Hem › FÖRBI › Den huvudsakliga Internetprotokollstacken. Nätverksprotokoll och standarder. Kärnnätverksarkitektur

Den huvudsakliga Internetprotokollstacken. Nätverksprotokoll och standarder. Kärnnätverksarkitektur

Protokollstaplar

En protokollstack är en hierarkiskt organiserad uppsättning nätverksprotokoll på olika nivåer, tillräckligt för att organisera och säkerställa interaktionen mellan noder i nätverket. För närvarande använder nätverk ett stort antal kommunikationsprotokollstackar. De mest populära stackarna är: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, Novell NetWare, DECnet, XNS, SNA och OSI. Alla dessa stackar, förutom SNA, på de lägre nivåerna - fysisk och datalänk - använder samma välstandardiserade protokoll Ethemet, Token Ring, FDDI och några andra, som gör att samma utrustning kan användas i alla nätverk. Men på övre nivåerna x alla stackar fungerar på sina egna protokoll. Dessa protokoll överensstämmer ofta inte med skiktningen som rekommenderas av OSI-modellen. I synnerhet kombineras funktionerna för sessions- och presentationslagren typiskt med applikationslagret. Denna diskrepans beror på det faktum att OSI-modell dök upp som ett resultat av generaliseringen av redan befintliga och faktiskt använda stackar, och inte vice versa.

Alla protokoll som ingår i stacken har utvecklats av en tillverkare, det vill säga att de kan arbeta så snabbt och effektivt som möjligt.

En viktig punkt i nätverksutrustningens funktion, i synnerhet nätverksadaptern, är bindningen av protokoll. Det låter dig använda olika protokollstackar när du servar en nätverksadapter. Du kan till exempel använda TCP/IP- och IPX/SPX-stackar samtidigt. Om det plötsligt uppstår ett fel när man försöker upprätta en anslutning till mottagaren med den första stacken, kommer en övergång till att använda protokollet från nästa stack automatiskt att ske. En viktig punkt i det här fallet är den bindande ordningen, eftersom den tydligt påverkar användningen av ett eller annat protokoll från olika stackar.

Oavsett hur många nätverkskort som är installerade i datorn kan bindning utföras antingen "en till flera" eller "flera till en", det vill säga en protokollstack kan bindas till flera adaptrar samtidigt eller flera stackar till en adapter .

NetWare är ett nätverksoperativsystem och en uppsättning nätverksprotokoll som används i detta system för att interagera med klientdatorer som är anslutna till nätverket. Systemets nätverksprotokoll är baserade på XNS-protokollstacken. NetWare stöder för närvarande TCP/IP- och IPX/SPX-protokoll. Novell NetWare var populärt på 80- och 90-talen på grund av dess högre effektivitet jämfört med generella operativsystem. Detta är nu en föråldrad teknik.

XNS (Xerox Network Services Internet Transport Protocol) protokollstacken utvecklades av Xerox för att överföra data över Ethernet-nätverk. Innehåller 5 nivåer.

Nivå 1 - överföringsmedium - implementerar funktionerna för de fysiska och datalänkskikten i OSI-modellen:

* hanterar datautbyte mellan enheten och nätverket;

* dirigerar data mellan enheter på samma nätverk.

Lager 2 - internetarbete - motsvarar nätverkslagret i OSI-modellen:

* hanterar datautbyte mellan enheter som finns på olika nätverk (tillhandahåller datagramtjänst i form av IEEE-modellen);

* beskriver hur data strömmar genom nätverket.

Lager 3 - transport - motsvarar transportlagret i OSI-modellen:

* ger end-to-end-kommunikation mellan datakällan och destinationen.

Nivå 4 - kontroll - motsvarar sessions- och representativa nivåer i OSI-modellen:

* kontrollerar presentationen av data;

* hanterar kontroll över enhetsresurser.

Nivå 5 - applikation - motsvarar de högsta nivåerna i OSI-modellen:

* tillhandahåller databehandlingsfunktioner för applikationsuppgifter.

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) protokollstacken är den vanligaste och mest funktionella idag. Det fungerar i lokala nätverk av alla storlekar. Denna stack är huvudstacken i globalt nätverk Internet. Stackstöd implementerades i datorer med ett operativsystem UNIX-system. Som ett resultat har populariteten för TCP/IP-protokollet ökat. TCP/IP-protokollstacken innehåller en hel del protokoll som fungerar på olika nivåer, men den fick sitt namn tack vare två protokoll - TCP och IP.

TCP (Transmission Control Protocol) är ett transportprotokoll utformat för att styra dataöverföring i nätverk som använder TCP/IP-protokollstacken. IP (Internet Protocol) är ett nätverkslagerprotokoll utformat för att leverera data över ett sammansatt nätverk med hjälp av ett av transportprotokollen, såsom TCP eller UDP.

Den lägre nivån av TCP/IP-stacken använder standarddataöverföringsprotokoll, vilket gör det möjligt att använda den i nätverk med alla nätverkstekniker och på datorer med valfritt operativsystem.

TCP/IP-protokollet utvecklades ursprungligen för användning i globala nätverk, varför det är extremt flexibelt. I synnerhet, tack vare förmågan att fragmentera paket, når data, trots kvaliteten på kommunikationskanalen, i alla fall adressaten. Dessutom, tack vare närvaron av IP-protokollet, blir dataöverföring mellan olika nätverkssegment möjlig.

Nackdelen med TCP/IP-protokollet är komplexiteten i nätverksadministrationen. Ja, för normal funktion nätverket kräver ytterligare servrar, såsom DNS, DHCP, etc., vars drift tar det mesta av tiden systemadministratör. Limoncelli T., Hogan K., Cheylap S. - System- och nätverksadministration. 2:a uppl. år 2009. 944с

Protokollstacken IPX/SPX (Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange) är utvecklad och ägs av Novell. Det utvecklades för behoven hos operativsystemet Novell NetWare, som tills nyligen hade en av de ledande positionerna bland serveroperativsystem.

IPX- och SPX-protokollen fungerar i nätverks- och transportskikten i ISO/OSI-modellen, och kompletterar därför varandra perfekt.

IPX-protokollet kan överföra data med hjälp av datagram med nätverksroutinginformation. Men för att kunna överföra data längs den hittade rutten måste en anslutning upprättas mellan avsändaren och mottagaren. Detta är vad SPX-protokollet eller något annat transportprotokoll som fungerar tillsammans med IPX gör.

Tyvärr är IPX/SPX-protokollstacken initialt utformad för att tjäna små nätverk, så dess användning i stora nätverk är ineffektiv: överdriven användning av sändningar på låghastighetskommunikationslinjer är oacceptabelt.

På de fysiska och datalänkskikten stöder OSI-stacken Ethernet-, Token Ring-, FDDI-protokollen, såväl som LLC, X.25 och ISDN-protokollen, det vill säga den använder alla populära lägre lagerprotokoll som utvecklats utanför stacken , som de flesta andra stackar. Nätverkslagret inkluderar det relativt sällan använda Connectionoriented Network Protocol (CONP) och Connectionless Network Protocol (CLNP). Routningsprotokollen för OSI-stacken är ES-IS (End System -- Intermediate System) mellan slut- och mellansystem och IS-IS (Intermediate System -- Intermediate System) mellan mellanliggande system. Transportskiktet i OSI-stacken döljer skillnaderna mellan anslutningsorienterade och anslutningslösa nätverkstjänster så att användarna får den önskade tjänstekvaliteten oavsett det underliggande nätverkslagret. För att tillhandahålla detta kräver transportskiktet att användaren specificerar den önskade tjänstekvaliteten. Programlagertjänster tillhandahåller filöverföring, terminalemulering, katalogtjänster och e-post. Av dessa är de mest populära katalogtjänster (X.500-standard), elektronisk post (X.400), virtuellt terminalprotokoll (VTP), protokoll för filöverföring, åtkomst och hantering (FTAM), vidarebefordran och jobbhanteringsprotokoll (JTM) .

En ganska populär protokollstack utvecklad av IBM respektive Microsoft, som syftar till att användas i dessa företags produkter. Liksom TCP/IP, fungerar standardprotokoll som Ethernet, Token Ring och andra på de fysiska nivåerna och datalänknivåerna för NetBIOS/SMB-stacken, vilket gör det möjligt att använda den i kombination med vilken aktiv nätverksutrustning som helst. På de övre nivåerna fungerar protokollen NetBIOS (Network Basic Input/Output System) och SMB (Server Message Block).

NetBIOS-protokollet utvecklades i mitten av 80-talet av förra seklet, men ersattes snart av det mer funktionella NetBEUI-protokollet (NetBIOS Extended User Interface), som möjliggör mycket effektivt informationsutbyte i nätverk som består av högst 200 datorer.

För att utbyta data mellan datorer används logiska namn som tilldelas datorer dynamiskt när de är anslutna till nätverket. I det här fallet distribueras namntabellen till varje dator i nätverket. Den stöder också arbete med gruppnamn, vilket gör att du kan överföra data till flera mottagare samtidigt.

De främsta fördelarna med NetBEUI-protokollet är hastighet och mycket låga resurskrav. Om du behöver organisera snabbt datautbyte i ett litet nätverk som består av ett enda segment finns det inget bättre protokoll för detta. Dessutom för att leverera meddelanden upprättad anslutningär inte ett obligatoriskt krav: i händelse av ingen anslutning använder protokollet datagrammetoden, där meddelandet är utrustat med adressen till mottagaren och avsändaren och "går på vägen", flyttar från en dator till en annan.

Men NetBEUI har också en betydande nackdel: det saknar helt konceptet med paketrouting, så dess användning i komplexa sammansatta nätverk är inte meningsfullt. Pyatibratov A.P., Gudyno L.P., Kirichenko A.A. Datorer, nätverk och telekommunikationssystem Moskva 2009. 292s

När det gäller SMB-protokollet (Server Message Block) används det för att organisera nätverksdrift på de tre högsta nivåerna - sessions-, presentations- och applikationsnivåer. Det är när du använder den som tillgång till filer, skrivare och andra nätverksresurser blir möjlig. Detta protokoll har förbättrats flera gånger (tre versioner har släppts), vilket gör det möjligt att använda det även i moderna operativsystem som Microsoft Vista och Windows 7. SMB-protokollet är universellt och kan fungera tillsammans med nästan alla transportprotokoll , som TCP/IP och SPX.

DECnet (Digital Equipment Corporation net) protokollstacken innehåller 7 lager. Trots skillnaden i terminologi är DECnet-lagren väldigt lika OSI-modelllagren. DECnet implementerar DNA-konceptet (Digital Network Architecture) nätverksarkitektur, utvecklat av DEC, enligt vilket heterogena datorsystem (datorer av olika klasser), som arbetar under olika operativsystem, kan kombineras till geografiskt distribuerade informations- och datanätverk.

IBM:s SNA (System Network Architecture)-protokoll är designat för fjärrkommunikation med stora datorer och innehåller 7 lager. SNA är baserat på värddatorkonceptet och ger fjärrterminalåtkomst till IBM stordatorer. Det huvudsakliga utmärkande kännetecknet för SNA är möjligheten för varje terminal att komma åt alla applikationsprogram på värddatorn. Systemnätverksarkitekturen implementeras på basis av en virtuell telekommunikationsaccessmetod (VTAM) i värddatorn. VTAM hanterar alla kommunikationslänkar och terminaler, där varje terminal har tillgång till alla applikationsprogram.

Den här artikeln kommer att täcka grunderna i TCP/IP-modellen. För bättre förståelse beskrivs de viktigaste protokollen och tjänsterna. Det viktigaste är att ta dig tid och försöka förstå varje sak steg för steg. De är alla sammankopplade och utan att förstå det ena blir det svårt att förstå det andra. Informationen som finns här är mycket ytlig, så den här artikeln kan lätt kallas "en TCP/IP-protokollstack för dummies." Men många saker här är inte så svåra att förstå som de kan verka vid första anblicken.

