Протоколы работы с сетью

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский государственный технический университет им. Баумана Н.Э.

КАФЕДРА ИУ 5

Дисциплина:

«Архитектура АСОИУ»

Отчет

По теме индивидуального задания

«Протоколы работы с сетью»

Выполнила студентка

гр. ИУ5-33

Козина Т.Ю.

Оценка

Принял доцент, к.т.н.

Шук В.П.

«___»________ 2008 г.

Москва - 2008г

Реферат

тема: Компьютерные системы передачи данных

Основная задача данной книги [1]- дать единообразный обзор широкой области компьютерных систем передачи данных. Структура книги отражает попытку разделить эту обширную тему на удобные для изучения части и постепенно построить общую картину этого предмета. Особое внимание в книге уделяется базовым принципам и вопросам фундаментальной важности, касающимся технологии и архитектуры этой области; также подробно рассматриваются наиболее перспективные вопросы.

В книге исследуются альтернативные решения, удовлетворяющие определенным требованиям.

Не смотря на обширность области рассмотрения данной книги, некоторые основные принципы исследуются неоднократно в разных разделах, что позволяет объединить весь предмет в одно целое. Как пример: уплотнение, управление потоком данных, защита от ошибок. На этих принципах акцентируется внимание и сопоставляется их применение в различных областях.

Самые первые страницы вводят читателя в круг вопросов, охватываемых данной книгой. Если кратко перечислить содержащиеся темы в книге, то это: протоколы, обмен данных между двумя устройствами, внутренние механизмы и устройства сопряжения пользователя с сетью, разработанные для поддержки передачи голоса, данных и средств мультимедиа по сети дальней связи. Рассматриваются традиционные технологии коммутации пакетов сообщений и коммутации каналов, а также вопросы управления нагрузкой, технологии и архитектуры, разработанные для работы с сетью на малых расстояниях, основные компоненты структуры локальной сети и др.

Более того, книга содержит полезную дополнительную информацию, такую как справочный словарь терминов, перечень часто используемых сокращений в библиографии, задачи и рекомендации по дополнительному чтению.

Оглавление

Введение

1. Протоколы межсетевого обмена

2. Межсетевое взаимодействие

Заключение

Используемая литература

Введение

Целями работы над темой индивидуального задания являются:

Углубление и расширение теоретических знаний, полученных на лекциях;

Получение первоначального опыта самостоятельной работы с научно-технической литературой, включая ее поиск, анализ и синтез;

Практическое освоение техники грамотного изложения результатов изучения первоисточника с учетом существующих норм и требований к научно-техническому тексту.

1. Протоколы межсетевого обмена

Сетевой протокол - набор правил, позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами.

Разные протоколы зачастую описывают лишь разные стороны одного типа связи; взятые вместе, они образуют стек протоколов. Названия «протокол» и «стек протоколов» также указывают на программное обеспечение, которым реализуется протокол.

Наиболее распространённой системой классификации сетевых протоколов является так называемая модель OSI (Open Systems Interconnection-- проект в области сетевых технологий), в соответствии с которой протоколы делятся на 7 уровней по своему назначению - от физического (формирование и распознавание электрических или других сигналов) до прикладного (API для передачи информации приложениями).

Сети с пакетной коммутацией и широковещательным распространением пакетов получили свое распространение вследствие потребности пользователей компьютеров иметь доступ к ресурсам, находящимся за пределами одиночной системы. Аналогично, ресурсов одной сети часто бывает недостаточно для удовлетворения требований пользователя. Поскольку сети, представляющие интерес, обнаруживают очень много различий, было бы непрактично объединить их в одну сеть. Здесь требуется скорее возможность связывать разные сети между собой так, чтобы любые две станции в любой из составляющих сетей могли сообщаться.

Наиболее широко для межсетевого обмена используется протокол Internet(IP-Internet Protocol). Этот протокол добавляется к данным высокого уровня (например, TCP - Transmission Control Protocol - заголовок), образуя дейтаграмму IP. Заголовок включает адреса отправителя и получателя, информацию, используемую для фрагментации и сборки, поле времени существования - разновидность поля службы и контрольную сумму.

