Основной протокол интернета




Скачать 137.01 Kb.
НазваниеОсновной протокол интернета
Дата публикации18.03.2013
Размер137.01 Kb.
ТипДокументы
odtdocs.ru > Спорт > Документы


Оглавление

Введение 2

Основной протокол интернета 3

Уровни стека TCP/IP 3

Физический уровень 4

Канальный уровень 4

Сетевой уровень 5

Транспортный уровень 5

Прикладной уровень 6

Протокол IP 7

Классы IP-адресов 8

IP посредством почтовых голубей 10

Практическая реализация 10

Диапазоны для локальных сетей 11

IPv6 11

Развитие IPv6 12

Введение


Люди хотят обмениваться информацией, общаться, а интернет дает им эту возможность, которая реализуется с помощью такой вещи как протоколы взаимодествия, основным из которых является протокол TCP/IP, на котором построено взаимодействие всех приложений в сетях, имеющих доступ в интернет. Без стандартизации протокола взаимодействия было бы невозможно объеденить всех участников общения, так как они бы не смогли понимать друг друга. Протоколы интернет как международный язык общения, необходимы для взаимодействия людей.

^

Основной протокол интернета


Стек протоколов TCP/IP (англ. Transmission Conтаtrol Protocol/Internet Protocol) — собирательное название для сетевых протоколов разных уровней, используемых в сетях.

В модели OSI данный стек занимает (реализует) все уровни и делится сам на 4 уровня: прикладной, транспортный, межсетевой, уровень доступа к сети (в OSI это уровни - физический, канальный и частично сетевой). На стеке протоколов TCP/IP построено всё взаимодействие пользователей в сети, от программной оболочки до канального уровня модели OSI. По сути это база, на которой завязано всё взаимодействие. При этом стек является независимым от физической среды передачи данных.
^

Уровни стека TCP/IP


Существуют разногласия в том, как вписать модель TCP/IP в модель OSI, поскольку уровни в этих моделях не совпадают.

К тому же, модель OSI не использует дополнительный уровень — «Internetworking» — между транспортным и сетевым уровнями. Примером спорного протокола может быть ARP или STP.

Вот как традиционно протоколы TCP/IP вписываются в модель OSI:

Таблица 1.1

Уровни стека OSI/ISO

7

Прикладной

напр. HTTP, SMTP, SNMP, FTP, Telnet, scp, NFS, RTSP

6

Представительный

напр. XML, XDR, ASN.1, SMB, AFP

5

Сеансовый

напр. TLS, SSL, ISO 8327 / CCITT X.225, RPC, NetBIOS, ASP

4

Транспортный

напр. TCP, UDP, RTP, SCTP, SPX, ATP, DCCP, BGP, GRE

3

Сетевой

напр. IP, ICMP, IGMP, CLNP, ARP, RARP, OSPF, RIP, IPX, DDP

2

Канальный

напр. Ethernet, Token ring, PPP, HDLC, X.25, Frame relay, ISDN, ATM, MPLS, Wi-Fi

1

Физический

напр. электричество, радио, лазер


Обычно в стеке TCP/IP верхние 3 уровня (прикладной, представительный и сеансовый) модели OSI объединяют в один — прикладной. Поскольку в таком стеке не предусматривается унифицированный протокол передачи данных, функции по определению типа данных передаются приложению. Упрощенно интерпретацию стека TCP/IP можно представить так:

Таблица 1.2

Уровни стека TCP/IP

«7 уровень»

Прикладной

напр. HTTP, FTP, DNS

(RIP, работающий поверх UDP, и BGP, работающий поверх TCP, являются частью сетевого уровня)

4

Транспортный

напр. TCP, UDP, RTP, SCTP, DCCP

(протоколы маршрутизации, подобные OSPF, что работают поверх IP, являются частью сетевого уровня)

3

Межсетевой

Для TCP/IP это IP (IP)

(вспомогательные протоколы, вроде ICMP и IGMP работают поверх IP, но являются частью сетевого уровня; ARP не работает поверх IP)

2

Канальный

напр. Ethernet, Token ring, и подобные.

1

Физический

напр. физическая среда и принципы кодирования информации, T1, E1



^

Физический уровень


Физический уровень описывает среду передачи данных (будь то кабель, оптоволокно или радиоканал), физические характеристики такой среды и принцип передачи данных (разделение каналов, модуляцию, амплитуду сигналов, частоту сигналов, способ синхронизации передачи, время ожидания ответа и максимальное расстояние).
^

Канальный уровень


Канальный уровень описывает, каким образом передаются пакеты данных через физический уровень, включая кодирование (т.е. специальные последовательности битов, определяющих начало и конец пакета данных). Ethernet, например, в полях заголовка пакета содержит указание того, какой машине или машинам в сети предназначен этот пакет.

