Помоги проекту - поделись книгой:
Обычно уровни модели OSI, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются на программном уровне соответствующими компонентами операционных систем.
Примеры протоколов транспортного уровня: TCP и UDP (стек TCP/IP), SPX (стек Novell).
Сеансовый уровень устанавливает и разрывает соединения между компьютерами, управляет диалогом между ними, а также предоставляет средства синхронизации. Средства синхронизации позволяют вставлять определенную контрольную информацию в длинные передачи (точки), чтобы в случае обрыва связи можно было вернуться назад (к последней точке) и продолжить передачу.
Сеанс — это логическое соединение между компьютерами. Каждый сеанс имеет три фазы:
1. Установление соединения. Здесь узлы «договариваются» между собой о протоколах и параметрах связи.
2. Передача информации.
3. Разрыв связи.
Не нужно путать сеанс сетевого уровня с сеансом связи. Пользователь может установить соединение с Интернет, но не устанавливать ни с кем логического соединения, то есть не принимать и не передавать данные.
Представительный уровень изменяет форму передаваемой информации, но не изменяет ее содержания. Например, средствами этого уровня может быть выполнено преобразование информации из одной кодировки в другую. Также на этом уровне выполняется шифрование и дешифрование данных.
Пример протокола представительного уровня: SSL (Secure Socket Layer). Данный протокол обеспечивает секретный обмен данными.
Данный уровень представляет собой набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к совместно используемым ресурсам. Единица данных называется сообщением.
Примеры протоколов: HTTP, FTP, TFTP, SMTP, POP, SMB, NFS.
При взаимодействии открытой системы и Интернет модель OSI упрощается, так как некоторые протоколы Интернет включают в себя функции нескольких уровней. Если к сети Интернет подключается один пользователь, а не вся сеть, то автоматически исчезают канальный и физический уровни, потому что нет сетевых адаптеров, а значит, нет и физических адресов. В данном случае конечным протоколом будет протокол типа «точка-точка», например, РРР. В этот протокол будут вложены все остальные.
1.7.3. Протокол TCP/IP
В этом разделе давайте рассмотрим, как передается информация в TCP/IP-сети. Любая информация передается небольшими порциями, которые называются пакетами. Если нужный объем информации нельзя передать одним пакетом, он разбивается на части. В заголовке каждого пакета указывается IP-адрес отправителя и IP-адрес получателя, а также номер порта.
Любому компьютеру в IP-сети (TCP/IP-сети) назначен уникальный адрес, который называется IP-адресом. IP-адрес — это 32-разрядное число, которое принято записывать в десятеричном или шестнадцатиричном формате в виде четырех чисел, разделенных точками, например:
1. 111.111.213.232
2. 127.0.0.1
3. 192.168.9.2
При условии, что ваша сеть подключена к Интернет, протокол TCP/IP обеспечивает работу вашей сетевой программы с любым компьютером в мире, как будто тот находится в локальной сети. Уникальность IP-адреса достигается достаточно просто — IP-адреса назначаются централизованно Сетевым Информационным Центром (nic, Network Information Center).
Для понимания остальной информации нужно отметить, что существуют локальные (LAN, Local Area Networks) и региональные (Wide Area Networks) сети. Сеть Интернет сначала была региональной (Arpanet), а потом стала глобальной, объединив все региональные сети мира. Если ваша локальная (или даже региональная) сеть не соединена с Интернет, то внутри сети вы можете использовать любые IP-адреса без согласования с NIC. Обычно в локальных сетях используются особые IP-адреса, о которых мы поговорим немного позже.
Любую сеть, независимо от типа — LAN или WAN, можно разделить на подсети. Причины разбиения сети на подсети кроются в ранних версиях протокола IP. Тогда существовало несколько сетей класса А, содержащих несколько миллионов узлов (о классах читайте далее). Помимо всего прочего, в таких сетях очень велика вероятность коллизий, то есть одновременного доступа двух или более узлов к среде передачи данных. Управлять такой сетью крайне неудобно, да и сеть будет перегружена собственным трафиком. Поэтому основной принцип разделения — «разделяй и властвуй».
