Коллизии, при появлении одинаковых IP адресов в сети

Лекция №4

(Основы вычислительных сетей)

Объединение нескольких компьютеров в вычислительную сеть кардинально меняет возможности операционных систем. Концепция «компьютерного центра» и как единого места обработки данных устарела. Модель, в которой один компьютер выполнял всю необходимую работу по обработке данных, уступила место модели, состоящей из большого количество отдельных, но связанных между собой компьютеров. Такие системы называются компьютерными сетями. Теперь стало возможным перемещать между компьютерами и сохранять их копии, повышая их надежность.

В литературе существует путаница между понятиями «компьютерная сеть» и «распределенная система». Основное их различие заключается в том, что в распределенной системе наличие многочисленных автономных компьютеров незаметно для пользователя. Хорошо известный пример распределенной системы — это Мировая паутина (WorldWideWeb), в которой, с точки зрения пользователя, все выглядит как документ (веб-страница).

В компьютерных сетях нет никакой единой модели, нет и программного обеспечения для ее реализации. Пользователи имеют дело с реальными машинами, и со стороны вычислительной системы не осуществляется никаких попыток связать их воедино.

Целевое использование сетей

Первая цель – получение информации. Реализация может быть выполнена черезклиент-серверную илиравноправнуюмодель.В клиент-серверной модели на одной стороне находится клиент, который запрашивает какую-то информацию, на другой сервер, который аккумулирует некий информационный ресурс и предоставляет клиенту необходимые данные. В равноправной – все данные хранятся на всех компьютерах сети и когда они требуются – запрашивается только тот компьютер на котором эти данные есть, либо данные собираются из кусочков, раскиданных по всем компьютерам.

Вторая цель работы компьютерной сети связана в большей степени с людьми, чем с информацией или вычислительными машинами. Дело в том, что сеть — это замечательная коммуникационная среда для работников предприятия. IP телефония и социальные сети прочно вошли в нашу жизнь.

Третья цель применения компьютерных сетей становится очевидна все большему числу компаний — это возможность электронного делового общения с другими компаниями.

Четвертая цель — это интернет-коммерция. Эта область сейчас является очень перспективной и быстро развивающейся.

Типы сетей

Широковещательные сети обладают единым каналом связи, совместно используемым всеми машинами сети. Короткие сообщения, называемые в некоторых случаях пакетами, которые посылаются одной машиной, получают все машины. В качестве иллюстрации представьте себе человека, стоящего в конце коридора с большим количеством комнат и кричащего: «Ватсон, идите сюда. Вы мне нужны». И хотя это сообщение может быть получено (услышано) многими людьми, ответит только Ватсон.

Сети с передачей от узла к узлу, напротив, состоят из большого количества соединенных пар машин. В сети подобного типа пакету, чтобы добраться до пункта назначения, необходимо пройти через ряд промежуточных машин.

Другим типом классификации сетей является их размер

1 м	На одном квадратном метре	Персональная сеть
50 м	Комната	Домашняя сеть
100 м	Здание	Локальная сеть
1 км	Кампус	Муниципальная сеть
10 км	Город	Городская сеть
100 км	Страна	Федеральная сеть
1000 км	Континент	Глобальная сеть
10 000 км	Планета	Интернет

Персональные сети, как правило, создаются для тестирования или работы нескольких «сильно зависимых» приложений или сетевого оборудования. Например, на одном сервере размещается приложение, а на другом база данных, с которым это приложение работает или несколько виртуальных серверов на одной платформе виртуализации.

Домашние сети постепенно входят в нашу жизнь. В будущем, скорее всего, для этого окажутся приспособлены практически все жилища и почти все бытовые приборы, не говоря уже о компьютерах, смогут обмениваться данными между собой и будут доступны через Интернет. Это будет очередная концепция, которая, как сейчас кажется, никому не нужна (как, например, удаленное управление телевизором или мобильным телефоном), но когда она станет реальностью, все начнут недоумевать, как же они до сих пор жили без этого.