Если постараться определить сеть (Internet, Interconnected Networks -- объединённые сети) -- глобальная телекоммуникационная сеть информационных и вычислительных ресурсов, так же Internet - это сеть сетей, объединяющая как локальные сети, так и глобальные сети. Поэтому центральным местом при обсуждении принципов построения сети является семейство протоколов межсетевого обмена TCP/IP.

Под термином "TCP/IP" обычно понимают все, что связано с протоколами TCP и IP. Это не только собственно сами проколы с указанными именами, но и протоколы, построенные на использовании TCP и IP, и прикладные программы. IP делит все ЭВМ на маршрутизаторы и обычные ЭВМ (host), последние, как правило, не рассылают свои маршрутные таблицы. Маршрутизатор - промежуточная система, применяемая для соединения двух локальных сетей со схожими или различными сетевыми протоколами.

Маршрутизация - это процедура определения пути следования пакета из одной сети в другую. Предполагается, что маршрутизатор владеет исчерпывающей информацией о правильных маршрутах (хотя это и не совсем так).

Обычная ЭВМ имеет минимальную маршрутную информацию (например, адрес маршрутизатора локальной сети и сервера имен).

Автономная система может содержать множество маршрутизаторов, но взаимодействие с другими AС она осуществляет только через один маршрутизатор, называемый пограничным (border gateway, именно он дал название протоколу BGP). Пограничный маршрутизатор нужен лишь тогда, когда автономная система имеет более одного внешнего канала, в противном случае его функции выполняет порт внешнего подключения (gateway; поддержка внешнего протокола маршрутизации в этом случае не требуется). Здесь и далее используется достаточно простые на первый взгляд понятия внешних и внутренних каналов, внешних и внутренних протоколов или маршрутизаторов. Но такое разделение часто весьма условно.

Главной задачей стека TCP/IP является объединение в сеть пакетных подсетей через шлюзы. Каждая сеть работает по своим собственным законам, однако предполагается, что шлюз может принять пакет из другой сети и доставить его по указанному адресу. Реально, пакет из одной сети передается в другую подсеть через последовательность шлюзов, которые обеспечивают сквозную маршрутизацию пакетов по всей сети. В данном случае, под шлюзом понимается точка соединения сетей. При этом соединяться могут как локальные сети, так и глобальные сети. В качестве шлюза могут выступать как специальные устройства, маршрутизаторы, например, так и компьютеры, которые имеют программное обеспечение, выполняющее функции маршрутизации пакетов.

Соединение через IP-шлюзы (маршрутизаторы)

Когда соединения интернета становятся более сложными, шлюзам нужно знать о топологии интернета за пределами сетей, к которым они присоединены.

Идея шлюза кажется простой, но она важна, потому что она обеспечивает способ взаимного соединения сетей, а не машин. Фактически, мы уже установили принцип взаимного соединения, используемый повсеместно в интернете:

В интернете TCP/IP компьютеры, называемые шлюзами, обеспечивают все соединения между физическими сетями.

Вы можете ожидать, что шлюзы, которые знают, как направить пакеты к их получателю, являются большими машинами, имеющими достаточное количество основной или внешней памяти для хранения информации о каждой машине в интернете, к которому они присоединены.

Тем не менее, шлюзы, используемые в интернетах TCP/IP, обычно являются миникомпьютерами; они часто имеют небольшую дисковую память или не имеют ее вообще, а также имеют ограниченную оперативную память. Причина использования маленьких межсетевых шлюзов заключена в следующем утверждении:

Шлюзы маршрутизируют пакеты, основываясь на сети получателя, а не на машине получателя.

Если маршрутизация основана на сетях, то количество информации, которую нужно хранить шлюзу, пропорционально количеству сетей в интернете, а не числу машин в нем.

Так как шлюзы играют ключевую роль в межсетевом взаимодействии, мы вернемся к ним в следующих главах и рассмотрим детали того, как они работают и как они получают информацию о путях. А пока мы будем предполагать, что существует реальная возможность иметь корректные пути для всех сетей в каждом шлюзе в интернете. Мы будем также предполагать, что только шлюзы обеспечивают соединение между физическими сетями в интернете.

Такой механизм доставки становится возможным благодаря реализации во всех узлах сети протокола межсетевого обмена IP. Если обратиться к истории создания сети Internet, то с самого начала предполагалось разработать спецификации сети коммутации пакетов. Это значит, что любое сообщение, которое отправляется по сети, должно быть при отправке разделено на фрагменты.

