Сети передачи данных и технологии построения сетей. Простейшие способы передачи данных
Нынешнее время переживает бурное освоение в области сетей передачи данных. Разновидностей сетей достаточно много. Самоё определение сети в обобщенном понимании – это система мультиплексирования доступа к каналам связи и ресурсам.По своей принадлежности сети делятся на:
- локальные сети (LAN, Local Area Network
- городские (MAN, Metropolitan Area Network)
- региональные (WAN, Wide Area Network)
- глобальные (InterNet, FidoNet, FreeNet)
Основное отличие глобальной сети от остальных - это неограниченное число абонентов. Уникальность каждой сети определяется методом доступа к среде передачи данных. С появлением оптоволокна и витой пары построение сетей теперь все больше стало базироваться на использовании оптического кабеля и кабеля “витая пара” - что подняло эффективность сетей на новый уровень: значительно повысилась защищенность и качество информации, увеличились скорость передачи данных и диапазон полосы пропускания.
Ниже сделан краткий обзор распространенных сетевых технологий. Данный обзор не претендует на теоретические изыски – задача автора другая: выделить основополагающие понятия, характеризующие суть конкретной технологии.
Таблица 1
|
технология |
скорость передачи |
топология |
базовые устройства |
метод доступа к сети |
|
Европа США |
точка-точка |
оборудование |
метод временного плезиохронного мультиплексирования |
|
|
STM-1 155 Мбит/с STM-4 622 Мбит/с STM-16 2,5 Гбит/с STM-64 10 Гбит/с |
двойное кольцо, точка-точка |
SDH-коммутатор |
||
|
STS-1, OC-1 52 Мб/с STS-3, OC-3 155 Мб/с STS-12, OC-12 622 Мб/с STS-48, OC-48 2,5 Гб/с |
двойное кольцо, точка-точка |
оборудование SONET/SDH |
метод временного синхронного мультиплексирования |
|
|
10 Ethernet – 10 Мбит/с Fast Ethernet – 100Мбит/с Gigabit Ethernet – 1 Гбит/с 10G Ethernet – 10 Гбит/с 40G Ethernet – 40 Гбит/с 100G Ethernet–100 Гбит/с |
шина, звезда |
маршрутизирующий коммутатор |
метод коллективного доступа |
|
|
двойное кольцо |
концентратор |
маркерный метод |
||
|
двойное кольцо |
сетевой FDDI-адаптер |
маркерный метод |
||
|
155 Мбит/с |
точка-точка |
АТМ-коммутатор |
метод асинхронного мультиплексирования |
|
|
155 Мбит/с |
двойное кольцо |
маршрутизаторы |
динамическая передача IP-пакетов |
|
|
семейство xDSL |
ADSL – 3,5 Мбит/с |
точка-точка, звезда |
метод цифровой обработки сигнала |
|
|
APON – 155 Мбит/с |
кольцо, |
оптический разветвитель |
метод WDM мультиплексирования и метод множественного доступа с разделением времени |
Прокомментируем вышеизложенное в Таблице 1.
Технология PDH – одна из первых технологий, предусматривающих цифровую передачу данных в первичной сети с помощью импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), т.е. с помощью специального коммутационного оборудования аналоговый телефонный сигнал преобразуется в цифровой информационный поток
- технология SDH представляет собой дальнейшее развитие технологии PDH и в отличие от последней обеспечивает надежное управление и самодиагностику первичной сети с высокостабильной синхронизацией данных
- технология SONET представляет собой американскую версию технологии SDH
- технологию Ethernet успешно используют при построении локальных компьютерных сетей. Это первая технология, которая стала использовать в качестве среды передачи данных оптический кабель и витую пару - что привело к невероятному росту быстродействия Ethernet-сетей. Скорости передачи данных дошли до 10 Гбит/с. На подходе протоколы 40 Gigabit Ethernet и 100 Gigabit Ethernet со скоростями 40 Гбит/с и 100 Гбит/с!
- технология АТМ относительно молодая сетевая разработка, в основу которой взята концепция транспортировки как данных, так и голосового и видео трафиков с высокими скоростями
- технология FDDI является усовершенствованной разработкой Token Ring. В главном эти конструкции идентичны, различие в скоростях передачи данных и в алгоритме кодирования информации
- технология DPT – это новейшая сетевая разработка, претендующая на международный стандарт. Основополагающей концепцией сетей DPT является эффективная приемо-передача IP-трафика
- технология xDSL, используя существующие телефонные линии, заняла свое место в сфере интерактивного доступа к абонентам, где успешно сосуществуют телефонный аппарат и Интернет, факс и электронная почта
- технология PON – стремительно развивающаяся технология, позволившая за достаточно короткий срок решить задачу подключения индивидуального пользователя к сервис-провайдеру.
Поподробнее о каждой технологи.
Технология PDH (плезиохронная цифровая иерархия) – это технология цифровых первичных (опорных) сетей, в которых используется принцип цифровой обработки аналогового телефонного сигнала (ИКМ) и метод временного мультиплексирования (TDM). Суть этого метода мультиплексирования с разделением времени заключается в следующем: с помощью коммутатора входные абонентские каналы последовательно подключаются к общему каналу связи на определенный интервал времени, так называемый тайм-слот, а на приемной стороне общего канала коммутатор демультиплексирует поток на отдельные выборки и распределяет их по соответствующим приемным абонентским каналам. Архитектура PDH имеет несколько иерархий скоростей и соответственно несколько каналов цифровых информационных потоков. Первый уровень, базовый для первичной сети, называется Е1 и равен 2,048 Мбит/с по европейскому стандарту или Т1=1,544 Мбит/с по американскому стандарту. Этот уровень образуется из 30-ти абонентских скоростей (по 64 Кбит/с) плюс две служебные скорости (32 х 64 Кбит/с) или из 24-х абонентов по американским меркам плюс 8 служебных Кбит (24 х 64 Кбит/с + 8 Кбит/с). Далее, с помощью базовых потоков Е1 и Т1 организуются другие каналы с более высоким уровнем в иерархии скоростей – Е2/Т2, Е3/Т3, Е4/Т4. Надо отметить, что механизм синхронизации этих цифровых потоков работает на плезиохронном уровне, т.е. почти синхронном. Это приводит к тому, что преобразованные цифровые потоки разнятся по скоростям друг от друга на небольшие значения. И чтобы сети PDH функционировали с приемлемой надежностью, необходима дополнительная опция выравнивания скоростей с помощью добавления специальных выравнивающих битов. Однако данная цифровая платформа в силу своей организации не позволяет значительно увеличить скорости передачи и не обеспечивает достаточного контроля и управления данными первичной сети. Появилась более совершенная технология SDH, которая, используя цифровые информационные потоки PDH, может организовать высокоскоростную и эффективную передачу данных.
Технология SDH (синхронная цифровая иерархия) – технология цифровых первичных и транспортных сетей. Представляет собой усовершенствованный вариант PDH-технологии. Основной информационной структурой в сетях SDH является синхронный транспортный модуль с соответствующим уровнем иерархии, именуемый STM-n. Уровень STM-1 является базовым и равен 155 Мбит/с. Сети SDH относятся к классу сетей с коммутацией каналов методом синхронного мультиплексирования с разделением времени (TDM). Концепция SDH позволяет создавать надежные транспортные сети, в которых в качестве входных данных используются PDH-потоки. Вся информация в системе PDH/SDH передается контейнерами С-n и виртуальными контейнерами VC-n. Контейнер типа С-n – входная транспортная структура в первичной SDH-сети: так в контейнер С-12 упакован поток E1, в контейнер С-3 упакован поток E3, а в контейнере С-4 упаковывается информационный поток самой SDH-сети модуль STM-1. Далее, перед мультиплексированием и коммутацией в контейнер C-n вкладывается трактовая информация о маршруте – теперь такой контейнер называется виртуальным контейнером VC-n. Его еще называют единицей мультиплексирования в технологии с синхронной цифровой иерархией. В SDH-сетях работает единый высокостабильный тактовый механизм – тактовая сетевая синхронизация (ТТС). Наиболее предпочтительной топологией считается двойное кольцо – по первому кольцу передается информационный трафик, по второму – синхронизирующие данные и это кольцо активизируется для прохода основного потока только при сбоях и аварийных ситуациях.
Технология SONET – технология цифровых первичных сетей, аналог технологии SDH. Синхронные транспортные модули в конструкции SONET именуются как STS-n (электрические сигналы) и OC-n (лазерное инфракрасное излучение). Первый уровень, базовый для первичной сети, STS-1 / OC-1 равен 52 Мбит/с. Третий уровень STS-3 / OC-3 соответствует первому уровню STM-1 в архитектуре SDH. Также как и в SDH-сетях в SONET используется метод временного синхронного мультиплексирования (TDM). Таким образом, когда говорят о сетях с синхронной цифровой иерархией, подразумевают технологию c аббревиатурой SONET/SDH.
По поводу Ethernet. Сейчас эта технология остается самым распространенным сетевым протоколом, в котором используется метод коллективного доступа с опознаванием несущей частоты и обнаружением коллизий (CSMA/CD). Говоря простым языком, такой множественный метод доступа не позволяет создать коллизию, т.е. ситуацию одновременной передачи данных по общему каналу между абонентами. Информационной единицей является кадр. Подробнее о технологии Ethernet см. в рубрике “Полезная информация” нашего сайта под названием “Модель ISO/OSI и стандарт IEEE 802.3 в сетях Ethernet"
Технология АТМ предусматривает асинхронный способ передачи информации ячейками фиксированного размера в 53 байта состоящего из 48 байтов данных и 5 байтов заголовка. Через посредство АТМ-коммутатора ячейки мультиплексируются по мере поступления. Такое уплотнение данных называется методом асинхронного мультиплексирования. Сети АТМ ориентированы на виртуальное соединение двух видов интерфейса – виртуальный канал (VC) и виртуальный путь (VI). Виртуальный канал устанавливает соединение между двумя конечными узлами (абонентами) на время их взаимодействия. Виртуальный путь состоит из нескольких виртуальных каналов и образует маршрут между коммутаторами. Синхронизация АТМ-сети обеспечивается за счет тактовой сетевой синхронизации (ТТС).Фиксированный стандарт ячейки дает гарантированное постоянное время обработки данных – что является неоспоримым плюсом этой технологии. Концепция ATM успешно используется в сетях, где главным критерием является высококачественная, скоростная передача разнородного трафика (цифровых, голосовых и мультимедийных данных).