Локальнымисетями называют частные сети, размещающиеся, как правило, в одном здании или на территории какой-либо организации площадью до нескольких квадратных километров. Локальные сети отличаются от других сетей тремя характеристиками: размерами, технологией передачи данных и топологией.Локальные сети ограничены в размерах — это означает, что время пересылки пакета ограничено и этот предел заранее известен. Знание этого предела позволяет применять определенные типы разработки, которые были бы невозможны в противоположном случае. Кроме того, это упрощает управление локальной сетью. В локальных сетях часто применяется технология передачи данных, состоящая из единственного кабеля, к которому присоединены все машины. Это подобно тому, как раньше в сельской местности использовались телефонные линии. Обычные локальные сети имеют пропускную способность канала связи от 10 до 1000 Мбит/с, невысокую задержку (десятые доли микросекунды) и очень мало ошибок.В широковещательных локальных сетях могут применяться различные топологические структуры. Например, стандарт IEEE 802.3, называемый Ethernet, описывает широковещательную сеть с топологией общей шины с децентрализованным управлением, работающую на скоростях от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с. Компьютеры в сети Ethernet могут выполнять передачу в любое время. При столкновении двух или более пакетов каждый компьютер просто ждет в течение случайного интервала времени, после которого снова пытается передать пакет.

Вторым типом широковещательных сетей является кольцо. В кольце каждый бит передается по цепочке, не ожидая остальной части пакета. Обычно каждый бит успевает обойти все кольцо, прежде чем будет передан весь пакет. Как и во всех широковещательных сетях, требуется некая система арбитража для управления доступом к линии. Стандарт IEEE 802.5 (маркерное кольцо) описывает популярную кольцевую локальную сеть, работающую на скоростях 4 и 16 Мбит/с. Еще одним примером кольцевой сети является FDDI (оптоволоконная сеть). В зависимости от способа назначения канала широковещательные сети подразделяются на статические и динамические.

Муниципальные и городские сети (metropolitanareanetwork, MAN) объединяют компьютеры в пределах города. Самым распространенным примером муниципальной сети является система кабельного телевидения.

Глобальная сеть (wideareanetwork, WAN) охватывает значительную географическую область, часто целую страну или даже континент. Она объединяет машины, предназначенные для выполнения программ пользователя (то есть приложений). Мы будем следовать традиционной терминологии и называть эти машины хостами. Хосты соединяются коммуникационными подсетями, называемыми для краткости просто подсетями.В большинстве глобальных сетей подсеть состоит из двух раздельных компонентов: линий связи и переключающих элементов.

Линии связи, также называемые каналами или магистралями, переносят данные от машины к машине. Переключающие элементы являются специализированными компьютерами, используемыми для соединения трех или более линий связи. Когда данные появляются на входной линии, переключающий элемент должен выбрать выходную линию — дальнейший маршрут этих данных. В прошлом для названия этих компьютеров не было стандартной терминологии. Сейчас их называют маршрутизаторами (router), однако читателю следует знать, что по поводу терминологии в данном случае единого мнения не существует.

Большинство глобальных сетей содержат большое количество кабелей или телефонных линий, соединяющих пару маршрутизаторов. Если какие-либо два маршрутизатора не связаны линией связи напрямую, то они должны общаться при помощи других маршрутизаторов. Когда пакет посылается от одного маршрутизатора другому через несколько промежуточных маршрутизаторов, он получается каждым промежуточным маршрутизатором целиком, хранится на нем, пока требуемая линия связи не освободится, а затем пересылается дальше. Подсеть, работающая по такому принципу, называется подсетью с промежуточным хранением (store-and-forward) или подсетью с коммутацией пакетов (packet- switched). Почти у всех глобальных сетей (кроме использующих спутники связи) есть подсети с промежуточным хранением. Небольшие пакеты фиксированного размера часто называют ячейками (cell).В общем случае, когда у процесса какого-нибудь хоста появляется сообщение, которое он собирается отправить процессу другого хоста, первым делом отправляющий хост разбивает последовательность на пакеты, каждый из которых имеет свой порядковый номер. Пакеты один за другим направляются в линию связи и по отдельности передаются по сети. Принимающий хост собирает пакеты в исходное сообщение и передает процессу

Не все глобальные сети используют коммутацию пакетов. Второй возможностью соединить маршрутизаторы глобальной сети является радиосвязь с использованием спутников. Каждый маршрутизатор снабжается антенной, при помощи которой он может принимать и посылать сигнал. Все маршрутизаторы могут принимать сигналы со спутника, а в некоторых случаях они могут также слышать передачи соседних маршрутизаторов, передающих данные на спутник. Иногда все маршрутизаторы соединяются обычной двухточечной подсетью, и только некоторые из них снабжаются спутниковой антенной. Спутниковые сети являются широковещательными и наиболее полезны там, где требуется широковещание.

Объединение сетей

Существующие ныне сети часто используют различное оборудование и программное обеспечение. Люди, связанные с одной сетью, хотят общаться с людьми, подключенными к другой. Для выполнения этого желания необходимо объединить вместе различные и часто несовместимые сети. С этой целью иногда используютсямашины, называемые шлюзами,обеспечивающие соединение и необходимое преобразование в терминах как аппаратуры, так и программного обеспечения. Набор соединенных сетей называется объединенной сетьюили просто интерсетью.