TCP/IP

TCP/IP-stacken är en nätverksmodell för dataöverföring i ett nätverk, den bestämmer i vilken ordning enheter interagerar. Data kommer in i datalänklagret och bearbetas i tur och ordning av varje lager ovanför. Stacken representeras som en abstraktion som förklarar principerna för bearbetning och mottagning av data.

TCP/IP-nätverksprotokollstacken har fyra nivåer:

Kanal (länk).
Nätverk (Internet).
Transport.
Ansökan.

Appliceringsskikt

Applikationsskiktet ger möjligheten att interagera mellan applikationen och andra skikt i protokollstacken, analyserar och konverterar inkommande information till ett format som är lämpligt för programvara. Är närmast användaren och interagerar med denne direkt.

HTTP;
SMTP;

Varje protokoll definierar sin egen ordning och principer för att arbeta med data.

HTTP (HyperText Transfer Protocol) är utformad för dataöverföring. Den skickar till exempel dokument i HTML-format som fungerar som grund för en webbsida. På ett förenklat sätt presenteras arbetsschemat som "klient - server". Klienten skickar en begäran, servern accepterar den, bearbetar den korrekt och returnerar det slutliga resultatet.

Fungerar som standard för överföring av filer över nätverket. Klienten skickar en begäran om en viss fil, servern söker efter denna fil i sin databas och, om den hittas framgångsrikt, skickar den som ett svar.

Används för överföring E-post. SMTP-operationen inkluderar tre sekventiella steg:

Fastställande av avsändarens adress. Detta är nödvändigt för att returnera brev.
Mottagarens definition. Detta steg kan upprepas ett antal gånger när du anger flera mottagare.
Bestämma meddelandeinnehåll och skicka. Data om typen av meddelande överförs som serviceinformation. Om servern bekräftar att den är redo att acceptera paketet är själva transaktionen slutförd.

Rubrik

Rubriken innehåller tjänstedata. Det är viktigt att förstå att de endast är avsedda för en specifik nivå. Det innebär att så fort paketet skickas till mottagaren kommer det att behandlas där enligt samma modell, men i omvänd ordning. Den inbäddade rubriken kommer att innehålla speciell information som bara kan bearbetas på ett visst sätt.

Till exempel kan en rubrik kapad vid transportlagret endast bearbetas av transportlagret på andra sidan. Andra kommer helt enkelt att ignorera det.

Transportlager

I transportskiktet behandlas den mottagna informationen som en enda enhet, oavsett innehåll. Mottagna meddelanden delas in i segment, en rubrik läggs till dem och det hela skickas nedströms.

Dataöverföringsprotokoll:

Det vanligaste protokollet. Den ansvarar för garanterad dataöverföring. Vid sändning av paket kontrolleras de kontrollsumma, transaktionsprocess. Det innebär att informationen kommer fram "säkert" oavsett förutsättningar.

UDP (User Datagram Protocol) är det näst mest populära protokollet. Den ansvarar också för dataöverföring. Dess särdrag ligger i dess enkelhet. Paketen skickas helt enkelt utan att skapa någon speciell anslutning.

TCP eller UDP?

Vart och ett av dessa protokoll har sin egen räckvidd. Det bestäms logiskt av verkets egenskaper.

Den största fördelen med UDP är dess överföringshastighet. TCP är ett komplext protokoll med många kontroller, medan UDP verkar vara mer förenklat och därför snabbare.

Nackdelen ligger i enkelheten. På grund av bristen på kontroller garanteras inte dataintegriteten. Således skickas informationen helt enkelt, och alla kontroller och liknande manipulationer finns kvar i applikationen.

UDP används till exempel för att titta på videor. För en videofil är förlusten av ett litet antal segment inte kritisk, medan laddningshastigheten är den viktigaste faktorn.

Men om du behöver skicka lösenord eller detaljer bankkort, då är behovet av att använda TCP uppenbart. Att förlora även den minsta databit kan få katastrofala konsekvenser. Hastighet i det här fallet är inte lika viktigt som säkerhet.

Nätverkslager

Nätverkslagret bildar paket från den mottagna informationen och lägger till en rubrik. Den viktigaste delen av datan är IP- och MAC-adresserna för avsändarna och mottagarna.

IP-adress (Internet Protocol-adress) - enhetens logiska adress. Innehåller information om enhetens plats i nätverket. Exempelpost: .

MAC-adress (Media Access Control-adress) - enhetens fysiska adress. Används för identifiering. Tilldelas nätverksutrustning vid tillverkningsstadiet. Presenteras som ett sex-byte nummer. Till exempel: .

Nätverkslagret ansvarar för:

Fastställande av leveransvägar.
Överföra paket mellan nätverk.
Tilldelning av unika adresser.

Routrar är enheter för nätverkslager. De banar väg mellan datorn och servern utifrån mottagna data.

Det mest populära protokollet på denna nivå är IP.

IP (Internet Protocol) är ett internetprotokoll designat för adressering i nätverket. Används för att bygga rutter längs vilka paket utbyts. Har ingen möjlighet att kontrollera och bekräfta integritet. För att ge leveransgarantier används TCP som använder IP som sitt transportprotokoll. Att förstå principerna för denna transaktion förklarar mycket av grunden för hur TCP/IP-protokollstacken fungerar.

Typer av IP-adresser

Det finns två typer av IP-adresser som används i nätverk:

Offentlig.
Privat.

Offentliga (Public) används på Internet. Huvudregeln är absolut unikhet. Ett exempel på deras användning är routrar, som var och en har sin egen IP-adress för interaktion med Internet. Denna adress kallas offentlig.

Privat (Privat) används inte på Internet. I det globala nätverket är sådana adresser inte unika. Exempel - det lokala nätverket. Varje enhet tilldelas en unik IP-adress inom ett givet nätverk.

Interaktion med Internet sker via en router, som, som nämnts ovan, har sin egen offentliga IP-adress. Således visas alla datorer som är anslutna till routern på Internet under namnet på en offentlig IP-adress.

IPv4

Den vanligaste versionen av Internetprotokollet. Tidigare IPv6. Inspelningsformatet är fyra åttabitars nummer separerade med punkter. Subnätmasken indikeras genom bråktecknet. Adresslängden är 32 bitar. I de allra flesta fall, när vi pratar om om IP-adressen menar vi IPv4.

Inspelningsformat: .

IPv6

Denna version är avsedd att lösa problem föregående version. Adresslängden är 128 bitar.

Det största problemet som IPv6 löser är utmattningen av IPv4-adresser. Förutsättningarna började dyka upp redan i början av 80-talet. Trots att detta problem gick in i ett akut skede redan 2007-2009, tar implementeringen av IPv6 mycket långsamt fart.

Den största fördelen med IPv6 är en snabbare Internetanslutning. Detta beror på att den här versionen av protokollet inte kräver adressöversättning. Enkel routing utförs. Detta är billigare och därför ges tillgång till Internetresurser snabbare än i IPv4.

Exempelpost: .

Det finns tre typer av IPv6-adresser:

Unicast.
Anycast.
Multicast.

Unicast är en typ av IPv6 unicast. När det skickas når paketet endast gränssnittet på motsvarande adress.

Anycast hänvisar till IPv6 multicast-adresser. Det skickade paketet kommer att gå till närmaste nätverksgränssnitt. Används endast av routrar.

Multicast är multicast. Detta innebär att det skickade paketet når alla gränssnitt som finns i multicast-gruppen. Till skillnad från broadcast, som "sänds till alla", sänder multicast endast till en specifik grupp.

Subnätmask

Subnätmasken bestämmer subnätet och värdnumret från IP-adressen.

Till exempel har en IP-adress en mask. I det här fallet kommer inspelningsformatet att se ut så här. Siffran "24" är antalet bitar i masken. Åtta bitar är lika med en oktett, som också kan kallas en byte.

Mer detaljerat kan subnätmasken representeras i det binära talsystemet enligt följande: . Den har fyra oktetter och posten består av "1" och "0". Om vi summerar antalet enheter får vi totalt "24". Lyckligtvis behöver du inte räkna med ett, eftersom det finns 8 värden i en oktett. Vi ser att tre av dem är fyllda med ettor, lägger ihop dem och får "24".

Om vi talar specifikt om nätmasken, så har den i binär representation antingen ettor eller nollor i en oktett. I det här fallet är sekvensen sådan att byten med ettor kommer först, och först sedan med nollor.

Låt oss titta på ett litet exempel. Det finns en IP-adress och en subnätmask. Vi räknar och skriver ner: . Nu matchar vi masken med IP-adressen. De maskoktetter där alla värden är lika med ett (255) lämnar sina motsvarande oktetter i IP-adressen oförändrade. Om värdet är nollor (0) blir oktetterna i IP-adressen också nollor. Således får vi i värdet på subnätadressen .

Subnät och värd

Subnätet ansvarar för den logiska separationen. I huvudsak är dessa enheter som använder samma lokala nätverk. Bestäms av ett intervall av IP-adresser.

Värd är adressen till nätverksgränssnittet ( nätverkskort). Bestäms från IP-adressen med hjälp av en mask. Till exempel: . Eftersom de tre första oktetterna är undernätet lämnar detta . Detta är värdnumret.

Utbudet av värdadresser är från 0 till 255. Värden numrerad "0" är i själva verket adressen till själva subnätet. Och värdnumret "255" är en sändare.

Adressering

Det finns tre typer av adresser som används för adressering i TCP/IP-protokollstacken:

Lokal.
Nätverk.
Domännamn.

MAC-adresser kallas lokala. De används för adressering i lokala nätverkstekniker som Ethernet. I samband med TCP/IP betyder ordet "lokal" att de endast fungerar inom ett subnät.

Nätverksadressen i TCP/IP-protokollstacken är IP-adressen. När du skickar en fil läses mottagarens adress från dess rubrik. Med sin hjälp lär sig routern värdnumret och subnätet och skapar, baserat på denna information, en väg till slutnoden.

Domännamn är läsbara adresser för webbsidor på Internet. Webbservrar på Internet är tillgängliga via en offentlig IP-adress. Det bearbetas framgångsrikt av datorer, men det verkar för obekvämt för människor. För att undvika sådana komplikationer används domännamn som består av områden som kallas "domäner". De är ordnade i en strikt hierarki, från toppnivå till botten.

Den första nivådomänen representerar specifik information. Generiska (.org, .net) begränsas inte av några strikta gränser. Den motsatta situationen är med lokala (.us, .ru). De är vanligtvis lokaliserade.

Lågnivådomäner är allt annat. Den kan ha vilken storlek som helst och innehålla valfritt antal värden.

Till exempel är "www.test.quiz.sg" ett korrekt domännamn, där "sg" är en lokal första (topp) nivå domän, "quiz.sg" är en andra nivå domän, "test.quiz.sg" är en domän på tredje nivån. Domännamn kan också kallas DNS-namn.

Upprättar en korrespondens mellan domännamn och offentlig IP-adress. När du skriver ett domännamn i din webbläsare kommer DNS att upptäcka motsvarande IP-adress och rapportera det till enheten. Enheten kommer att bearbeta detta och returnera det som en webbsida.

Datalänkskikt

Vid länkskiktet bestäms förhållandet mellan anordningen och det fysiska överföringsmediet och en rubrik läggs till. Ansvarig för att koda data och förbereda ramar för överföring över det fysiska mediet. Nätverksswitchar fungerar på denna nivå.

De vanligaste protokollen:

Ethernet.
WLAN.

Ethernet är den vanligaste trådbundna LAN-tekniken.

WLAN - lokalt nätverksbaserat trådlösa tekniker. Enheter interagerar utan fysiska kabelanslutningar. Ett exempel på den vanligaste metoden är Wi-Fi.

Konfigurera TCP/IP för att använda en statisk IPv4-adress

En statisk IPv4-adress tilldelas direkt i enhetsinställningarna eller automatiskt vid anslutning till nätverket och är permanent.

För att konfigurera TCP/IP-protokollstacken för att använda en permanent IPv4-adress, skriv in kommandot ipconfig/all i konsolen och hitta följande data.

Konfigurera TCP/IP för att använda en dynamisk IPv4-adress

En dynamisk IPv4-adress används ett tag, hyrs ut och ändras sedan. Tilldelas enheten automatiskt när den är ansluten till nätverket.