Технологии FDDI и Token Ring используют детерминированный маркерный метод передачи данных, а по-простому, такой способ именуется эстафетным, так как право передачи запускается по эстафете от абонента к абоненту. Этот метод предполагает обязательно кольцевую топологию расположения абонентов, причем строятся два кольца: одно кольцо является резервным в случае аварийных ситуациях или сбоях. Суть метода такова. По кольцу непрерывно вращается маркер (token), специальный управляющий пакет. Отсюда еще одно название метода – токеновый! Так вот, если маркер свободный - он дает право абоненту на передачу. Абонент, получивший свободный маркер, делает маркер занятым, присоединяет к нему свой пакет информации и пускает такую посылку по кругу. Остальные абоненты в кольце анализируют эту посылку на предмет адресата. Если абоненту не адресована посылка, он пускает ее по кругу. Если абонент находит в посылке свой адрес, он принимает инфо, маркер помечает как принятый и пускает посылку снова по кольцу. Передающий абонент, получивший обратно свою посылку с отметкой о приеме, удаляет свой информационный пакет, помечает token (маркер) как свободный и отправляет чистенький token дальше по кольцу. Все снова повторяется.
Технология DPT, разработанная фирмой Cisco Systems, находится на стадии принятия в качестве международного стандарта для построения нового поколения городских сетей, ориентированных на провайдеров услуг по передаче IP-трафика. DPT – это технология динамической передачи IP-пакетов. Динамичность этой разработки заключается в предоставлении отправленному пакету данных кратчайший путь до абонента (узла). Идеология новейшей технологии заключается в умелом использовании подходов по строительству уже существующих сетей, таких как: SONET/SDH, Token Ring, FDDI. Имеется в виду организация топологии двойного кольца. Это очень эффектный ход компании Cisco ! В топологии “двойное кольцо” в технологиях SONET/SDH, Token Ring, FDDI вторая кольцевая магистраль используется как резервная при сбоях, разрывах и т.п. В DPT два кольца работают в активном режиме, причем IP-пакеты вращаются по кругу в противоположных направлениях: в одном кольце – по часовой, в другом – против часовой. Такая организация потоков информации дает возможность специальному протоколу SRP выбирать наиболее актуальный путь до приемного узла. Интересна технология DPT еще и тем, что она достаточно мобильно может встраиваться в уже построенные SONET/SDH и Gigabit Ethernet сети. Ну, и в плане емкости сети – в DPT может быть включено гораздо больше устройств по сравнению, скажем, с той же SONET/SDH.
Семейство xDSL-технологий использует существующие абонентские линии телефонной сети общего пользования. Чтобы такая сеть стала самодостаточной, со всеми атрибутами сетевой технологии – а это прежде всего: эффективный доступ к Интернет, интерактивная связь с абонентами, в концепции хDSL решены три кардинальные задачи: значительно увеличена скорость передачи данных, существенно расширена пропускная способность линий, на много поднят уровень качества связи! Первая задача выполняется за счет использования xDSL-модемов, вторая – за счет использования уникальной кодировки информации, третья – за счет внедрения метода цифровой обработки сигнала. Таким образом, семейство xDSL достойно занимает свою нишу среди наиболее востребованных сетевых технологий.
В технологии PON при построении оптической сети используются два метода мультиплексирования: WDM мультиплексирование/ демультиплексирование и метод множественного доступа с разделением времени (TDMA). WDM мультиплексирование - это волновое спектральное уплотнение лазерного потока инфракрасных волн в одном волокне. Метод множественного (коллективного) доступа с временным разделением использует специальный механизм арбитража, исключающего случаи столкновения информационных потоков в общем канале передачи данных. Стандартно сети PON работают в интерфейсе с форматами Ethernet, обеспечивая на абонентском тракте “последняя миля” эффективное распределение пользовательских услуг по принципу “оптика в дом” (FTTH). Архитектура PON достаточно тривиальная. Имеется один активный центральный узел OLT (optical line terminal) с лазерным приемопередающим модулем (трансивером) и множество активных удаленных абонентских узлов ONT (optical network terminal, ITU-T) или ONU (optical network unit, IEEE) со своим лазерным приемопередающим модулем (трансивером). Между этими устройствами расположена полностью пассивная оптическая среда, не требующая электроэнергии и технического обслуживания и состоящая из оптических кабелей и оптических разветвителей. Внешним источником информации для OLT является Интернет-провайдер и кабельное телевидение. В центральном и в абонентских узлах встроены WDM мультиплексы и оборудование TDMA. От ядра OLT передаются нисходящие потоки, состоящие из WDM упакованных сигналов на длинах волн 1490 нм и 1550 нм с конкретной ONT-адресацией. Эти потоки приходят на каждое абонентское устройство, где информация отфильтровывается на предмет ONT-адрес с выходом на конкретного пользователя. Обратный (восходящий) поток от всех абонентских устройств передается на длине волны 1310 нм. Вот в этом потоке и используется способ множественного доступа с разделением времени, чтобы исключить возможность пересечения сигналов от разных пользователей. Все ONT синхронизируются от общего времязадающего источника и каждому ONT выделяется определенный временной домен. Узел ONT должен укладывать в свой буфер полученные от своего пользователя данные до тех пор, пока не придет его временной домен. Когда приходит его временной домен, ONT вбрасывает всю накопленную в буфере информацию в восходящий поток, который принимается центральным OLT-узлом, где этот поток демультиплексируется для дальнейшего выхода на Интернет-провайдер. Интерактивный поток на волнах 1490/1310нм через медиаконвертер и модем по витой паре подключается к компьютеру, IP-телефону. Исходящий поток на волне 1550нм обеспечивает работу кабельного телевидения. Расстояние между OLT и ONT узлами может доходить до 20 км. Количество ONT, которое может быть встроено в OLT-сеть, максимально составляет 64 узла.
В данной статье мы коснулись типовых технологий построения сетей передачи данных. Надеемся на понимание нашего читателя в том контексте, что из всего множества сетевых разработок были рассмотрены самые значимые и самые востребованные концепции.
Спасибо за понимание! Автор.
Передача данных по сети
http://www.do.rksi.ru/library/courses/kts/tema3_3.dbk
Ключевой термин: пакет.
Пакет - единица информации, передаваемой по компьютерной сети.
Второстепенные термины
адрес источника;
адрес местоназначения;
заголовок - часть пакета, содержащий следующую информацию:
данные - это часть пакета, содержащая собственно передаваемые данные;
трейлер (или концевик) - это часть пакета, содержащая информацию для проверки ошибок при приеме пакета.
Назначение пакетов
Данные обычно содержатся в больших по размерам файлах. Однако сети не будут нормально работать, если компьютер посылает этот блок данных целиком. Существует две причины, замедляющие работу сети при передаче по кабелю больших блоков данных.
Во-первых, такой блок, посылаемый одним компьютером, заполняет кабель и "связывает" работу всей сети, т.е. препятствует взаимодействию остальных сетевых компонентов.
Во-вторых, возникновение ошибок при передаче крупных блоков приводит к повторной передаче всего блока. А если поврежден небольшой блок данных, то требуется повторная передача именно этого небольшого блока, что значительно экономит время.
Чтобы быстро и легко, не тратя времени на ожидания, передавать по сети данные, надо разбить их на небольшие управляемые блоки. Эти блоки называются пакетами или кадрами. Хотя термины "пакет" и "кадр" синонимичны, полными синонимами они все-таки не являются. Существуют различия между этими терминами в компьютерных сетях некоторых типов.
Пакет - основная единица информации в компьютерных сетях. При разбиении данных на пакеты скорость их передачи возрастает настолько, что каждый компьютер в сети получает возможность принимать и передавать данные практически одновременно с остальными компьютерами. На целевом компьютере (компьютере-получателе) пакеты накапливаются и выстраиваются в должном порядке для восстановления исходного вида данных.
При разбиении данных на пакеты сетевая операционная система добавляет к каждому пакету специальную управляющую информацию. Она обеспечивает:
передачу исходных данных небольшими блоками;
сбор данных в надлежащем порядке (при их получении);
проверку данных на наличие ошибок (после сборки).
Структура пакета
Пакеты могут содержать несколько типов данных:
информацию (например, сообщения или файлы);
определенные виды данных и команд, управляющих компьютером (например, запросы к службам);
коды управления сеансом (например, запрос на повторную передачу для исправления ошибки).
Основные компоненты
Некоторые компоненты являются обязательными для всех типов пакетов:
адрес источника (source), идентифицирующий компьютер-отправитель;
передаваемые данные;
адрес местоназначения (destination), идентифицирующий компьютер-получатель;
инструкции сетевым компонентам о дальнейшем маршруте данных;
информация компьютеру-получателю о том, как объединить передаваемый пакет с остальными, чтобы получить данные в исходном виде;
информация для проверки ошибок, обеспечивающая корректность передачи.
Компоненты пакета группируются в три раздела: заголовок, данные и трейлер.
Рисунок 3.3.3. Компоненты пакета
Заголовок
Заголовок включает:
сигнал, "говорящий" о том, что передается пакет;
адрес источника;
адрес местоназначения;
информацию, синхронизирующую передачу.
Данные
Эта часть пакета - собственно передаваемые данные. В зависимости от типа сети ее размер может меняться. Но для большинства сетей он составляет от 512 байтов (0,5 Кб) до 4 Кб.
Так как обычно размер исходных данных гораздо больше 4 Кб, для помещения в пакет их необходимо разбивать на меньшие блоки. При передаче объемного файла может потребоваться много пакетов.