Иерархия протоколов

Для упрощения структуры большинство сетей организуются в наборы уровнейили слоев,каждый последующий из которых возводится над предыдущим. Количество уровней, их названия, содержание и назначение разнятся от сети к сети. Такая концепция не нова и используется в компьютерном мире уже давно. Ее вариации известны как сокрытие информации, абстрактные типы данных, свойство инкапсуляции и объектно-ориентированное программирование.

Уровень n одной машины поддерживает связь с уровнем n другой машины. Правила и соглашения, используемые в данном общении, называются протоколом уровня n. По сути, протокол является договоренностью общающихся сторон о том, как должно происходить общение.

Между каждой парой смежных уровней находится интерфейс,определяющий набор примитивных операций, предоставляемых нижним уровнем верхнему.

Набор уровней и протоколов называется архитектурой сети. Спецификация архитектуры должна содержать достаточно информации для написания программного обеспечения или создания аппаратуры для каждого уровня, чтобы они корректно выполняли требования протокола.

Чтобы было проще понять идею многоуровневого общения, можно воспользоваться следующей аналогией. Представьте себе двух философов (одноранговый процесс уровня 3), один из которых говорит на урду и английском, а другой — на китайском и французском. Поскольку нет общего языка, на котором они смогли бы общаться, каждый из них использует переводчика (одноранговый процесс уровня 2), каждый из которых, в свою очередь, нанимает секретаршу (одноранговый процесс уровня 1). Философ 1 желает выразить своему собеседнику свою привязанность к виду oryctolaguscuniculus. Для этого он передает сообщение (на английском) по интерфейсу 2/3 своему переводчику, говоря: «Я люблю кроликов», — как изображено на рис. 1.11. Переводчики договорились общаться на нейтральном языке, голландском, таким образом, сообщение преобразуется к виду «Ikhouvankonijnen». Выбор языка является протоколом второго уровня и осуществляется одноранговыми процессами уровня 2.

Затем переводчик отдает сообщение секретарю для передачи, например, по факсу (протокол первого уровня). Когда сообщение получено другим секретарем, оно переводится на французский и через интерфейс 2/3 передается философу 2. Заметим, что каждый протокол полностью независим от других, поскольку интерфейсы одинаковы с каждой стороны. Переводчики могут переключиться с голландского, скажем, на финский при условии, что оба будут согласны, при этом в интерфейсах второго уровня с первым или с третьим уровнем ничего не изменится. Подобным же образом секретари могут сменить факс на электронную почту или телефон, не затрагивая (и даже не информируя) другие уровни. Каждое изменение добавит лишь обмен информацией на своем уровне. Эта информация не будет передаваться на более высокий уровень.

Сетевая служба (сервис) формально описывается набором примитивов или операций, доступных пользователю или другой сущности для получения сервиса. Эти примитивы заставляют службу выполнять некоторые действия или служат ответами на действия сущности того же уровня. Если набор протоколов входит в состав операционной системы (как часто и бывает), то примитивы являются системными вызовами. Они приводят к возникновению системных прерываний в привилегированном режиме, в результате чего управление машиной передается операционной системе, которая и отсылает нужные пакеты.

В общем случае можно выделить 5 примитивов

LISTEN (ожидание)	Блок ожидает входящего соединения
CONNECT (соединение)	Установка соединения с ожидающей сущностью того же ранга
RECEIVE (прием)	Блок ожидает входящего сообщения
SEND (отправка)	Отправка сообщения ожидающей сущности того же ранга
DISCONNECT (разрыв)	Разрыв соединения

Службы и протоколы являются различными понятиями, хотя часто эти понятия смешиваются. Различие между ними, однако, столь важно, что мы хотели бы еще раз обратить на него ваше внимание. Служба (или сервис) — это набор примитивов (операций), которые более низкий уровень предоставляет более высокому уровню. Служба определяет, какие именно операции уровень будет выполнять от лица своих пользователей, но никак не оговаривает, как должны реализовываться эти операции. Служба описывает интерфейс между двумя уровнями, в котором нижний уровень является поставщиком сервиса, а верхний — его потребителем.

Напротив, протокол — это набор правил, описывающих формат и назначение кадров, пакетов или сообщений, которыми обмениваются одноранговые сущности внутри уровня. Сущности используют протокол для реализации определений их служб. Они могут менять протокол по желанию, при условии что при этом остаются неизменными службы, предоставляемые ими своим пользователям. Таким образом, служба и протокол оказываются практически независимыми.

