Межузловой уровень

Протоколы межузлового уровня (host-to-host layer) обеспеч]шают управление потоком информации и надежность связи при пересылке данных с компьютера-отправителя иа компьютер-получатель. Протоколы этого уровня берут данные

В различных источниках этот уровень иазмпается также прикладным - и лля модели OSI. н дня

модели DOD. - Прим. uatfHH.ped. Межузлопой уровень модели DOD гоотвегсгвует транспортному у(ювю {lraiisi>ort layer) модели

OSI. - Пршл. научн. ред.

В пакете TCP/IP протоколы уровня приложения (application layer) обеспечивают передачу фа1 1ЛОБ, вход на другие узлы связи, работу электронной почты, а также мониторинг сети. На данном уровне находятся следующие протоколы:

О протокол передачи файлов (file transfer protocol - FTP) обеспечивает передачу фа11Лов от од1Н)го компьютера к другому. FTP совмещает в себе полио-функщюнальное приложение (вы можете загрузрггь ючнентскую часть протокола FTP нз сети Internet н с ее помощью пересылать файлы между компьютерами) и протокол, который поддерживается другими приложениями, такими как Web-брауэеры;

О упрощтный протокол передачи данных (trivial file transfer protocol - TFTP), сокращенная версия протокола FTP, позволяет перемещать файлы без аутеи-тификащш (нет необходимости вводить имя пользователя и пароль для установления сеанса с сервером TFTP). TFTP служит для сохранения файлов конфигурации маршрутизаторов Cisco или для обновления IOS маршрутизатора (подробно данный протокол рассматривается в главе 17);

О простой протокол передачи почты (simple mail transport protocol - SMTP) осуществляет пересылку почты между двумя компьютерами. Он применяется для отправления и получения электртгнон почты в Internet;

О простой щютокол управления сетью (simple network management protocol -SNMP) позволяет собирать общ;то информацию по сети. Он работает с программами-агентами (спеииальными программами, контролирующими работу сетн), чтобы получать данные об узлах, которые подключены к сети. Затем эти дшшые сравниваются с базовыми. В пакетах программного обеспечения маршрутизаторов Cisco, в частности CiscoWorks, SNMP помогает админпстраторам обнаруживать неисправности в сети или заблаговременно предотвращагь их;

О протокол для змулягщи терминала (Telnet) предоставляет возможность подключить локальный компьютер к друго.му компьютеру или устройству, н -пр1шер маршрутизатору. Лов:альный компьютер при этом играет роль виртуального терминала и получает доступ к сетевым ресурсам подсоедипениого устройства. В главе И описано, как использовать протокол Telnet для досту-I па к удаленному маршрутизатору

ПРОТОКОЛ TCP/IP и МОДЕЛЬ OSI 151

у протоколов уровня приложения и начинают их подготовку к нсремсщению по сети. На межузловом уровне работают два протокола - TCP и UDP:

О протокол управления потоком данных (transport control protocoJ - TCP) - opиeгrнpoвaннып па соединение протокол, который предоставляет виртуальный канал связи (virtual circuit) между пользовательскими приложениями компьютера-отправителя и компьютера-получа1х.-ля. TCP берет данные у протоколов уровня приложения, разбивает их на сепиенты и проверяет, правильно ли восстановлена информация после ее получения. Для функционирования этого протокола необходимо, чтобы между двумя компьютерами было установлено сттхронизнрованное соединение, то есть пронсхолил обмен пакетами с определишымп иомералщ последовательности и значепм-ямн контролышх битов;

О протокол пользоеательстх датаграмм (user datagram protocol - UDP) -транспортньп! протокол, реализующий соедипение между протоколами уровня приложения, которые не требуют подтверждени!! ir синхронизащги (в отличие от протокола TCP). Обращение с этим протоколом максимально упрощено. Пакет дашшх адресуется на узел-получатель и немедлепно туда отправляется. TJDP более пассивен, чем протокол TCP, и используется протоколами TFTP и SNMP 5ровня нриложення.