Трейлер
Содержимое трейлера зависит от метода связи, или протокола. Впрочем, чаще всего трейлер содержит информацию для проверки ошибок, называемую циклическим избыточным кодом (Cyclical Redundancy Check, CRC). CRC - это число, получаемое в результате математических преобразований над пакетом и исходной информацией. Когда пакет достигает местоназначения, эти преобразования повторяются. Если результат совпадает с CRC - пакет принят без ошибок. В противном случае - при передаче данные изменились, поэтому необходимо повторить передачу пакета.
Рисунок 3.3.4. Сформированный пакет
Формат и размер пакета зависят от типа сети. А максимальный размер пакета определяет, в свою очередь, количество пакетов, которое будет создано сетевой операционной системой для передачи большого блока данных.
Формирование пакетов
Процесс формирования пакета начинается на Прикладном уровне модели OSI, т.е. там, где "рождаются" данные. Информация, которую надо переслать по сети, проходит сверху вниз все семь уровней, начиная с Прикладного.
На каждом уровне компьютера-отправителя к блоку данных добавляется информация, предназначенная для соответствующего уровня компьютера-получателя. Например, информация, добавленная на Канальном уровне компьютера-отправителя, будет прочитана Канальным уровнем компьютера-получателя.
Рисунок 3.3.5. Формирование пакета
Транспортный уровень разбивает исходный блок данных на пакеты. Структура пакетов определяется протоколом, который используют два компьютера - получатель и отправитель. На Транспортном уровне, кроме того, к пакету добавляется информация, которая поможет компьютеру-получателю восстановить исходные данные из последовательности пакетов. Когда, завершив свой путь к кабелю, пакет проходит Физический уровень, он содержит информацию всех остальных шести уровней.
Адресация пакета
Большинство пакетов в сети адресуется конкретному компьютеру, и, как результат, только он один реагирует на них. Каждая плата сетевого адаптера "видит" все пакеты, передаваемые по сегменту кабеля, но только при совпадении адреса пакета с адресом компьютера она прерывает его работу. Используется также и широковещательная адресация (broadcast addressing). На пакет с таким типом адреса одновременно реагирует множество компьютеров в сети.
В крупномасштабных сетях, покрывающих огромные территории (или государства), предлагается несколько возможных маршрутов для передачи данных. Коммутирующие и соединяющие сетевые компоненты используют адресную информацию пакетов для определения наилучшего из маршрутов.
Сетевые компоненты используют адресную информацию пакетов и для других целей: чтобы направлять пакеты по местоназначению и не допускать их в те области сети, к которым они не относятся. В правильной рассылке пакетов ключевую роль играют две функции.
продвижение пакетов
Компьютер может отправить пакет на следующий подходящий сетевой компонент, основываясь на адресе из заголовка пакета.
фильтрация пакетов
Компьютер может отбирать определенные пакеты на основе некоторых критериев, например адреса.
Выводы по теме
Пакет - единица информации, передаваемой по компьютерной сети.
При разбиении данных на пакеты сетевая операционная система добавляет к каждому пакету специальную управляющую информацию.
Компоненты пакета группируются в три раздела: заголовок, данные и трейлер.
Формат и размер пакета зависят от типа сети.
Процесс формирования пакета начинается на Прикладном уровне модели OSI.
Информация, которую надо переслать по сети, проходит сверху вниз все семь уровней, начиная с Прикладного.
На каждом уровне компьютера-отправителя к блоку данных добавляется информация, предназначенная для соответствующего уровня компьютера-получателя.
Большинство пакетов в сети адресуется конкретному компьютеру, и, как результат, только он один реагирует на них.
Используется также и широковещательная адресация (broadcast addressing). На пакет с таким типом адреса одновременно реагирует множество компьютеров в сети.
Вопросы для самоконтроля
Объясните термин: "пакет".
Для чего данные, передаваемые по компьютерной сети, разбивают на пакеты?
Какую функцию играет специальная управляющая информация, которую сетевая операционная система добавляет к каждому пакету?
Какова структура пакета?
Что означает термин "продвижение" пакетов?
Что означает термин "фильтрация" пакетов?
Расширяющий блок
Структура IP-пакета
IP-пакет состоит из заголовка и поля данных. Заголовок, как правило, имеющий длину 20 байт, имеет следующую структуру (рис. 3.3.7).
Поле Номер версии (Version), занимающее 4 бит, указывает версию протокола IP. Сейчас повсеместно используется версия 4 (IPv4), и готовится переход на версию 6 (IPv6).
Поле Длина заголовка (IHL) IP-пакета занимает 4 бит и указывает значение длины заголовка, измеренное в 32-битовых словах. Обычно заголовок имеет длину в 20 байт (пять 32-битовых слов), но при увеличении объема служебной информации эта длина может быть увеличена за счет использования дополнительных байт в поле Опции (IP Options). Наибольший заголовок занимает 60 октетов.
Поле Тип сервиса (Type of Service) занимает один байт и задает приоритетность пакета и вид критерия выбора маршрута. Первые три бита этого поля образуют подполе приоритета пакета (Precedence). Приоритет может иметь значения от самого низкого - 0 (нормальный пакет) до самого высокого - 7 (пакет управляющей информации). Маршрутизаторы и компьютеры могут принимать во внимание приоритет пакета и обрабатывать более важные пакеты в первую очередь. Поле Тип сервиса содержит также три бита, определяющие критерий выбора маршрута. Реально выбор осуществляется между тремя альтернативами: малой задержкой, высокой достоверностью и высокой пропускной способностью. Установленный бит D (delay) говорит о том, что маршрут должен выбираться для минимизации задержки доставки данного пакета, бит Т - для максимизации пропускной способности, а бит R - для максимизации надежности доставки. Во многих сетях улучшение одного из этих параметров связано с ухудшением другого, кроме того, обработка каждого из них требует дополнительных вычислительных затрат. Поэтому редко, когда имеет смысл устанавливать одновременно хотя бы два из этих трех критериев выбора маршрута. Зарезервированные биты имеют нулевое значение.
Рисунок 3.3.6. Структура заголовка IP-пакета
Поле Общая длина (Total Length) занимает 2 байта и означает общую длину пакета с учетом заголовка и поля данных. Максимальная длина пакета ограничена разрядностью поля, определяющего эту величину, и составляет 65 535 байт, однако в большинстве хост-компьютеров и сетей столь большие пакеты не используются. При передаче по сетям различного типа длина пакета выбирается с учетом максимальной длины пакета протокола нижнего уровня, несущего IP-пакеты. Если это кадры Ethernet, то выбираются пакеты с максимальной длиной в 1500 байт, умещающиеся в поле данных кадра Ethernet. В стандарте предусматривается, что все хосты должны быть готовы принимать пакеты вплоть до 576 байт длиной (приходят ли они целиком или по фрагментам). Хостам рекомендуется отправлять пакеты размером более чем 576 байт, только если они уверены, что принимающий хост или промежуточная сеть готовы обслуживать пакеты такого размера.
Поле Идентификатор пакета (Identification) занимает 2 байта и используется для распознавания пакетов, образовавшихся путем фрагментации исходного пакета. Все фрагменты должны иметь одинаковое значение этого поля.
Поле Флаги (Flags) занимает 3 бита и содержит признаки, связанные с фрагментацией. Установленный бит DF (Do not Fragment) запрещает маршрутизатору фрагментировать данный пакет, а установленный бит MF (More Fragments) говорит о том, что данный пакет является промежуточным (не последний) фрагментом. Оставшийся бит зарезервирован.
Поле Смещение фрагмента (Fragment Offset) занимает 13 бит и задает смещение в байтах поля данных этого пакета от начала общего поля данных исходного пакета, подвергнутого фрагментации. Используется при сборке/разборке фрагментов пакетов при передачах их между сетями с различными величинами MTU. Смещение должно быть кратно 8 байт.
Поле Время жизни (Time to Live) занимает один байт и означает предельный срок, в течение которого пакет может перемещаться по сети. Время жизни данного пакета измеряется в секундах и задается источником передачи. На маршрутизаторах и в других узлах сети по истечении каждой секунды из текущего времени жизни вычитается единица; единица вычитается и в том случае, когда время задержки меньше секунды. Поскольку современные маршрутизаторы редко обрабатывают пакет дольше, чем за одну секунду, то время жизни можно считать равным максимальному числу узлов, которые разрешено пройти данному пакету до того, как он достигнет места назначения. Если параметр времени жизни станет нулевым до того, как пакет достигнет получателя, этот пакет будет уничтожен. Время жизни можно рассматривать как часовой механизм самоуничтожения. Значение этого поля изменяется при обработке заголовка IP-пакета.
Идентификатор Протокол верхнего уровня (Protocol) занимает один байт и указывает, какому протоколу верхнего уровня принадлежит информация, размещенная в поле данных пакета (например, это могут быть сегменты протокола TCP, дейтаграммы UDP, пакеты ICMP или OSPF). Значения идентификаторов для различных протоколов приводятся в документе RFC "Assigned Numbers".
Контрольная сумма (Header Checksum) занимает 2 байта и рассчитывается только по заголовку. Поскольку некоторые поля заголовка меняют свое значение в процессе передачи пакета по сети (например, время жизни), контрольная сумма проверяется и повторно рассчитывается при каждой обработке IP-заголовка. Контрольная сумма - 16 бит - подсчитывается как дополнение к сумме всех 16-битовых слов заголовка. При вычислении контрольной суммы значение самого поля "контрольная сумма" устанавливается в нуль. Если контрольная сумма неверна, то пакет будет отброшен, как только ошибка будет обнаружена.
Поля IP-адрес источника (Source IP Address) и IP-адрес назначения (Destination IP Address) имеют одинаковую длину - 32 бита - и одинаковую структуру.