Другими словами, службы — это нечто связанное с межуровневыми интерфейсами, тогда как протоколы связаны с пакетами, передающимися сущностями одного уровня, расположенными на разных машинах. Важно не путать эти два понятия.

Эталонные модели

Эталонная модель OSI

Эталонная модель OSI (за исключением физической среды) показананиже. Эта модель основана на разработке Международной организации по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO) и является первым шагом к международной стандартизации протоколов, используемых на различных уровнях (Day и Zimmerman, 1983). Затем она была пересмотрена в 1995 году (Day, 1995). Называется эта структура эталонной моделью взаимодействия открытых систем ISO (ISO OSI (Open System Interconnection) Reference Model),поскольку она связывает открытые системы, то есть системы, открытые для связи с другими системами. Для краткости мы будем называть эту модель просто «модель OSI».

Модель OSI имеет семь уровней:

7	Прикладной уровень	HTTP
6	Уровень представлений	(аналог DNS)	Запрос
5	Сеансовый уровень	(аналог Socket)	Сетевой запрос
4	Транспортный уровень	TCP	пакет
3	Сетевой уровень	IP	пакет
2	Уровень передачи данных	Ethernet	кадр
1	Физический уровень	Медный провод	бит

Появление именно такой структуры было обусловлено следующими соображениями.

1. Уровень должен создаваться по мере необходимости отдельного уровня абстракции.

2. Каждый уровень должен выполнять строго определенную функцию.

3. Выбор функций для каждого уровня должен осуществляться с учетом создания стандартизированных международных протоколов.

4. Границы между уровнями должны выбираться так, чтобы поток данных между интерфейсами был минимальным.

5. Количество уровней должно быть достаточно большим, чтобы различные функции не объединялись в одном уровне без необходимости, но не слишком высоким, чтобы архитектура не становилась громоздкой.

Физический уровеньзанимается реальной передачей необработанных битов по каналу связи. При разработке сети необходимо убедиться, что когда одна сторона передает единицу, то принимающая сторона получает также единицу, а не ноль. Принципиальными вопросами здесь являются следующие: какое напряжение должно использоваться для отображения единицы, а какое — для нуля; сколько микросекунд длится бит; может ли передача производиться одновременно в двух направлениях; как устанавливается начальная связь и как она прекращается, когда обестороны закончили свои задачи; из какого количества проводов должен состоять кабель и какова функция каждого провода. Вопросы разработки в основном связаны с механическими, электрическими и процедурными интерфейсами, а также с физическим носителем, лежащим ниже физического уровня.

Основная задача уровня передачи данных— быть способным передавать «сырые» данные физического уровня по надежной линии связи, свободной от необнаруженных ошибок с точки зрения вышестоящего сетевого уровня. Уровень выполняет эту задачу при помощи разбиения входных данных на кадры,обычный размер которых колеблется от нескольких сотен до нескольких тысяч байт. Кадры данных передаются последовательно с обработкой кадров подтверждения,отсылаемых обратно получателем.

Основная функция транспортного уровня— принять данные от сеансового уровня, разбить их при необходимости на небольшие части, передать их сетевому уровню и гарантировать, что эти части в правильном виде прибудут по назначению. Транспортный уровень также определяет тип сервиса, предоставляемого сеансовому уровню и, в конечном счете, пользователям сети. Транспортный уровень является настоящим сквозным уровнем, то есть доставляющим сообщения от источника адресату. На более низких уровнях для поддержки этого соединения устанавливаются соединения между всеми соседними машинами, через которые проходит маршрут сообщений.

Сеансовый уровень позволяет пользователям различных компьютеров устанавливать сеансы связи друг с другом. При этом предоставляются различные типы сервисов, среди которых управление диалогом (отслеживание очередности передачи данных), управление маркерами (предотвращение одновременного выполнения критичной операции несколькими системами) и синхронизация (установка служебных меток внутри длинных сообщений, позволяющих после устранения ошибки продолжить передачу с того места, на котором она оборвалась).

В отличие от более низких уровней, задача которых — достоверная передача битов и байтов, уровень представления занимается по большей части синтаксисом и семантикой передаваемой информации. Чтобы было возможно общение компьютеров с различными представлениями данных, необходимо преобразовывать форматы данных друг в друга, передавая их по сети в неком стандартизированном виде. Уровень представления занимается этими преобразованиями, предоставляя возможность определения и изменения структур данных более высокого уровня (например, записей баз данных).