Межсетевой уровень

Межсетевой уровень (internet layer), соответствующий сетешжу уровню (network) модели OSI, отвечает за маршрутизацню данных по сети, а гакже поставляет более высоким уровням модели информацию об адресах. Этот уровень также определяет формат пакета данных, которы!! будет использоваться при перемещении информации по сети [nternel,. Полностью включает в себя только один протокол -IP; другие протоколы поддерживают систему адресации IP, а также формат пакета да1шых. Важной задачей данного уровня является привязка логических адресов (таких, как адреса IP) к аппаратным адресам (МАС-адресам) узлов в сети. На межсетевом уровне работают след>ющие протоколы:

О протокол Internet (Internet Protocol - IP) получает данные с межуэлового уровня н преобразует их в пакеты (датап'аммы), помечая каждый пакет при помощи 1Р-алреса отправителя и 1Р-алреса получателя. IP также трансформирует датаграммы на компьютере-получателе в сетеяты для протоколов более высокого уровня. Он не работает с содержимым датаграмм. Единственная задача данного протокола - адресовать датаграммы и отгфавпть их по адресу;

О протокол разрешения адреса (Address Resolution Protocol - ARP). Когда протокол IP готовит датаграмму к отправке, он владеет информацией об IP-адресах компьютера-отправителя и компьютера-получателя (эти сведения поступают от протоколов более высокого уровня, такпх как Telnet или

SMTP), Кроме того, протоколу IP необходим аппаратный адрес (МАС-адрес) компьютера-получателя, чтобы neijenpaBHTb данные протокачу уровня дошу-ш к сети (например, Ethernet). ARP устанавливает соответствие адреса IP аппаратному МАС-адресу Для этого он посылает запросы с адресом IP компьютера-получателя и узнает от этого компьютера его аппаратный адрес; протокол управления сообш/ениями в internet (Internet Control Message Protocol - ЮМР). Это служебный протокол обработки сообщений, рассылаемых маршрутизаторами па компьютеры, которые отправляют данные для маршрутизащш. Маршрутизаторы уведомляют компьютер о том, что направление, необходимое для дальнейшей передачи, недоступно или буфер памяти переполнен. Кроме того, ICMP, как и ARP, используется в качестве базовой поддержки для протокола IP.

Дагаграмма fP состоит из заголовка IP, который содержит iP-appec источника датаграммы, iP-адресо пункта назначения (и другой информации протокола IP}, а также изданных, предоставленных протоколами более высоких уровней. Это логограмма помещается между заголовком уровня ЛМС(в который Ъходит информация о типе носителя, например Bhernet или Token Ring} и последним полем уровня МАО включающим в себя проверку CRC. В модели DOD протоколы MAC работают на уровне доступа к сети (netwoH< access layer}, который описывается в следующем разделе, и на канальном уровне (data link layer) модели OSI Структура IP-датаграммы показывает, как уровни совместно функционируют, чтобы доставлять данные по назначению.

Пакет протоколов TCP/IP, и в частности протокол IP (RFC 791). полностью описаны в документации RFC (Request For Comments}. Эту документацию вы можете найти на некоторых сайтах в сети Internet. Удобнее всего обратиться к архиву RFC штата Огайо lhttpJ/cisohiOzStateecJu/.hperd.ext/infqrm dchtm!) или главному сайту RFC (blfp; ywyf £sl SQoy CQjp/rfc/j Также полезно произвести поиск в сети Internet при помощи ключевого слова RFC

Команды маршрутизатора ping и traceroute работают с сообщениями протокола ICMP. Команда ping рассматривается в главе 9 (раздел Работа с системой IOS маршрутизатора ), а traceroute - в главе 18 (раздел Устранение неисправностей )