För att konfigurera TCP/IP-protokollstacken för att använda en icke-permanent IP-adress måste du gå till egenskaperna för den önskade anslutningen, öppna IPv4-egenskaperna och markera rutorna enligt anvisningarna.

Dataöverföringsmetoder

Data överförs genom det fysiska mediet på tre sätt:

Simplex.
Halv duplex.
Full duplex.

Simplex är en enkelriktad kommunikation. Sändning utförs av endast en enhet, medan den andra endast tar emot signalen. Vi kan säga att information bara överförs i en riktning.

Exempel på simplexkommunikation:

TV-sändningar.
Signal från GPS-satelliter.

Halvduplex är tvåvägskommunikation. Dock kan bara en nod sända en signal åt gången. Med denna typ av kommunikation kan två enheter inte använda samma kanal samtidigt. En komplett sådan kan vara fysiskt omöjlig eller leda till kollisioner. Det sägs att de konflikter om överföringsmediet. Detta läge används när koaxialkabel används.

Ett exempel på halvduplexkommunikation är kommunikation via walkie-talkie på en frekvens.

Full Duplex - full tvåvägskommunikation. Enheter kan samtidigt sända en signal och ta emot. De kommer inte i konflikt över överföringsmediet. Detta läge gäller vid användning Snabba teknologier Ethernet och partvinnade anslutningar.

Ett exempel på duplexkommunikation är telefonkommunikation via ett mobilnät.

TCP/IP vs OSI

OSI-modellen definierar principerna för dataöverföring. Skikten i TCP/IP-protokollstacken motsvarar direkt denna modell. Till skillnad från fyra-lagers TCP/IP har den 7 lager:

Fysisk.
Kanal (Datalänk).
Nätverk.
Transport.
Session.
Presentation.
Ansökan.

I det här ögonblicket Det finns ingen anledning att fördjupa sig i denna modell, men åtminstone en ytlig förståelse är nödvändig.

Applikationsskiktet i TCP/IP-modellen motsvarar de tre översta OSI-skikten. De fungerar alla med applikationer, så du kan tydligt se logiken i denna kombination. Denna generaliserade struktur av TCP/IP-protokollstacken gör abstraktionen lättare att förstå.

Transportskiktet förblir oförändrat. Utför samma funktioner.

Nätverkslagret är också oförändrat. Utför exakt samma uppgifter.

Datalänklagret i TCP/IP motsvarar de två sista OSI-lagren. Datalänkskiktet upprättar protokoll för att överföra data över det fysiska mediet.

Fysisk representerar sig själv fysisk anslutning- elektriska signaler, kontakter etc. I TCP/IP-protokollstacken beslutades det att kombinera dessa två lager till ett, eftersom de båda handlar om det fysiska mediet.

Internet - globala systemet sammankopplade datorer, lokala och andra nätverk som interagerar med varandra genom TCP/IP-protokollstacken (fig. 1).

Figur 1 – Generaliserat diagram över Internet

Internet säkerställer utbyte av information mellan alla datorer som är anslutna till det. Vilken typ av dator och vilket operativsystem den använder spelar ingen roll.

Huvudcellerna på Internet är lokala nätverk (LAN – Local Area Network). Om ett lokalt nätverk är direkt anslutet till Internet kan varje arbetsstation i detta nätverk också ansluta till det. Det finns även datorer som är oberoende anslutna till Internet. De kallas värddatorer(värd – ägare).

Varje dator som är ansluten till nätverket har sin egen adress, där en abonnent kan hitta den var som helst i världen.

En viktig egenskap hos Internet är att samtidigt som det ansluter olika nätverk skapar det ingen hierarki - alla datorer som är anslutna till nätverket har lika rättigheter.

En till särdrag Internet är mycket tillförlitligt. Om vissa datorer och kommunikationslinjer misslyckas kommer nätverket att fortsätta att fungera. Denna tillförlitlighet säkerställs av det faktum att det inte finns någon enskild kontrollcentral på Internet. Om vissa kommunikationslinjer eller datorer misslyckas kan meddelanden sändas över andra kommunikationslinjer, eftersom det alltid finns flera sätt att överföra information.

Internet är inte en kommersiell organisation och ägs inte av någon. Det finns internetanvändare i nästan alla länder i världen.

Användare ansluter till nätverket via datorer från speciella organisationer som kallas Internetleverantörer. Internetanslutningen kan vara permanent eller tillfällig. Internetleverantörer har många linjer för att ansluta användare och höghastighetslinjer för att ansluta till resten av Internet. Ofta är mindre leverantörer kopplade till större, som i sin tur är kopplade till andra leverantörer.

Organisationer som är anslutna till varandra via de snabbaste kommunikationslinjerna utgör kärnan i nätverket, eller ryggraden i Backbon Internet. Om leverantören är ansluten direkt till åsen, blir hastigheten på informationsöverföringen maximal.

I verkligheten är skillnaden mellan användare och Internetleverantörer ganska godtycklig. Varje person som har anslutit sin dator eller sin lokala datornätverk till Internet och efter att ha installerat de nödvändiga programmen, kan tillhandahålla nätverksanslutningstjänster till andra användare. En enskild användare kan i princip ansluta via en höghastighetslinje direkt till ryggraden på Internet.

I allmänhet utbyter Internet information mellan två valfria datorer som är anslutna till nätverket. Datorer som är anslutna till Internet kallas ofta för Internetnoder, eller webbplatser. , från det engelska ordet site, som översätts som plats, plats. Värdar installerade hos Internetleverantörer ger användare tillgång till Internet. Det finns också noder som är specialiserade på att tillhandahålla information. Till exempel skapar många företag webbplatser på Internet genom vilka de distribuerar information om sina produkter och tjänster.

Hur överförs information? Det finns två huvudkoncept som används på Internet: adress och protokoll. Varje dator som är ansluten till Internet har sin egen unika adress. Precis som en postadress unikt identifierar en persons plats, identifierar en internetadress unikt en dators plats i nätverket. Internetadresser är den viktigaste delen av det, och de kommer att diskuteras i detalj nedan.

Data som skickas från en dator till en annan via Internet delas upp i paket. De rör sig mellan datorerna som utgör nätverksnoder. Paket med samma meddelande kan ta olika vägar. Varje förpackning har sin egen märkning, som säkerställer korrekt montering av dokumentet på den dator som meddelandet är adresserat till.

Vad är ett protokoll? Som tidigare sagt är ett protokoll reglerna för interaktion. Till exempel föreskriver det diplomatiska protokollet vad man ska göra när man möter utländska gäster eller håller en mottagning. Nätverksprotokollet föreskriver även driftregler för datorer som är anslutna till nätverket. Standardprotokoll gör att olika datorer "talar samma språk". Detta gör det möjligt att ansluta olika typer av datorer som kör olika operativsystem till Internet.

De grundläggande protokollen för Internet är TCP/IP-protokollstacken. Först och främst är det nödvändigt att klargöra det, i den tekniska förståelsen av TCP/IP - detta är inte ett nätverksprotokoll, utan två protokoll som ligger på olika nivåer av nätverksmodellen (detta är den s.k. protokollstack). TCP-protokoll - protokoll transportnivå. Han styr vad hur dataöverföring sker. IP-protokoll - adress. Han tillhör nätverksnivå och bestämmer där överföringen sker.

Protokoll TCP. Enligt TCP-protokollet , den skickade datan ”klipps” i små paket, varefter varje paket markeras så att det innehåller de data som behövs för korrekt sammansättning av dokumentet på mottagarens dator.

För att förstå kärnan i TCP-protokollet kan du föreställa dig ett parti schack genom korrespondens, när två deltagare spelar ett dussin partier samtidigt. Varje drag registreras på ett separat kort som anger spelnummer och dragnummer. I det här fallet, mellan två partners via samma e-postkanal, finns det så många som ett dussin anslutningar (en per part). Två datorer anslutna med en fysisk anslutning kan på liknande sätt stödja flera TCP-anslutningar samtidigt. Till exempel kan två mellanliggande nätverksservrar samtidigt överföra många TCP-paket till varandra från många klienter över en kommunikationslinje i båda riktningarna.

När vi jobbar på internet, då en enda telefonlinje Vi kan samtidigt acceptera dokument från Amerika, Australien och Europa. Paket av varje dokument tas emot separat, separerade i tid, och allt eftersom de tas emot samlas de till olika dokument.

Protokoll IP . Låt oss nu titta på adressprotokollet - IP (Internet Protocol). Dess kärna är att varje deltagare World Wide Web måste ha sin egen unika adress (IP-adress). Utan detta kan vi inte prata om korrekt leverans av TCP-paket till önskad arbetsplats. Denna adress uttrycks mycket enkelt - fyra siffror, till exempel: 195.38.46.11. Vi kommer att titta på strukturen för en IP-adress mer i detalj senare. Det är organiserat på ett sådant sätt att varje dator som något TCP-paket passerar genom kan avgöra från dessa fyra siffror vilka av dess närmaste "grannar" som behöver vidarebefordra paketet så att det är "närmare" mottagaren. Som ett resultat av ett ändligt antal överföringar når TCP-paketet adressaten.

Ordet "närmare" sätts inom citattecken av en anledning. I det här fallet är det inte geografisk ”närhet” som bedöms. Villkoren för kommunikation och genomströmning rader. Två datorer placerade på olika kontinenter, men sammankopplade med en högpresterande rymdkommunikationslinje, anses vara "närmare" varandra än två datorer från närliggande byar som är sammankopplade med en enkel telefonledning. Lösningen på frågorna om vad som anses ”närmare” och vad som är ”vidare” behandlas särskilda medel - routrar. Routrarnas roll i ett nätverk utförs vanligtvis av specialiserade datorer, men dessa kan också vara det specialprogram, som körs på nätverkets nodservrar.

TCP/IP-protokollstack

TCP/IP-protokollstack- en uppsättning nätverksdataöverföringsprotokoll som används i nätverk, inklusive Internet. Namnet TCP/IP kommer från de två viktigaste protokollen i familjen - Transmission Control Protocol (TCP) och Internet Protocol (IP), som utvecklades och beskrevs först i denna standard.

Protokoll fungerar med varandra i en stack. stack, stack) - detta betyder att protokollet som ligger på en högre nivå fungerar "ovanpå" den lägre, med hjälp av inkapslingsmekanismer. Till exempel körs TCP-protokollet ovanpå IP-protokollet.

TCP/IP-protokollstacken innehåller fyra lager:

applikationslager
transportlager
nätverkslager (internetlager),
länklager.

Protokollen för dessa nivåer implementeras fullt ut funktionalitet OSI-modeller (tabell 1). All användarinteraktion i IP-nätverk bygger på TCP/IP-protokollstacken. Stacken är oberoende av det fysiska dataöverföringsmediet.

bord 1– Jämförelse av TCP/IP-protokollstacken och OSI-referensmodellen

Appliceringsskikt

Applikationsskiktet är där de flesta nätverksapplikationer fungerar.

Dessa program har sina egna kommunikationsprotokoll, såsom HTTP för WWW, FTP (filöverföring), SMTP (e-post), SSH (säker anslutning till en fjärrmaskin), DNS (mappning av symboliska namn till IP-adresser) och många andra.

För det mesta fungerar dessa protokoll ovanpå TCP eller UDP och är knutna till en specifik port, till exempel:

HTTP till TCP-port 80 eller 8080,
FTP till TCP-port 20 (för dataöverföring) och 21 (för kontrollkommandon),
DNS-frågor på UDP (mindre ofta TCP) port 53,

Transportlager

Transportlagerprotokoll kan lösa problemet med ogaranterad meddelandeleverans ("nådde meddelandet mottagaren?"), samt garantera korrekt sekvens av dataankomst. I TCP/IP-stacken avgör transportprotokoll vilken applikation data är avsedd för.

De automatiska routingprotokollen som logiskt representeras i detta lager (eftersom de körs ovanpå IP) är faktiskt en del av nätverkslagerprotokollen; till exempel OSPF (IP ID 89).