Прикладной уровень содержит набор популярных протоколов, необходимых Пользователям. Одним из наиболее распространенных является протокол передачи гипертекста HTTP (HyperTextTransferProtocol), который составляет основу технологии Всемирной Паутины. Когда браузер запрашивает веб-страницу, он передает ее имя (адрес) и рассчитывает на то, что сервер будет использовать HTTP. Сервер в ответ отсылает страницу. Другие прикладные протоколы используются для передачи файлов, электронной почты, сетевых рассылок.

Модель TCP/IP

Рассмотрим теперь эталонную модель, использовавшуюся в компьютерной сети ARPANET, которая является бабушкой нынешних сетей, а также в ее наследнице, всемирной сети Интернет. Некоторые ключевые моменты ARPANET следует отметить прямо сейчас.Поскольку разработкой сети ARPANET, а затем TCP/IPзанималось военное ведомство – необходимо было обеспечить её живучесть в случае выхода из строя нескольких роутеров. Кроме этого сеть должна обладать гибкостью и независимостью от типа передаваемых данных, поскольку предполагалось, что данные будут зашифрованы.

Межсетевой уровень

Все эти требования обусловили выбор модели сети с коммутацией пакетов, в основе которой лежал не имеющий соединений межсетевой уровень. Этот уровень, называемый интернет-уровнем или межсетевым уровнем, является основой всей архитектуры. Его задача заключается в обеспечении возможности для каждого хоста посылать в любую сеть пакеты, которые будут независимо двигаться к пункту назначения (например, в другой сети). Они могут прибывать не в том порядке, в котором были отправлены. Если требуется соблюдение порядка отправления, эту задачу выполняют более верхние уровни.

Здесь можно увидеть аналогию с почтовой системой. Человек может бросить несколько международных писем в почтовый ящик в одной стране, и если повезет, большая часть из них будет доставлена по правильным адресам в других странах. Вероятно, письма по дороге пройдут через несколько международных почтовых шлюзов, однако это останется тайной для корреспондентов. В каждой стране (то есть в каждой сети) могут быть свои марки, свои предпочитаемые размеры конвертов и правила доставки, незаметные для пользователей почтовой службы.

Сравнение эталонной модели и сети TCP/IP

OSI TCP/IP

7	Прикладной	Прикладной (HTTP)
6	Уровень представлений
5	Сеансовый
4	Транспортный	Транспортный (TCP/UPD)
3	Сетевой	Сетевой (IP,ICMP) Межсетевой (RIP, OSPF)
2	Передачи данных	Хост-сетевой(Ethernet)
1	Физический	Хост-сетевой(Ethernet)

Транспортный уровень

Уровень, расположенный над межсетевым уровнем модели TCP/IP, как правило, называют транспортным. Он создан для того, чтобы одноранговые сущности на приемных и передающих хостах могли поддерживать связь, подобно транспортному уровню модели OSI. На этом уровне должны быть описаны два сквозных протокола. Первый, TCP (Transmission Control Protocol — протокол управления передачей), является надежным протоколом с установлением соединений, позволяющим без ошибок доставлять байтовый поток с одной машины на любую другую машину объединенной сети. Он разбивает входной поток байтов на отдельные сообщения и передает их межсетевому уровню. В пункте назначения получающий TCP-процесс собирает из полученных сообщений выходной поток. Кроме того, TCP осуществляет управление потоком, чтобы быстрый отправитель не завалил информацией медленного получателя.

Второй протокол этого уровня, UDP (User Data Protocol —пользовательский протокол данных), является ненадежным протоколом без установления соединения, не использующим последовательное управление потоком протокола TCP, а предоставляющим свое собственное. Он также широко используется в одноразовых клиент-серверных запросах и приложениях, в которых оперативность важнее аккуратности, например, при передаче речи и видео.

В модели TCP/IP нет сеансового уровня и уровня представления. В этих уровнях просто не было необходимости, поэтому они не были включены в модель. Опыт работы с моделью OSI.доказал правоту этой точки зрения: большинство приложений в них мало нуждаются

Над транспортным уровнем располагается прикладной уровень. Он содержит все протоколы высокого уровня. К старым протоколам относятся протокол переноса файлов (FTP) и протокол электронной почты (SMTP). Протокол переноса файлов предоставляет эффективный способ перемещения информации с машины на машину. Электронная почта изначально представляла собой разновидность переноса файлов, однако позднее для нее был разработан специальный протокол.

Хост-сетевой уровень

В эталонной модели TCP/IP не описывается подробно, что располагается ниже межсетевого уровня. Сообщается только, что хост соединяется с сетью при помощи какого-нибудь протокола, позволяющего ему посылать по сети IP-пакеты. Этот протокол никак не определяется и может меняться от хоста к хосту и от сети к сети. В книгах и статьях, посвященных модели TCP/IP, этот вопрос обсуждается редко.