Уровень доступа к сети

Уровень доступа к сети (network access layer) состоит из протоколов, которые в качестве входящи.ч даииых используют датаграммы протоколов межсетевого уровня и добавляют к ним заголовки, состоящие из нескольких полей, и контрольную сумму. Затем полученные таким образом кадры, представляющие собой набор нулей и единиц, подвергаются модуляции (однозначному переводу в аналоговый сигнал) и поступают через соответствующий интерфейс узла (например, через сетевой адаптер) в среду передачи данных. Об этих протоколах уже говорилось ранее как о протоколах канального уровня в модели OSI.- Они определены для таких сетевых архитектур, как Ethernet, Token Ring и FDDI. В главе 2 приведены спецификации по IEEE, в которых описываются различные пшы кадров, применяемые названными сетевыми архитектурами.

Поскольку эти протоколы находятся на подуровне MAC (части уровня доступа к сети модели DOD и канального уровня модели OSI), они полностью включены в процесс физической адресации пакетов данных. Физическ1Ш адрес компьютера указан на его сетевой карте. Интерфейсы Ethernet. Token Ring п FDDI маршрутизатора обладают и адресом MAC, жестко заданным в чине ROM контроллера интерфейса (интерфейсы серийных портов маршрутизаторов не имеют адресов MAC).

На рис. 10.2 показано, как сопоставить модели OSI и DOD, и представлены уровни модели DOD, на которых работают различные upoTOKOJUJ стека TCP/IP. Далее мы расскажем о роли этих протоколов в маршрутизации.

Каким же образом сопоставляются лоптческая система адресашш протокола IP и аппаратные адреса MAC. которые располагаются на различных узлах связи в сети? Ответ на этот вопрос дается в следующем разделе, содержащем описание адресации протокола IP.

Описание сетевых аркитектур вы найдете в главе 1 {раздел Виды сетевых архитектур-). Подробнее о спецификациях IEEE рассказывалсюь е главе 2 (раздел Протокол TCP/IP ).

Работа с адресами протокола IP

Адреса протокола IP имеют длину 32 бита и состоят из четырех восьмибитных (кажды11 октет - это один байт). Пример типичного адреса протокола IP - 200.1.25.7 (в десятичном представлении). Сам адрес IP существует в двоичном виде, что важно учитывать при подсчете количества возможных подсетей.

Более подробно система логической адресации протокола IP обсуждается ниже в разделе Работа с подсетями .

Модель OSI

Модель DOD

Уровень приложения

Уровень представления данных

Сеансовый уровень

Транспортный уровень

Сетевой уровень

Канальный уровень

Физический уровень

Протоколы стека TCP/IP

FTP TFTP SMTP SNP TELNET/

TCP UDP

( ARP )

Рис. Ю.2. Модель DOD и протоколы пакета TCP/IP применительно к модели OSI

Адрес протокола IP записывается в трех различных формах; О десятичной: 200.1.25.7;

О двоичной: 11001000 00000001 00011001 00000111; О шестнадцатеричной: Св 1 19 7.

Адреса протокола IP - это иерархические адреса, поскольку они предоставляют различные ypoBiUi ииформац1И1: сообщают, в какой сети и подсети находится узел связи, а также передают сам адрес узла связи. Система адресации протокола IP подобна работе почтовой службы. В письме, адресованном вам, указан номер вашего дома, название ул(щы, города и страны. В нашем городе и в вашей стране много людей, но по данному почтовому адресу проживаете только вы.

Протокол IP дейст1вует аналогично, поэтому в одной части адреса IP указано, в какой сети находится узел связи, в другой - подсеть, а в третьей - адрес самого узла. Такая система адресации упрощает маршрутизацию, поскольку, располагая информацией о сети и подсети, любые маршрутизаторы Moiyr отправлять сообщения на тот маршрутизатор, который обслуживает определенную подсеть (при этом нет необходимости уточнять физический МАС-адрес узла-получателя).