TCP (IP ID 6) - "garanterat" transportmekanism anslutning företablerad, vilket ger applikationen en tillförlitlig dataström, ger förtroende för att mottagna data är felfria, återbegär data vid förlust och eliminerar dubbelarbete av data. TCP låter dig reglera belastningen på nätverket, samt minska latensen av data vid sändning över långa avstånd. Dessutom säkerställer TCP att mottagna data skickades i exakt samma sekvens. Detta är dess huvudsakliga skillnad från UDP.

UDP (IP ID 17) anslutningslöst datagramöverföringsprotokoll. Det kallas också ett "otillförlitligt" överföringsprotokoll, i betydelsen omöjligheten att verifiera leveransen av ett meddelande till mottagaren, såväl som möjlig blandning av paket. Applikationer som kräver garanterad dataöverföring använder TCP-protokollet.

UDP används vanligtvis i applikationer som videoströmning och datorspel, där paketförlust är acceptabel och att försöka igen är svårt eller omotiverat, eller i utmaningssvarsapplikationer (som DNS-frågor) där det tar mer resurser att skapa en anslutning än att skicka om.

Både TCP och UDP använder ett nummer som kallas en port för att identifiera deras övre lagerprotokoll.

Nätverkslager

Internetlagret designades ursprungligen för att överföra data från ett (del)nätverk till ett annat. Med utvecklingen av konceptet med ett globalt nätverk lades ytterligare möjligheter till lagret för överföring från vilket nätverk som helst till vilket nätverk som helst, oavsett protokoll på lägre nivå, samt möjligheten att begära data från en fjärrpart, till exempel i ICMP-protokollet (används för att överföra diagnostisk information om en IP-anslutning) och IGMP (används för att hantera multicast-strömmar).

ICMP och IGMP är placerade ovanför IP och bör gå till nästa transportlager, men funktionellt är de nätverkslagerprotokoll och kan därför inte passa in i OSI-modellen.

IP-nätverksprotokollpaket kan innehålla kod som indikerar vilket nästa-lagerprotokoll som ska användas för att extrahera data från paketet. Detta nummer är unikt IP-protokollnummer. ICMP och IGMP är numrerade 1 respektive 2.

Datalänkskikt

Länkskiktet beskriver hur datapaket sänds över fysiskt lager, Inklusive kodning(det vill säga speciella sekvenser av bitar som bestämmer början och slutet av ett datapaket). Ethernet innehåller till exempel i pakethuvudfälten en indikation på vilken eller vilka maskiner i nätverket paketet är avsett för.

Exempel på länklagerprotokoll är Ethernet, Wi-Fi, Frame Relay, Token Ring, ATM, etc.

Datalänklagret är ibland uppdelat i 2 underlager - LLC och MAC.

Dessutom beskriver datalänkskiktet dataöverföringsmediet (vare sig det är koaxialkabel, tvinnat par, optisk fiber eller radiokanal), de fysiska egenskaperna hos ett sådant medium och principen för dataöverföring (kanalseparation, modulering, signalamplitud, signalfrekvens, överföringssynkroniseringsmetod, latenssvar och maximalt avstånd).

Inkapsling

Inkapsling är paketering, eller kapsling, av högnivåpaket (möjligen av olika protokoll) till paket av samma protokoll (lägre nivå), inklusive adressen.

Till exempel, när ett program behöver skicka ett meddelande med TCP, utförs följande sekvens av åtgärder (Fig. 2):

Figur 2 – Inkapslingsprocess

först och främst fyller applikationen i en speciell datastruktur där den indikerar information om mottagaren (nätverksprotokoll, IP-adress, TCP-port);
sänder meddelandet, dess längd och struktur med information om mottagaren till TCP-protokollhanteraren (transportlager);
TCP-hanteraren genererar ett segment i vilket meddelandet är data, och rubrikerna innehåller mottagarens TCP-port (liksom andra data);
TCP-hanteraren skickar det genererade segmentet till IP-hanteraren (nätverkslagret);
IP-hanteraren behandlar det TCP-sända segmentet som data och föregår det med dess rubrik (som i synnerhet innehåller mottagarens IP-adress, hämtad från samma applikationsdatastruktur, och det övre protokollnumret;
IP-hanteraren sänder det mottagna paketet till datalänklagret, som återigen betraktar detta paket som "rå" data;
Länknivåhanteraren, liknande tidigare hanterare, lägger till sin rubrik i början (vilket också indikerar protokollnumret på den övre nivån, i vårt fall är det 0x0800(IP)) och lägger i de flesta fall till den slutliga kontrollsumman, därigenom bildande av en ram;
Sedan sänds den mottagna ramen till det fysiska lagret, som omvandlar bitarna till elektriska eller optiska signaler och skickar dem till överföringsmediet.

På den mottagande sidan utförs den omvända processen (bottom-up), kallad dekapsulering, för att packa upp data och presentera den för applikationen.

Relaterad information:

2015-2020 lektsii.org -

Med hjälp Sessionslager en dialog organiseras mellan parterna, det antecknas vem av parterna som är initiativtagare, vilken av parterna som är aktiv och hur dialogen genomförs.

Presentationslager handlar om formen att tillhandahålla information till lägre nivåer, till exempel omkodning eller kryptering av information.

Applikationslager Detta är en uppsättning protokoll som utbyts mellan fjärrnoder som implementerar samma uppgift (program).

Det bör noteras att vissa nätverk dök upp mycket tidigare än OSI-modellen utvecklades, så för många system är överensstämmelsen mellan lagren i OSI-modellen mycket villkorad.

1.3. Internetprotokollstack

Internet är utformat för att transportera all typ av information från källa till mottagare. Olika nätverkselement (fig. 1.1) - terminalenheter, växlingsenheter och servrar - är involverade i transporten av information. Grupper av noder förenas till ett lokalt nätverk med hjälp av växlingsenheter; lokala nätverk är sammankopplade med gateways (routrar). Växlingsenheter använder olika tekniker: Ethernet, Token Ring, FDDI och andra.

Varje terminalenhet (värd) kan samtidigt betjäna flera (tal, data, text...), som finns i form av nätverksapplikationer (specialiserade program) placerade på högsta nivå; Från ansökan strömmar information till informationsbehandlingsanläggningar på lägre nivåer.

Transporten av en applikation vid varje nod bestäms av olika lager sekventiellt. Varje nivå använder sina egna protokoll för att lösa sin del av problemet och säkerställer dubbelsidig överföring av information. Sekvensen av uppgifter som passerar bildar en protokollstack. I processen att transportera information använder varje nod den protokollstack den behöver. I fig. 1.3 visar hela stacken av grundläggande protokoll nätverksanslutning på internet.

Noder, ur ett nätverks synvinkel, representerar källor och mottagare av information. De fyra lägre nivåerna är kollektivt oberoende av vilken typ av information som överförs. Varje nätverksapplikation som kommunicerar med Layer 4 identifieras med sitt unika portnummer. Portvärden upptar intervallet från 0 till 65535. I detta intervall tilldelas portnummer 0-1023 för välkända nätverksapplikationer, portnummer 1024-49151 används av utvecklare av specialiserad programvara, portnummer 49152-65535 är dynamiskt tilldelas nätverksprogramanvändare under kommunikationssessionens varaktighet. Numeriska värden för stackportnummer anges.

Transport (fjärde) lagret stöder två kommunikationslägen

– med anslutningsetablering och utan anslutningsetablering. Varje läge identifieras med sitt protokollnummer (protokoll). Internetstandarder använder hexadecimal kodning. Det första läget används av TCP-modulen, som har en protokollkod på 6 (i hexadecimal kod - 0x06) och används för garanterad transport av information. För att göra detta förses varje överfört paket med ett sekvensnummer och måste bekräftas

______________________________________________________________________________

den mottagande parten om dess korrekta mottagande. Det andra läget används av UDP-modulen utan att garantera leverans av information till mottagaren (leveransgaranti tillhandahålls av applikationen). UDP-protokollet har kod 17 (i hexadecimal kod är det 0x11).

Applicerad

Representativ

Session

DHCP (Port = 67/68)

Transport

Protokoll = 0x0059

Protokoll = 0x0002

Protokoll = 0x0001

Protokolltyp = 0x0806

Protokolltyp = 0x0800

		Kanal
	Kanal
Kanal		Fysisk
Kanal			Kabel, Ethernet partvinnad, fiberoptik
	Fysisk kabel, tvinnat par, fiberoptik
Fysisk		Kabel, partvinnad, fiberoptik
Fysisk	Kabel, radio, fiberoptik

Ris. 1.3. Grundläggande Internetprotokollstack

______________________________________________________________________________

Nätverket (tredje) lagret säkerställer förflyttning av information i form av paket mellan nätverk (länklagergränssnitt) med hjälp av en nätverksadress. Lager 3-protokollfamiljen identifieras av de underliggande lagren av protokolltypen (ARP - typ 0x0806 eller IP - typ 0x0800). Kombinationen "protokoll - nätverksadress - portnummer" kallas en socket. Ett par uttag - sändning och mottagning - bestämmer unikt den etablerade anslutningen. Destinationsadressen för varje paket som anländer till IP-modulen från länkskiktet analyseras för att förstå vart paketet ska vidarebefordras härnäst: till sin egen applikation eller flyttas till ett annat gränssnitt för vidare transport över nätverket.

Den andra (länk) nivån behandlar paket på det lokala nätverket med hjälp av olika teknologier: Ethernet, Token Ring, FDDI och andra. Den första nivån säkerställer omvandlingen av binära koder till linjära koder som är mest lämpade för det transportmedium som används (metallkabel, fiberoptisk kommunikationslinje, radiokanal).

FRÅGOR TILL AVSNITT 1.3

1. Vad definierar nätverkslagerfaciliteterna för bearbetning av paket som kommer från datalänkslagret?

Svar. Protokolltyp: 0x0806 – för ARP och 0x0800 – för IP.

2. Vad bestämmer transportlagrets sätt att behandla paket som kommer från nätverkslagret?

Svar. Protokollnummer: 0x0006 – för TCP och 0x0011 – för UDP.

3. Vad bestämmer typen av nätverksapplikation för datagrambearbetning?

Svar. Portnummer.

4. Ge exempel på portnummer för nätverksomfattande applikationer.

Svar: Port 80 – HTTP, port 23 – TELNET, port 53 – DNS.

1.4. Protokoll för åtkomst till Internet

För att komma åt Internet används en familj av protokoll under det allmänna namnet PPP (Point-to-Point Protocol), som inkluderar:

1. Länkkontrollprotokoll (LCP) för koordinering av parametrarna för paketutbyte vid länklagret i värdnätverksåtkomstserversektionen (särskilt för att koordinera paketstorleken och typen av autentiseringsprotokoll).

2. Authentication Protocol för att fastställa användarens legitimitet (specifikt genom att använda Challenge Handshake Authentication Protocol - CHAP).

3. Nätverkskontrollprotokoll (IP Control Protocol - IPCP) för att konfigurera nätverksutbytesparametrar (särskilt tilldelning IP-adresser).

Därefter börjar informationsutbytet via IP-protokollet.

Vart och ett av dessa protokoll kan använda vilket transportmedium som helst, så det finns många sätt att kapsla in PPP i det fysiska lagret. För att kapsla in PPP i punkt-till-punkt-länkar, en procedur som liknar

HDLC.

Ramutbyte som använder en procedur som liknar HDLC (High-level Data Link Control Procedure) involverar duplex ramutbyte. Varje sänd ram måste kvitteras; om det inte finns någon bekräftelse inom timeouten upprepar sändaren överföringen. Ramstrukturen visas i fig. 1.4. Ordningen för överföring av ramfält är från vänster till höger. Syftet med ramfälten är följande.

Yu.F.Kozhanov, Kolbanev M.O-GRÄNSSNITT OCH PROTOKOLL FÖR NÄSTA GENERATIONS NÄTVERK

______________________________________________________________________________

Ris. 1.4. HDLC ramfältstruktur

Varje sänd ram måste börja och sluta med kombinationen "Flagga", som har en bitstruktur av formen 01111110 (0x7e). Samma flaggkombination kan användas som en stängning för en ram och en öppning för nästa ram. "Flagga"-kombinationer måste detekteras av den mottagande sidan för att fastställa ramgränser. För att säkerställa kodoberoende överföring av information är det nödvändigt att utesluta från efterföljande fält i ramen alla kombinationer som sammanfaller med tjänstecken (till exempel kombinationen "Flagga").