Каждый из фрагментов должен быть снабжен адресами отправителя и получателя, а также номером этого пакета в последовательности пакетов, составляющих все сообщение в целом. Такая система позволяет на каждом шлюзе выбирать маршрут, основываясь на текущей информации о состоянии сети, что повышает надежность системы в целом. При этом каждый пакет может пройти от отправителя к получателю по своему собственному маршруту. Порядок получения пакетов получателем не имеет большого значения, т.к. каждый пакет несет в себе информацию о своем месте в сообщении.

Взгляд пользователя

Напомним, что TCP/IP разработан, чтобы обеспечить универсальное взаимное соединение между машинами, не зависящее от конкретных сетей, к которым они присоединены. Поэтому, мы хотим, чтобы пользователь представлял себе интернет как единую виртуальную сеть, к которой присоединены все машины, не смотря на то, что физически это не так. Помимо шлюзов, соединяющих физические сети, на каждом хосте требуется программное обеспечение доступа к интернету, чтобы прикладные программы могли использовать интернет так, как будто это одна физическая сеть. Преимущество соединения на сетевом уровне становится ясным.

Так как прикладные программы, взаимодействующие с помощью интернета, не знают детали организации соединений, они могут запускаться в неизменном виде на любой машине. Так как детали физических сетевых соединений для каждой машины скрыты в межсетевом программном обеспечении, при появлении новых физических соединений или удалении старых требуется менять только это программное обеспечение.

Фактически, можно оптимизировать маршрутизацию, изменив физические соединения, но не перекомпилировав при этом прикладные программы.

Второе преимущество организации взаимодействия на сетевом уровне менее важное: пользователям не нужно знать или помнить, как соединены сети или какой траффик - объём информации или поток информации, передаваемой по сети - они передают. Прикладные программы могут быть написаны таким образом, что будут работать независимо от физической связности. Фактически, сетевые администраторы могут свободно изменять внутренние части базовой архитектуры интернета, не меняя прикладные программы в большинстве компьютеров, присоединенных к интернету(конечно, сетевое программное обеспечение должно быть переконфигурировано, когда компьютер перемещается в новую сеть).

Шлюзы не обеспечивают прямое соединение между всеми парами сетей. Траффику, передающемуся от одной машины к другой, может понадобиться пройти через несколько промежуточных сетей. Поэтому, сети, участвующие в интернете, являются аналогами высокоскоростных магистралей (highway) в США: каждая сеть согласна передавать транзитный траффик в обмен на право посылать траффик через весь интернет. Типичные пользователи даже не ощущают, что по их локальной сети проходит дополнительный траффик. При создании этой системы принципиальным было обеспечение ее живучести и надежной доставки сообщений, т.к. предполагалось, что система должна была обеспечивать управление Вооруженными Силами США в случае нанесения ядерного удара по территории страны.

Коммутаторы, организующие рабочую группу, мосты, соединяющие два сегмента сети и локализующие трафик в пределах каждого из них, а также switch, позволяющий соединять несколько сегментов локальной вычислительной сети - это все устройства, предназначенные для работы в сетях Еthernet - пакетная технология компьютерных сетей, преимущественно локальных. Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде. Однако, существует особый тип оборудования, называемый маршрутизаторами (routегs), который применяется в сетях со сложной конфигурацией для связи ее участков с различными сетевыми протоколами (в том числе и для доступа к глобальным сетям), а также для более эффективного разделения трафика и использования альтернативных путей между узлами сети. Основная цель применения маршрутизаторов - объединение разнородных сетей и обслуживание альтернативных путей.

Различные типы маршрутизаторов отличаются количеством и типами своих портов, что собственно и определяет места их использования.

Маршрутизаторы, например, могут быть использованы в локальной сети Ethernet для эффективного управления трафиком при наличии большого числа сегментов сети, для соединения сети типа Еthernet с сетями другого типа, например Тоkеn Ring («маркерное кольцо», архитектура кольцевой сети с маркерным), FDDI (Fiber Distributed Data Interface -- распределённый волоконный интерфейс данных), а также для обеспечения выходов локальных сетей на глобальную сеть.