Примеры протоколов канального уровня — Ethernet, IEEE 802.11 Wireless Ethernet, SLIP, Token Ring, ATM и MPLS.

PPP не совсем вписывается в такое определение, поэтому обычно описывается в виде пары протоколов HDLC/SDLC.

MPLS занимает промежуточное положение между канальным и сетевым уровнем и, строго говоря, его нельзя отнести ни к одному из них.

Канальный уровень иногда разделяют на 2 подуровня — LLC и MAC.
^

Сетевой уровень


Изначально разработан для передачи данных из одной (под)сети в другую. Примерами такого протокола является X.25 и IPC в сети ARPANET.

С развитием концепции глобальной сети в уровень были внесены дополнительные возможности по передаче из любой сети в любую сеть, независимо от протоколов нижнего уровня, а также возможность запрашивать данные от удалённой стороны, например в протоколе ICMP (используется для передачи диагностической информации IP-соединения) и IGMP (используется для управления multicast-потоками).

ICMP и IGMP расположены над IP и должны попасть на следующий — транспортный — уровень, но функционально являются протоколами сетевого уровня, а поэтому их невозможно вписать в модель OSI.

Пакеты сетевого протокола IP могут содержать код, указывающий, какой именно протокол следующего уровня нужно использовать, чтобы извлечь данные из пакета. Это число — уникальный IP-номер протокола. ICMP и IGMP имеют номера, соответственно, 1 и 2.
^

Транспортный уровень


Протоколы транспортного уровня могут решать проблему негарантированной доставки сообщений («дошло ли сообщение до адресата?»), а также гарантировать правильную последовательность прихода данных. В стеке TCP/IP транспортные протоколы определяют для какого именно приложения предназначены эти данные.

Протоколы автоматической маршрутизации, логически представленные на этом уровне (поскольку работают поверх IP), на самом деле являются частью протоколов сетевого уровня; например OSPF (IP идентификатор 89).

TCP (IP идентификатор 6) — «гарантированный» транспортный механизм с предварительным установлением соединения, предоставляющий приложению надёжный поток данных, дающий уверенность в безошибочности получаемых данных, перезапрашивающий данные в случае потери и устраняющий дублирование данных. TCP позволяет регулировать нагрузку на сеть, а также уменьшать время ожидания данных при передаче на большие расстояния. Более того, TCP гарантирует, что полученные данные были отправлены точно в такой же последовательности. В этом его главное отличие от UDP.

UDP (IP идентификатор 17) протокол передачи датаграмм без установления соединения. Также его называют протоколом «ненадёжной» передачи, в смысле невозможности удостовериться в доставке сообщения адресату, а также возможного перемешивания пакетов. В приложениях, требующих гарантированной передачи данных, используется протокол TCP.

UDP обычно используется в таких приложениях, как потоковое видео и компьютерные игры, где допускается потеря пакетов, а повторный запрос затруднён или не оправдан, либо в приложениях вида запрос-ответ (например, запросы к DNS), где создание соединения занимает больше ресурсов, чем повторная отправка.

И TCP, и UDP используют для определения протокола верхнего уровня число, называемое портом.
^

Прикладной уровень


На прикладном уровне работает большинство сетевых приложений.

Эти программы имеют свои собственные протоколы обмена информацией, например, HTTP для WWW, FTP (передача файлов), SMTP (электронная почта), SSH (безопасное соединение с удалённой машиной), DNS (преобразование символьных имён в IP-адреса) и многие другие.

В массе своей эти протоколы работают поверх TCP или UDP и привязаны к определённому порту, например:

  • HTTP на TCP-порт 80 или 8080,

  • FTP на TCP-порт 20 (для передачи данных) и 21 (для управляющих команд),

  • SSH на TCP-порт 22,

  • запросы DNS на порт UDP (реже TCP) 53,

  • обновление маршрутов по протоколу RIP на UDP-порт 520.

Эти порты определены Агентством по выделению имен и уникальных параметров протоколов (IANA).