Поле Опции (IP Options) является необязательным и используется обычно только при отладке сети. Механизм опций предоставляет функции управления, которые необходимы или просто полезны при определенных ситуациях, однако он не нужен при обычных коммуникациях. Это поле состоит из нескольких подполей, каждое из которых может быть одного из восьми предопределенных типов. В этих подполях можно указывать точный маршрут прохождения маршрутизаторов, регистрировать проходимые пакетом маршрутизаторы, помещать данные системы безопасности, а также временные отметки. Так как число подполей может быть произвольным, то в конце поля Опции должно быть добавлено несколько байт для выравнивания заголовка пакета по 32-битной границе.
Поле Выравнивание (Padding) используется для того, чтобы убедиться в том, что IP-заголовок заканчивается на 32-битной границе. Выравнивание осуществляется нулями.
Формат пакета протокола IPX
Пакет протокола IPX имеет гораздо более простую структуру по сравнению с пакетом IP, что, собственно, и отражает меньшие функциональные возможности протокола IPX.
IPX-пакет имеет следующие поля.
Контрольная сумма (Checksum) - это 2-байтовое поле, являющееся "пережитком прошлого", которое протокол IPX ведет от протокола ГОР стека Xerox. Так как низкоуровневые протоколы (например, Ethernet) всегда выполняют проверку контрольных сумм, то IPX не использует это поле и всегда устанавливает его в единицы.
Длина (Length) занимает 2 байта и задает размер всего пакета, включая IPX-заголовок и поле данных. Самый короткий пакет - 30 байт - включает только IPX-заголовок, а рекомендуемый максимально большой - 576 байт - включает IPX-заголовок плюс 546 байт данных. Максимальный размер пакета в 576 байт соответствует рекомендациям стандартов Internet для составных сетей. Протокол IPX вычисляет значение этого поля, основываясь на информации, предоставляемой прикладной программой при вызове функции IPX. IPX-пакет может превосходить рекомендуемый максимум в 576 байт, что и происходит в локальных сетях Ethernet, где используются IPX-пакеты в 1500 байт с полем данных в 1470 байт.
Управление транспортом (Transport control) имеет длину 8 бит. Это поле определяет время жизни пакета в хопах. IPX-пакет может пересечь до 15 маршрутизаторов. Протокол IPX устанавливает это однобайтовое поле в 0 до начала передачи, а затем увеличивает его на 1 каждый раз, когда пакет проходит через маршрутизатор. Eu,ui счетчик превысит 15, то пакет аннулируется.
Тип пакета (Packet type) имеет длину 8 бит. Фирма Xerox определила в свое время определенные значения для различных типов пакетов: прикладные программы, посылающие IPX-пакеты, должны устанавливать это поле в значение, равное 4. Значение 5 соответствует служебным IPX-пакетам, используемым протоколом SPX в качестве служебных сообщений. Значение 17 указывает на то, что в поле данных IPX-пакета находится сообщение протокола NetWare Core Protocol (NCP) - основного протокола файловой службы NetWare.
Адрес назначения (Destination address) - состоит из трех полей: номера сети назначения, номера узла назначения, номера сокета назначения. Эти поля занимают соответственно 4, 6 и 2 байта.
Адрес отправителя (Source address) - номер исходной сети, номер исходного узла, номер исходного сокета. Аналогичны адресным полям назначения.
Поле данных (Data). Может занимать от 0 до 546 байт. Поле данных нулевой длины может использоваться в служебных пакетах, например, для подтверждения получения предыдущего пакета.
Из анализа формата пакета можно сделать некоторые выводы об ограничениях протокола IPX.
Отсутствует возможность динамической фрагментации на сетевом уровне. В IPX-пакете нет полей, с помощью которых маршрутизатор может разбить слишком большой пакет на части. При передаче пакета в сеть с меньшим значением MTU IPX-маршрутизатор отбрасывает пакет. Протокол верхнего уровня, например NCP, должен последовательно уменьшать размер пакета до тех пор, пока не получит на него положительную квитанцию.
Большие накладные расхдды на служебную информацию. Сравнительно небольшая максимальная длина поля данных IPX-пакета (546 байт при длине заголовка 30 байт) приводит к тому, что как минимум 5 % данных являются служебными.
Время жизни пакета ограничено числом 15, что может оказаться недостаточным для большой сети (для сравнения, в IP-сетях пакет может пройти до 255 промежуточных маршрутизаторов).
Отсутствует поле качества сервиса, что не позволяет маршрутизаторам автоматически подстраиваться к требованиям приложения к качеству передачи трафика.
Кроме того, некоторые недостатки сетей Novell связаны не с протоколом IPX, a со свойствами других протоколов стека IPX/SPX. Многие недостатки проявляются при работе стека IPX/SPX на медленных глобальных линиях связи, и это закономерно, так как ОС NetWare оптимизировалась для работы в локальной сети.
Например, неэффективная работа по восстановлению потерянных и искаженных пакетов на низкоскоростных глобальных каналах обусловлена тем, что протокол NCP, который выполняет эту работу, использует метод получения квитанций с простоями. В локальных сетях со скоростью 10 Мбит/с такой метод работал вполне эффективно, а на медленных каналах время ожидания квитанции заметно тормозит работу передающего узла.
В версиях ОС NetWare до 4.0 соответствие символьных имен серверов их сетевым адресам устанавливалось только с помощью широковещательного протокола Service Advertising Protocol (SAP). Однако широковещательные рассылки заметно засоряют медленные глобальные каналы. Модернизируя свой стек для применения в крупных корпоративных сетях, компания Novell использует теперь справочную службу NDS (NetWare Directory Services) для нахождения разнообразной информации об имеющихся в сети ресурсах и службах, в том числе и о соответствии имени сервера его сетевому адресу. Так как служба NDS поддерживается только серверами с версией NetWare 4.x и выше, то для работы с версиями NetWare 3.x маршрутизаторы распознают SAP-пакеты по номеру их сокета и передают их на все порты, имитируя широковещательные рассылки локальной сети, на что тратится значительная часть пропускной способности медленных глобальных линий. Кроме того, такая "псевдошироковещательность" сводит на нет изоляцию сетей от некорректных SAP-пакетов.
В последних версиях своей операционной системы NetWare компания Novell значительно модифицировала свой стек для того, чтобы он мог более эффективно использоваться в крупных составных сетях.
Служба NDS позволяет отказаться от широковещательного протокола SAP. Служба NDS основана на иерархической распределенной базе данных, хранящей информацию о пользователях и разделяемых ресурсах сети. Приложения обращаются к этой службе по протоколу прикладного уровня NDS.
Добавлен модуль для реализации метода скользящего окна - так называемый Burst Mode Protocol NLM.
Добавлен модуль для поддержки длинных IPX-пакетов в глобальных сетях -Large Internet Packet NLM.
Кроме того, постоянное повышение быстродействия глобальных служб уменьшает недостатки оригинальных протоколов стека IPX/SPX, что позволяет некоторым обозревателям говорить об успешной работе операционной системы NetWare в глобальных сетях и без указанных нововведений.
Мы рассматривали историю развития компьютерных сетей. Рассмотрели все важные этапы становления сети Интернет и общие принципы ее работы.
Сегодняшняя наша тема будет называться: технологии передачи данных в сетях . Естественно, прежде всего, - компьютерных. В рамках данной статьи мы также рассмотрим основные средства передачи данных (понятия физических и логических интерфейсов), разберем основные технологии кодирования сигнала при его передаче, характеристики линий связи, а также - механизмы защиты от потерь.
Итак! Для чего существует сеть? Правильно, - для передачи по ней данных (информации). А как передается (распространяется) эта самая информация? Правильно, - через определенную среду передачи (кабельную инфраструктуру или - в диапазоне беспроводной связи).
Технологии передачи данных в своей работе используют (в зависимости от конкретной их реализации) различные физические интерфейсы.
Примечание: интерфейс это - физическая (или логическая) граница при взаимодействии нескольких независимых объектов - своеобразная прослойка между ними.
Интерфейсы делятся на две категории:
- физические интерфейсы
- интерфейсы логические
Физический интерфейс это - конечный порт подключения (разъем с группой электрических контактов). Например - интерфейс . А пара портов , соединенная с помощью разъемов и кабеля называется линией (каналом) передачи данных.
Логический интерфейс - это набор правил (протокол), который определяет саму логику обмена данными между связанными линией (сетью) устройствами.
Организация передачи данных в компьютерной сети происходит в тесном взаимодействии этих двух интерфейсов: физический компонент (сетевая карта) и логический (ее драйвер).
Обязательным условием для успешной реализации любой из технологий передачи данных является присутствие в потоке данных дополнительного компонента - протокола передачи .
Протокол передачи на логическом уровне представляет собой набор правил, которые определяют обмен данными между различными приложениями или устройствами. Эти правила задают единый способ передачи сообщений и обработки ошибок передачи. На физическом уровне протокол это - набор служебных данных, прикрепляющихся к основным пакетам (кадрам) информации, без которых просто невозможно эффективное взаимодействие в сети.
Протокол должен абстрагироваться (игнорировать) конкретную среду передачи, его задача - обеспечивать надежную связь между узлами в коммутационном облаке .
Давайте рассмотрим сам процесс организации передачи данных более подробно!
Сначала происходит вот что: приложение (программа) обращается к ОС за разрешением для сетевого взаимодействия с другим устройством (принтером, удаленным компьютером, камерой наблюдения и т.д.) Операционная система дает команду драйверу сетевой карты, который загружает в буфер карты первую порцию данных и инициирует работу интерфейса на передачу
На другом конце линии (сети) удаленное устройство принимает в буфер своей сетевой карты поступающие данные. После окончания передачи протокол проверяет нет ли в передаваемых частях (пакетах) данных ошибок (если надо запрашивает их повторную передачу) и загружает принятые данные из буфера карты в заранее зарезервированное пространство оперативной памяти. Оттуда уже конечное приложение (программа) извлекает информацию и работает с ней.