К другим причинам разделения относят создание маленьких подсетей с использованием разных технологий — Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM. Вы не можете смешивать эти технологии в одной сети, однако они могут быть взаимосвязаны с помощью разделения на подсети.
Разделение на подсети может быть также произведено из соображений безопасности. Более подробно об этой и других причинах разделения сети на подсети вы можете прочитать в руководстве IP Sub-networking-HOWTO, которое вы найдете на прилагаемом компакт-диске.
Как я уже писал, каждый компьютер в сети имеет свой уникальный адрес. Но оказывается, что и сеть (подсеть) также имеет свой уникальный адрес. Под сетью можно понимать «пачку» IP-адресов, идущих подряд, то есть 192.168.1.0…192.168.1.255. Самый младший и самый старший адреса резервируются. Младший (192.168.1.0) является адресом сети, а старший является широковещательным (broadcast) адресом сети. Адрес сети может потребоваться, когда нужно указать всю сеть (подсеть), например, при задании маршрутизации для этой сети.
Представьте, что у вас есть две отдельных сети и вам нужно объединить их в одну. Тогда эта одна «большая» сеть станет называться сетью, а две «маленькие» — подсетями. Устройство, которое будет обеспечивать связь этих сетей (маршрутизацию), называется, как уже было отмечено выше, маршрутизатором. Маршрутизатор может быть как аппаратным (отдельное устройство), так и программным.
В роли программного маршрутизатора может выступать любой компьютер с двумя (или более) сетевыми интерфейсами, например, двумя сетевыми платами. В качестве операционной системы может быть установлена любая сетевая операционная система, поддерживающая перенаправление пакетов IPv4-Forwarding. Такой операционной системой может быть Linux, FreeBSD, любая UNIX-система, Windows NT/2000. Маршрутизатор можно настроить и на базе Windows 98, но делать это я не рекомендую, поскольку вряд ли он будет работать надежно. Традиционно в роли маршрутизатора используются UNIX-системы, к которым относится и Linux.
Широковещательный адрес используется для передачи сообщений «всем — всем — всем» в рамках сети, то есть когда нужно передать сообщение (пакет) сразу всем компьютерам сети. Широковещательные запросы очень часто используются, например, для построения ARP-таблиц.
Для каждой подсети определена ее маска. Фактически, маска — это размер сети, то есть число адресов в сети. Маску принято записывать в десятично-побайтном виде:
| 255.255.255.0 | маска на 256 адресов (0…255); |
| 255.255.255.192 | маска на 64 адреса (192…255); |
| 255.255.0.0 | маска на 65536 адресов (256*256). |
В общем случае IP-сети делятся на пять классов: А, В, С, D и Е.
Сети класса А — это огромные сети. Маска сети класса А: 255.0.0.0. В каждой сети такого класса может находиться 16777216 адресов. Адреса таких сетей лежат в промежутке 1.0.0.0…126.0.0.0, а адреса хостов (компьютеров) имеют вид 125.*.*.*
Сети класса В — это средние сети. Маска такой сети — 255.255.0.0. Эта сеть содержит 65536 адресов. Диапазон адресов таких сетей 128.0.0.0…191.255.0.0. Адреса хостов имеют вид 136.12.*.*
Сеть класса С — маленькие сети. Содержат 256 адресов (на самом деле всего 254 хоста, так как номера 0 и 255 зарезервированы). Маска сети класса С — 255.255.255.0. Интервал адресов: 192.0.1.0…223.255.255.0. Адреса хостов имеют вид: 195.136.12.*
Класс сети определить очень легко. Для этого нужно перевести десятичное представление адреса сети в двоичное. Например, адрес сети 128.11.1.0 в двоичном представлении будет выглядеть так:
10000000 00001011 00000001 00000000
а сети 192.168.1.0:
11000000 10101000 00000001 00000000
Если адрес начинается с последовательности битов 10, то данная сеть относится к классу В, а если с последовательности 110, то — к классу С.
Если адрес начинается с последовательности 1110, то сеть является сетью класса D, а сам адрес является особым — групповым (multicast). Если в пакете указан адрес сети класса D, то этот пакет должны получить все хосты, которым присвоен данный адрес.