I I asynkront läge bildas alla ramfält byte för byte, varje byte föregås av en "start"-bit och slutar med en "stopp"-bit.

I synkront läge används heller byte infogning, eller bit infogning. I det första fallet ersätts bytesekvenserna 0x7e ("Flagga") i ramfälten med 2-bytesekvenserna 0x7d och 0x5e, 0x7d med 0x7d och 0x5d, 0x03 med 0x7d och 0x23. I det andra fallet, efter att alla fält i ramen har formats, utförs en bit-för-bit-skanning av innehållet i varje ram mellan "Flagga"-kombinationerna och en "noll"-bit infogas efter var femte angränsande "ett". " bitar. Vid avkodning av en ram vid mottagning utförs en bit-för-bit-skanning av innehållet i ramen mellan "Flagga"-kombinationerna och "noll"-biten tas bort efter var femte angränsande "en"-bit.

Adressfältet har ett konstant värde på 11111111 (0xff), och kontrollfältet har ett konstant värde på 00000011 (0x03).

Protokollfältet tar värdet 0xc021 för LCP-protokollet, 0xc223 för CHAP-protokollet, 0x8021 för IPCP och 0x0021 för IP-protokollet.

Fyllningen av informationsfältet beror på protokolltypen, men dess längd bör inte vara mindre än 4 byte.

Frame Check Sequence (FCS) på sändningen är utformad så att a) när informationen mellan flaggorna multipliceras med X16 och b) efterföljande division modulo 2 med det genererande polynomet X16 + X12 + X5 + 1, skulle resultatet bli lika med det konstanta talet 0xf0b8.

Proceduren för en PSTN-abonnent att komma åt Internet består av flera steg. Det första steget använder LCP-protokollet (Protocol = 0xc021), vilket

använder följande format (Fig. 1.5).

Ris. 1.5. LCP ramformat

Protokollfältet har värdet 0xc021. Varje meddelande kännetecknas av sin egen kod (Code), sekvensnummer (ID) och längd (Längd). Meddelandelängden inkluderar alla fält från Kod till FCS. Ett meddelande kan innehålla flera parametrar, som var och en kännetecknas av parametertypen (Type),

längd (Längd) och data (Datum).

(Configure-Nak), 04 – konfigurationsvägran (Configure-Reject), 05 – frånkopplingsbegäran (Terminate-Request), 06 – frånkopplingsbekräftelse (Terminate-Ack).

Ett komplett diagram över interaktionen mellan terminalenheten (värd), nätverksåtkomstservern (NAS) och autentiserings-, auktoriserings- och redovisningsservern (AAA) vid organisering av PSTN-abonnentåtkomst till Internet visas i fig. 1.6.

______________________________________________________________________________

Från figur 1.6 framgår det att värden initialt via LCP-protokollet (Protocol = 0xc021) begärde en anslutning med parametrarna MTU=300, PFC=7, men som ett resultat av deras samordning med NAS-åtkomstservern (Code=02) , parametrarna MTU=200 (MTU - maximal storlek paket i byte), autentiseringsprotokoll – CHAP (Auth.prot=c223). Utbytet av komprimerade rubriker (PFC=7) av NAS-åtkomstservern avvisades (kod=04).

Typ = 3, IP-adress = a.b.c.d, Mask,

Protokoll = 0xc021, kod=04,

Protokoll = 0xc021, kod=01,

Typ = 1, MTU=300

Protokoll = 0xc021, kod=03,

Typ = 1, MTU=200

Protokoll = 0xc021, kod=01,

Typ = 1, MTU=200

Protokoll = 0xc021, kod=02,

Typ = 1, MTU=200

Protokoll = 0xc021, kod=01,

Protokoll = 0xc021, kod=02,

Typ = 3, Auth.prot=0xc223, Algoritm=5

Protokoll = 0xc223, kod=01,

Protokoll = 0xc223, kod=02,

Prot=UDP, kod=01,

Namn=ABC, Värde=W

Auth = 0, Attr = Namn, Chall=V

Prot=UDP, kod=02,

IP-adress=a.b.c.d , Mask,

Prot=UDP, kod=05, Data

Protokoll = 0x0021, ...

Protokoll =0x0021, ...

Protokoll = 0xc021, kod=05,

1994, DS]. Kärnan i autentiseringsproceduren är att NAS:en skickar ett slumpmässigt nummer V till värden, och värden returnerar ett annat nummer W, beräknat av en tidigare känd funktion med hjälp av namn och lösenord, som skrivs in av användaren i datorn från Internetkort köpt från leverantören. Med andra ord, W=f(V, Namn, Lösenord). Det antas att en angripare (hacker) kan fånga upp värdena V, Namn och W som skickas över nätverket, och han känner till algoritmen för att beräkna funktionen f. Kärnan i bildandet av W är att de initiala elementen (bitar) slumpmässigt nummer V är "blandade" på olika sätt med lösenordselement okända för angriparen. Den resulterande chiffertexten komprimeras sedan, som att lägga till byte modulo two. Denna omvandling kallas en digest-funktion eller hash-funktion, och resultatet är en digest. Den exakta proceduren för att generera sammandraget bestäms av MD5-algoritmen och beskrivs i. NAS:en, med hjälp av RADIUS-protokollet, begär det sanna värdet på W från AAA-servern och skickar värdena namn och utmaning=V. AAA-servern, baserat på värdena V och Namn som tas emot från NAS:en och lösenordet Lösenordet den har i databasen, använder samma algoritm för att beräkna W och skicka det till NAS:en. NAS:n jämför de två W-värdena som tas emot från värden och från AAA-servern: om de matchar, skickas ett meddelande om framgångsrik autentisering till värden - Framgång (kod=03).

I det tredje steget sker konfiguration nätverksparametrar via IPCP-protokoll (aka PPP IPC, Protocol=0x8021). Värden begär nätverks-IP-adresser från NAS:en och NAS:en tilldelar en IP-adress för värden från poolen (intervallet) (IP-adress=a.b.c.d), och

rapporterar även IP-adressen för DNS-servern (IP-adress=e.f.g.h). NAS via RADIUS-protokoll

skickar ett meddelande (Kod=04) till AAA-servern om start av laddning och får bekräftelse (Kod=05).

I det 4:e steget påbörjar användaren en kommunikationssession med Internet via IP-protokollet (Protokoll = 0x0021).

Efter att sessionen är avslutad (steg 5), skickar användaren ett meddelande om anslutningsfel till NAS:en via LCP-protokollet (kod=05), NAS:en bekräftar detta meddelande (kod=06), skickar ett meddelande om att laddningen är slut till AAA-servern och får bekräftelse från den. Alla enheter återställs till sitt ursprungliga tillstånd.

FRÅGOR TILL AVSNITT 1.4

1. Nämn sammansättningen och syftet med familjen av PPP-protokoll.

Svar. LCP – för att förhandla om paketutbytesparametrar, CHAP – för att fastställa användarlegitimitet, IPCP – för att tilldela en IP-adress.

2. Ger PPP feldetektering och ordnad leverans av paket?

Svar. Feldetektering - ja, ordnad leverans - nej, detta tillhandahålls av TCP-protokollet.

3. Var lagras användarautentiseringsdata?

Svar. På internetkartan och på AAA-servern.

4. Är det möjligt att fastställa användarens IP-adress innan en anslutning till NAS-servern upprättas?

Svar: Nej. Efter framgångsrik autentisering utfärdar NAS:en en ledig IP-adress från det tilldelade adressintervallet.

5. Vilka metoder används för att redovisa kostnaden för Internetanslutningar? Svar: Vanligtvis tillkommer en prenumerationsavgift eller en avgift för den mottagna volymen

Från uttag till drivrutiner

Introduktion till protokoll

Medan den formella introduktionen till nätverk hänvisar till Open Systems Interconnection (OSI)-modellen, använder den här introduktionen till kärnan i Linux-nätverksstacken en fyralagersmodell som kallas Internetmodellen (se figur 1).

Figur 1. Internetmodell av nätverksstacken

Längst ner i stacken finns datalänklagret. Datalänkskikt hänvisar till drivrutiner som ger åtkomst till det fysiska lagret, som kan bestå av flera medier såsom seriella länkar eller Ethernet-enheter. Ovanför kanalen är nätverkslager, som ansvarar för att dirigera paket till sin destination. Nästa nivå kallas transport ansvarig för peer-to-peer-kommunikation (till exempel inom en värd). Nätverkslagret hanterar kommunikation mellan värdar, och transportlagret hanterar kommunikation mellan ändpunkter inom dessa värdar. Äntligen finns det applikationslager, som vanligtvis är semantisk och förstår den flyttade datan. Hypertext Transfer Protocol (HTTP) flyttar till exempel förfrågningar och svar för webbinnehåll mellan en server och en klient.

I huvudsak går lagren i nätverksstacken under mer igenkännliga namn. I datalänklagret hittar du Ethernet, det vanligaste höghastighetsmediet. Äldre länklagerprotokoll inkluderar seriella protokoll som Serial Line Internet Protocol (SLIP), Compressed SLIP (CSLIP) och Point-to-Point Protocol (PPP). Det vanligaste nätverkslagerprotokollet är Internet Protocol (IP), men det finns andra som tjänar andra behov, såsom Internet Control Message Protocol (ICMP) och Address Resolution Protocol (ARP). Vid transportlagret är dessa Transmission Control Protocol (TCP) och User Datagram Protocol (UDP). Slutligen innehåller applikationslagret många av de protokoll vi är bekanta med, inklusive HTTP, ett standardwebbprotokoll, och SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), ett protokoll för e-postöverföring.

Kärnnätverksarkitektur

Låt oss nu gå vidare till arkitekturen för Linux-nätverksstacken och se hur den implementerar internetmodellen. Figur 2 visar en högnivåvy av Linux-nätverksstacken. Överst finns användarutrymmesnivån eller applikationslager, som definierar användarna av nätverksstacken. Nedan finns fysiska enheter, som ger möjlighet att ansluta till nätverk (seriella eller höghastighetsnätverk som Ethernet). I centrum, eller i kärna utrymme, är nätverksundersystemet som är i fokus i den här artikeln. Socketbuffertar (sk_buffs) körs genom bakänden av nätverksstacken som flyttar paketdata mellan källor och destinationer. Strukturen för sk_buff kommer att visas kort.

Figur 2. Högnivåarkitektur för Linux-nätverksstacken

Först kommer du att få en snabb översikt över de grundläggande delarna av Linux-nätverksundersystemet, med mer detaljer i följande avsnitt. Överst (se figur 2) finns ett system som kallas systemanropsgränssnittet. Det ger helt enkelt ett sätt för användarutrymmesapplikationer att komma åt kärnans nätverksundersystem. Därefter kommer det protokollagnostiska lagret, som ger ett allmänt sätt att arbeta med protokoll för lägre transportlager. Därefter kommer de faktiska protokollen, som på Linux inkluderar de inbyggda protokollen TCP, UDP och naturligtvis IP. Nästa är ett annat oberoende lager som ger ett gemensamt gränssnitt till och från de individuella tillgängliga drivrutinerna, följt i slutet av själva drivrutinerna.

Systemanropsgränssnitt

Systemanropsgränssnittet kan beskrivas ur två perspektiv. När ett nätverksanrop görs av användaren multiplexeras det via ett systemanrop till kärnan. Detta slutar som ett anrop till sys_socketcall i ./net/socket.c, som sedan demultiplexerar anropet till det avsedda målet. Ett annat perspektiv på systemanropsgränssnittet är att använda normala filoperationer för nätverksinmatning/utmatning (I/O). Till exempel kan normala läs- och skrivoperationer utföras på ett nätverksuttag (som representeras av en filbeskrivning som en normal fil). Så även om det finns operationer som är specifika för nätverk (skapa en socket med ett anrop till socket , associera det med ett handtag med ett anrop att ansluta och så vidare), finns det också ett antal standardfiloperationer som gäller för nätverksobjekt som om de var vanliga filer. Slutligen tillhandahåller systemanropsgränssnittet ett medel för att överföra kontroll mellan en användarutrymmesapplikation och kärnan.