Вот - схемка, для наглядности (кликабельно):
На основании всего сказано выше, можно сделать такой вывод: технологии построения сети сводятся к тому, чтобы связать между собой удаленные устройства электрически и информационно! Т.е. - создать физическую среду передачи (кабель, беспроводная связь) и обеспечить общий протокол передачи данных по сети.
Клиент это - модуль (программа, служба, отдельный компьютер), служащий для формирования и передачи сообщений (запросов) к ресурсам удаленного устройства (серверу), с последующим приемом результатов от него и передачей их соответствующим приложениям на клиенте.
Сервер это - модуль (программа, служба...), который постоянно ожидает прихода из сети запросов от клиентов и обслуживающий (с участием локальной ОС) эти запросы.
Один сервер может обслуживать сразу множество клиентов.. Вот - еще пример: база данных, с которой работают клиенты. На них установлены клиентские модули программ, которые подключаются к базе и поддерживают только графический интерфейс работы с ней. Все вычисления и обработка, при этом, происходят на сервере и с использованием его ресурсов.
Познакомимся еще с одним определением! Клиент-серверная составляющая, которая предоставляет доступ к какому-то ресурсу компьютера через сеть называется сетевой службой . Причем, каждая служба связана с определенным типом сетевых ресурсов.
Например: служба печати позволяет нам распечатывать документы на сетевом принтере, а файловая служба - получать доступ к данным, находящимся на удаленных компьютерах. Для серфинга по Интернету есть своя веб-служба, которая состоит из серверной части (веб-сервера) и клиентской (веб-браузера) пользователя (IE, Opera, Firefox и т.д.)
В свете всего сказанного выше, технологии передачи данных должны опираться не просто на операционные системы, а на сетевые ОС, которые предоставляют пользователю доступ к информационным и аппаратным ресурсам других компьютеров. Причем эти операционные системы, согласно изложенным выше определениям, также делятся на два больших класса: серверные и клиентские ОС.
Клиентские системы обращаются, в основном, с запросами к серверным компонентам других компьютеров а серверные компоненты серверной ОС предоставляют эти услуги. Конечно, на данный момент, практически любая современная ОС способна выполнять как роль клиента, так и сервера. Серверные системы просто изначально созданы из расчета обслуживания ими максимального количества обращений и обладают лучшей отказоустойчивостью (надежностью).
Вот, к примеру, какая "игрушка" стоит у нас в серверной:
Но о ней - в другой раз:)
Давайте теперь с Вами поговорим вот о чем: современные (цифровые) технологии передачи сигнала связаны с его преобразованием (кодированием). Зачем нам это нужно? На то есть несколько причин:
- Предотвращение ошибок передачи данных (за счет уверенного распознавания сигнала принимающей стороной)
- Данные передаются быстрее (за счет более высокой плотности полезной информации в потоке)
Как видите, это - уже две весьма веские причины для того, чтобы уделить методам кодирования должное внимание:)
На фото ниже представлено два сигнала: аналоговый (красная линия) и цифровой (черные "ступеньки")
В данном случае аналоговая последовательность была оцифрована (дискретизирована) с определенной частотой. Чем выше будет частота дискритизации, тем меньший шаг будут иметь наши "ступеньки" и тем более похож будет оцифрованный сигнал на исходный (красный).
Похожие процессы происходят и при дискретизации (оцифровке) нашего голоса, снимаемого со входа микрофона .
В вычислительной технике используется двоичный код . Внутри компьютера это эквивалентно двум состояниям: наличию и отсутствию электрического напряжения (логический «ноль» или «единица»). Здесь - все просто: есть ток - "единица", нету - "ноль".
Современные технологии передачи данных позволяют производить кодирование сигнала и другими (более эффективными) способами. Но прежде, - еще одна небольшая классификация. По способу реализации процедура делится на:
- Физическое кодирование сигнала
- и - логическое (на более высоком уровне - поверх физического)
Давайте сначала обзорно рассмотрим первый пункт. Есть, к примеру, потенциальный способ кодирования , при котором единице соответствует один уровень напряжения (один потенциал), а нулю - другой. А при импульсном способе , для представления цифр используются импульсы разной полярности.
Для технологии кодирования определенная проблема при передаче данных состоит в том, что внешние (по отношению к самому компьютеру) линии передачи данных могут быть растянуты на большие расстояния и подвержены воздействию различных помех и наводок. Это приводит к искажению эталонных прямоугольных импульсов передачи сигнала и нужны новые (надежные) алгоритмы его кодирования и передачи.
В вычислительных сетях применяется как потенциальное , так и импульсное кодирование. Также применяется и такой способ передачи данных, как модуляция .
При модуляции дискретные данные передаются с помощью синусоидального сигнала той частоты, которую хорошо передает имеющаяся в распоряжении линия связи.
Первые два варианта преобразования применяются для линий высокого качества, а модуляция используется в каналах с сильными искажениями сигнала. Модуляция, к примеру, используется в глобальных сетях при передаче трафика через аналоговые телефонные каналы связи, которые были разработаны специально для передачи голоса (аналоговой составляющей) и поэтому плохо подходят для передачи цифровых импульсов.
На сам способ передачи оказывает влияние и такая вещь, как количество проводников (жил) в линиях связи. Для снижения их стоимости количество проводов, зачастую, снижается. При такой технологии передача данных осуществляется последовательно, а не параллельно (как это принято для линий связи внутри компьютера).
К способам кодирования на физическом уровне относятся такие алгоритмы, как NRZ (Non Return Zero), Манчестерский код (Manchester ), MLT-3 (Multi Level Transmission) и ряд других. Не вижу особого смысла останавливаться на них подробно, если будет интересно - Вы всегда сможете почитать о них в Интернете. Короче, я - отмазался! :)
Давайте пару слов скажем и о логическом кодировании. Как можно понять из названия, оно осуществляется по верху физического (накладываясь на него) и служит для обеспечения дополнительной надежности при передаче данных. Каким же образом?
Например: если характер передаваемого сигнала долгое время не изменяется (при передаче длинных последовательностей логических нулей или единиц) приемник может ошибиться при считывании очередного бита информации. Он просто не сможет разложить общий поток данных на отдельные составляющие и, как следствие, - правильно собрать в своем буфере из них исходную структуру.
Логическое кодирование (которому подвергается исходная последовательность данных) внедряет в длинные последовательности бит свои биты с противоположным значением, или - вообще заменяет их другими последовательностями. Кроме того, оно позволяет улучшить спектральные характеристики сигнала, в целом - упростить его расшифровку, а кроме того - передавать в общем потоке дополнительные служебные сигналы управления.
В основном, для логического преобразования применяются три технологии:
- вставка бит (bit stuffing)
- избыточное кодирование
- скремблирование
Также - не останавливаюсь отдельно (чтобы не занудить) :) основную идею Вы, надеюсь, уловили!
Коротко отчитаюсь следующим скриншотом:
На нем Вы можете видеть, как выглядит один и тот же сигнал, при наложении на него различных алгоритмов:
Технологии передачи данных имеют еще ряд проблем, с которыми приходится бороться. И одна из них - проблема взаимной синхронизации передатчика одного компьютера и приемника другого. Согласитесь, что сложно будет разобраться в потоке данных, если два устройства начнут генерировать его одновременно "навстречу" друг другу. Начнется бардак! :)
Проблема же синхронизации удаленных компьютеров может решаться разными способами: путем обмена специальными тактовыми синхроимпульсами или же - передачей служебных данных, не имеющих отношения к основному потоку информации. Один из стандартных приемов, служащий для повышения надежности передачи это - подсчет контрольной суммы каждого байта (блока байтов) и передача этого значения принимающей стороне.
Примечание: контрольная сумма это - некоторое значение, рассчитанное путем "наложения" на данные определённого алгоритма и используемое для проверки их целостности при передаче. Контрольные суммы могут использоваться для быстрого сравнения двух наборов данных на их идентичность. Отличающиеся данные будут иметь разные контрольные суммы..
Еще одна технология подтверждения целостности данных это - обмен между взаимодействующими устройствами служебными сигналами-квитанциями , подтверждающими правильность приема. Зачастую эта функция по умолчанию включается в сам протокол сетевого взаимодействия.
Технологии передачи данных подразумевают передачу информации от одного компьютера к другому - в обеих направлениях. Даже в том случае, когда нам кажется, что мы только принимаем данные (например - скачиваем музыку), то на самом деле - обмен идет в двух направлениях. Просто есть основной поток данных (который интересует нас - музыка) и вспомогательный (служебный), идущий в обратном направлении, образуемый квитанциями об успешной (или не успешной) передаче.
В зависимости от того, могут ли они передавать данные в обоих направлениях или нет, физические каналы делятся на несколько видов:
- Дуплексный канал - обеспечивает одновременную передачу информации в обоих направлениях Дуплекс может состоять из двух независимых физических сред (один проводник на прием, второй - на передачу). Возможен и вариант, при котором одна среда используется для обеспечения дуплексного режима работы. В этом случае на клиентах применяются дополнительные алгоритмы выделения каждого потока данных из общего массива информации.
- Полудуплексный канал - также обеспечивает передачу в обоих направлениях, но не одновременно, а - по очереди. Т.е. в течение определенного времени данные передаются в одном направлении, а затем - в обратном.
- Симплексный канал - позволяет передавать информацию только в одном направлении. Дуплексный может состоять из двух симплексных каналов.
Ой, что-то много букв получилось:) Думаю, на сегодня - достаточно, будем продвигаться постепенно. В следующих статьях обязательно продолжим наше знакомство с , а пока что - до свидания, и - до следующих статей!
В завершение, посмотрите тематическое видео:
Корпоративная сеть передачи данных – это телекоммуникационная сеть, объединяющая в единое информационное пространство все структурные подразделения компании.
Для предприятия любого масштаба решение задачи быстрого, надежного и экономичного обмена данными становится все более актуальным. С каждым днем объем информации, передаваемый внутри организации, увеличивается (особенно, если офисы расположены в различных районах города и края). Это связано с высокой скоростью ее обработки и с возросшими потребностями внедрения во внешние сети, такие как Интернет.