Маршрутизаторы не просто осуществляют связь разных типов сетей и обеспечивают доступ к глобальной сети, но и могут управлять трафиком на основе протокола сетевого уровня (третьего в модели OSI), то есть на более высоком уровне по сравнению с коммутаторами. Необходимость в таком управлении возникает при усложнении топологии сети и росте числа ее узлов, если в сети появляются избыточные пути, когда нужно решать задачу максимально эффективной и быстрой доставки отправленного пакета по назначению. При этом существует два основных алгоритма определения наиболее выгодного пути и способа доставки данных: RIP (Routing Information Protocol -- протокол маршрутизации) и OSPF (Open Shortest Path First) -- протокол динамической маршрутизации, основанный на технологии отслеживания состояния канала (link-state technology) и использующий для нахождения кратчайшего пути Алгоритм Дейкстры (Dijkstra's algorithm). При использовании протокола маршрутизации RIР, основным критерием выбора наиболее эффективного пути является минимальное число "хопов" (hops), т.е. сетевых устройств между узлами. Этот протокол минимально загружает процессор маршрутизатора и предельно упрощает процесс конфигурирования, но он не рационально управляет трафиком. При использовании OSPF наилучший путь выбирается не только с точки зрения минимизации числа хопов, но и с учетом других критериев: производительности сети, задержки при передаче пакета и т.д. Сети большого размера, чувствительные к перегрузке трафика и базирующиеся на сложной маршрутизирующей аппаратуре, требуют использования протокола ОSРF. Реализации этого протокола возможна только на маршрутизаторах с достаточно мощным процессором, т.к. его реализация требует существенных процессинговых затрат.

Алгоритмы маршрутизации бывают адаптивными и неадаптивными. Вторые, осуществляя выбор маршрута, не принимают во внимание существующую в данный момент топологию или загрузку каналов. Такие алгоритмы называются также статическими. Адаптивные же алгоритмы предполагают периодическое измерение характеристик каналов и постоянное исследование топологии маршрутов. Выбор того или иного маршрута здесь производится на основании этих измерений.

Обработка приходящих дейтаграмм

Итак, мы рассмотрели IP-маршрутизацию, описав, как принимаются решения относительно отправляемых пакетов. Тем не менее, ясно, что программное обеспечение IP должно также обрабатывать приходящие дейтаграммы.

Когда IP-дейтаграмма прибывает на ГВМ, программное обеспечение сетевого интерфейса доставляет ее программному обеспечению IP для обработки. Если адрес назначения дейтаграммы соответствует IP-адресу ГВМ, программное обеспечение IP на ГВМ принимает дейтаграмму и передает ее программе протокола более высокого уровня для дальнейшей обработки. Если же IP-адрес назначения не соответствует ему, ГВМ требуется уничтожить дейтаграмму(то есть ГВМ не позволяется пытаться маршрутизировать дейтаграммы, по ошибке пришедшие не на ту машину).

В отличие от ГВМ, шлюзы выполняют маршрутизацию. Когда IP-дейтаграмма прибывает на шлюз, она доставляется программному обеспечению IP. И снова можно выделить два варианта: дейтаграмма может быть доставлена к ее конечному назначению, или ее нужно отправить путешествовать дальше. Как и на ГВМ, если IP-адрес назначения дейтаграммы соответствует собственному IP-адресу шлюза, программное обеспечение IP передает дейтаграмму программному обеспечению более высокого уровня для обработки(обычно, единственными дейтаграммами, предназначающимися шлюзу, являются те, что используются для проверки достижимости и те, что несут команды администрирования шлюзом). Если дейтаграмма еще не достигла своего конечного назначения, IP маршрутизирует ее, используя стандартный алгоритм и информацию из локальной таблицы маршрутизации.

