Диапазоны электромагнитного спектра

Беспроводная среда передачи

Беспроводные сети передачи данных – это системы, позволяющие организовать передачу информации без использования кабельной проводки. В качестве среды передачи в таких сетях выступают радиоволны диапазона 2400, 3500 или 5000 МГц. Беспроводную сеть можно создавать с нуля, а можно расширять существующую кабельную сеть за счет беспроводных сегментов. Используя беспроводное оборудование, можно быстро и оперативно подключать новых пользователей к работающей кабельной сети или расширять беспроводной сегмент. Беспроводные сети передачи данных (БСПД) позволяют объединить в единую информационную систему разрозненные локальные сети и компьютеры для обеспечения доступа всех пользователей этих сетей к единым информационным ресурсам без прокладки дополнительных проводных линий связи.

Диапазоны электромагнитного спектра

Нередко в локальных радиосетях передача сигналов осуществляется в диапазоне около 1 ГГц электромагнитного спектра. Технология расширен-ного спектра SST состоит в том, что передача сигналов ведется в выделенном диапазоне частот, а не на одной конкретной частоте. Благодаря этому, сигна-лы могут приниматься только приемниками, пони-мающими расширение, осуществляемое передат-чиком. Это повышает безопасность данных, ибо передача не может быть легко подслушана. В рассматриваемом диапазоне очень "тесно". Поэтому, чтобы не мешать друг другу, передатчики имеют небольшую мощность, примерно, равную 1 ватт. В результате чего, передача осуществляется на расстояние только, около, 250 м. Максимальная скорость передачи данных равна 200-300 Кбит/с.

В диапазонах микроволн электромагнитного спектра, создаются радиоканалы Беспроводных сетей внутри зданий WIN. Здесь используются высокие частоты 18-19 ГГц и образуются скоростные каналы, обеспечивающие передачу около 100 Мбит/с. Каждая такая сеть охватывает абонентов, находящихся внутри здания, ибо проходя через другие здания высокочастотный сигнал быстро затухает. Стены, выполненные из сухой кладки, сигналы проходят без больших потерь. Для их приема используются многосекторные антенны. В них из принятых сигналов выбирается наилучший. На более высоких частотах работают локальные инфракрасные сети.

Спутниковые каналы передачи данных

Спутники в системах связи могут находиться на геостационарных (высота 36 тысяч км) или низких орбитах. При геостационарных орбитах заметны задержки на прохождение сигналов (туда и обратно около 520 мс). Возможно покрытие поверхности всего земного шара с помощью четырех спутников. В низкоорбитальных системах обслуживание конкрет-ного пользователя происходит попеременно разными спутниками. Чем ниже орбита, тем меньше площадь покрытия и, следовательно, нужно или больше наземных станций, или требуется межспутниковая связь, что естественно утяжеляет спутник. Число спутников также значительно больше (обычно несколько десятков)

Геостационарные спутники

Геостационарный спутник - спутник, который располагается на высоте 35786 км над экватором и обеспечивает непрерывность передачи данных.

Геостационарные спутники не видны в приполярных областях земли. Большая удаленность спутников от земли приводит к значительным запаздываниям в передаче сигнала.

Средне- и низкоорбитальные спутники

Низкоорбитальный спутник - спутник, который запускается на орбиту до 1000 км со временем вращения вокруг земли 1.5-2 часа.

Низкоорбитальные спутники связи позволяют получать на земле сильный сигнал. В системах передачи данных используются комплексы низко-орбитальных спутников, в которых с каждой абонентской системой взаимодействует цепочка летящих один за другим спутников.

Среднеорбитальные спутники.

Высота орбиты - 10 000-20 000 км. Эти спутники вносят меньшие задержки передачи сигнала, чем геостационарные, но для охвата всей территории Земли их требуется больше (около 20). Круговая задержка передачи сигнала (от одного абонента к другому и обратно) в среднеорбитальных системах равна примерно 0,25 с.

Системы мобильной связи

Одной из наиболее широко распространённых технологий мобильной связи является технология, соответствующая стандарту для цифровых сетей сотовой связи GSM, основанному на TDMA. GSM может поддерживать интенсивный трафик (270 Кбит/с), обеспечивает роуминг (автоматическое отслеживание переходов мобильного пользователя из одной соты в другую), допускает интеграцию речи и данных и связь с сетями общего пользования.

Используются разновидности: сотовая связь GSM-900, в частотном диапазоне 900 МГц и микросотовая связь GSM-1800 (1800 МГц). Название микросотовая обусловлено большим затуханием и меньшей площадью соты. Однако увеличение числа каналов выгодно при высокой плотности абонентов.

Мощность излучения мобильных телефонов 1-2Вт.

 

Транкинговая связь

Тра́нкинговые систе́мы — радиально-зоновые системы наземной подвижной радиосвязи, осуществ-ляющие автоматическое распределение каналов связи ретрансляторов (базовых станций) между абонентами. Такой вид связи обычно используют на предприятиях.

Под термином "транкинг" понимается метод доступа абонентов к общему выделенному пучку каналов, при котором свободный канал выделяется абоненту на время сеанса связи.

Включают наземную инфраструктуру (стационар-ное оборудование) и абонентские станции. Основным элементом наземной инфраструктуры сети транкинговой радиосвязи является базовая станция (БС), включающая несколько ретрансляторов с соответствующим антенным оборудованием и контроллер, который управляет работой БС, коммутирует каналы ретрансляторов, обеспечивает выход на телефонную сеть общего пользования (ТфОП) или другую сеть фиксированной связи. Сеть транкинговой радиосвязи может содержать одну БС (однозоновая сеть) или несколько базовых станций (многозоновая сеть). Многозоновая сеть обычно содержит соединенный со всеми БС по выделенным линиям межзональный коммутатор, который обрабатывает все виды межзональных вызовов.

Характерные черты:

1) Связь внутри некоторой группы и групповой вызов от центра ко всем членам группы;

2) Наличие приоритетности;

3) Скорость соединения выше, чем при сотовой связи;

4) Преимущественная передача данных.

Наиболее распространены 2 протокола: аналого-вый MPT-1327 и цифровой TETRA.

В TETRA применяется метод TDMA с несколькими слотами на каждую из несущих.

В системах, работающих по протоколу МРТ-1327, обычно используется несколько частных поддиапа-зонов в пределах 80-800 МГц с выделением каналов шириной в 12,5 кГц.

CSMA/CA

CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) — множественный доступ с прослушиванием несущей и избежанием коллизий Узел, готовый послать кадр, прослушивает линию. При отсутствии несущей он посылает короткий сигнал запроса па передачу (RTS) и определенное время ожидает ответа (CTS) от адресата назначения. При отсутствии ответа (подразумевается возможность коллизии) попытка передачи откладывается, при получении ответа в линию посылается кадр. При запросе на широковещательную передачу (RTS содержит адрес 255) CTS не ожидается. Метод не позволяет полностью избежать коллизий, но они обрабатываются на вышестоящих уровнях протокола Метод применяется в сети Apple LocalTalk, характерен простотой и низкой стоимостью цепей доступа.

Метод доступа с маркером

Для обеспечения доступа станций к физической среде по кольцу циркулирует кадр специального формата и назначения — маркер.

Получив маркер, станция анализирует его и при отсутствии у нее данных для передачи обеспечивает его продвижение к следующей станции. Станция, которая имеет данные для передачи, при получении маркера изымает его из кольца, что дает ей право доступа к физической среде для передачи своих данных.

Затем эта станция выдает в кольцо кадр данных установленного формата последовательно по битам. Переданные данные проходят по кольцу всегда в одном направлении от одной станции к другой. Кадр снабжен адресом назначения и адресом источника.

Все станции кольца ретранслируют кадр побитно, как повторители. Если кадр проходит через станцию назначения, то, распознав свой адрес, эта станция копирует кадр в свой внутренний буфер и вставляет в кадр признак подтверждения приема. Станция, выдавшая кадр данных в кольцо, при обратном его получении с подтверждением приема изымает этот кадр из кольца и передает в сеть новый маркер, давая другим станциям сети возможность передавать данные.

Метод доступа по приоритету

Каждый кадр данных или маркер имеет приоритет, устанавливаемый битами приоритета (значение от 0 до 7, причем 7 — наивысший приоритет), Станция может воспользоваться маркером, только если у нее есть кадры для передачи с приоритетом равным или большим, чем приоритет маркера.

Сетевой адаптер станции с кадрами, у которых приоритет ниже, чем приоритет маркера, не может захватить маркер, но может поместить наибольший приоритет своих ожидающих передачи кадров в резервные биты маркера, но только в том случае, если записанный в резервных битах приоритет ниже его собственного. В результате в резервных битах приоритета устанавливается наивысший приоритет станции, которая пытается получить доступ к кольцу, но не может этого сделать из-за высокого приоритета маркера. Станция, сумевшая захватить маркер, передает свои кадры с приоритетом маркера, а затем передает маркер следующему соседу. При этом она переписывает значение резервного приоритета в поле приоритета маркера, а резервный приоритет обнуляется. Поэтому при следующем проходе маркера по кольцу его захватит станция, имеющая наивысший приоритет.

Стек протоколов

Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов.

Уровень: Протокол:

Прикладной HTTP,FTP, протокол электронной почты

Транспортный TCP, UDP

Сетевой IP,ICMP,ARP,RARP,RIP,OSPF

Канальный драйверы устройств

Физический витая-пара,оптоволокно,радиоволны

История развития Ethernet

Классическая 10-мегабитная сеть Ethernet устраивала большинство пользователей на протяжении около 15 лет. Однако в начале 90-х годов начала ощущаться ее недостаточная пропускная способность. Для компьютеров на процессорах Intel 80286 или 80386 с шинами ISA (8 Мбайт/с) или EISA (32 Мбайт/с) пропускная способность сегмента Ethernet составляла 1/8 или 1/32 канала «память-диск», и это хорошо согласовывалось с соотношением объемов данных, обрабатываемых локально, и данных, передаваемых по сети. Для более мощных клиентских станций с шиной PCI (133 Мбайт/с) эта доля упала до 1/133, что было явно недостаточно. Поэтому многие сегменты 10-мегабитной сети Ethernet стали перегруженными, реакция серверов в них значительно упала, а частота возникновения коллизий существенно возросла, еще более снижая полезную пропускную способность.

Назрела необходимость в разработке «новой» технологии Ethernet, то есть технологии, которая была бы такой же эффективной по соотношению цена/качество при производительности 100 Мбит/с, в результате поисков и исследований специалисты разделились на два лагеря, что, в конце концов, привело к появлению двух новых технологий — Fast Ethernet и 100VG-AnyLAN. Они отличаются степенью преемственности с классической технологией Ethernet.

Стандарты Ethernet

Стандартом DIX Ethernet, опубликованным в 1980 г., определяются сети на коаксиальном кабеле со скоростью передачи данных 10 Мбит/сек и топологией шина. Этот стандарт называют также толстым Ethernet, ThickNet или 10Base5. В стандарте DIX Ethernet II, опубликованном в 1982 г., появилась возможность использования в качестве сетевой среды коаксиального кабеля RG58. Этот стандарт называется тонким Ethernet, ThinNet, Cheapernet или 10Base2. Примерно в это же время Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) принял решение о создании международного стандарта для сетей этого типа, который, в отличие от Ethernet DIX, не был бы собственностью частной компании. В 1980 г. IEEE создал рабочую группу IEEE 802.3, которая начала разработку Ethernet-подобного стандарта ЛВС. Назвать его Ethernet было нельзя, так как фирма Xerox зарегистрировала это название в качестве своего товарного знака, но в 1985 г. группа IEEE 802.3 опубликовала документ IEEE 802.3 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications, в который помимо спецификаций для двух видов коаксиальных кабелей, что имелись в DIX Ethernet, была включена спецификация 10BaseT для кабеля неэкранированная витая пара (UTP). В последующие годы рабочая группа IEEE 802.3 опубликовала также документы IEEE 802.3u со стандартом Fast Ethernet для сетей со скоростью 100 Мбит/сек, а также IEEE 802.3z и IEEE 802.ЗаЬ со стандартом Gigabit Ethernet для сетей со скоростью 1000 Мбит/сек.

Форматы кадров Ethenet

Как и на производстве, кадры в сети Ethernet решают все. Они служат вместилищем для всех высокоуровневых пакетов, поэтому, чтобы понять друг друга, отправитель и получатель должны использовать один и тот же тип кадров Ethernet. К счастью (или к сожалению), кадры могут быть всего четырех разных форматов, и к тому же не сильно отличающихся друг от друга. Более того, базовых форматов кадров существует всего два (в английской терминологии их называют "raw formats") - Ethernet_II и Ethernet_802.3, причем они отличаются назначением всего одного поля. Современные компьютерные сети гетерогенны по своей природе, а сетевые протоколы третьего уровня используют зачастую разные типы кадров Ethernet. Так, в старых версиях NetWare 3.х компании Novell базовым форматом по умолчанию является Ethernet_802.3, а не 802.2 или SNAP, как это предусмотрено стандартами IEEE, причем, кроме нее, этот формат больше никто не применяет. С выходом NetWare 4.х протоколы IPX/SPX используют по умолчанию стандартные кадры Ethernet_802.2, а с планируемым переводом IntranetWare на протоколы TCP/IP эта сетевая ОС будет, возможно, работать по умолчанию с кадрами Ethernet_SNAP, так как именно этот формат применяется в новейших реализациях TCP/IP.

Типы МАС-адресов

MAC-адрес (от англ. Media Access Control — управление доступом к носителю) — это уникальный идентификатор, сопоставляемый с различными типами оборудования для компьютерных сетей. Большинство сетевых протоколов канального уровня используют одно из трёх пространств MAC-адресов, управляемых IEEE: MAC-48, EUI-48 и EUI-64. Адреса в каждом из пространств теоретически должны быть глобально уникальными. Не все протоколы используют MAC-адреса, и не все протоколы, использующие MAC-адреса, нуждаются в подобной уникальности этих адресов.

В широковещательных сетях (таких, как сети на основе канальном уровне, которую используют протоколы более высокого (сетевого) уровня. Для преобразования MAC-адресов в адреса сетевого уровня и обратно применяются специальные протоколы (например, RARP в сетях TCP/IP).

Адреса типа MAC-48 наиболее распространены; они используются в таких технологиях, как Token ring, бит, таким образом, адресное пространство MAC-48 насчитывает 248 (или 281 474 976 710 656) адресов. Согласно подсчётам IEEE, этого запаса адресов хватит по меньшей мере до 2100 года.

EUI-48 от MAC-48 отличается лишь семантически: в то время как MAC-48 используется для сетевого оборудования, EUI-48 применяется для других типов аппаратного и программного обеспечения.

Обозначения сетей Ethernet

В зависимости от скорости передачи данных и передающей среды существует несколько вариантов технологии. Независимо от способа передачи стек сетевого протокола и программы работают одинаково практически во всех нижеперечисленных вариантах.

Ранние модификации Ethernet: Xerox Ethernet, 10BROAD36, 1BASE5 (StarLAN).

10 Мбит/с Ethernet: 10BASE5, IEEE 802.3 («Толстый Ethernet»); 10BASE2, IEEE 802.3a (называемый «Тонкий Ethernet»); StarLAN 10; 10BASE-T, IEEE 802.3i; FOIRL;семейство 10BASE-F, IEEE 802.3j: 10BASE-FL (Fiber Link), 10BASE-FB (Fiber Backbone), 10BASE-FP (Fiber Passive).

Быстрый Ethernet (Fast Ethernet, 100 Мбит/с): 100BASE-T включает в себя стандарты 100BASE-TX(IEEE 802.3) u 100BASE-T4 и 100BASE-T2. 100BASE-FX, 100BASE-LX, 100BASE-LX WDM.

Гигабит Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Гбит/с)

1000BASE-T, IEEE 802.3ab, 1000BASE-TX, 1000BASE-X, 1000BASE-SX, IEEE 802.3z, 1000BASE-LX, IEEE 802.3z, 1000BASE-CX, 1000BASE-LH (Long Haul)

10 Гигабит Ethernet: 10GBASE-CX4; 10GBASE-SR; 10GBASE-LX4; 10GBASE-LR и 10GBASE-ER;

10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW; 10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006.

Правило 5-4-3

Для сетей по стандартам Ethernet и IEEE 802.3 существует правило, называемое правило 5-4-3 (5-4-3 rule), для количества повторителей (repeater) и сегментов (segment) на магистрали Ethernet в древовидной топологии. Согласно правилу 5-4-3 сеть делится на два типа физических сегментов: населенные (пользовательские) и ненаселенные (связи). К пользовательским сегментам подключаются рабочие станции. Сегменты связи используются для соединения повторителей. Правило определяет, что между любыми двумя узлами сети может быть максимум пять сегментов, соединенных через четыре повторителя или концентратора, и только к трем из пяти сегментов разрешается подключать компьютеры.

Протокол Ethernet требует, чтобы сигнал, посылаемый по локальной сети, достигал каждой части сети в течение заданного промежутка времени. Правило 5-4-3 обеспечивает это требование. Каждый повторитель, через который проходит сигнал, добавляет некоторую задержку к процессу передачи, правило минимизирует время передачи сигнала.

Правило 5-4-3 - созданное, когда были только типы 10Base5 и 10Base2 сети Ethernet -- применяется только к разделяемой магистрали Ethernet, традиционной технологии Ethernet с CSMA/ CD. Коммутируемый Ethernet не нуждается в правиле 5-4-3, т.к. каждый коммутатор (switch) имеет буфер для временного хранения данных и все узлы имеют одновременный доступ к сети.

50. Ethernet 10Base-2: основные характе-ристики

Макс. длина сегмента – 185 м.

Мин.расстояние между точками подключения – 0,5 м.

Макс.число узлов – 30.

Макс.кол-во сегментов – 5.

Макс.расстояние от трансивера до адаптера – 50м.

Сегмент оканчивается терминатором, один из кот.заземлен. исп.внутренние трансиверы. Кабели подключаются при помощи Т-коннектора. +: простота установки, дешевизна. -: высокая стоимость кабеля, сложность прокладки из-за большой жесткости, потребности в спец.инструментах для заделки кабеля, необходимость заранее предусмотреть прокладку кабеля ко всем возможным местам установки компьютеров.

Отличия WAN от LAN

В конце 80-х годов отличия между локальными и глобальными сетями проявлялись весьма отчетливо.

□ Протяженность и качество линий связи. Локальные компьютерные сети по определению отличаются от глобальных сетей небольшими расстояниями между узлами сети. Это в принципе делает возможным использование в локальных сетях более качественных линий связи.

□ Сложность методов передачи данных. В условиях низкой надежности физических каналов в глобальных сетях требуются более сложные, чем в локальных сетях, методы передачи данных и соответствующее оборудование. Скорость обмена данными в локальных сетях (10, 16 и 100 Мбит/с) в то время была существенно выше, чем в глобальных (от 2,4 кбит/с до 2 Мбит/с).

□ Разнообразие услуг. Высокие скорости обмена данными породили в локальных сетях широкий набор услуг — это различные виды услуг файловой службы, услуги печати, услуги баз данных, электронная почта и др., в то время как глобальные сети в основном предоставляли почтовые услуги и иногда файловые услуги с ограниченными возможностями.

□ Масштабируемость. «Классические» локальные сети обладают плохой масштабируемостью из-за жесткости базовых топологий, определяющих способ подключения станций и длину линии. При этом характеристики сети резко ухудшаются при достижении определенного предела по количеству узлов или протяженности линий связи. Глобальным сетям присуща хорошая масштабируемость, так как они изначально разрабатывались в расчете на работу с произвольными топологиями и сколь угодно большим количеством абонентов.

Методы передачи сообщений

Связь между компьютерами сети может быть построена на основе:

1) Выделенных(некоммутированных) каналов, обычно закреплённых за определённым абонентом. Выделенные каналы можно получить у операторов связи (РУП «Белтелеком»);

2) Коммутации данных:

- коммутация каналов;

- коммутация пакетов.

Принципы Internet

1) метод передачи сообщений – коммутация пакетов;

2) сеть должна объединять компьютеры разных фирм-изготовителей, с разной архитектурой и разным ПО;

3) архитектура сети должна быть адаптивной, т.е. сеть должна уметь автоматически отключать повреждённые участки;

4) сеть должна стать «сетью сетей» (включать в себя другие локальные, региональные и глобальные сети).

WWW. История появления. Основные понятия.

В марте 1989 г. Тим Бернерс-Ли (Tim Berners-Lee) из CERN предложил руководству этого международного европейского научного центра концепцию новой распределенной информационной системы, которую назвал World Wide Web. Свои соображения он изложил в проекте "Гипертекст для ЦЕРН". В октябре 1990 года проект стартовал.

Первое сообщение об WWW было послано в телеконференции: alt.hypertext, com.sys.next, comp.text.sgml и comp.mail.multi- media в августе 1991 года. Прошло еще целых полтора года до того момента, когда программа Mosaic, разработанная Марком Андресеном (Mark Andressen) из Национального Центра Суперкомпьютерных Приложений (NCSA), и построенная на принципах WWW, обеспечили бурный рост популярности "паутины" в Internet. NCSA начала проект по разработке интерфейса в World Wide Web месяц спустя после объявления CERN. Пробная версия программы была закончена в первой половине 1993 года, а в августе 1993 была анонсирована альфа-версия для Internet.

В марте 1993 года трафик World Wide Web составлял 0,1% от общего трафика сети NSF, сентябре 1993 года он уже составил 1,0% от общего трафика сети NSF. В октябре 1993 года количество зарегистрированных серверов WWW равнялось 500, а к июню 1994 года оно достигло 1500 и продолжает стремительно расти.

Компьютерные глобальные сети 90-х, работающие на основе скоростных цифровых каналов, существенно расширили набор своих услуг и догнали в этом отношении локальные сети. Стало возможным создание служб, работа которых связана с доставкой пользователю больших объемов информации в реальном времени — изображений, видеофильмов, голоса, в общем, всего того, что получило название мультимедийной информации. Наиболее яркий пример — гипертекстовая информационная служба World Wide Web, ставшая основным поставщиком информации в Интернете.

www – это сервис поиска и просмотра гипертекстовых документов, включает в себя графику, звук и видео.

www - это распределяющая информационная система, основанная на гипертексте.

Протоколы электронной почты

1) Протокол РОР3 (Post Office Protocol 3): по этому протоколу пользователи получают корреспонденцию из своих почтовых ящиков на постовом сервере в локальные файлы, РОР 3 переносит всё содержимое почтового ящика с почтового сервера на рабочую станцию, его целесообразно использовать в случае индивидуальной эксплуатации компьютера пользователя;

2) Протокол IMAP 4 (Internet Message Access Protocol) был разработан как более надёжная альтернатива протоколу РОР 3, главным отличием является возможность поиска нужного сообщения непосредственно на почтовом сервере, не перенося весь почтовый ящик на почтовую станцию, IMAP 4 более эффективен в случае использования одного и того же компьютера несколькими пользователями, а также при необходимости осуществления доступа к почтовому ящику с разных компьютеров;

3) Протокол SMTP: был разработан для обмена почтовыми сообщениями в сети Интернет, протокол SMTP является основным протоколом передачи сообщений электронной почты, взаимодействие в рамках SMTP строится по принципу двусторонней связи, которая устанавливается между получателем и отправителем сообщения;

4) Протокол UUCP: позволяет пересылать файлы из одной системы в другую, используется для получения и отправки сообщений электронной почты и новостей USENET, приняв файлы, программа UUCP удалённой системы преобразует их и передаёт в почтовую очередь, протокол UUCP эффективен при низкокачественных линиях связи.

Стек протоколов TCP/IP

Стек TCP/IP включает в себя два основных семейства протокола:

TCP - протокол для гарантированной доставки данных, разбитых на последовательность фрагментов. Соответствует транспортному уровню.

IP - протокол для передачи пакетов, относится к разряду сетевых протоколов.

Стек TCP/IP является промышленным стандартным набором протоколов, которые обеспечивают связь в неоднородной среде, т. е. обеспечивают совместимость между компьютерами разных типов. Кроме того, TCP/IP:

§ представляет доступ к ресурсам Интернет;

§ поддерживает маршрутизацию;

§ обычно используется в качестве межсетевого протокола.

Благодаря своей популярности TCP/IP стал стандартом де-факто для межсетевого взаимодействия. К другим специально созданным для стека TCP/IP протоколам относятся: SMTP (Simple Mail Protocol) - электронная почта; FTP (File Transfer Protocol) - обмен файлами между ЭВМ, HTTP – обмен гипермедийными файлам и др. Эти протоколы относятся к разряду прикладных протоколов.

Адресация в сети Internet

Адресация – способ идентификации логических узлов в вычислительных сетях, при котором каждому абоненту сети по определённому правилу присваивается уникальный номер или имя.

Каждый компьютер в сети Internet (стек протоколов TCP/IP) имеет адреса трёх уровней:

1) Физический (МАС-адрес, АТМ адрес NSAP, глобальный адрес Х25);

2) Сетевой (IP-адрес: номер сети и номер интерфейса этой сети). Бывают соответствия МАС-адрес - IP-адрес.

3) Логический символьный (DNS-имя).

IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме, и разделенных точками. Адрес состоит из двух логических частей - номера сети и номера узла в сети. Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая к номеру узла, определяется значениями первых битов адреса.

Протокол UDP

Заголовки и данные UDP уровня инкапсулируются в поле данных IP уровня. UDP – протокол, негарантированной доставки данных (транспортный и сеансовый уровни модели OSI).

Заголовок IP >=20 байт, заголовок UDP 8 байт, данные UDP.

UDP используется для отсылки данных, некритичных к потере информации, приложений (DNS запросы-ответы, ICQ, игровые сервисы типа Quake). Также UDP почти всегда используется для рассылки групповых IP диаграмм.

Классы IP адресов

IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме, и разделенных точками. Адрес состоит из двух логических частей - номера сети и номера узла в сети. Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая к номеру узла, определяется значениями первых битов адреса. Т.о. выделяют следующие классы IP-адресов:

КлассА: адрес начинается с 0, номер сети занимает 1 байт, остальные 3 байта – номер узла в сети. Такой адрес находится в диапазоне от 1.0.0.0 до 126.0.0.0. Количество сетей не больше 216, а узлов не больше 2²⁴.

КлассВ: адрес начинается с 10, номер сети занимает 2 байта и находится в диапазоне от 128.0.0.0 до 191.255.0.0.

КлассС: адрес начинается с последовательности 110, номера сетей в диапазоне от 192.0.1.0 до 223.255.255.255

КлассD (Multicast): адрес начинается с последовательности 1110. Если в пакете в качестве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес. Диапазон от 224.0.0.0 до 239.255.255.255. Как правило отвечает только один (первым получивший запрос).

КлассЕ (зарезервированных адресов) экспериментальный. Он зарезервирован для использования в будущем и в настоящее время не применяется. Адрес начинается с 11110. Диапазон от 240.0.0.0 до 247.255.255.255

Особые IP адреса

Среди всех IP-адресов имеется несколько зарезервированных под специальные нужды.

IP-адресЗначение

все нули данный узел сети

номер сети | все нули данная IP-сеть

все нули | номер узла узел в данной (локальной) сети

все единицы все узлы в данной локальной IP-сети

номер сети | все ед. все узлы указанной IP-сети

127.0.0.1 "петля"

Адрес 127.0.0.1 предназначен для тестирования программ и взаимодействия процессов в рамках одного компьютера. Наличие "петли" чрезвычайно удобно с точки зрения использования сетевых приложений в локальном режиме для их тестирования и при разработке интегрированных систем.

Вообще, зарезервирована вся сеть 127.0.0.0. Эта сеть класса A реально не описывает ни одной настоящей сети.

Некоторые зарезервированные адреса используются для широковещательных сообщений. Например, номер сети (строка 2) используется для посылки сообщений этой сети (т.е. сообщений всем компьютерам этой сети). Адреса, содержащие все единицы, используются для широковещательных посылок (для запроса адресов, например).

Подсети: назначение

Подсеть - это подмножество сети, не пересекающееся с другими подсетями. Подсети придуманы для того, чтобы обойти ограничения физических сетей на число узлов в них и максимальную длину кабеля в сегменте сети.

В принципе, разбивать сеть на подсети необязательно. Можно использовать адреса сетей другого класса (с меньшим максимальным количеством узлов).

Разбиение сети на подсети использует ту часть IP-адреса, которая закреплена за номерами хостов. Администратор сети может замаскировать часть IP-адреса и использовать ее для назначения номеров подсетей. Фактически, способ разбиения адреса на две части, теперь будет применятся к адресу хоста из IP-адреса сети, в которой организуется разбиение на подсети. Использование подсетей имеет целый ряд преимуществ. В организациях подсети применяют для объединения нескольких физических сегментов в одну логическую сеть. Применяя подсети, возможно:

-совместно использовать различные сетевые технологии (Ethernet, Token Ring);

-преодолеть существующие ограничения, например на максимальное количество узлов в одном сегменте;

-уменьшить нагрузку на сеть, перенаправляя сетевой трафик и сокращая число широковещательных пакетов.

Маска IP-адреса

Эффективным средством структуризации IP-сетей являются маски. Маски позволяют разделить одну сеть на несколько подсетей. Маски одинаково длинны используются для деления сети на подсети равного размера, а маски переменной длины – для деления сети на подсети разного размера. Использование масок модифицирует алгоритм маршрутизации, поэтому в этом случае предъявляются особые требования к протоколам маршрутизации в сети, к техническим характеристикам маршрутизаторов и процедурам конфигурации.

Маска - это число, которое используется в паре с IP-адресом; двоичная запись маски содержит единицы в тех разрядах, которые должны в IP-адресах интерпретироваться как номер сети.

Для стандартных классов сетей маски имеют следующие значения:

· классА– 11111111.00000000.00000000.00000000(255.0.0.0)

· классВ- 11111111.11111111.00000000.00000000(255.255.0.0)

· классС- 11111111.11111111.11111111.00000000(255.255.255.0)

CIDR

Бесклассовая адресация (Classless InterDomain Routing, англ. CIDR) - метод IP-адресации, позволяющий гибко управлять пространством IP-адресов, не используя жёсткие рамки классовой адресации. Использование этого метода позволяет экономно использовать конечный ресурс IP-адресов.

Бесклассовая адресация основывается на переменной длине маски подсети, в то время, как в классовой адресации длина маски строго фиксирована 0, 1, 2 или 3 установленными байтами. Вот пример записи IP-адреса с применением беcклассовой адресации: 10.1.2.33/27.

Маски подсети являются основой метода бесклассовой маршрутизации (CIDR). При этом подходе маску подсети записывают вместе с IP-адресом в формате IP-адрес/количество единичных бит в маске. Число после слэша означает количество единичных разрядов в маске подсети.

Рассмотрим пример записи диапазона IP-адресов в виде 10.96.0.0/11. В этом случае маска подсети будет иметь двоичный вид 11111111 11100000 00000000 00000000, или то же самое в десятичном виде: 255.224.0.0.

Формат IP-пакета

Имеется прямая связь между количеством полей заголовка пакета и функцио­нальной сложностью протокола, который работает с этим заголовком. Чем про­ще заголовок — тем проще соответствующий протокол. Большая часть действий протокола связана с обработкой той служебной информации, которая переносится в полях заголовка пакета.

Формат заголовка (20 байт): номер версии (4 бита), длина заголовка (4 бита), тип сервиса (1 байт) – задаёт приоритетность пакета, общая длина пакета (2 байта), идентификатор (2 байта) – для распознавания пакетов, образовавшихся путём фрагментации исходного пакета, флаги (3 бита) - признаки, связанные с фрагментацией, смещение фрагмента (13 бит), время жизни (1 байт) – время, в течение которого пакет может перемещаться по сети.

Поле протокола верхнего уровня занимает один байт и содержит идентифика­тор, указывающий, какому протоколу верхнего уровня принадлежит информа­ция, размещенная в поле данных пакета.

Контрольная сумма заголовка занимает 2 байта (16 бит) и рассчитывается толь­ко по заголовку. Поскольку некоторые поля заголовка меняют свое значение в процессе передачи пакета по сети (например, поле времени жизни), контрольная сумма проверяется и повторно рассчитывается на каждом маршрутизаторе и ко­нечном. Если контрольная сумма неверна, то пакет отбрасывается, как только обнаруживается ошибка.

Поля IP-адресов источника и приемника имеют одинаковую длину — 32 бита.

Поле параметров является необязательным и используется обычно только при отладке сети. В этих подполях можно указывать точный маршрут, реги­стрировать проходимые пакетом маршрутизаторы, помещать данные системы безопасности или временные отметки.

Принципы маршрутизации

В архитектуре TCP/IP сети соединяются друг с другом коммутаторами IP-пакетов, которые называются шлюзами или IP-маршрутизаторами. Основная задача IP-маршрутизатора — определение по специальному алгоритму адреса следующего IP-маршрутизатора. Для решения этой задачи каждый IP-маршрутизатор должен располагать матрицей маршрутов (специальной базой данных, обеспечивающей маршрутизацию), которую необходимо регулярно обновлять.

Существует ряд требований, которые следует учитывать при выборе приемлемого алгоритма маршрутизации:

- алгоритм маршрутизации должен распознавать отказ и восстановление каналов связи или других IP-маршрутизаторов и переключаться на другие, подходящие маршруты;

- алгоритм должен исключать образование циклов, петель и эффекта «пинг-понг» в назначаемых маршрутах как между соседними IP – маршрутизаторами, так и для удалённых IP – маршрутизаторов;

- нагрузка, создаваемая управляющими сообщениями, которые необходимы для работы алгоритма маршрутизации, не должна ощутимо ухудшать или нарушать нормальную работу сети;

- поскольку размеры сети постоянно увеличиваются, необходимо обеспечить эффективное использование сетевых ресурсов, например, изменение матриц маршрутов выполнять по частям, передавая по глобальным сетям только дополнения к базам данных по маршрутизации;

- размер базы данных по маршрутизации не должен превышать некоторой константы, не зависящей от топологии сети, умноженной на количество узлов и на среднюю связность сети;

Алгоритм маршрутизации должен обеспечивать надёжный алгоритм определения состояния каждого канала связи и узла в базовой сети и, если требуется, состояние хост-ЭВМ. Для этого нужен протокол канального уровня, предполагающий периодический обмен кадрами через каждый канал связи.

Протокол DHCP

Для нормальной работы сети каждому сетевому интерфейсу компьютера и мар­шрутизатора должен быть назначен IP-адрес.

Процедура присвоения адресов происходит в ходе конфигурирования компью­теров и маршрутизаторов.

Протокол динамического конфигурирования хостов автоматизирует процесс конфигурирования сетевых интер­фейсов, гарантируя от дублирования адресов за счет централизованного управ­ления их распределением.

Режимы DHCP

Протокол DHCP работает в соответст