Основой для создания единого информационного пространства предприятия становится защищенная корпоративная сеть с полным спектром телекоммуникационных услуг.
Основные задачи, которые решает внедрение корпоративной сети:
Взаимодействие системных (специальных, адаптированных к конкретной задаче) приложений, расположенных в различных узлах, доступ к ним удаленных пользователей;
- уменьшение времени на передачу информации между офисами (электронная почта, системы документооборота);
- модернизация и объединение разрозненных участков сети в единую территориально распределенную сеть. Создание единого информационного пространства;
- замена существующих подключений к сетям операторов связи и сети Интернет на единое централизованное подключение;
- проведения аудио- и видеоконференций.
Корпоративная сеть, как правило, является территориально распределенной, т.е. объединяющей офисы, подразделения и другие структуры, находящиеся на значительном удалении друг от друга. Часто узлы корпоративной сети оказываются расположенными в различных городах, а иногда и странах. Принципы, по которым строится такая сеть, достаточно сильно отличаются от тех, что используются при создании локальной сети, даже охватывающей несколько зданий. Основное отличие состоит в том, что территориально распределенные сети используют арендованные линии связи.
Если при создании локальной сети основные затраты приходятся на закупку оборудования и прокладку кабеля, то в территориально-распределенных сетях наиболее существенным элементом стоимости оказывается арендная плата за использование каналов. Это ограничение является принципиальным, и при проектировании корпоративной сети следует предпринимать все меры для минимизации объемов передаваемых данных. В остальном же корпоративная сеть не должна вносить ограничений на то, какие именно приложения и каким образом обрабатывают переносимую по ней информацию. Под приложениями мы здесь понимаем как системное программное обеспечение - базы данных, почтовые системы, вычислительные ресурсы, файловый сервис - так и средства, с которыми работает конечный пользователь.
При построении территориально распределенной сети для подключения удаленных пользователей самым простым и доступным вариантом является использование телефонной связи. Там, где это возможно, могут использоваться сети ISDN. Для объединения узлов сети, в большинстве случаев, используются глобальные сети передачи данных. Но лучшим вариантом подключения является использование выделенных линий, это позволяет уменьшить количество необходимых каналов связи и - что немаловажно - обеспечить совместимость системы с существующими глобальными сетями.
Корпоративная сеть - это достаточно сложная структура, использующая различные типы связи, коммуникационные протоколы и способы подключения ресурсов.
Все оборудование сетей передачи данных можно условно разделить на два больших класса - периферийное, которое используется для подключения к сети оконечных узлов, и магистральное или опорное, реализующее основные функции сети (коммутацию каналов, маршрутизацию и т.д). Следует отметить, что к магистральному оборудованию обычно предъявляются повышенные требования в части надежности, производительности, количества портов и дальнейшей расширяемости. Периферийное оборудование является необходимым компонентом всякой корпоративной сети. Функции же магистральных узлов может брать на себя глобальная сеть передачи данных, к которой подключаются ресурсы. Как правило, магистральные узлы в составе корпоративной сети появляются только в тех случаях, когда используются арендованные каналы связи или создаются собственные узлы доступа.
Периферийное оборудование корпоративных сетей это маршрутизаторы (routers), служащие для объединения однородных LAN (как правило, IP или IPX) через глобальные сети передачи данных. Маршрутизаторы могут быть выполнены как в виде автономных устройств, так и программными средствами на базе компьютеров и специальных коммуникационных адаптеров.
Корпоративная сеть передачи данных может быть построена для компании имеющей территориально распределенную сеть филиалов обеспечивающих распределенные сбор и обработку информации, которая регулярно передается в главный офис по междугородним коммутируемым линиям. Все сотрудники компании используют телефонную связь как между собой внутри компании, так и с представителями сторонних организаций. Построение корпоративной сети позволит снизить затраты на телефонную связь между филиалами компании. Телефонные звонки между подразделениями (передача собранных данных, обновления баз данных, междугородные телефонные разговоры) будут передаваться по каналам корпоративной сети передачи данных и не приводить к счетам за междугородние переговоры. Так же КСПД позволяет обновлять базы данных в реальном режиме времени, вести конфиденциальную внутрикорпоративную переписку, передавать срочную и важную информацию без задержек.
Передача данных в компьютерных сетях
БАЛТИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра Н10
Реферат
"Передача данных в компьютерной сети"
Выполнил: студент гр. Р-132
Давлетшин А.К.
Преподаватель: Морозов С.М
Санкт-Петербург
Введение…………………………………………………………………………………….…2
Немного о прошлом………………………………………………………………………..….3
Основы технологии internet…………………………………………………………………..5
Семейство протоколов TCP/IP…………………………………………………………….…8
Адресация в сети……………………………………………………………………………..11
…и о будущем………………………………………………………………………………..13
Список литературы…………………………………………………………………………..14
Введение.
Благодаря возникновению и развитию сетей передачи данных появился новый, высокоэффективный способ взаимодействия между людьми. Первоначально сети использовались главным образом для научных исследований, но затем они стали проникать буквально во все области человеческой деятельности. При этом большинство сетей существовало совершенно независимо друг от друга, решая конкретные задачи для конкретных групп пользователей. В соответствии с этими задачами выбирались те или иные сетевые технологии и аппаратное обеспечение. Построить универсальную физическую сеть мирового масштаба из однотипной аппаратуры просто невозможно, поскольку такая сеть не могла бы удовлетворять потребности всех ее потенциальных пользователей. Одним нужна высокоскоростная сеть для соединения машин в пределах здания, а другим - надежные коммуникации между компьютерами, разнесенными на сотни километров. Тогда возникла идея объединить множество физических сетей в единую глобальную сеть, в которой использовались бы как соединения на физическом уровне, так и новый набор специальных "соглашений" или протоколов. Эта технология, получившая название internet , должна была позволить компьютерам "общаться" друг с другом независимо от того, к какой сети и каким образом они подсоединены.
Осознав важность идеи internet, несколько правительственных организаций в США стали работать над ее реализацией. И наибольшего успеха в этом добилось агентство Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), создавшее стек протоколов TCP/IP. Возникший в конце 60-х гг. как проект объединения сетей нескольких крупных исследовательских организаций, в наше время TCP/IP стал одним из наиболее популярных протоколов сетевого взаимодействия и стандартом de facto для реализации глобальных сетевых соединений. Сеть Internet - это одна из реализаций технологии internet, которая объединяет около 10 млн. компьютеров по всему миру, которые взаимодействуют друг с другом с помощью стека протоколов TCP/IP.
Серия протоколов TCP/IP - яркий пример открытой системы в том смысле, что, в отличие от протоколов, используемых в коммуникационных системах разных поставщиков, все спецификации этого стека протоколов и многие из его реализаций общедоступны (предоставляются бесплатно или за символическую цену). Это позволяет любому разработчику создавать свое программное обеспечение, необходимое для взаимодействия по Internet. TCP/IP привлекает своей масштабируемостью, предоставляя одинаковые возможности глобальным и локальным сетям.
Немного о прошлом...
Работа над созданием технологии internet была начата в DARPA в середине 70-х годов. А в 1977-1979 гг. архитектура и протоколы TCP/IP приобрели современный вид. К этому времени агентство DARPA уже стало одним из лидеров в исследовании и разработке сетей с коммутацией пакетов и реализовало немало новых идей в этой области в своей сети ARPANET. Бурное развитие разнообразных сетевых технологий, в том числе беспроводных радиосетей и спутниковых каналов связи, стимулировало активность DARPA в исследовании проблем межсетевого взаимодействия и реализации принципов internet в ARPANET.
DARPA не делало тайны из своей деятельности в этом направлении, поэтому разнообразные научные группы проявляли большой интерес к разработкам технологии глобальной сети сетей, особенно те исследователи, которые уже имели опыт использования принципов коммутации пакетов в сети ARPANET. DARPA инициировало ряд неформальных встреч, во время которых ученые обменивались новыми идеями и обсуждали результаты экспериментов. К 1979 г. в работу по созданию TCP/IP оказались вовлечены такие значительные силы, что было принято решение о создании неформального комитета для координации и руководства процессом разработки протоколов и архитектуры сети Internet. Получившая название Internet Control and Configuration Board (ICCB), эта группа существовала и регулярно работала до 1983 г., когда она была реорганизована.
Начало 80-х гг. - время зарождения реальной сети Internet. В эти годы DARPA инициировало перевод машин, подсоединенных к его исследовательским сетям, на использование стека TCP/IP. ARPANET стала магистральной сетью Internet и активно использовалась для многочисленных экспериментов с TCP/IP. Окончательный переход к технологии internet произошел в январе 1983 г. В это же время сеть ARPANET была разбита на две независимые части. Одна из них предназначалась для исследовательских целей, и за ней было оставлено название ARPANET; вторая, несколько большая по масштабу сеть MILNET, должна была отвечать за военные коммуникации.
Для того чтобы стимулировать адаптацию и использование новых протоколов в университетских кругах, DARPA сделало реализацию TCP/IP доступной, предлагая ее за низкую цену. В это время большинство факультетов, занимающихся исследованиями в компьютерной области, использовало версию ОС Unix от Berkeley Software Distribution (Berkeley Unix, или BSD Unix) университета шт. Калифорния в Беркли. Субсидировав компанию Bolt Beranek and Newman (BBN) с целью реализации ею протоколов TCP/IP для использования вместе с Unix, а также университет в Беркли для интеграции этих протоколов в свою версию популярной операционной системы, DARPA добилось того, что более 90% компьютерных факультетов университетов адаптировали новую сетевую технологию. Версия BSD стала стандартом de facto для реализаций стека протоколов TCP/IP. Такую большую популярность она приобрела во многом благодаря тому, что обеспечивает больше, чем просто базовые internet-протоколы. Помимо стандартных прикладных программ TCP/IP, BSD предоставляет набор сетевых утилит, сходных с Unix-службами, используемыми на автономной машине. Основное преимущество этих утилит состоит в том, что они аналогичны стандартным средствам Unix. Сейчас поддержку стека протоколов TCP/IP встраивают в свои операционные системы многие компании, в том числе Microsoft, Novell и Apple. Большое количество независимых поставщиков работает над продуктами, расширяющими возможности TCP/IP, добавляя поддержку интерактивных приложений, защиту информации, речевую почту и средства коллективной работы.