Маршрутизатор, отвечающий за подсеть, получив пакеты для узла, который находится в данной подсеш, обеспечивает доставку пакетов по правильному адресу. Он делает это путем установки соответствия адреса IP и аппзрат!1ого МАС-адреса

Существует несколько способов обеспечить определенный диапазон адресов IP для вашей компании. Вы можете получить гакой адрес у своего Internet-провайдера или же напрямую у Службы регистрации номеров а сети Internet. Более подробная информация доступно по адресу: ЬШи wwyy.arin.net. Кроме того, вам необходимо зарегистрировать доменное имя. На сайте www.mternic net вы найдете дополнительные сведения о регистрации доменного имени (такого, KaKMicrosoh.com или Hobraken.net}.

В табл. 10.1 показано, что диапазон первого октета для номеров сетей класса А заканчивается числом 126, а диапазон первого октета для номеров сетей класса В начинается со 128. Почему в таблице не указан номер 127? Дело в том, что он зарезервирован для внутреннего тестирования, в процессе которого компьютеры посылают пакеты данных сами себе, не создавая дополнительной нагрузки на сеть.

На рис. 10.3 представлены классы адресов IP и октеты, которые предназначены в каждом из классов для адресов сетей и адресов хостов.

В габл. 10.1 оказан диапазон первого октета каждого из классов IP-адресов в десятичном виде; для каждого luiacca также приводится число доступных сетей и узлов и пример адреса IP.

В ккпге встречаются два терштпа; *узел* и ост , рзлтща между которыми, как прали.чо, несущественна. - Пром. научя. ред.

Каждому из этих классов требуется определенное количество оететов в адресе IP для обозначения адреса сети и узла. Так, IP-адрес класса А, например 10.5.25,8, отображает адрес сетн при помощи первого октета. Это зпачет, что сеть имеет номер 10. Осталь]1ая часть IP-адреса - 5.25.8 - принадлежит адресу хоста'. Поэтому в случае, когда в адресе сети имеется только первый октет, количество адресов сетей класса А оказывается сильно ограниченным (так как при одном октете существенно уменьшается число вариантов). В адресе же хоста присутствует три октета, так что комбинаций очень много. Этим и объясшктся тот факт, что доступно ограниченное количество сетей loiacca А, но каждая из таких сетей поддерживает свыше 16 млн адресов хостов.

Поясним сказанное путем сравнения адреса класса С (200,44.26.3) с адресам класса А. Первые три октета адреса класса С обозначают номер сети TP (200.44,26) и только последний октет доступен для назначения адресов узлов. Таким образом, число комбинаций адресов сетей возрастает (при трех свободных октетах для этих адресов), а число комбинаций адресов узлов, напротив, уменьшается (для них остается лшиъ ощга отсгет).

Класс С

Рис. 10.3. Каждый класс IP-адресов использует определенное число октетов' для сетевого адреса и для адресов узлов связи

Таблица 10.1. Классы сетей IP

1Ич Г|ВО сеей порвого^те; 127 163S4 2097152

А В С

1-12Й

128-191

192-223

16777214

65534

1015121.S 130.13.44 52 200.15.2Э

Существуют еще два класса адресов IP: класс D и класс Е Адреса класса D предназначены для сетей, в которые данные гоступают от определенного приложения или сервисной службы в Internet Примером сети с адресами класса D является служба Microsoft NetShow. способная одновременно посылать одну и ту же информацию большому числу пользователей Адреса класса Е относятся к экспериментальному типу, недоступному для обычных г^ользовагелей сети Internet.