Protokollagnostiskt gränssnitt

Socketlagret är ett protokollagnostiskt gränssnitt som tillhandahåller en uppsättning standardfunktioner för att stödja ett antal olika protokoll. Detta lager stöder inte bara de vanliga TCP- och UDP-protokollen, utan även IP, rå Ethernet och andra transportprotokoll som Stream Control Transmission Protocol (SCTP).

Kommunikation genom nätverksstacken sker via ett uttag. Socketstrukturen i Linux är struct sock, definierad i linux/include/net/sock.h. Denna stora struktur innehåller alla nödvändiga tillstånd för en enskild socket, inklusive det specifika protokollet som socket använder och de operationer som kan utföras på det.

Nätverksundersystemet känner till de tillgängliga protokollen från en speciell struktur som definierar dess kapacitet. Varje protokoll innehåller en struktur som kallas proto (finns i linux/include/net/sock.h). Denna struktur definierar de individuella socketoperationer som kan utföras från socketlagret till transportlagret (till exempel hur man skapar en socket, hur man upprättar en anslutning till en socket, hur man stänger en socket, etc.).

Nätverksprotokoll

Nätverksprotokollsektionen definierar de individuella nätverksprotokollen som är tillgängliga (som TCP, UDP och så vidare). De initieras i början av dagen i inet_init-funktionen i linux/net/ipv4/af_inet.c (eftersom TCP och UDP är i inet-familjen av protokoll). Funktionen inet_init registrerar vart och ett av de inbyggda protokoll som använder funktionen proto_register. Den här funktionen är definierad i linux/net/core/sock.c, och förutom att lägga till ett protokoll till listan över giltiga, kan den allokera en eller flera skivcacher om det behövs.

Du kan se hur enskilda protokoll identifierar sig genom protostrukturen i filerna tcp_ipv4.c, udp.c och raw.c, i linux/net/ipv4/. Var och en av dessa protokollstrukturer mappas som en typ och ett protokoll till en inetsw_array, som tilldelar de inbyggda protokollen till deras verksamhet. Strukturen för inetsw_array och dess anslutningar visas i figur 3. Vart och ett av protokollen i denna array initieras i början av dagen i inetsw genom att anropa inet_register_protosw från inet_init . Funktionen inet_init initierar också olika inet-moduler som ARP, ICMP, IP-moduler och TCP- och UDP-moduler.

Figur 3. Internet protokoll array struktur

Socket och protokoll korrelation

Kom ihåg att när en socket skapas, definierar den en typ och ett protokoll, till exempel my_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0) . AF_INET specificerar en Internetadressfamilj med en streamsocket definierad som SOCK_STREAM (som visas här i inetsw_array).

Datarörelse för sockets sker med hjälp av en grundläggande struktur som kallas socketbufferten (sk_buff). sk_buff innehåller paketdata och tillståndsdata som sträcker sig över flera lager av protokollstacken. Varje paket som skickas eller tas emot representeras i sk_buff. Strukturen för sk_buff definieras i linux/include/linux/skbuff.h och visas i figur 4.

Figur 4. Socketbuffert och dess anslutningar till andra strukturer

Som du kan se, flera sk_buff strukturer för av detta samband kan kopplas ihop. Var och en av dem identifierar strukturen för enheten (net_device) till vilken paketet skickas eller tas emot. Eftersom varje paket representeras i sk_buff, definieras pakethuvudena bekvämt av en uppsättning pekare (th, iph och mac för Media Access Control (MAC)-huvudet. Eftersom sk_buff-strukturerna är centrala för organisationen av socketdata, finns ett antal av stödfunktioner: Det finns funktioner för att skapa, förstöra, klona och hantera sk_buff-kön.

Socketbuffertar är utformade för att kommunicera med varandra för en given socket och inkluderar en stor mängd information, inklusive referenser till protokollhuvuden, tidsstämplar (när paketet skickades eller togs emot) och motsvarande enhet.

Enhetsagnostiskt gränssnitt

Under protokollskiktet finns ett annat oberoende gränssnittsskikt som länkar protokoll till olika fysiska enhetsdrivrutiner med olika kapacitet. Detta lager tillhandahåller en standarduppsättning funktioner som används av nätverksenheter på låg nivå för att kunna interagera med högnivåprotokollstacken.

Först och främst kan drivrutiner registrera och avregistrera sig själva med kärnan genom att anropa register_netdevice eller unregister_netdevice . Det anropande kommandot fyller först i net_device-strukturen och skickar den sedan vidare för registrering. Kärnan anropar sin init-funktion (om den är definierad), utför några hälsokontroller, skapar en sysfs-post och lägger sedan till en ny enhet i enhetslistan ( länkad lista enheter som är aktiva i kärnan). Net_device-strukturen finns i linux/include/linux/netdevice.h. Vissa funktioner finns i linux/net/core/dev.c.

Funktionen dev_queue_xmit används för att skicka sk_buff från protokolllagret till enheten. Den köar sk_buff för eventuell vidarebefordran av lämplig enhetsdrivrutin (enheten som definieras av net_device eller sk_buff->dev-pekaren i sk_buff). Dev-strukturen innehåller en metod som kallas hard_start_xmit som lagrar en drivrutinsfunktion för att initiera sk_buff-överföringen.

Att ta emot paketet görs traditionellt med netif_rx . När en enhetsdrivrutin på lägre nivå tar emot ett paket (inneslutet i en allokerad sk_buff), går sk_buff upp till nätverkslagret med ett anrop till netif_rx . Denna funktion köar sedan sk_buff till en högre protokollnivå för vidare bearbetning med netif_rx_schedule . Funktionerna dev_queue_xmit och netif_rx finns i linux/net/core/dev.c.

Slutligen introducerades ett nytt applikationsprogramgränssnitt (NAPI) i kärnan för att samverka med det enhetsoberoende (dev) lagret. Vissa förare använder det, men de allra flesta använder fortfarande det äldre ramförvärvningsgränssnittet (ungefär sex av sju). NAPI kan ge bättre prestanda under tung belastning samtidigt som man undviker avbrott på varje inkommande ram.

Enhetsdrivrutiner

Längst ner i nätverksstacken finns drivrutiner som styr fysiska nätverksenheter. Exempel på enheter på denna nivå inkluderar SLIP-drivrutinen över Seriellt gränssnitt eller en Ethernet-drivrutin över en Ethernet-enhet.

Under initieringen allokerar enhetsdrivrutinen utrymme för net_device-strukturen och initierar den sedan med nödvändiga rutiner. En av dem, kallad dev->hard_start_xmit, specificerar hur det översta lagret ska köa sk_buff för överföring. Det är passerat sk_buff . Hur den här funktionen fungerar beror på hårdvaran, men vanligtvis flyttas paketet som beskrivs i sk_buff till vad som kallas en "hårdvaruring" eller "kö". Ramankomst, som beskrivs i det enhetsoberoende lagret, använder gränssnittet netif_rx eller netif_receive_skb till den NAPI-kompatibla nätverksdrivrutinen. NAPI-drivrutinen sätter begränsningar på kapaciteten hos den underliggande hårdvaran. Se avsnittet för detaljer.

Efter att en enhetsdrivrutin har konfigurerat sina gränssnitt i dev-strukturen, gör ett anrop till register_netdevice den tillgänglig för användning. I linux/drivers/net kan du hitta drivrutiner som är specifika för nätverksenheter.

Varsågod

Linux-källkod är ett utmärkt sätt att lära sig om drivrutinsdesign för många typer av enheter, inklusive nätverksenhetsdrivrutiner. Du kommer att hitta skillnader i design och användning av de tillgängliga kärn-API:erna, men var och en kommer att vara användbar antingen som instruktioner eller som utgångspunkt för en ny drivrutin. Resten av koden i nätverksstacken är standard och används tills ett nytt protokoll krävs. Men även då fungerar implementeringar av TCP (för ett strömningsprotokoll) eller UDP (för ett meddelandeöverföringsprotokoll) som användbara modeller för att starta ny utveckling.

TCP/IP

TCP/IP-nätverksprotokollstacken har fyra nivåer:

Kanal (länk).
Nätverk (Internet).
Transport.
Ansökan.

Appliceringsskikt

HTTP;
SMTP;

Varje protokoll definierar sin egen ordning och principer för att arbeta med data.

Används för att överföra e-post. SMTP-operationen inkluderar tre sekventiella steg:

Fastställande av avsändarens adress. Detta är nödvändigt för att returnera brev.
Mottagarens definition. Detta steg kan upprepas ett antal gånger när du anger flera mottagare.
Bestämma meddelandeinnehåll och skicka. Data om typen av meddelande överförs som serviceinformation. Om servern bekräftar att den är redo att acceptera paketet är själva transaktionen slutförd.

Rubrik

Till exempel kan en rubrik kapad vid transportlagret endast bearbetas av transportlagret på andra sidan. Andra kommer helt enkelt att ignorera det.

Transportlager

I transportskiktet behandlas den mottagna informationen som en enda enhet, oavsett innehåll. Mottagna meddelanden delas in i segment, en rubrik läggs till dem och det hela skickas nedströms.

Dataöverföringsprotokoll:

Det vanligaste protokollet. Den ansvarar för garanterad dataöverföring. Vid sändning av paket kontrolleras deras kontrollsumma, transaktionsprocessen. Det innebär att informationen kommer fram "säkert" oavsett förutsättningar.

TCP eller UDP?

Vart och ett av dessa protokoll har sin egen räckvidd. Det bestäms logiskt av verkets egenskaper.

Den största fördelen med UDP är dess överföringshastighet. TCP är ett komplext protokoll med många kontroller, medan UDP verkar vara mer förenklat och därför snabbare.

UDP används till exempel för att titta på videor. För en videofil är förlusten av ett litet antal segment inte kritisk, medan laddningshastigheten är den viktigaste faktorn.

Men om du behöver skicka lösenord eller bankkortsuppgifter är behovet av att använda TCP uppenbart. Att förlora även den minsta databit kan få katastrofala konsekvenser. Hastighet i det här fallet är inte lika viktigt som säkerhet.

Nätverkslager

Nätverkslagret bildar paket från den mottagna informationen och lägger till en rubrik. Den viktigaste delen av datan är IP- och MAC-adresserna för avsändarna och mottagarna.

IP-adress (Internet Protocol-adress) - enhetens logiska adress. Innehåller information om enhetens plats i nätverket. Exempelpost: .

Nätverkslagret ansvarar för:

Fastställande av leveransvägar.
Överföra paket mellan nätverk.
Tilldelning av unika adresser.

Routrar är enheter för nätverkslager. De banar väg mellan datorn och servern utifrån mottagna data.

Det mest populära protokollet på denna nivå är IP.

Typer av IP-adresser

Det finns två typer av IP-adresser som används i nätverk:

Offentlig.
Privat.

Privat (Privat) används inte på Internet. I det globala nätverket är sådana adresser inte unika. Ett exempel är ett lokalt nätverk. Varje enhet tilldelas en unik IP-adress inom ett givet nätverk.

IPv4

Inspelningsformat: .

IPv6

Denna version är avsedd att lösa problem med den tidigare versionen. Adresslängden är 128 bitar.

Exempelpost: .

Det finns tre typer av IPv6-adresser:

Unicast.
Anycast.
Multicast.

Unicast är en typ av IPv6 unicast. När det skickas når paketet endast gränssnittet på motsvarande adress.

Anycast hänvisar till IPv6 multicast-adresser. Det skickade paketet kommer att gå till närmaste nätverksgränssnitt. Används endast av routrar.

Subnätmask

Subnätmasken bestämmer subnätet och värdnumret från IP-adressen.

Subnät och värd

Subnätet ansvarar för den logiska separationen. I huvudsak är dessa enheter som använder samma lokala nätverk. Bestäms av ett intervall av IP-adresser.

