Материал: задание_os7

7. Управление внешними коммуникациями в ос

7.1. Протоколы тср/ip

7.1.1. Определение и достоинства протокола tcp/ip

Коммуникационный протокол – это набор правил и форматов данных, необходимых для установления связи и передачи данных.

Достоинства TCP/IP

1. Протоколы основаны на открытых и доступных стандартах, не зависящих от конкретного оборудования.

2. Протоколы не зависят от физического уровня, что позволяет использовать их в различных сетях: Ethernet, X.25 и других.

3. Протоколы имеют гибкую систему адресации, которая может быть использована как в локальных, так и в глобальных сетях.

4. Протоколы поддерживают стандартные протоколы высокого уровня для передачи файлов, электронной почты, терминального доступа.

7.1.2. Архитектура tcp/ip

Архитектура протокола основана на представлении, что коммуникационная инфраструктура включает три объекта:

1. Процессы;

2. Хосты;

3. Сети.

Процессы являются основными коммуникационными объектами, поскольку, в конечном итоге, между ними осуществляется передача информации.

Выполнение процессов происходит на хостах.

Передача информации проходит через сети, к которым подключены хосты.

Чтобы доставить данные процессу, их сначала надо передать нужному хосту, а затем, процессу, который выполняется на данном хосте.

От коммуникационной инфраструктуры требуется маршрутизация и доставка данных хосту, а хост обязан доставить информацию нужному процессу.

На этих концепциях сформированы четыре уровня архитектуры:

1. Уровень приложений/процессов;

2. Транспортный уровень (хост – хост);

3. Интернет-уровень;

4. Уровень сетевого интерфейса.

Уровни сетевого интерфейса составляют протоколы доступа к физической сети. К этому уровню относятся протоколы Ethernet, IEEE802.x, PPP (Point-to-Point Protocol)

Уровень Интернет составляют протоколы, обеспечивающие передачу данных между хостами, подключенными к различным сетям. Основной функцией этих протоколов является выбор маршрута – маршрутизация. Сетевые элементы, осуществляющие передачу из одной сети в другую, называются маршрутизаторами. Иногда их называют шлюзами. Основной представитель уровня Интернет – протокол IP (Internet Protocol).

Протоколы транспортного уровня обеспечивают передачу данных между хостами.

К транспортному уровню относятся протоколы TCP (Transmission Control Protocol) и UDP (User Datagram Protocol).

Протоколы уровня приложений обеспечивают функционирование прикладных услуг, таких как:

1. Терминальный доступ (Telnet);

2. Передача файлов (FTP);

3. Передача почты (SMTP);

4. Сетевая файловая система (NFS);

5. Управление сетью (SNMP).

Архитектура протоколов TCP/IP

Процесс-клиент

Базовая коммуникационная схема TCP/IP

Каждый коммуникационный узел должен иметь уникальный адрес.

Существует несколько уровней адресации:

1. На сетевом уровне (уровень 1) имеется МАС-адрес (media access control);

2. На IP-уровне имеется IP- или Интернет-адрес, который адресует хост;

3. Хост, получив данные, доставляет их процессу. Адрес процесса называется номером порта.

Таким образом, чтобы однозначно адресовать процесс необходимо указать:

1. Номер порта;

2. Тип протокола транспортного уровня;

3. Интернет-адрес.

МАС-адрес используется шлюзами в автоматическом режиме.

7.1.3. Соответствие между моделями tcp/ip и iso osi

7.2. Протокол ip

7.2.1. Структура заголовка ip-пакета

Протокол IP обеспечивает доставку фрагмента данных от источника к получателю.

Протокол IP выполняет три основных функции:

1. Адресацию;

2. Фрагментацию;

3. Маршрутизацию.

Данные, формат которых понятен протоколу IP, называются дейтаграммой.

Дейтаграмма состоит из заголовка и данных, полученных от протоколов верхних уровней.

Протокол обрабатывает каждую дейтаграмму как самостоятельный объект, не зависящий от других передаваемых дейтаграмм.

Модули IP производят передачу дейтаграммы по направлению к получателю на основании адреса, расположенного в заголовке IP-дейтаграммы. Выбор пути называется маршрутизацией.

В процессе обработки дейтаграммы протокол иногда вынужден выполнять ее фрагментацию. Это необходимо делать, когда сети, через которые вынуждена проходить дейтаграмма, используют разные размеры кадра.

Структура заголовка IP-датаграммы

Заголовок занимает минимум 20 байтов и содержит следующие поля:

Version – определяет версию протокола. Обычно, 4.