Двоичные эквиваленты и первые октеты

1 р-адрес, такой как 200.1.25.7 (пли адрес, который указан в качестве примера в табл. 10.1), представляет собой воспроизведенную в десятичном выражении последовательность из 32 бит, разделенную на четыре октета но 8 бит (что составляет

Рис 10.4. Правто для первого октега позволяет различить классы IP-адресов

При помощи программы Калькулятор Windows вы можете переводить числа из десятичного представления в двоичное и наоборот. Запустите программу Калькулятор (Пуск => Программы => Стандартные} Войдите в меню Вид и отметьте пункт Инженерный. По умолчанию для любого октета адреса IP усганаеливается десятичный формат. Затем установите флажок Bin (двоичный формат) в меню форматирования калькулятора: номер будет отображен в двоичной форме - 11II110. Заметьте, что программа в начале номера не ставит цифру О, поэтому, чтобы получить восьмизначное число, вам необходимо добавить эту цифру: б1111110. Для перевода числа из двоичного кода в десятичный поставьте флажок Bin, введите восьмибитный номер октета, а затем в меню форматирования выберите Dec.

одан байт) Б каждом. Поэтому IP-адрес 200.1.25.7 содержит 32 цифры: 11001000 00000001 00011001 00000111.

Ниже, в разделе Работа с подсетями , мы рассмотрим, каким образом десятичные числа нереводятся в двоичные. Пока достаточно знать, что адреса IP записываются в десятичной форме только для удобства, а на самом деле существуют в двоичном представлении как комбинации цифр 1 и 0.

Имеются правила, определяющие, какими должны быть первые биты первого октета адресов трех описанных классов (А, В и С). Маршрутизатор может по первому октету адреса IP определить, с каким щменно адресом IP он работает (анало-П1ЧНЫМ образом вы сумеете оглпчшь адреса разных классов друг от друга):

О в классе А первый бит первого октета 0;

О в классе В первый бит первого октета 1, а второй 6irr0;

О в классе С первые два бита первого октета 1, а третий бит 0.

На рис. 10.4 показаны первые отаеты для адресов 1члассов А, В и С соответственно. Прежде чем описывать процесс перевода адреса из десятичного представления в ДВ01ПШЫЙ и наоборот, рассмотрим маски подсети IP.

Базовые маски подсети

Чтобы понять принцип действия системы адресации IP, необходимо освоить применение маски подсети, без которой 1Р-алрес просто не может существовать. Она используется маршрутизатором для определения того, какая часть IP-адреса относится к адресу сети, а какая - к адресу хоста.

В табл. 10.2 указаны базовые маски подсети для всех классов. Они также состоят из четырех октетов. Маршрутизатор сравнивает 1шформаци10 в маске подсети с адресо.м IP н задает адрес сети и адрес узла.

Таблица 10.2. Вазовые маски подсети

Kiiac. А В С

255.0.0.0 255 255.0.0 255.255.255.0

Если первый бит октета представлен цифрой 1 в двоичной форме, то в десятичном, виде октет имеет значение 128 и выше. Поскольку в адресах класса А первый бит всегда представлен цифрой О, при переводе в десятичный вид он также будет равен нулю. Поэтому для сетей класса А первый октет обязательно меньше 126 (обратите внимание на диапазон первого октета вд/есятичном коде для адресов класса А в табл. 10.1).

В базовьга масках подсети все биты любого октета равны либо 1, либо 0. Если все восемь бит октета равны един1ше. то эквивалентом октета в десятичной форме будет число 255, а еат нулю - число 0. На рис. 10.5 показан эквивалент базовой маски подсети класса В в двоичном коде.

Марщруги,затор использует маску подсети для нахождения адреса сети по адресу IP при помощи особого метода, который называется логическим умножением. Логическое умножение производится так; маршрутизатор просматривает адрес IP и маску подсети в двоичном коде. Затем биты в маске подсети умножаются на соответствующие биты в адресе IP, после чего определяется адрес сети. В табл. 10.3 показаны результаты умножения битов в двоичном коде.

Таблица 10.3. Логическое умножение

J и1 1 иО ОиО

Приведем пример лопгческого умножения. На рис. 10,61 Р-адрес и базовая маска подсети записаны в двоичнсм представлении. Выполнено лопшеское умножение