Адреса класса Е зарезервированы для будущего применения. В табл. 1.2 приведены сравнительные характеристики сетей классов А, В, С, D и Е.
Характеристики сетей различных классов Таблица 1.2
| Класс | Первые биты | Диапазон адресов | Количество узлов |
|---|---|---|---|
| А | 0 | 1.0.0.0…126.0.0.0 | 16777216 (224) |
| В | 10 | 128.0.0.0…191.255.0.0 | 65536 (216) |
| С | 110 | 192.0.1.0…223.255.255.0 | 256 (28) |
| D | 1110 | 224.0.0.0...239.255.255.255 | Multicast |
| Е | 11110 | 240.0.0.0…247.255.255.255 | Зарезервирован |
Теперь самое время немного сказать о специальных адресах, о которых я упомянул немного выше. Если весь IP-адрес состоит из нулей (0.0.0.0), то значит, что он обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет.
Адрес 255.255.255.255 — это широковещательный адрес. Пакет с таким адресом будет рассылаться всем узлам, которые находятся в той же сети, что и источник пакета. Это явление называется ограниченным широковещанием. Существует также другая рассылка, которая называется широковещательным сообщением. В этом случае вместо номера узла стоят все единицы в двоичном представлении (255). Например, 192.168.2.255. Это означает, что данный пакет будет рассылаться всем узлам сети 192.168.2.0.
Особое значение имеет IP-адрес 127.0.0.1 — это адрес локального компьютера. Он используется для тестирования сетевых программ и взаимодействия сетевых процессов. При попытке отправить пакет по этому адресу данные не передаются по сети, а возвращаются протоколам верхних уровней, как только что принятые. При этом образуется как бы «петля». Этот адрес называется loopback. В IP-сети запрещается использовать IP-адреса, которые начинаются со 127. Любой адрес подсети 127.0.0.0 относится к локальному компьютеру, например: 127.0.0.1, 127.0.0.5, 127.77.0.6.
Существует также специальные адреса, которые зарезервированы для несвязанных локальных сетей — это сети, которые используют протокол IP, но не подключены к Интернет. Вот эти адреса:
10.0.0.0 (сеть класса А, маска сети 255.0.0.0).
172.16.0.0…172.31.0.0 (16 сетей класса В, маска каждой сети 255.255.0.0).
192.168.0.0…192.168.255.0 (256 сетей класса С, маска каждой сети 255.255.255.0).
В этой книге я старался использовать именно такие адреса, чтобы не вызвать пересечение с реальными IP-адресами.
1.7.4.Системадоменныхимен—DNS
Для того чтобы подключиться к какому-нибудь другому компьютеру, например, Web-серверу, нужно знать его IP-адрес. Это не очень удобно, потому что человеку намного проще запомнить символьное название сервера, чем последовательность чисел. Представьте, что вместо http://www.romb.net в окне браузера вам нужно было бы вводить http://62.244.59.193. Оба способа будут работать, но первый запоминается намного проще. Фактически, нужно запомнить только слово из четырех букв — romb, a www и net — это «само собой». Компьютеру же, наоборот, проще обрабатывать числа, а не символьную информацию.
Для преобразования IP-адреса в символьное имя и обратно используется служба доменных имен — DNS (Domain Name System). Обычно на любом сервере устанавливается своя служба DNS, даже если этот сервер не поддерживает домена. В отличие от одноранговой сети, в IP-сети компьютеры объединяются в домены, а не в рабочие группы. На самом деле, понятие домен гораздо шире, чем рабочая группа, но пока остановимся на таком определении.