IHL – internet header length – длина заголовка в 32-битных словах. При 20 байтах IHL = 5.

Type of service - битовое поле:

1. 0 – 2 - Precedence – относительная значимость дейтаграммы. Большее значение соответствует большему приоритету;

2. 3 – Delay – 0 – нормальная задержка при обработке, 1 – низкое значение задержки;

3. 4 – Throughput. Скорость передачи. 0 – нормальная, 1 – высокая скорость;

4. 5 – Reliability. Надежность. 0 – нормальная, 1 – высокая надежность;

5. 6 – 7 – резерв.

Это поле определяет правила обработки дейтаграммы при передаче через сети. Иногда правила противоречат друг другу. Например, низкая задержка противоречит высокой надежности. Стандарты разрешают эти противоречия.

Total length – размер дейтаграммы. Размер ограничен 65535 байтами.

Identification – поле, используемое при фрагментации. Это поле одинаково для всех фрагментов одной дейтаграммы.

Flags – битовое поле, тоже используется при фрагментации:

1. 0 – резерв;

2. 1 – DF – 0 – можно фрагментировать, 1 – нельзя фрагментировать;

3. 2 – MF – 0 – последний фрагмент, 1 – не последний фрагмент.

Fragment offset – номер фрагмента.

Объединяются дейтаграммы с одинаковыми полями Identification, Source address, Destination address, protocol.

TTL – time to live – время жизни дейтаграммы. Если 0, то дейтаграмма уничтожается. Каждый модуль протокола уменьшает значение этого поля на число секунд, затраченных на обработку. Цель этого поля – уничтожать «заблудившиеся» дейтаграммы.

Protocol – номер протокола верхнего уровня. Для TCP – 6, для UDP – 17.

Header checksum – контрольная сумма.

Source address и destination address – IP-адреса источника и получателя.

Options – содержит дополнительные параметры протокола.

Padding – выравнивает заголовок до границы 32-битного слова.

7.2.2. IP-адресация

Каждый IP-адрес состоит из двух частей: адреса сети и адреса хоста в этой сети. Существует 5 форматов адреса, отличающихся по числу битов, отводимых для адреса сети и хоста. Эти форматы определяют классы адресов отA до D.

Класс определяют первые три бита.

Уникальность адресов обеспечивается их централизованным назначением.

В классе А число сетей ограничено126 (0 и 127 – зарезервированы). Это устаревшая структура.

В классе В число сетей 16 382. Адреса сетей такого класса также сейчас не предоставляются.

В классе С число сетей равно 2 097 150. При этом число хостов может быть не более 254. Самый распространенный в настоящее время класс сетей. Но и он истощается.

Поэтому введена дополнительная иерархия – адрес хоста может быть разделен на адрес подсети и адрес хоста в подсети.

Для определения фактической границы между адресом подсети и хоста используется маска подсети, маскирующая единицами номера сети и подсети и содержащая нули в позициях номера хоста.

Посмотрим, как используется маска подсети.

Предположим, что есть сеть класса В с адресом 190.50.0.0 и маска подсети равна 255.255.255.0.

190.50.0.0

190.50.1.4

Н1

190.50.1.1

Н3

190.50.2.1

Пусть, например, хосту Н1 надо обратиться к хосту Н3. Н1 берет адрес Н3 190.50.2.1 и накладывает на него маску подсети 255.255.255.0, получая результат 190.50.2.0. Поскольку Н1 находится в подсети 190.50.1.0, то Н3 напрямую недоступен. Сверившись со своей маршрутной таблицей Н1 обнаруживает, что следующий адрес на пути к Н3 – это R1.

Н1 отображает IP-адрес R1 на его физический адрес и посылает R1 дейтаграмму. R1 ищет адрес назначения в своей маршрутной таблице, пользуясь той же маской подсети, и определяет местонахождение Н3 в подсети, соединенной с его интерфейсом 190.50.2.3.

R1 доставляет дейтаграмму хосту Н3, получив предварительно его физический адрес по IP-адресу.

Пусть теперь хост Е из внешней сети хочет отправить дейтаграмму Н3. Поскольку 190.50.2.1 – адрес класса В, то маршрутизатору сети, где находится этот хост Е, известно, что Н3 находится в сети 190.50.0.0. Т. к. шлюзом в эту сеть является R2, то дейтаграмма от Е в конце концов дойдет до R2.

R2 получив дейтаграмму, накладывает маску, выделяет адрес подсети 190.50.2.0, определяет R1 в качестве следующего узла на пути к Н3 и посылает R1 дейтаграмму, которую R1 отправляет Н3.