). Институт инженеров по электротехнике и электронике — профессиональная организация для специалистов, работающих в области электротехники и электроники. ISO, Международная организация по стандартизации, является крупнейшим в мире разработчиком международных стандартов для широкого спектра продуктов и услуг. Наиболее широко распространёнными сетевыми моделями являются модели OSI и TCP/IP. Связывание протоколов, которые используются для задания правила передачи данных на разных уровнях этих моделей, полезно для определения того, какие устройства и сервисы используются в определённых точках, когда данные проходят через локальные и глобальные сети. 25 Данные, проходящие вниз по стеку модели OSI, сегментируются на блоки и инкапсулируются с адресами и прочими метками. Данный процесс повторяется в обратном направлении, когда блоки деинкапсулируются и передаются вверх по стеку протокола-адресата. Модель OSI описывает процессы кодирования, форматирования, сегментации и инкапсуляции данных для последующей передачи по сети. Набор протоколов TCP/IP — это протокол открытого стандарта, одобренный в отрасли сетевых технологий, а также утверждённый организацией по стандартизации. Семейство протоколов Интернет — это набор протоколов, разработанный для передачи и получения информации с помощью сети Интернет. Протокольные блоки данных (PDU) названы в соответствии с протоколами из набора TCP/IP: данные, сегмент, пакет, кадр и биты. Применение моделей позволяет отдельным лицам, компаниям и торговым ассоциациям осуществлять анализ текущих сетей и планировать сети будущего. 26