Сетевой уровень аналогичен сетевому уровню ISO, но не выделяется с TCP/IPкак отдельный уровень.

Архитектура Интернет

Силами, удерживающими части Интернета вместе, являются эталонная модель TCP/IP и стек протоколов TCP/IP, благодаря которому стали возможными глобальные службы, которые можно уподобить единой телефонной системе или принятию в XIX веке единого стандарта ширины железнодорожных путей.

Какой смысл вкладывается в понятие подключения к Интернету? По нашему определению машина считается находящейся в Интернете, если на ней действует стек протоколов TCP/IP, у нее есть IP-адрес и возможность посылатьи принимать IР-пакеты на все остальные машины в Интернете.

Рассмотрим архитектуру Интернет.Начнем с клиента, который сидит у себя дома. Предположим, он решил установить соединение с провайдером Интернета с помощью телефонной линии и модема. Модем — это специальное периферийное устройство ПК, которое преобразует цифровой сигнал компьютера в аналоговый сигнал, который можно передавать по телефонной сети. Итак, аналоговые сигналы приходят на точку присутствия (PointOfPresence, POP) провайдера, где они снимаются с телефонной линии и поступают в его региональную сеть. Начиная с этого момента, вся система работает только с цифровыми данными и использует коммутацию пакетов.

Если провайдером является местная телефонная компания, точка присутствия, скорее всего, будет расположена на телефонной станции — как раз там, где заканчивается линия, идущая напрямую от абонента. В ином случае точки входа могут располагаться на нескольких телефонных коммутационных станциях.Региональная сеть провайдера Интернета состоит из взаимосвязанных маршрутизаторов в различных городах, которые он обслуживает. Если место назначения пакета — хост, обслуживаемый данным провайдером, то пакет просто доставляется туда. На самом верхнем уровне всей этой цепочки находится ряд магистральных операторов.

Если пакет предназначен для провайдера или другой компании, обслуживаемой магистральным оператором, он передается с магистрали наближайший маршрутизатор, где происходит его отчуждение. Однако место назначения не обязательно будет относиться к данной магистрали — в мире их довольно много. Для того чтобы можно было перебросить пакет на другую магистраль, между ними существуют точки входа в сеть (NetworkAccessPoint, NAP). Наиболее крупные магистрали связаны друг с другом не только через точки входа, но и напрямую. Это называется частной равноранговой связью. Один из парадоксов интернет-технологий заключается в том, что зачастую провайдеры, которые открыто конкурируют друг с другом в борьбе за клиентов, в то же самое время организуют частную равноранговую связь между собой.

Ethernet

Ethernet. (От luminiferousether, что означает «люминесцентный эфир» — вещество, в котором, как когда-то предполагалось, распространяется электромагнитное излучение). Средой распространения является медный провод, оптика или радиоэфир. В Ethernet перед началом обмена данными каждый компьютер прослушивает линию, определяя ее состояние. Если по линии уже передаются данные, значит, она занята и собственную передачу следует отложить. В случае коллизиитот компьютер, кто обнаружил коллизию, должен снять свои данные с линии и в течение случайного интервала времени ожидать повторной попытки.

Другие реализации низкоуровневого протокола (маркерное кольцо на оптических линияхи т.д.) не смогли дать лучших результатов стабильности работы.

В основе работы MAC-адреса сетевого оборудования (локальные адреса). Эти адреса стационарны и задаются производителем. В отличие от IPадресов они никогда не изменяются.

WiFi

WiFi (WirelessFidelity), можно перевести как - «высокая точность беспроводной передачи данных».Поскольку в радиосети работает схема широковещательного вещания, идея Ethernet–слушать эфир до передачи данных не проходит для неё. Более того существуют проблемы ухудшения сигнала когда работают несколько станций и несколько источником сигнала.Стандарт беспроводной WiFi, который является составной частью стандартов локальных сетей IЕЕЕ802.x, охватывает только два нижних уровня семиуровневой модели OSI– физический и канальный, в наибольшей степени отражающие специфику локальных сетей. Беспроводные сети отличаются от кабельных сетей на физическом (Phy) и частично на канальном (MAC) – уровнях модели взаимодействия OSI.

Физический уровень IEEE 802.11x - радиоканал. Этот уровень характеризует параметры физической среды передачи данных. Стандарт IEEE 802.11x обеспечивает передачу сигнала, несущего информацию, одним из методов: прямой последовательности (DSSS - DirectSequenceSpreadSpectrum) и частотных скачков (FHSS - FrequencyHoppingSpreadSpectrum). Эти методы отличаются способом модуляции, но используют одинаковую технологию расширения спектра.