Предположим, адрес Web-сервера вашего подразделения выглядит так: http://www.department.firma.isp.ru. Рассмотрим, что происходит, когда пользователь вводит в окне браузера этот адрес. Сначала отправляется запрос на разрешение (преобразование) имени в IP-адрес серверу DNS, который принадлежит провайдеру пользователя. Если такое имя есть в кэше DNS-сервера провайдера (для определенности назовем его user-dns), он возвращает IP-адрес и браузер устанавливает соединение с этим компьютером. Если же такого адреса в кэше сервера DNS не оказалось, DNS-сервер провайдера обращается к серверу, который содержит домен наивысшего уровня, то есть к корню дерева (см. рис. 1.9). Тот обращается к домену ru (этот сервер пусть называется ru-dns). Сервер ru-dns в свою очередь обращается к серверу, который делегирует домен isp (это ваш провайдер). Сервер isp обращается к серверу, который делегирует (администрирует) домен firma, а он уже к серверу, отвечающему за домен department, который и возвращает IP-адрес компьютера www.department.firma.isp.ru. Таким образом, получается своеобразная цепочка. Ясно, что если эта цепочка оборвется на каком-нибудь звене, то пользователю, точнее, серверу DNS user-dns, будет сообщено о невозможности разрешения имени компьютера в IP-адрес.
Рис. 1.9. Иерархическая структура системы доменных имен
Вся структура службы DNS является иерархической. Существуют домены первого, второго, третьего, n-го уровней. В рассмотренном примере доменом первого уровня является ru, isp — второго, firma — третьего, а department — четвертого уровня (см. рис. 1.9).
Корневой домен управляется центром InterNIC. Домены верхнего (первого) уровня назначаются для каждой страны (см. табл. 1.3).
Обозначения стран по стандарту ISO 3166 Таблица 1.3
| Домен | Страна | Домен | Страна |
|---|---|---|---|
| ru | Россия | ua | Украина |
| by | Белоруссия | It | Литва |
| Iv | Латвия | ее | Эстония |
| md | Молдова | kz | Казахстан |
| tr | Турция | ro | Румыния |
| iq | Ирак | ir | Иран |
| il | Израиль | tm | Туркменистан |
| pl | Польша | it | Италия |
| es | Испания | gb | Великобритания |
| fr | Франция | de | Германия |
| id | Индонезия | vn | Вьетнам |
| gr | Греция | va | Ватикан |
| at | Австрия | co | Колумбия |
| hu | Венгрия | mx | Мексика |
Для США и Канады единый домен отсутствует, но иногда используется обозначение us. Обозначения стран соответствуют международному стандарту ISO 3166. Данные сведения могут быть получены по адресу ftp:/ftp.ripe.net/iso3166-countrycodes.
Для различных типов организаций могут использоваться такие обозначения:
| com | коммерческие организации (например, yahoo.com). |
| edu | образовательные учреждения (например, mit.edu). |
| gov | правительственные организации (например, nasa.gov). |
| org | некоммерческие организации (например, linux.org). |
| net | обычно провайдеры (например, ukr.net). |
По данным ISC (Internet Software Consortium) по состоянию на январь 2002 года зарегистрировано около 150 миллионов узлов сети Интернет (см. рис. 1.10). Данные сведения публикуются с разрешения ISC.
Рис. 1.10 Динамика роста узлов в сети Интернет
1.7.5. Многоуровневая архитектура стека TCP/IP
Этот пункт книги является необязательным: если вы считаете, что у вас уже достаточно знаний о протоколе TCP/IP, то можете перейти к следующим разделам, а к этому вернуться позже. Здесь будет описана многоуровневая архитектура протокола TCP/IP — для большего понимания происходящего.
Вначале давайте рассмотрим историю создания протокола TCP/IP. Протокол TCP/IP был создан в конце 60-х — начале 70-х годов агентством DARPA Министерства Обороны США (U.S. Department of Defense Advanced Research Projects Agency). Основные этапы развития этого протокола отмечены в табл. 1.4.
Этапы развития протокола TCP/IP Таблица 1.4
| Год | Событие |
|---|---|
| 1970 | Введен в использование протокол NCP (Network Control Protocol) для узлов сети Arpanet |
| 1972 | Вышла первая спецификация Telnet (см. RFC 318) |
| 1973 | Введен протокол FTP (RFC 454) |
| 1974 | Программа TCP (Transmission Control Program) |
| 1981 | Опубликован стандарт протокола IP (RFC 791) |
| 1982 | Объединение протоколов TCP и IP в одно целое — TCP/IP |
| 1983 | Сеть Arpanet переведена на протокол TCP (ранее использовался протокол NCP) |
| 1984 | Введена доменная система имен DNS |
Как вы видите, все стандарты Интернет-протоколов опубликованы в документах RFC. Документы RFC (Request For Comments) — это запрос комментариев. В этих документах описывается устройство сети Интернет.