Но вернемся в начало прошлого десятилетия. Сетевые коммуникации становятся критически важной составляющей научных исследований. Осознав этот факт, National Science Foundation приняла активное участие в расширении Internet с целью сделать стек TCP/IP доступным максимальному числу исследовательских организаций. С 1985 г. NSF реализовывала программу создания сетей вокруг шести своих суперкомпьютерных центров. В 1986 г. была создана магистральная сеть NSFNET, которая в конце концов, объединила все эти центры и связала их с ARPANET.
К началу 90-х гг. Internet объединяла уже сотни отдельных сетей в США и Европе. К мировой Сети помимо научных институтов и университетов стали подключаться компьютерные компании и большие корпорации нефтяной, автомобильной и электронной индустрии, а также телефонные компании. Кроме того, многие организации использовали TCP/IP для создания своих корпоративных сетей, которые не являются компонентами большой Internet. В наши же дни Internet проникает буквально во все сферы человеческой жизни, и сейчас уже всерьез говорят о влиянии мировой сети на наше мировоззрение и мировосприятие.
Основы технологии internet.
Итак, создатели технологии internet исходили из двух основополагающих соображений:
невозможно создать единую физическую сеть, которая позволит удовлетворить потребности всех пользователей;
пользователям нужен универсальный способ для установления соединений друг с другом.
В пределах каждой физической сети, подсоединенные к ней компьютеры, используют ту или иную технологию (Ethernet, Token Ring, FDDI, ISDN, соединение типа "точка-точка", а в последнее время к этому списку добавились сеть АТМ и даже беспроводные технологии). Между механизмами коммуникаций, зависящими от данных физических сетей, и прикладными системами встраивается новое программное обеспечение, которое обеспечивает соединение различных физических сетей друг с другом. При этом детали этого соединения "скрыты" от пользователей и им предоставляется возможность работать как бы в одной большой физической сети. Такой способ соединения в единое целое множества физических сетей и получила название internet. Для соединения двух и более сетей в internet используются маршрутизаторы (routers) - компьютеры, которые физически соединяют сети друг с другом и с помощью специального программного обеспечения передают пакеты из одной сети в другую.
Технология internet не навязывает какой-то определенной топологии межсетевых соединений. Добавление новой сети к internet не влечет за собой ее подсоединения к некоторой центральной точке коммутации или установки непосредственных физических соединений со всеми уже входящими в internet сетями. Маршрутизатор "знает" топологию internet за пределами тех физических сетей, которые он соединяет, и, основываясь на адресе сети назначения, передает пакет по тому или иному маршруту. В internet используются универсальные идентификаторы подсоединенных к ней компьютеров (адреса), поэтому любые две машины имеют возможность взаимодействовать друг с другом. В internet также должен быть реализован принцип независимости пользовательского интерфейса от физической сети, то есть должно существовать множество способов установления соединений и передачи данных, одинаковых для всех физических сетевых технологий.
Фундаментальным принципом internet является равнозначность всех объединенных с ее помощью физических сетей: любая система коммуникаций рассматривается как компонент internet, независимо от ее физических параметров, размеров передаваемых пакетов данных и географического масштаба.
Внутренняя структура сети internet - физические сети соединены с помощью маршрутизаторов.
Семейство протоколов ТСР/IP позволяет построить универсальную сеть, реализующую принципы, которые рассмотрены в предыдущем разделе, и включает в себя протоколы 4-х уровней коммуникаций.
Четыре уровня стека протоколов TCP/IP.
Уровень сетевого интерфейса отвечает за установление сетевого соединения в конкретной физической сети - компоненте internet, к которой подсоединен компьютер. На этом уровне работают драйвер устройства в операционной системе и соответствующая сетевая плата компьютера.
Сетевой уровень - основа ТСР/IP. Именно на этом уровне реализуется принцип межсетевого соединения, в частности маршрутизация пакетов по internet. На сетевом уровне протокол реализует ненадежную службу доставки пакетов по сети от системы к системе без установления соединения (connectionless packet delivery service). Это означает, что будет выполнено все необходимое для доставки пакетов, однако эта доставка не гарантируется. Пакеты могут быть потеряны, переданы в неправильном порядке, продублированы и т.д. Служба, работающая без установления соединения, обрабатывает пакеты независимо друг от друга. Но главное, что именно на этом уровне принимается решение о маршрутизации пакета по межсетевым соединениям.
Надежную передачу данных реализует следующий уровень, транспортный , на котором два основных протокола, TCP и UDP, осуществляют связь между машиной - отправителем пакетов и машиной-адресатом.
Наконец, прикладной уровень - это приложения типа клиент-сервер, базирующиеся на протоколах нижних уровней. В отличие от протоколов остальных трех уровней, протоколы прикладного уровня занимаются деталями конкретного приложения и "не интересуются" способами передачи данных по сети. Среди основных приложений ТСР/IP, имеющихся практически в каждой его реализации, - протокол эмуляции терминала Telnet, протокол передачи файлов FTP, протокол электронной почты SMTP, протокол управления сетью SNMP, используемый в системе World Wide Web протокол передачи гипертекста НТТР и др.
На рисунке
3 показано, как
осуществляется
соединение
двух сетей "с
точки зрения"
TCP/IP. Программное
обеспечение
IP-протокола с
помощью маршрутизатора
передает пакеты
из сети Ethernet в сеть
Token Ring. Протоколы
верхних уровней,
прикладного
и транспортного,
осуществляют
соединения
между хост-компьютерами,
клиентом и
сервером приложения,
в то время как
IP обеспечивает
связь между
конечной и
п
ромежуточной
системами.
Две сети, соединенные с помощью маршрутизатора, "с точки зрения" TCP/IP.
Поскольку в internet детали физических соединений скрыты от приложений, прикладной уровень совершенно "не заботится" о том, что клиент приложения работает в Ethernet, а сервер подключен к сети Token Ring. Между конечными системами может быть несколько десятков маршрутизаторов и множество промежуточных физических сетей различных типов, но приложение будет воспринимать этот конгломерат как единую физическую сеть. Это и обуславливает основную силу и привлекательность технологии internet.
Семейство протоколов TCP/IP.
Хотя рассматриваемый стек протоколов и называется TCP/IP, сами протоколы TCP и IP являются важнейшими, но не единственными представителями этого семейства. Каждый уровень коммуникаций обслуживается несколькими протоколами. Рассмотрим их более подробно.
TCP и UDP - протоколы транспортного уровня, организующие поток данных между конечными системами для приложений верхнего уровня. Эти протоколы значительно отличаются друг от друга.
TCP (Transmission Control Protocol) обеспечивает надежную передачу данных между двумя хостами. Он позволяет клиенту и серверу приложения устанавливать между собой логическое соединение и затем использовать его для передачи больших массивов данных, как если бы между ними существовало прямое физическое соединение. Протокол позволяет осуществлять дробление потока данных, подтверждать получение пакетов данных, задавать таймауты (которые позволяют подтвердить получение информации), организовывать повторную передачу в случае потери данных и т.д. Поскольку этот транспортный протокол реализует гарантированную доставку информации, использующие его приложения получают возможность игнорировать все детали такой передачи.
Протокол UDP (User Datagram Protocol) реализует гораздо более простой сервис передачи, обеспечивая подобно протоколам сетевого уровня, ненадежную доставку данных без установления логического соединения, но, в отличие от IP, - для прикладных систем на хост-компьютерах. Он просто посылает пакеты данных, дейтаграммы (datagrams), с одной машины на другую, но не предоставляет никаких гарантий их доставки. Все функции надежной передачи должны встраиваться в прикладную систему, использующую UDP. Протокол UDP имеет и некоторые преимущества перед TCP. Для установления логических соединений нужно время, и они требуют дополнительных системных ресурсов для поддержки на компьютере информации о состоянии соединения. UDP занимает системные ресурсы только в момент отправки или получения данных. Поэтому если распределенная система осуществляет непрерывный обмен данными между клиентом и сервером, связь с помощью транспортного уровня TCP окажется для нее более эффективной. Если же коммуникации между хост-компьютерами осуществляются редко, предпочтительней использовать протокол UDP.
Почему же существуют два транспортных протокола TCP и UDP, а не один из них? Дело в том, что они предоставляют разные услуги прикладным процессам. Большинство прикладных программ пользуются только одним из них. Программист выбирает тот протокол, который наилучшим образом соответствует его потребностям. Если нужна надежная доставка, то лучшим может быть TCP, если же нужна доставка датаграмм, то лучше может быть UDP. Если нужна эффективная доставка по длинному и ненадежному каналу передачи данных, то лучше может подойти протокол TCP, если же нужна эффективность на быстрых сетях с короткими соединениями, то лучшим может быть протокол UDP.
Среди известных распределенных приложений, использующих TCP, - такие как Telnet, FTP и SMTP. Протоколом UDP пользуется, в частности, протокол сетевого управления SNMP. Протоколы прикладного уровня ориентированы на конкретные прикладные задачи. Они определяют как процедуры по организации взаимодействия определенного типа между прикладными процессами, так и форму представления информации при таком взаимодействии.
Протокол TELNET позволяет обслуживающей машине рассматривать все удаленные терминалы как стандартные "сетевые виртуальные терминалы" строчного типа, работающие в коде ASCII, а также обеспечивает возможность согласования более сложных функций (например, локальный или удаленный эхо-контроль, страничный режим, высота и ширина экрана и т.д.) TELNET работает на базе протокола TCP. На прикладном уровне над TELNET находится либо программа поддержки реального терминала (на стороне пользователя), либо прикладной процесс в обсуживающей машине, к которому осуществляется доступ с терминала. Работа с TELNET походит на набор телефонного номера. Пользователь набирает на клавиатуре что-то вроде
и получает на экране приглашение на вход в машину delta. Протокол TELNET существует уже давно. Он хорошо опробован и широко распространен. Создано множество реализаций для самых разных операционных систем.