Värd är adressen till nätverksgränssnittet (nätverkskort). Bestäms från IP-adressen med hjälp av en mask. Till exempel: . Eftersom de tre första oktetterna är subnätet, finns det kvar. Detta är värdnumret.

Utbudet av värdadresser är från 0 till 255. Värden numrerad "0" är i själva verket adressen till själva subnätet. Och värdnumret "255" är en sändare.

Adressering

Det finns tre typer av adresser som används för adressering i TCP/IP-protokollstacken:

Lokal.
Nätverk.
Domännamn.

MAC-adresser kallas lokala. De används för adressering i lokala nätverkstekniker som Ethernet. I samband med TCP/IP betyder ordet "lokal" att de endast fungerar inom ett subnät.

En toppdomän representerar specifik information. Generiska (.org, .net) begränsas inte av några strikta gränser. Den motsatta situationen är med lokala (.us, .ru). De är vanligtvis lokaliserade.

Lågnivådomäner är allt annat. Den kan ha vilken storlek som helst och innehålla valfritt antal värden.

DNS (Domain Name System) upprättar en mappning mellan domännamn och den offentliga IP-adressen. När du skriver ett domännamn i din webbläsare kommer DNS att upptäcka motsvarande IP-adress och rapportera det till enheten. Enheten kommer att bearbeta detta och returnera det som en webbsida.

Datalänkskikt

De vanligaste protokollen:

Ethernet.
WLAN.

Ethernet är den vanligaste trådbundna LAN-tekniken.

WLAN är ett lokalt nätverk baserat på trådlös teknik. Enheter interagerar utan fysiska kabelanslutningar. Ett exempel på den vanligaste metoden är Wi-Fi.

Konfigurera TCP/IP för att använda en statisk IPv4-adress

En statisk IPv4-adress tilldelas direkt i enhetsinställningarna eller automatiskt vid anslutning till nätverket och är permanent.

För att konfigurera TCP/IP-protokollstacken för att använda en permanent IPv4-adress, skriv in kommandot ipconfig/all i konsolen och hitta följande data.

Konfigurera TCP/IP för att använda en dynamisk IPv4-adress

En dynamisk IPv4-adress används ett tag, hyrs ut och ändras sedan. Tilldelas enheten automatiskt när den är ansluten till nätverket.

Dataöverföringsmetoder

Data överförs genom det fysiska mediet på tre sätt:

Simplex.
Halv duplex.
Full duplex.

Simplex är en enkelriktad kommunikation. Sändning utförs av endast en enhet, medan den andra endast tar emot signalen. Vi kan säga att information bara överförs i en riktning.

Exempel på simplexkommunikation:

TV-sändningar.
Signal från GPS-satelliter.

Halvduplex är tvåvägskommunikation. Dock kan bara en nod sända en signal åt gången. Med denna typ av kommunikation kan två enheter inte använda samma kanal samtidigt. Fullständig tvåvägskommunikation kanske inte är fysiskt möjlig eller kan resultera i kollisioner. Det sägs att de konflikter om överföringsmediet. Detta läge används när koaxialkabel används.

Ett exempel på halvduplexkommunikation är kommunikation via walkie-talkie på en frekvens.

Full Duplex - full tvåvägskommunikation. Enheter kan samtidigt sända en signal och ta emot. De kommer inte i konflikt över överföringsmediet. Det här läget används när du använder Fast Ethernet-teknik och en partvinnad anslutning.

Ett exempel är telefonkommunikation via ett mobilnät.

TCP/IP vs OSI

OSI-modellen definierar principerna för dataöverföring. Skikten i TCP/IP-protokollstacken motsvarar direkt denna modell. Till skillnad från fyra-lagers TCP/IP har den 7 lager:

Fysisk.
Kanal (Datalänk).
Nätverk.
Transport.
Session.
Presentation.
Ansökan.

Det finns ingen anledning att fördjupa sig i denna modell för närvarande, men åtminstone en ytlig förståelse är nödvändig.

Transportskiktet förblir oförändrat. Utför samma funktioner.

Nätverkslagret är också oförändrat. Utför exakt samma uppgifter.

Datalänklagret i TCP/IP motsvarar de två sista OSI-lagren. Datalänkskiktet upprättar protokoll för att överföra data över det fysiska mediet.

Fysisk representerar den faktiska fysiska anslutningen - elektriska signaler, kontakter, etc. I TCP/IP-protokollstacken beslutades det att kombinera dessa två lager till ett, eftersom de båda handlar om det fysiska mediet.

En överenskommen uppsättning protokoll på olika nivåer, tillräckligt för att organisera internetarbete, kallas protokollstack. För varje nivå definieras en uppsättning frågefunktioner för interaktion med den högre nivån, som kallas gränssnitt. Reglerna för interaktion mellan två maskiner kan beskrivas som en uppsättning procedurer för varje nivå, som kallas protokoll.

Det finns många protokollstackar som används ofta i nätverk. Dessa är stackar som är internationella och nationella standarder, och proprietära stackar som har blivit utbredda på grund av förekomsten av utrustning från ett visst företag. Exempel på populära protokollstackar inkluderar Novells IPX/SPX-stack, TCP/IP-stacken som används på Internet och många UNIX-baserade nätverk, International Standards Organizations OSI-stack, Digital Equipment Corporations DECnet-stack och flera andra.

Protokollstaplar är indelade i tre nivåer:

transport;

applicerad.

Nätverksprotokoll

Nätverksprotokoll tillhandahåller följande tjänster: adresserings- och routinginformation, felsökning, begäran om vidaresändning och upprättande av regler för interaktion i en specifik nätverksmiljö. Nedan är de mest populära nätverksprotokollen.

DDP(DatagramDeliveryProtocol) Apples dataöverföringsprotokoll som används i AppleTalk.

IP(Internet Protocol - Internet Protocol). Ett TCP/IP-stackprotokoll som tillhandahåller adresserings- och routinginformation.

IPX(InternetworkPacketeXchange) i NWLink Ett NovelNetWare-protokoll som används för att dirigera och dirigera paket.

NetBEUI(NetBIOSExtendedUserInterface – utökat användargränssnitt grundläggande nätverks I/O-system) . Detta protokoll har utvecklats gemensamt av IBM och Microsoft och tillhandahåller transporttjänster för NetBIOS.

Transportprotokoll

Transportprotokoll tillhandahåller följande tjänster för tillförlitlig transport av data mellan datorer. Nedan är de mest populära transportprotokollen.

ATP(AppleTalkProtocol – AppleTalk Transaction Protocol) och NBP(NameBindingProtocol – Namnbindningsprotokoll). AppleTalk session och transportprotokoll.

NetBIOS ( Grundläggande nätverks I/O-system) . NetBIOS Etablerar en anslutning mellan datorer och NetBEUI tillhandahåller datatjänster för denna anslutning.

SPX(SequencedPacketeXchange – Sekventiellt paketutbyte) i NWLink.NovelNetWare-protokollet som används för att säkerställa dataleverans.

TCP(TransmissionControlProtocol – Transmission Control Protocol) Ett protokoll för TCP/IP-stacken som ansvarar för tillförlitlig dataleverans.

Applikationsprotokoll

Applikationsprotokoll är ansvariga för hur applikationer kommunicerar. Nedan är de mest populära applikationsprotokollen.

AFP(Apple Talk File Protocol - Apple Talk File Protocol) Protocol fjärrkontroll Macintosh-filer.

FTP(File Transfer Protocol - File Transfer Protocol). Ett TCP/IP-stackprotokoll som används för att tillhandahålla filöverföringstjänster.

NCP(NetWare Core Protocol - NetWare Basic Protocol). NovelNetWare-klientskal och omdirigerare.

SNMP(SimpleNetworkManagementProtocol) Ett TCP/IP-stackprotokoll som används för att hantera och övervaka nätverksenheter.

HTTP(HyperTextTransferProtocol) – hypertextöverföringsprotokoll och andra protokoll.

Internetprotokollsviten tillhandahåller end-to-end datakommunikation, som definierar hur data paketeras, bearbetas, överförs, dirigeras och tas emot. Denna funktion är organiserad i fyra abstraktionslager som klassificerar alla associerade protokoll enligt omfattningen av de involverade nätverken. Lägsta till högsta lagret är kommunikationslagret som innehåller kommunikationsmetoder för data som finns kvar inom ett enda nätverkssegment (länk); Internetlager, som tillhandahåller internetarbete mellan oberoende nätverk; transportlager, som hanterar kommunikation mellan värdar; och applikationslagret, som tillhandahåller kommunikation mellan processer för applikationer.

Utvecklingen av internetarkitektur och protokoll i TCP/IP-modellen utförs av det öppna internationella samfundet av designers IETF.

Berättelse

TCP/IP-protokollstack skapades baserat på NCP (Network Control Protocol) av en grupp utvecklare under ledning av Vinton Cerf 1972. I juli 1976 demonstrerade Vint Cerf och Bob Kahn första gången dataöverföring med hjälp av TCP över tre olika nätverk. Paketet följde följande väg: San Francisco - London - University of Southern California. Vid slutet av sin resa hade paketet färdats 150 tusen km utan att förlora en enda bit. 1978 beslutade Cerf, Jon Postel och Danny Cohen att skapa två separata funktioner i TCP: TCP och IP (engelsk Internet Protocol, Internetwork-protokoll). TCP ansvarade för att dela upp meddelandet i datagram och koppla ihop dem vid den slutliga sändningspunkten. IP ansvarade för överföringen (med kontroll av mottagning) av individuella datagram. Så här föddes det moderna internetprotokollet. Och den 1 januari 1983 bytte ARPANET till ett nytt protokoll. Denna dag anses vara det officiella födelsedatumet för Internet.

Lager av TCP/IP-stacken

TCP/IP-protokollstacken innehåller fyra lager:

Protokollen på dessa nivåer implementerar OSI-modellens funktionalitet fullt ut. All användarinteraktion i IP-nätverk bygger på TCP/IP-protokollstacken. Stacken är oberoende av det fysiska dataöverföringsmediet, vilket i synnerhet säkerställer en helt transparent interaktion mellan trådbundna och trådlösa nätverk.

Fördelning av protokoll efter nivåer av TCP/IP-modellen

Applicerad
(Applikationslager)

t.ex. HTTP, RTSP, FTP, DNS

Transport

Transportlager

Nätverksnivå (internet).

Datalänkskikt

Vid design av en protokollstack på länknivå övervägs brusresistent kodning - vilket gör det möjligt att upptäcka och korrigera fel i data på grund av påverkan av brus och störningar på kommunikationskanalen.

Jämförelse med OSI-modellen

De tre översta lagren i OSI-modellen, det vill säga applikationslagret, presentationslagret och sessionslagret, särskiljs inte separat i TCP/IP-modellen, som bara har ett applikationslager ovanför transportlagret. Även om vissa rena OSI-protokollapplikationer, såsom X.400, också kombinerar dem, finns det inget krav på att TCP/IP-protokollstacken måste överlagra en monolitisk arkitektur ovanför transportlagret. Till exempel fungerar NFS-applikationsprotokollet genom protokollet External Data Representation (XDR), som i sin tur fungerar genom protokollet Remote Procedure Call (RPC). RPC ger tillförlitlig dataöverföring så att den säkert kan använda UDP-transport på bästa sätt.

Olika författare har tolkat TCP/IP-modellen på olika sätt och håller inte med om att länklagret eller hela TCP/IP-modellen fångar OSI Layer 1 (fysiskt lager) rör eller antar att hårdvarulagret ligger under länklagret.

Flera författare har försökt att införliva lager 1 och 2 av OSI-modellen i TCP/IP-modellen, eftersom de ofta hänvisas till i moderna standarder (t.ex. IEEE och ITU). Detta resulterar ofta i en femlagersmodell, där kommunikationslagret eller nätverksåtkomstlagret är uppdelat i lager 1 och 2 i OSI-modellen.