Определение того, достигла ли IP-дейтаграмма своего конечного назначения или нет, не так тривиально, как это может показаться. Напомним, что даже ГВМ может иметь несколько физических соединений, и каждое из них имеет свой IP-адрес. Когда прибывает IP-дейтаграмма, машина должна сравнить межсетевой адрес назначения с IP-адресом каждого из своих сетевых соединений. Если для какого-либо из них соответствие найдено, шлюз сохраняет дейтаграмму и обрабатывает ее. Машина также должна принимать широковещательные дейтаграммы из физических сетей, если их IP-адрес назначения является IP-адресом ограниченного широковещания или IP-адресом направленного широковещания для этой сети. Как мы увидим в главах 16 и 17, подсети и многоадресные адреса делают распознавание адресов достаточно сложным. В любом случае, если адрес не соответствует ни одному из адресов этой машины, IP декрементирует поле времени жизни в заголовке дейтаграммы и удаляет дейтаграмму, если этот счетчик достиг нуля, или вычисляет новую контрольную сумму и маршрутизирует дейтаграмму, если счетчик больше нуля.

Должна ли каждая машина маршрутизировать дейтаграммы, которые она получает? Ясно, что шлюзы должны маршрутизировать приходящие дейтаграммы, так как это их основная задача. Мы также говорили, что некоторые многоадресные ГВМ ведут себя как шлюзы, даже если они на самом деле компьютеры общего назначения. Хотя использование ГВМ в качестве шлюза обычно неразумно, если кто-то все же сделал это, то ГВМ должен быть сконфигурирован так, чтобы маршрутизировать дейтаграммы так же, как это делает шлюз.

А как же остальные ГВМ, не предназначенные для использования в качестве шлюзов? Ответ будет следующий: ГВМ, не используемые в качестве шлюзов, не должны маршрутизировать приходящие на них дейтаграммы; они должны уничтожать их.

Существует четыре причины, почему ГВМ, не предназначенный для функционирования в качестве шлюза, должен воздерживаться от выполнения любых функций шлюза. Во-первых, когда такой ГВМ получает дейтаграмму, предназначавшуюся другой машине, либо есть ошибка в межсетевом адресе, либо произошла ошибка при маршрутизации или доставке. Эта ошибка может быть не обнаружена, если ГВМ совершит корректирующее действие с помощью маршрутизации дейтаграммы. Во-вторых, маршрутизация может привести к возникновению лишнего межсетевого трафика (и может отвлечь ЦП от выполнения по-настоящему нужных задач). В-третьих, простые ошибки могут вызвать хаос. Предположим, что каждый ГВМ маршрутизирует трафик и представим себе, что случится, если одна из машин по ошибке широковещательно передаст дейтаграмму, предназначенную на самом деле лишь одному ГВМ, Н. Каждый ГВМ в сети получит копию дейтаграммы в результате широковещания, и каждая машина направит свою копию к Н, которая в результате будет бомбардирована множеством копий. В-четвертых, шлюзы не только маршрутизируют трафик. Шлюзы также распространяют информацию о маршрутах для того, чтобы их таблицы были согласованными. Если ГВМ маршрутизируют дейтаграмму, не реализуя при этом всех функций шлюза, могут возникать неожиданные аномалии.

Маршрутизация в сетях, как правило, осуществляться с применением пяти популярных сетевых протоколов - ТСР/IР, Nоvеll IРХ, АррlеТаlk II, DECnеt Phase IV и Хегох ХNS. Если маршрутизатору попадается пакет неизвестного формата, он начинает с ним работать как обучающийся мост. Кроме того, маршрутизатор обеспечивает более высокий уровень локализации трафика, чем мост, предоставляя возможность фильтрации широковещательных пакетов, а также пакетов с неизвестными адресами назначения, поскольку умеет обрабатывать адрес сети.

2. Межсетевое взаимодействие

протокол шлюз маршрутизатор стек

Что касается сетей, то каждая составляющая сеть в объединенной сети поддерживает связь между устройствами, подключенными к этой сети; эти устройства называются конечными системами (End System - ES). Кроме того, сети связаны устройствами, которые в документах называются промежуточными системами(Intermediate System - IS). Промежуточные системы создают тракт связи и выполняют необходимые функции ретрансляции и маршрутизации, в результате чего становится возможен обмен данными между устройствами, подключенными к различным сетям в составе internet.

Для организации межсетевого взаимодействия используются такие устройства, как мосты (bridges), маршрутизаторы (routers) и шлюзы (gateways). Мосты работают на канальном уровне модели OSI и позволяют соединять между собой лишь такие сети, которые работают под управлением однотипных протоколов физического и канального уровней.