Канальный уровень осуществляет управление доступом к передающей среде и обеспечивает пересылку кадров между любыми двумя устройствами беспроводной сети. Канальный уровень разделяется на два подуровня: MAC - управление доступом к среде передачи данных и LCC - управление логическим каналом.

Принцип работы беспроводной сети построен на использовании радиоволн, а сам обмен данными во многом напоминает переговоры с использованием радиосвязи:

Адаптербеспроводнойсвязитрансформирует информацию в радиосигнал и передает его в эфир через антенну.
Беспроводной маршрутизатор принимает и делает обратное преобразование сигнала. Далее информация направляется в сеть Интернет по кабелю.
Похожим образом осуществляется и прием информации. После получения информации из Интернета маршрутизатор преобразует ее в радиосигнал и отправляет через антенну на адаптер беспроводной связи устройства.

WiFi может работать на частоте 2.4 ГГц определяется14каналами связи (от 2,412 ГГц - 1 беспроводной канал до 2,484 ГГц - 14 канал), переключение между которыми происходит автоматически на конкурентной основе. В сети 5 ГГц около 24 каналов (в зависимости от страны).

В пределах прямой видимости беспроводная связь обеспечивается в радиусе до 300 метров от точки доступа. В закрытых помещениях беспроводная связь обеспечивается в пределах 50 метров.

Для реализации маршрутизации необходимы свои адреса. Отличные от способа доставки – сетевые адреса. Связь между локальным и сетевым адресом решается на основе службы ARP

Для каждого IP адреса задается 4 байта (32 бита). В случаеIPv6– 16 байт (128 бит). Обычно они представлены 4 частями, разделенными точкой. Маска – это число, применимое в паре с IPадресом, причем двоичная запись маски содержит непрерывную последовательность единиц в тех разрядах, которые интерпретируются как адрес сети.

Классы сетей

Особые IPадреса

Введя эти ограничения, разработчики технологии TCP/IP получили возможность расширить функциональность системы адресации следующим образом:

· Если IP-адрес состоит только из двоичных нулей 0.0.0.0, то он называется неопределенным адресом и обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет. Адрес такого вида в особых случаях помещается в заголовок IP-пакета в поле адреса отправителя.

· Если в поле номера сети стоят только нули, то по умолчанию считается, что узел назначения принадлежит той же самой сети, что и узел, который отправил пакет. Такой адрес также может быть использован только в качестве адреса отправителя.

· Если все двоичные разряды IP-адреса равны 1, 255.255.255.255 то пакет с таким адресом назначения должен рассылаться всем узлам, находящимся в той же сети, что и источник этого пакета. Такой адрес называется ограниченным широковещательным (limitbroadcast).Ограниченность в данном случае означает, что пакет не выйдет за границы данной подсети ни при каких условиях.

· Если в поле адреса назначения в разрядах, соответствующих номеру узла, стоят только единицы, то пакет, имеющий такой адрес, рассылается всем узлам сети, номер которой указан в адресе назначения. Например, пакет с адресом 192.190.21.255 будет направлен всем узлам сети 192.190.21.0. Такой тип адреса называется широковещательным (broadcast)

· Особый смысл имеет IP-адрес, первый октет которого равен 127. Этот адрес является внутренним адресом стека протоколов компьютера (или маршрутизатора)

Автономные сети

Сети – которые не маршрутизируются в сети Интернет

Сети класса А – 10.0.0.0.

Сети класса B– 172.16.0.0 – 172.31.0.0.

Сети класса С – 192.168.0.0 – 192.168.255.0

Принцип работыDNSсерверов

DNS (DomainNameSystem, «система доменных имён») — компьютерная распределённая система для получения информации о доменах. Основная область применения данной системы — преобразование имени хоста в IP-адрес и предоставления данных о маршрутизации почты. Хост — это любой компьютер или сервер, подключенный к локальной сети или интернету.

Работа DNS достаточно проста. Когда пользователь запускает веб-браузер и вводит название домена сайта, его ПК отправляет запрос к DNS-серверу интернет-провайдера для получения IP-адреса, на котором находится домен.

Если DNS-серверы провайдера не обнаруживают в своем кэше информации о запрашиваемом сайте, то отправляют запрос на корневые DNS-сервера.

Корневой DNS-сервер ищет в своей базе данных информацию о серверах имен хостинг-провайдера, на которых присутствует этот сайт. Далее, он сообщает их кэширующему DNS-серверу провайдера.