Протокол FTP (File Transfer Protocol) распространен также широко как TELNET. Он является одним из старейших протоколов семейства TCP/IP. Также как TELNET он пользуется транспортными услугами TCP. Существует множество реализаций для различных операционных систем, которые хорошо взаимодействуют между собой. Пользователь FTP может вызывать несколько команд, которые позволяют ему посмотреть каталог удаленной машины, перейти из одного каталога в другой, а также скопировать один или несколько файлов.
Протокол SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) поддерживает передачу сообщений (электронной почты) между произвольными узлами сети internet. Имея механизмы промежуточного хранения почты и механизмы повышения надежности доставки, протокол SMTP допускает использование различных транспортных служб. Он может работать даже в сетях, не использующих протоколы семейства TCP/IP. Протокол SMTP обеспечивает как группирование сообщений в адрес одного получателя, так и размножение нескольких копий сообщения для передачи в разные адреса.
Сетевая файловая система NFS (Network File System) впервые была разработана компанией Sun Microsystems Inc. NFS использует транспортные услуги UDP и позволяет монтировать в единое целое файловые системы нескольких машин с ОС UNIX. Бездисковые рабочие станции получают доступ к дискам файл-сервера так, как будто это их локальные диски. NFS значительно увеличивает нагрузку на сеть. Если в сети используются медленные линии связи, то от NFS мало толку. Однако, если пропускная способность сети позволяет NFS нормально работать, то пользователи получают большие преимущества. Поскольку сервер и клиент NFS реализуются в ядре ОС, все обычные несетевые программы получают возможность работать с удаленными файлами, расположенными на подмонтированных NFS-дисках, точно также как с локальными файлами.
Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) работает на базе UDP и предназначен для использования сетевыми управляющими станциями. Он позволяет управляющим станциям собирать информацию о положении дел в сети internet. Протокол определяет формат данных, их обработка и интерпретация остаются на усмотрение управляющих станций или менеджера сети.
TCP и UDP идентифицируют приложения по 16-битным номерам портов. Серверы приложений обычно имеют заранее известные номера портов. Например, в каждой реализации TCP/IP, которая поддерживает сервер FTP, этот протокол передачи файлов получает для своего сервера номер TCP-порта 21. Каждый Telnet-сервер имеет TCP-порт 23, а сервер протокола TFTP (Trivial File Transfer Protocol) - UDP-порт 69. Службам, которые могут поддерживаться любой реализацией TCP/IP, назначаются номера портов в диапазоне от 1 до 1023. Назначение номеров портов находится в ведении организации Internet Assigned Numbers Authority (IANA). Клиент приложения обычно "не интересуется" номером своего порта для транспортного уровня, который он использует. Ему лишь необходимо гарантировать, что этот номер уникален для данного хоста. Номера портов клиентов приложений принято называть краткосрочными (т.е. недолговечными), поскольку в общем случае клиенты существуют ровно столько времени, сколько работающий с ним пользователь нуждается в соответствующем сервере. (Серверы, напротив, находятся в рабочем состоянии все время, пока включен хост, на котором они работают.) В большинстве реализаций TCP/IP краткосрочным номерам портов выделен диапазон от 1024 до 5000.
Internet Protocol (IP) - основной протокол сетевого уровня, позволяющий реализовывать межсетевые соединения. Он используется обоими протоколами транспортного уровня. IP определяет базовую единицу передачи данных в internet, IP-дейтаграмму, указывая точный формат всей информации, проходящей по сети TCP/IP. Программное обеспечение IP выполняет функции маршрутизации, выбирая путь данных по паутине физических сетей. Для определения маршрута поддерживаются специальные таблицы; выбор осуществляется на основе адреса сети, к которой подключен компьютер-адресат. Протокол IP определяет маршрут отдельно для каждого пакета данных, не гарантируя надежной доставки в нужном порядке. Он задает непосредственное отображение данных на нижележащий физический уровень передачи и реализует тем самым высокоэффективную доставку пакетов.
Кроме IP, на сетевом уровне используются также протоколы ICMP и IGMP. ICMP (Internet Control Message Protocol) отвечает за обмен сообщениями об ошибках и другой важной информацией с сетевым уровнем на другом хосте или маршрутизаторе. IGMP (Internet Group Management Protocol) используется для отправки IP-дейтаграмм множеству хостов в сети.
На самом нижнем уровне - сетевого интерфейса - используются специальные протоколы разрешения адресов ARP (Address Resolution Protocol) и RARP (Reverse Address Resolution Protocol) . Эти протоколы применяются только в определенных типах физических сетей (Ethernet и Token Ring) для преобразования адресов сетевого уровня в адреса физической сети и обратно.
Адресация в сети.
Коммуникационная система считается универсальной, если она предоставляет возможность любому хосту взаимодействовать с любым другим хостом. Для того чтобы добиться такой универсальности, необходимо определить глобальный метод идентификации компьютеров в распределенной системе для доступа к ним. В TCP/IP выбрана схема идентификации, аналогичная адресации в физических сетях. Каждому сетевому интерфейсу присваивается уникальный 32-битный адрес (IP-адрес), который используется для всех коммуникаций с этим интерфейсом по internet. IP-адрес компьютера имеет определенную структуру. Она задает идентификатор сети, к которой подсоединен компьютер, и уникальный идентификатор самого компьютера. На рисунке 4 показаны различные классы internet-адресов.
Классы IP-адресов.
Для 32-битных IP-адресов принята десятичная нотация, в которой каждый из четырех байтов адреса записывается десятичным числом. Адреса класса С, например, охватывают диапазон от 192.0.0.0 до 223.255.255.255. Структура адресов различных классов делает достаточно очевидным их применение. Адреса класса С, в которых 21 бит отводится для идентификатора сети и только 8 бит - для идентификатора хоста, присваиваются компьютерам локальных сетей небольших организаций, которые объединяют до 255 машин. Более крупные организации могут получить адреса класса В, которые способны обслужить до 256 сетей, в состав которых входит до 64 тыс. рабочих станций. И наконец, адреса класса А присваиваются компьютерам, подключенным к ограниченному числу глобальных сетей очень большого масштаба, например, в Arpanet.
Помимо адресов, предназначенных для одного хоста (unicast), существуют также широковещательные (broadcast) и групповые (multicast) адреса. Широковещательные адреса позволяют обращаться ко всем хостам сети. В них поле идентификатора хоста состоит только из единиц. Механизм IP-адресации предоставляет возможность широковещательной передачи, но не гарантирует ее, поскольку она зависит от характеристик конкретной физической сети. В Ethernet, например, широковещательная передача может выполняться с той же эффективностью, что и обычная передача данных, но есть сети, которые вообще не поддерживают такой тип передачи или имеют для этого ограниченные возможности.
Групповые адреса (адреса класса D) используются для отправки сообщений определенному множеству адресатов (multicasting). Такая возможность необходима для многих приложений, например для реализации интерактивных конференций, отправки почты или новостей группе получателей. Для поддержки групповой передачи хосты и маршрутизаторы используют протокол IGMP, который предоставляет всем системам в физической сети информацию о том, какие хосты принадлежат к какой группе в настоящее время.
Уникальный IP-адрес назначается каждому сетевому интерфейсу специальной организацией, Internet Network Information Center (InterNIC), которая отвечает за выделение адресов сетям, объединенным в мировую сеть Internet. Назначение идентификаторов хостов не входит в компетенцию InterNIC и находится в ведении системного администратора. До 1 апреля 1993 г. (дата создания InterNIC) регистрационное обслуживание для Internet (назначение IP-адресов и имен доменов DNS) выполнялось организацией Network Information Center (NIC). В настоящее время NIC выполняет запросы только для сети DDN (Defense Data Network). Всех остальных пользователей Internet обслуживает регистрационный сервис InterNIC.
В связи с бурным ростом Internet 32-битная схема адресации нынешней версии Internet Protocol, IPv4, уже не удовлетворяет потребности Мировой сети. Новая версия, IPv6, проект которой был обнародован в 1991 г., призвана решить эти проблемы. IPv6 обеспечит 128-битный формат IP-адреса и будет поддерживать автоматическое назначение адресов.
TCP/IP дает пользователям возможность работать не с адресами хост-компьютеров, а с их именами, что, конечно, намного удобнее для человеческого восприятия. Распределенная база данных DNS (Domain Name System) обеспечивает отображение IP-адресов в имена хостов. Любое приложение может вызвать стандартную библиотечную функцию для преобразования IP-адреса в соответствующее имя хоста или наоборот. Эта база данных является распределенной, поскольку ни один объект в internet не обладает всей информацией об именах. Каждый объект (например, университетский факультет, компания или подразделение компании) поддерживает свою базу данных и имеет серверную программу, к которой могут обращаться другие системы (клиенты) в сети. DNS обеспечивает протокол, по которому взаимодействуют эти клиенты и серверы.
... и о будущем
Открытость, масштабируемость, универсальность и простота использования - неоспоримые преимущества TCP/IP, но у этого семейства протоколов есть и очевидные недостатки. Столь привлекательная простота доступа оборачивается для Internet серьезнейшей проблемой защиты информации, которая приобретает особую остроту сейчас, когда мировая Сеть все активнее используется для электронной коммерции. Неупорядоченность передачи пакетов и невозможность отследить маршрут их продвижения также представляют собой важные проблемы, поскольку препятствуют реализации таких необходимых в современных коммуникациях возможностей, как передача мультимедийных данных в реальном времени. Наконец, как уже упоминалось, предоставляемый нынешней версией протокола IP объем адресного пространства, особенно в связи с его неэффективным использованием, уже с большим трудом позволяет удовлетворять потребности гигантской и все более разрастающейся Сети.