Документы RFC создаются сообществом Интернет (Internet Society, ISOC). Любой член ISOC может опубликовать свой стандарт в документе RFC. Документы RFC делятся на пять типов:
| Требуется (Required) | данный стандарт должен быть реализован на всех основных узлах TCP/IP. |
| Рекомендуется (Recommended) | обычно такие спецификации RFC также реализуются |
| Выборочно (Elective) | реализация не обязательна. |
| Ограниченное использование (Limited use) | не рекомендуется для всеобщего применения. |
| Не рекомендуется (Not recommended) | не рекомендуется. |
Все необходимые документы RFC вы найдете на прилагаемом компакт-диске.
Протоколы семейства TCP/IP можно представить в виде модели, состоящей из четырех уровней: прикладного, основного, межсетевого и сетевого (см. рис. 1.11).
| Уровень 1 | Прикладной уровень (уровень приложения, Application Layer) |
| Уровень 2 | Основной (транспортный) уровень (Transport Layer) |
| Уровень 3 | Межсетевой уровень (уровень Internet, Internet Layer) |
| Уровень 4 | Уровень сетевых интерфейсов (Network Interface Layer) |
Рис. 1.11. Уровни стека протоколов TCP/IP
Каждый из этих уровней выполняет определенную задачу для организации надежной и производительной работы сети.
Данный уровень лежит в основании всей модели протоколов семейства TCP/IP. Уровень сетевого интерфейса отвечает за отправку в сеть и прием из сети кадров, которые содержат информацию. Кадры передаются по сети как одно целое.
Рис. 1.12. Пересылка блока данных в стеке протоколов TCP/IP
Протоколы Интернет инкапсулируют блоки данных в пакеты (дейтаграммы) и обеспечивают необходимую маршрутизацию. К основным Интернет-протоколам относятся:
| IP (Internet Protocol) | предназначен для отправки и маршрутизации пакетов. |
| ARP (Address Resolution Protocol) | используется для получения МАС-адресов (аппаратных адресов) сетевых адаптеров. |
| ICMP (Internet Control Message Protocol) | предназначен для отправки извещений и сообщений об ошибках при передаче пакетов. |
| IGMP (Internet Group Management Protocol) | используется узлами для сообщения маршрутизаторам, которые поддерживают групповую передачу, о своем участии в группах. |
| RIP (Route Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First) | протоколы маршрутизации. |
На этом уровне реализуется передача пакетов без установки соединения — дейтаграммным способом. Межсетевой уровень обеспечивает перемещение пакетов по сети с использованием наиболее рационального маршрута (протокол OSPF). Основная функция межсетевого уровня — передача пакетов через составную сеть, поэтому этот уровень также называется уровнем Интернет.
Данный уровень обеспечивает сеансы связи между компьютерами. Существует два транспортных протокола: TCP (Transmission Control Protocol) и UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP ориентирован на установление соединения, то есть перед передачей данных компьютеры «договариваются» между собой. Обычно по этому протоколу передаются большие объемы данных или данные, для которых требуется подтверждение их приема. Этот протокол используется большинством сетевых приложений, так как обеспечивает достаточную надежность при передаче данных.
Протокол UDP не ориентирован на соединение и не гарантирует доставку пакетов (дейтаграмм). Однако протокол UDP является более быстродействующим по сравнению с TCP. Обычно по этому протоколу передаются небольшие объемы данных. Ответственность за доставку данных несет сетевая программа.
Данный уровень является вершиной модели TCP/IP. На этом уровне работают практически все распространенные утилиты и службы: DNS, Telnet, WWW, Gopher, WAIS, SNMP, FTP, TFTP, SMTP, POP, IMAP.
В качестве завершения данного пункта рассмотрим соответствие уровней стека протокола TCP/IP семиуровневой модели OSI (см. табл. 1.5).
Соответствие уровней стека TCP/IP модели OSI Таблица 1.5
Поделиться книгой: