Доступ к среде передачи. Сетевой уровень.

Для передачи данных по сети могут использоваться основные доступы к среде передачи. Ниже выделены 3 основных метода доступа.

Маркерный доступ - один из узлов сети, назначенный администратором или выбранный самостоятельно устройствами генерирует в сеть маркер (специальный пакет), последовательно передаваемый между узлами и разрешающих передачу данных. Применялся в шинных топологиях и кольцевой.

Приоритетный метод - основной коммутатор сети, назначенный администратором, рассматривал запросы на передачу данных от остальных узлов, предоставляя такую возможность узлам с наивысшим приоритетом трафика. Узлы, получившие отказ повышали свой приоритет. Недостаток-узлы, передающие данные с высоким приоритетом (к примеру, потоковое видео) могли эксклюзивно использовать канал. Кроме того, низкая отказоустойчивость за счет привязки к одному центральному коммутатору.

Контроль несущей частоты (прослушивание канала) – все узлы сети являются равноправными участниками передачи имеют право передавать данные, только если в данный момент никто больше не передает. После отправки пакета узел обязан сделать паузу, дав возможность другим. Данный доступ используется в технологии Ethernet (семейство технологий пакетной передачи данных для компьютерных сетей.)

Сетевой уровень предназначен для добавления информации к передаваемому пакету данных о получателе, т.е. вся информация, необходимая для маршрутизации сообщения, добавляется на третьем уровне модели OSI (Open Systems Interconnection). Информация сетевого уровня имеет значение только на одном сегменте сети и может быть заменена при прохождении следующего сетевого элемента. Хорошим примером задач уровня 3 может послужить адресная информация на конверте письма, которая должна быть проверена на каждом сетевом элементе (почтовом отделении) на пути его следования от отправителя к получателю. Кроме функции адресации сетевой уровень может выполнять функции сегментации данных на передающей стороне и сборки – на приемной. Также сетевой уровень отправляет отчеты об ошибках к передающей стороне в случае их обнаружения.

Функции сетевого уровня:

Сети, входящие в состав объединенной сети, могут строиться на основе различных сетевых технологий. Каждая сетевая технология вполне достаточна для организации обмена информацией в рамках одной подсети, но не позволяет осуществлять взаимодействие компьютеров данной подсети с компьютерами подсетей, основанных на других технологиях. Это объясняется возможной несовместимостью протоколов и способов адресации, определенных различными технологиями. Поэтому для обеспечения функционирования объединенных сетей требуются средства, представляющие собой "надстройку" над канальным уровнем, позволяющую абстрагироваться от конкретных решений, заложенных в сетевых технологиях. В качестве такой надстройки выступают средства сетевого уровня модели OSI.

Очевидно, что устройства этого уровня, предназначенные для объединения сетей, должны быть устроены гораздо сложнее, чем устройства канального уровня. Во-вторых, эти устройства должны обеспечивать целенаправленную передачу данных между абонентами через подсети составной сети (то есть определять путь прохождения данных), чтобы не вызывать перегрузку составной сети. Процесс определения пути прохождения данных через подсети составной сети называется маршрутизацией, а устройства, объединяющие сети и решающие перечисленные задачи, получили название маршрутизаторов.

Итак, для успешного информационного обмена в объединенных сетях средства сетевого уровня должны решать следующие задачи:

· обеспечивать единую систему адресации, не зависящую от сетевой технологии, позволяющую адресовать отдельные сети и узлы;

· определять путь (последовательность сетей), по которому должны пройти данные, чтобы достичь получателя;

· обеспечивать сквозную передачу данных через сети с разной технологией.

В настоящее время существуют различные протоколы сетевого уровня. Основным протоколом, использующимся в Интернет, является протокол IP.

· Протокол IP

· IP-адресация

· IP-маршрутизация

· IP-фрагментация

· Вспомогательные протоколы сетевого уровня стека TCP/IP

79.Протокол TCP (Transmission Control Protocol) - протокол, обеспечивающий гарантированную доставку данных.

Как работают эти протоколы?

Протокол IP задает формат адреса узла (поэтому адреса компьютеров называются IP-адресами) и доставляет пакет данных.
Однако, на одном узле (компьютере сети) может функционировать параллельно несколько программ, которым требуется доступ к сети. Следовательно, данные внутри компьютерной системы должны распределяться между программами. Поэтому, при передаче данных по сети недостаточно просто адресовать конкретный узел. Необходимо также идентифицировать программу-получателя, что невозможно осуществить средствами протокола IP.

Другой серьезной проблемой IP является невозможность передачи больших массивов данных. Протокол IP разбивает передаваемые данные на пакеты, каждый из которых передается в сеть независимо от других. В случае если какие-либо пакеты потерялись, то модуль IP на принимающей стороне не сможет обнаружить потерю, т.е. целостность данных будет нарушена.
Для решения этих проблем разработан протокол TCP.

Каждой программе назначается номер TCP- порта в соответствии с ее функциональным назначением на основе определенных стандартов. Порт можно рассматривать как ячейку в почтовом отделении связи. Протокол IP определяет только адрес почтового отделения, а протокол TCP положит конверт в нужную ячейку.
Таким образом, стек протоколов IP и TCP обеспечивают полную адресацию:

· Номер TCP-порта позволяет однозначно идентифицировать программу на компьютере сети,

· Компьютер в сети однозначно определяется IP-адресом.

Следовательно, комбинация IP-адреса и номера порта позволяет однозначно идентифицировать программу в сети. Такой комбинированный адрес называется сокетом (socket).
Дополнительно к этому, протокол TCP обеспечивает гарантированную доставку данных. Это обеспечивается тем, что принимающий компьютер подтверждает успешный прием данных. Если передающий компьютер не получает подтверждения, он пытается произвести повторную передачу.

IP-адреса
Каждый компьютер в локальной сети имеет свой уникальный адрес, так же как человек имеет свой почтовый адрес. Именно по этим адресам компьютеры находят друг друга в сети. Двух одинаковых адресов в одной сети быть не должно. Формат адреса стандартный и определен протоколом IP.

IP-адрес компьютера записывается в 32 разрядах (4 октета). Каждый октет содержит десятичное число от 0 до 255 (в двоичном виде запись представляет последовательность 0 и 1). IP-адрес представляет собой четыре числа, разделяемых точкой. Например, компьютер с IP-адресом 192.168.3.24. Общее число IP-адресов составляет 4,2 млрд., все адреса уникальны.

IP-адрес может быть присвоен не только компьютеру, но и другим сетевым устройствам, например, принт-серверу или маршрутизатору. Поэтому все устройства в сети принято называть узлами или хостами.

Одно и тоже физическое устройство (компьютер или др.) может иметь несколько IP-адресов. Например, если в компьютер установлено несколько сетевых адаптеров, то каждый адаптер должен иметь свой уникальный IP-адрес. Такие компьютеры используются для соединения нескольких локальных сетей и называются маршрутизаторами.
IP сети

Чтобы быстро определить маршрут, по которому будет передаваться информация из одной локальной сети в другую, маршрутизатор может хранить в своей памяти IP-адреса компьютеров этих двух сетей.

В Интернете огромное количество сетей. Маршрутизаторам в Интернете придется хранить адреса всех компьютеров во всех сетях, что делает их работу практически невозможной.
Для указания местонахождения компьютера в сети, IP-адрес разделили на две части, одна содержит номер сети, другая содержит номер компьютера в этой сети. Аналогично наш почтовый адрес указывает улицу и дом на ней.

Для удобства, компьютеры с одним номером сети группируются в логические сети IP-сети.
Связь между логическими IP-сетями осуществляют маршрутизаторы, отвечающие за передачу данных. А сам процесс передачи данных - маршрутизацией.
Процесс целенаправленной доставки данных между IP-сетями, связанный с обеспечением безопасности передаваемых данных, преобразование адресов, фильтрацию и т.п., осуществляют другие специальные устройства – шлюзы.

Подсети и маски подсетей

Введение адреса сети упростило проблемы маршрутизации, но не решило их до конца (например, в больших локальных сетях). Поэтому большую IP-сеть разбивают на несколько подсетей, присвоив каждой из них свой адрес.
Подсети - это отдельные, самостоятельно функционирующие части сети, имеющие свой идентификатор.
Для адреса подсети, в IP-адресе, выделяется пространство из адреса узла.
Для определения адреса сети и подсети используется маска подсети. Формат записи маски подсети такой же, как и формат IP-адреса, это четыре поля, разделяемых точкой. Значения полей маски задаются следующим образом:

· все биты, установленные в 1, соответствуют идентификатору сети;

· все биты, установленные в 0, соответствуют идентификатору узла.

Если все биты октета установлены в 1, то это эквивалентно числу 255. Маска рассматривается только в паре с IP-адресом. Например, маска подсети 255.255.255.0 и адрес 192.168.100.5 говорят о том, что 192.168.100 - это номер сети, а 5 - номер компьютера в этой сети.

Просматривая адрес IP через маску подсети IP-протокол, определяет адрес сети, адрес подсети и номер узла.

Таким образом, в паре с IP-адресом компьютеров обязательно указывается маска подсети.