После того, как кэширующий DNS-сервер интернет-провайдераполучает информацию о серверах имен хостинг-провайдера он опрашивает любой из них и, в случае получения положительного результата получения IP-адреса, помещает в кэш. Кэширование используется для того, чтобы снизить как нагрузку на интернет-каналы, так и для ускорения получения результата запроса.

После этого DNS-сервер провайдера передает IP-адрес браузеру пользователя, совершившему запрос сайта.

И уже после этого браузер, получив IP-адрес запрашиваемого сайта, переходит на сам сайт.

Архитектура DNS показана на рисунке

com– коммерческие организации

gov – правительственныеорганизации

org–некоммерческие организации

edu – образовательныеорганизации

net – сетевыеорганизации

Коллизии, при появлении одинаковых IP адресов в сети

Для локальной сети появление двух одинаковых IPадресов недопустимо, поскольку теряется уникальность сетевого устройства и одно из устройств, первое определившее, что существует аналогичный IPадрес, перестает работать. Выявление таких узлов представляет определенную сложность, поэтому в больших сетях используют автоматическую раздачу IPадресов через службы DHCP.

Отметим, что в разных локальных сетях, находящихся за прокси-серверами или NATповторение IPадресов вполне возможно.

Принцип работы DHCP

Протокол DHCP (DynamicHostConfigurationProtocol) предназначен для централизованного управления IP-параметрами конечного клиентского оборудования. Конечно же, никто не запрещает использовать DHCP для настройки серверов или сетевого оборудования, однако чаще всего в таких случаях применяется статическая конфигурация, которая считается более предсказуемой. Отмети, что протокол используется для управления именно IP-параметрами, потому что у многих администраторов сложился неправильный стереотип, заключающийся в том, что клиент-серверный протокол DHCP ограничен лишь настройкой IP-адреса. IP-адрес – лишь один из параметров, которые могут быть сконфигурированы с помощью обсуждаемого протокола. Какие же ещё параметры могут быть переданы узлу? К их числу (но не ограничиваясь ими) относятся следующие (RFC1533и RFC2132): маска подсети, шлюз по умолчанию, адреса DNS и WINS серверов, имя домена и самого узла, маршруты на определённые подсети, временную зону и адрес сервера времени, адрес загрузочного образа, TTL и MTU, адреса POP3 и SMTP серверов, время аренды адреса.

Получение IP-параметров производится с помощью четырёх сообщений, которыми обмениваются клиент и сервер.

Сообщение DHCP discover отправляется клиентом для обнаружения DHCP-сервера в локальном сегменте сети.

Получив сообщение DHCP discover, сервера DHCP отвечают клиенту сообщением DHCP offer, содержащим предлагаемые параметры. Получив несколько таких предложений, клиент может выбрать из них то, которое его максимально устраивает. Обычно, правда, выбирается первое полученное сообщение DHCP offer. Стоит отметить, что в этот момент сервер лишь на короткое время резервирует за клиентом предложенный IP-адрес, и если клиент не запросит его использование, - освободит для дальнейшего использования (вернёт адрес в пул).

Выбрав одно из предложений, клиент отправляет широковещательный запрос DCHP request серверу на закрепление за ним предложенных параметров. До получения подтверждения от сервера клиент не вправе использовать избранный IP-адрес. Широковещательное сообщение здесь используется в том числе и для того, чтобы уведомить остальные серверы, что их предложения не рассматриваются, что позволит им быстрее вернуть адрес в пул.

Получив сообщение DHCP request, сервер отправляет клиенту сообщение DCHP ack, подтверждающее за клиентом право использования выданного IP-адреса. Стоит заметить, что в некоторых случаях, сервер может не подтвердить клиенту запрос на использование адреса. Такая ситуация может произойти, например, в случае, когда сервер выдал данный IP-адрес другому клиенту, либо была произведена переконфигурация самого DHCP-сервера. Если сервер не может подтвердить клиенту использование ранее предложенных параметров, то сервер отправляет клиенту сообщение DHCP nack.

Одной из обязательных опций, сообщаемых сервером клиенту, является время аренды IP-адреса. Данный параметр указывает на интервал времени, в течение которого клиент в праве использовать полученные IP-параметры. По истечении данного времени, клиент обязан освободить занимаемый IP-адрес, либо произвести его продление. Если клиент собирается освободить занимаемый адрес, то производится отправка сообщения DHCP release. Получив такое сообщение, сервер возвращает IP-адрес, ранее принадлежавший клиенту, в пул свободных адресов.

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 892; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!