IETF-protokollets utvecklingsinsatser handlar inte om strikt skiktning. Vissa av dess protokoll följer kanske inte den rena OSI-modellen, även om RFC:er ibland refererar till det och ofta använder äldre OSI-lagernummer. IETF har upprepade gånger uttalat att internetprotokoll och arkitekturdesign inte bör överensstämma med OSI-kraven. RFC 3439, som adresserar internetarkitektur, innehåller en sektion med titeln "Layer Considered Harmful".

Till exempel anses sessions- och presentationslagren för OSI-paketet vara inkluderade i applikationslagret för TCP/IP-paketet. Sessionslagerfunktionalitet kan hittas i protokoll som HTTP och SMTP, och är tydligare i protokoll som Telnet och SIP (Session Initiation Protocol). Sessionslagerfunktionalitet implementeras också med portnumrering för TCP- och UDP-protokollen, som spänner över transportlagret i TCP/IP-sviten. Presentationslagerfunktioner implementeras i TCP/IP-applikationer med MIME-standarden för datautbyte.

Konflikter är också uppenbara i den ursprungliga OSI-modellen, ISO 7498, när bilagor till den modellen, såsom ISO 7498/4 Management Framework eller ISO 8648 Internal Organization of the Network layer (IONL), inte tas upp. När IONL- och Management Framework-dokumenten granskas, definieras ICMP och IGMP som lagerkontrollprotokoll för nätverkslagret. På liknande sätt tillhandahåller IONL ett ramverk för "subnätberoende konvergensobjekt" som ARP och RARP.

IETF-protokoll kan kapslas in rekursivt, vilket framgår av tunnlingsprotokoll som General Routing Encapsulation (GRE). GRE använder samma mekanism som OSI använder för tunnling i nätverkslagret. Det råder oenighet om hur man ska passa in TCP/IP-modellen i OSI-modellen eftersom lagren i dessa modeller inte är desamma.

Dessutom använder OSI-modellen inte ett extra lager - "Internetworking" - mellan datalänken och nätverkslagren. Ett exempel på ett kontroversiellt protokoll skulle vara ARP eller STP.

Så här passar TCP/IP-protokoll traditionellt in i OSI-modellen:

Fördelning av protokoll efter nivåer av OSI-modellen

	TCP/IP	OSI
7	Applicerad	Applicerad	t.ex. HTTP, SMTP, SNMP, FTP, Telnet, SSH, SCP, SMB, NFS, RTSP, BGP
6		Representation	t ex XDR, AFP, TLS, SSL
5		Session	t.ex. ISO 8327 / CCITT X.225, RPC, NetBIOS, PPTP, L2TP, ASP
4	Transport	Transport	t.ex. TCP, UDP, SCTP, SPX, ATP, DCCP, GRE
3	Nätverk	Nätverk	t.ex. ICMP, IGMP, CLNP, OSPF, RIP, IPX, DDP, ARP
2	Kanal	Kanal	t.ex. Ethernet, Token ring, HDLC , PPP , X.25 , Frame relay , ISDN , ATM , SPB , MPLS
1	Kanal	Fysisk	t ex elkablar, radiokommunikation, fiberoptiska kablar, infraröd strålning

I TCP/IP-stacken kombineras vanligtvis de tre översta lagren av OSI-modellen (applikation, presentation och session) till en applikation. Eftersom en sådan stack inte tillhandahåller ett enhetligt dataöverföringsprotokoll, överförs funktionerna för att bestämma datatypen till applikationen.

Beskrivning av TCP/IP-modellen i teknisk litteratur

Anteckningar

OSI- och TCP/IP-modeller. Kunskapsbas osLogic.ru
TCP/IP och OSI nätverksmodeller. Cisco Learning
Vasiliev A. A., Telina I. S., Izbachkov Yu. S., Petrov V. N. Informationssystem: Lärobok för universitet. - St. Petersburg. : Peter, 2010. - 544 sid. - ISBN 978-5-49807-158-9.
Andrew Krowczyk, Vinod Kumar, Noman Laghari och andra..NET nätverksprogrammering för proffs/trans. från engelska V. Streltsov. - M.: Lori, 2005. - 400 sid. - ISBN 1-86100-735-3. - ISBN 5-85582-170-2.

Transportlager (TL) definierar reglerna för transport av paket över nätverket. Transportskiktet övervakar leveransen från ända till ända av enskilda paket, det tar inte hänsyn till eventuella beroenden mellan dessa paket (även de som hör till samma meddelande). Den behandlar varje paket som om varje del tillhörde separat meddelande, oavsett om så faktiskt är fallet eller inte. Transportlagerprotokoll säkerställer att alla meddelanden anländer till sin destination intakta och att paketen beställs i sin ursprungliga ordning. Vid transportlagret utförs informationsöverträdelsekontroll och felkontroll, samt flödeskontroll längs hela käll-destinationsvägen.

Transportlagret utför följande uppgifter:

Adressering av serviceställen. Datorer kör ofta flera program samtidigt. Av denna anledning betyder leverans av källdestination inte bara leverans från en dator till nästa, utan också från en given process (program som körs) på en dator till en given process (program som körs) på en annan. Därför måste transportlagerhuvudet inkludera en adresstyp som kallas en servicepunktadress (eller portadress). Nätverkslagret levererar varje paket till rätt datoradress; Transportlagret levererar hela meddelandet till rätt process på den datorn.
Segmentering och återmontering. Meddelandet är uppdelat i transportabla segment, där varje segment innehåller ett sekvensnummer. Dessa nummer gör det möjligt för transportlagret att, efter att ha nått sin destination, korrekt sammanställa meddelandet och ersätta paket som gick förlorade under överföringen.
Anslutningshantering. Transportskiktet kan vara anslutningsorienterat (anslutningsfri överföring) eller anslutningsorienterad överföring (datagramläge). Det anslutningslösa transportlagret (över en företablerad virtuell anslutning) bearbetar varje segment som ett oberoende paket och levererar det till transportlagret på destinationsmaskinen. Det anslutningsorienterade transportskiktet upprättar först en anslutning till transportskiktet på destinationsdatorn innan paket levereras. När all data har överförts upphör anslutningen.
I anslutningslöst läge används transportskiktet för att överföra enstaka datagram utan att garantera deras tillförlitliga leverans. Anslutningsorienterat läge används för tillförlitlig dataleverans.
Flödeskontroll. Liksom datalänklagret är transportlagret ansvarigt för flödeskontroll. Flödeskontroll på denna nivå görs dock från början.
Felkontroll. Liksom datalänklagret ansvarar transportlagret för felkontroll. Sändningstransportskiktet säkerställer att hela meddelandet når mottagartransportskiktet utan fel (skada, förlust eller duplicering). Felkorrigering sker vanligtvis genom återsändning.

Session Layer SL- nätverksdialogkontroller. Den etablerar, underhåller och synkroniserar interaktioner mellan kommunicerande system.

Med hjälp av Session Layer organiseras en dialog mellan parterna, det registreras vilken part som är initiativtagare, vilken part som är aktiv och hur dialogen slutar.

Sessionslageruppgifterna är följande:

Dialoghantering. Sessionslager tillåter två system att gå i dialog. Det tillåter utbyte av meddelanden mellan två processer. I det här fallet är följande lägen möjliga: antingen halvduplex (en väg åt gången) eller fullduplex (två vägar samtidigt). Till exempel kan dialogen mellan terminalen och stordatorn vara halvduplex.
Synkronisering. Sessionslager Tillåter en process att lägga till kontrollpunkter (synkroniseringspunkter) till en dataström. Till exempel, om systemet skickar en fil på 2 000 sidor, är det önskvärt att infoga kontrollpunkter efter var 100:e sida för att säkerställa att varje 100-sidig modul tas emot och identifieras oberoende. I det här fallet, om en överträdelse inträffar under överföringen av sidan 523, är den enda sida som krävs och kommer att skickas igen efter systemåterställning- sida 501 (första sidan av det femte hundra)

Presentationslager handlar om formen att tillhandahålla information till lägre nivåer, till exempel omkodning eller kryptering av information.

Uppgifterna för presentationslagret är:

Omkodning av information. Processer (program som körs) på de två systemen utbyter vanligtvis information i form av teckensträngar, siffror och så vidare. Information måste ändras till bitströmmar innan den sänds. Eftersom olika datorer använder olika kodningssystem, presentationslager ansvarar för interoperabiliteten mellan dessa olika kodningsmetoder. Presentationslager vid sändaren ändrar information från ett sändarspecifikt formulär till ett allmänt formulär. Presentationslager i den mottagande datorn ersätter det vanliga formatet med formatet på dess mottagare.
Kryptering. För att leverera känslig information måste systemet tillhandahålla sekretess. Kryptering innebär att sändaren omvandlar den ursprungliga informationen till en annan form och skickar det resulterande meddelandet över nätverket. Avkodningen måste vara raka motsatsen till den ursprungliga processen för att omvandla meddelandet tillbaka till sin ursprungliga form.
Kompression. Datakomprimering minskar antalet bitar i informationen. Datakomprimering blir särskilt viktig vid överföring av multimedia som text, ljud och video.

Application Layer (AL)är en uppsättning protokoll som utbyts mellan fjärrnoder som implementerar samma uppgift (program). Appliceringsskikt tillåter användaren (person eller programvara) komma åt nätverket. Den tillhandahåller användargränssnitt och stöd för tjänster som e-post, fjärråtkomst och överföring av pengar, hantering av offentliga databaser och andra typer av distribuerade informationstjänster.

Exempel på tjänster som tillhandahålls av applikationslagret:

Virtuell nätverksterminal. En virtuell nätverksterminal är en mjukvaruversion av en fysisk terminal, den tillåter användaren att logga in på en fjärrvärd. För att göra detta skapar programmet en mjukvaruemulering av en terminal på fjärrvärden. Användarens dator kommunicerar med mjukvaruterminalen, som i sin tur kommunicerar med värden och vice versa. Fjärrvärden definierar denna anslutning som en anslutning med en av sina egna terminaler och tillåter inträde.
Filöverföring, åtkomst och hantering. Denna applikation låter användaren komma åt filer på en fjärrvärd för att ändra eller läsa data, hämta filer från en fjärrdator för användning på en lokal dator och administrera eller hantera filer på en fjärrdator.
Posttjänster. Denna applikation ger en bas för att skicka och lagra e-post.
Katalogtjänster. Denna applikation ger distribuerade databaskällor och tillgång till global information om olika objekt och tjänster.

Internetprotokollstack

Internet2-protokollstacken utvecklades före OSI-modellen. Därför motsvarar inte lagren i Internetprotokollstacken motsvarande lager i OSI-modellen. Internetprotokollstacken består av fem lager: fysiskt, datalänk, nätverk, transport och applikation. De första fyra lagren tillhandahåller fysiska standarder, nätverksgränssnitt, internetarbete och transportfunktioner som motsvarar de fyra första lagren i OSI-modellen. De tre översta lagren i OSI-modellen representeras i Internetprotokollstacken av ett enda lager som kallas applikationslagret. 1.3.

Ris. 1.3.

ARP	Adressupplösningsprotokoll	Adresssökningsprotokoll
bankomat	Asynkront överföringsläge	Asynkront överföringsläge
BGP	Border Gateway Protocol	Edge Routing Protocol
DNS	domännamnssystem	domännamnssystem
Ethernet	Ethernet-nätverk	Ethernet-nätverk
FDDI	Fiberdistribuerat datagränssnitt	Fiberoptiskt distribuerat datagränssnitt
HTTP	Hyper Text Transfer Protocol	Hypertext Transfer Protocol
FTP	Filöverföring Protokoll	Filöverföringsprotokoll
ICMP	Internet Control Message Protocol	Kontrollmeddelandeprotokoll
IGMP	Internet Group Management Protocol	Internet Group (User) Management Protocol
IP	internet protokoll	internet protokoll
NFS	Nätverksfilsystem	Nätverksåtkomstprotokoll filsystem
OSPF	Öppna kortaste vägen först	Öppna Shortest Channel Preference Protocol
PDH	Plesiokron digital hierarki	Plesiokronisk digital hierarki
PPP	Punkt-till-punkt-protokoll	Punkt-till-punkt kommunikationsprotokoll