Но уже так называемые транслирующие мосты (translating bridges) предоставляют возможность объединять сети, использующие различные протоколы физического и канального уровней, будучи способными преобразовывать (транслировать) кадры данных, сформированные по правилам одного протокола, в формат кадров другого протокола.

Связываемые сети должны использовать одинаковые протоколы, начиная с сетевого уровня. Таким образом, маршрутизаторы могут обеспечивать взаимодействие между сетями, использующими различные протоколы физического и канального уровней.

Что касается шлюзов, то это наиболее сложные устройства, выполняющие трансляцию протоколов для согласования разнородных систем сразу на нескольких уровнях модели OSI, вплоть до работы по всему стеку от физического до прикладного уровня.

К средствам межсетевого взаимодействия предъявляются следующие требования.

Предоставление канала между сетями.

Обеспечение маршрутизации и доставки данных между процессами в различных сетях.

Обеспечение службы учета, которая следит за использованием различных сетей и маршрутизаторов и сохраняет информацию о состоянии.

Предоставление приведенных ниже услуг таким способом, который не требовал бы изменения архитектуры любой из составляющих сетей. Это означает, что средство межсетевого взаимодействия должно приспосабливаться к множеству различий между сетями, включая следующие:

? различные схемы адресации;

? различные максимальные размеры пакетов;

? различные механизмы доступа к сети;

? разные интервалы ожидания;

? устранение ошибок;

? сообщения о состоянии;

? методы маршрутизации;

? управление доступом пользователей;

? необходимость установки соединения.

Основная характеристика объединенной сети - ориентирован ли режим работы на соединение или не требует установки соединения.

Режим с установкой соединения

В режиме работы с установкой соединения считается, что каждая сеть предоставляет ориентированную на соединение форму обслуживания. Иначе говоря, можно установить логическое сетевое соединение(например, виртуальный канал) между двумя любыми терминальными устройствами, подключенными к одной и той же сети. Сначала устанавливается соединение, затем происходит обмен данными.

Ориентированные на соединение промежуточные системы выполняют следующие основные функции.

? Ретрансляция. Модули данных, прибывающие из одной сети по протоколу сетевого уровня, ретранслируются (передаются) в другую сеть. Трафик следует по логическим соединениям, которые соединяются друг с другом в промежуточных системах.

? Маршрутизация. Если должно быть создано сквозное логическое соединение, состоящее из последовательности логических соединений, каждая промежуточная система в этой последовательности должна принять решение о маршрутизации, определяющее следующий переход в последовательности.

Режим без установки соединения

Соответствует механизму дейтаграмм. Каждый модуль данного протокола в сети обрабатывается независимо от других и направляется от устройства отправителя к устройству получателя через ряд маршрутизаторов и сетей. Передавая каждый модуль данных, устройство принимает решение, какой маршрутизатор должен принять этот модуль данных. Модуль данных странствует по объединенной сети от одного маршрутизатора к другому, пока не достигнет сети назначения, на каждом маршрутизаторе принимается решение о следующем переходе.

Таким образом, разные модули данных могут следовать по разным маршрутам между одними и теми же устройствами и получателя.

Взаимодействие на прикладном уровне

Разработчики используют два различных подхода для скрытия деталей сетевого взаимодействия, используя прикладные программы для работы в неоднородной среде или скрывая эти детали в операционной системе. Ранние взаимодействия неоднородных сетей обеспечивали единообразие с помощью прикладных программ. В таких системах прикладная программа, работая на каждой машине в сети, знала детали сетевого взаимодействия для этой машины и взаимодействовала с прикладными программами по этим соединениям. Например, некоторые системы электронной почты состояли из программ-отправителей писем (mailer), которые передавали письма по одному. Путь от источника до получателя мог включать различные сети, но это не имело значения до тех пор, пока системы электронной почты на всех машинах были способны работать друг с другом.

Использование прикладных программ для скрытия сетевых деталей может показаться на первый взгляд естественным, но такой подход приводит к ограниченному, громоздкому взаимодействию. Добавление новых возможностей к этой системе означает создание новой прикладной программы на каждой машине. Добавление нового сетевого оборудования означает модификацию или создание новых программ для всех возможных приложений. На данной машине каждая программа знает сетевые соединения для этой машины, что приводит к дублированию кода.

Пользователи, имеющие опыт работы с сетями, знают, что когда-нибудь во взаимодействии будут участвовать сотни или тысячи сетей; тогда никто не будет в состоянии создать все необходимые прикладные программы. Более того, для успешного использования пошаговой схемы взаимодействия требуется корректность всех прикладных программ на всем пути. Если программа на промежуточной машине аварийно завершится, ни отправитель, ни получатель не смогут обнаружить ошибку или исправить ее. Поэтому системы, использующие промежуточные программы, не могут гарантировать надежного взаимодействия.

Взаимодействие на сетевом уровне

Альтернативой обеспечению взаимодействия прикладными программами являются системы, основанные на соединении сетевого уровня. Соединение на сетевом уровне обеспечивает механизм, который доставляет пакеты от их настоящего отправителя к настоящему получателю в реальном масштабе времени. Коммутация для передачи маленьких блоков, а не файлов или больших сообщений имеет ряд преимуществ.

Во-первых, она напрямую отображается в базовое сетевое оборудование, что делает ее очень эффективным. Во-вторых, она разделяет процессы передачи данных от прикладных программ, позволяя машинам обрабатывать сетевой траффик, не зная какие приложения передают его.

В-третьих, она делает систему гибкой, делая возможным создание сетевых протоколов общего назначения. В-четвертых, она позволяет администраторам сетей добавлять новые сетевые технологии, модифицируя программное обеспечение сетевого уровня или добавляя к нему новую часть и не внося при этом никаких изменений в прикладные программы. Ключевым понятием при разработке универсального взаимодействия сетевого уровня является понятие абстрактной коммуникационной системы, известное как межсетевой обмен (internetworking). Понятие объединенной сети (internetwork или internet) является очень мощным. Оно отделяет понятие взаимодействия от деталей сетевых технологий и скрывает низкоуровневые детали от пользователя. Более того, оно определяет все проектные решения при разработке программного обеспечения и объясняет, как работать с физическими адресами и маршрутами. После перечисления основных причин организации межсетевого обмена мы рассмотрим свойства объединенной сети более детально. Напомним, что мы начали с двух фундаментальных замечаний о разработке коммуникационных систем:

? одна сеть не может обслужить всех пользователей;

? пользователи хотят универсального взаимодействия.

Первое замечание является техническим. Локальные сети, обеспечивающие наивысшую скорость взаимодействия, ограничены в своих размерах; глобальные сети охватывают большие районы, но не могут обеспечить высокоскоростные соединения. Нет одной сетевой технологии, удовлетворяющей всем нуждам, поэтому мы вынуждены использовать несколько базовых аппаратных технологий.

Второе замечание очевидно. В конечном счете, нам хотелось бы иметь возможность организовать взаимодействие между любыми двумя точками. В частности, мы хотели бы иметь коммуникационную систему, не заключенную в границы физических сетей.

Нашей целью является создание унифицированного, объединенного взаимодействия сетей, поддерживающих универсальное коммуникационное средство. Внутри каждой сети компьютеры будут использовать базовые коммуникационные примитивы, зависящие от технологии. Новое программное обеспечение, вставленное между механизмами взаимодействия, зависящими от технологии, и прикладными программами, будет скрывать низкоуровневые детали и сделает так, что группа сетей будет казаться одной большой сетью. Такая схема взаимодействия называется объединенной сетью(internet).

Идея создания объединенной сети следует стандартному подходу при разработке систем: разработчики придумывают высокоуровневое вычислительное средство и дорабатывают имеющуюся вычислительную технологию, добавляя уровни программного обеспечения до тех пор, пока они не получат систему, эффективно реализующую придуманное ими высокоуровневое средство.

На данный момент важно уяснить фундаментальное понятие: с точки зрения интернете, любая коммуникационная система, способная передавать пакеты, считается одной сетью, независимо от ее задержек при передаче, пропускной способности, максимального размера пакета или географических размеров. В частности, рисунок 3.3б использует прямоугольник одинаковых размеров для обозначения всех физических сетей, так как TCP/IP считает их равными, несмотря на их разницу.

Межсетевые протоколы TCP/IP считают все сети равными. Локальная сеть, такая как Ethernet, глобальная сеть, такая как магистральная сеть NSFNET (National Science Foundation Network) -- компьютерная сеть Национального фонда науки США, образованная в 1984 году и служившая каркасом Интернета в начале 1990-х годов), или соединение точка-точка между двумя машинами - каждый из них считается сетью.

Межсетевой протокол управляющих сообщений

В системе без установления соединения, которую мы описали, каждый шлюз работает автономно при маршрутизации или доставке прибывающих дейтаграмм, не координируя свои действия с исходным отправителем. Эта система хорошо работает, если все функционируют корректно и согласовали маршрутизацию, но ведь не существует систем, корректно работающих все время. Помимо сбоев линий передачи и процессоров, IP аварийно завершает доставку дейтаграмм, когда машина назначения временно или постоянно отключена от сети, когда обнуляется счетчик времени жизни, или когда промежуточные шлюзы так переполняются, что не могут обработать приходящий трафик. Важное различие между реальной, аппаратной сетью и интернетом, основанным на программном обеспечении, заключается в том, что в первом разработчик часто может положиться на сетевое оборудование при доведении до машин о возникновении проблем. В интернете, не имеющем такого аппаратного механизма, отправитель не может сказать, явился ли причиной ошибки при доставке сбой на локальной машине или удаленной. Отладка становится крайне трудной. В самом протоколе IP нет ничего, что могло бы помочь отправителю проверить связность или узнать о таких ошибках.

Чтобы дать возможность шлюзам в интернете сообщать об ошибках или предоставлять информацию о нестандартных условиях работы, разработчики добавили механизм сообщений специального назначения в протоколы TCP/IP. Этот механизм, известный как Межсетевой Протокол Управляющих Сообщений(ICMP), считается необходимой частью IP и должен включаться в каждую реализацию IP.

Как и весь другой трафик, сообщения ICMP передаются по Интернету в поле данных IP-дейтаграмм. Конечным назначением сообщений ICMP, тем не менее, является не прикладная программа или пользователь на машине назначения, а программное обеспечение IP на этой машине. То есть, когда прибывает сообщение ICMP об ошибке, его обрабатывает модуль программного обеспечения ICMP.

Межсетевой Протокол Управляющих Сообщений позволяет шлюзам посылать управляющие сообщения или сообщения об ошибках на другие шлюзы или ГВМ; ICMP обеспечивает взаимодействие между программным обеспечением Межсетевого Протокола разных машин.

Протокол внутреннего маршрутизатора

Передает маршрутную информацию от одного маршрутизатора к другому в пределах автономной системы (совокупности маршрутизаторов и сетей, принадлежащих одной организации). Протокол, используемый внутри автономной системы, не обязательно должен быть реализован за ее пределами.

Протокол внешнего маршрутизатора

Передает маршрутную информацию между маршрутизаторами в разных автономных системах.

Заключение

Как уже было замечено в начале, не смотря на авторское разделение раскрывающихся в данном отчете тем, между ними четко прослеживается объединяющая линия.

Сетевой протокол - набор правил, позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть устройствами.

Связываемые сети должны использовать одинаковые протоколы, начиная с сетевого уровня. Протоколы межсетевого обмена являются неотъемлемой частью межсетевого взаимодействия. Если говорить подробнее, протоколы являются инструментом передачи информации между двумя устройствами.

Таким образом, маршрутизаторы, являющиеся разновидностью протоколов, могут обеспечивать взаимодействие между сетями, использующими различные протоколы физического и канального уровней. Основу межсетевого взаимодействия составляют протоколы маршрутизации. Они отвечают за прием и пересылку пакетов по совокупности соединенных сетей.

Как пример протокола был взят часто используемый протокол Internet (IP). Относительно IP была представлена большая часть информации отчета.

Для других протоколов необходимы дополнительные и прикладные программы, что рассматривалось на малом ознакомительном уровне.

Так же необходимо отметить, что данная тема затрагивалась и в лекционном курсе по предмету архитектура АСОиУ, что значительно помогло при разработке отчета. А именно, приступая к индивидуальной работе я уже имела достаточное представление о понятии протокол.

Используемая литература

1. Вильям Столлингс, «Компьютерные системы передачи данных», 6е издание, «Вильямс» 2002г.

2. Интернет энциклопедия «Википедия»,

3. Курс лекций по дисциплине «Архитектура АСОИУ» 2курс, 3семестр.

Размещено на Allbest.ru