Бесспорно, к этому уровню относятся: DHCP, Echo, Finger, Gopher, HTTP, HTTPS, IMAP, IMAPS, IRC, NNTP, NTP, POP3, POPS, QOTD, RTSP, SNMP, SSH, Telnet, XDMCP.
^

Протокол IP


Протокол IP (Internet Protocol) входит в состав стека протоколов TCP/IP и является основным протоколом сетевого уровня, использующимся в Интернет и обеспечивающим единую схему логической адресации устройств в сети и маршрутизацию данных. Существует несколько версий протокола IP, отражающих изменение требований к функциям с развитием сети Интернет. В настоящее время в качестве стандарта используется версия 4, хотя постепенно внедряется версия 6.

Для выполнения своих функций протокол определяет свой собственный формат пакета. Основными информационными полями заголовка пакета являются:

  • IP-адреса отправителя и получателя – предназначены для идентификации отправителя и получателя (см. IP-адресация);

  • Время жизни пакета (Time To Live, TTL) - определяет время, которое IP-пакет может находиться в сети, и предназначено для предотвращения "захламления" сети "заблудившимися пакетами";

  • поля, предназначенные для фрагментации пакетов;

  • поля, предназначенные для управления обработкой пакета (длина пакета и заголовка, контрольная сумма заголовка, тип обслуживания и т.д.).

С точки зрения протокола IP, сеть рассматривается как логическая совокупность взаимосвязанных объектов, каждый из которых представлен уникальным IP-адресом, называемых узлами (IP-узлами) или хостами (host). Ключевым здесь является слово "логическая", поскольку одно и тоже физическое устройство (компьютер, маршрутизатор и др.) может иметь несколько IP-адресов, т.е. соответствовать нескольким узлам логической сети. Обычно такая ситуация возникает, если физическое устройство имеет несколько устройств передачи данных (сетевых адаптеров или модемов), поскольку для каждого из них должен быть настроен как минимум один уникальный IP-адрес. Хотя нередко компьютеру (или другому устройству), имеющему один сетевой адаптер или модем, может быть присвоено несколько IP-адресов.

Если физическое устройство имеет несколько IP-адресов, то говорят, что оно имеет несколько интерфейсов, т.е. несколько "логических подключений" к сети.

IP-адрес – это уникальный числовой адрес, однозначно идентифицирующий узел, группу узлов или сеть. IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел (так называемых «октетов»), разделенных точками – W.X.Y.Z , каждое из которых может принимать значения в диапазоне от 0 до 255, например, 213.128.193.154.
^

Классы IP-адресов


Существует 5 классов IP-адресов – A, B, C, D, E. Принадлежность IP-адреса к тому или иному классу определяется значением первого октета (W). Ниже показано соответствие значений первого октета и классов адресов.

IP-адреса первых трех классов предназначены для адресации отдельных узлов и отдельных сетей. Такие адреса состоят из двух частей – номера сети и номера узла. Такая схема аналогична схеме почтовых индексов – первые три цифры кодируют регион, а остальные – почтовое отделение внутри региона.

Преимущества двухуровневой схемы очевидны: она позволяет, во-первых, адресовать целиком отдельные сети внутри составной сети, что необходимо для обеспечения маршрутизации, а во-вторых – присваивать узлам номера внутри одной сети независимо от других сетей. Естественно, что компьютеры, входящие в одну и ту же сеть должны иметь IP-адреса с одинаковым номером сети.

В случае если два компьютера имеют IP-адреса с разными номерами сетей (даже если они принадлежат одной физической сети), то они не смогут общаться друг с другом напрямую: для их взаимодействия необходим маршрутизатор (см. раздел IP-маршрутизация).

Таблица 2.1

Расспределение IP адресов

Характеристика

Класс

A

B

C

Номер сети

W

W.X

W.X.Y

Номер узла

X.Y.Z

Y.Z

Z

Возможное количество сетей

126

16 384

2 097 151

Возможное количество узлов

16 777 214

65 534

254

Особые адреса

Запись адреса сети в целом

W.0.0.0

W.X.0.0

W.X.Y.0

Широковещательный адрес в сети

W.255.255.255

W.X.255.255

W.X.Y.255


Например, IP-адрес 213.128.193.154 является адресом класса C, и принадлежит узлу с номером 154, расположенному в сети 213.128.193.0.

Схема адресации, определяемая классами A, B, и C, позволяет пересылать данные либо отдельному узлу, либо всем компьютерам отдельной сети (широковещательная рассылка). Однако существует сетевое программное обеспечение, которому требуется рассылать данные определенной группе узлов, необязательно входящих в одну сеть. Для того чтобы программы такого рода могли успешно функционировать, система адресации должна предусматривать так называемые групповые адреса. Для этих целей используются IP-адреса класса D.

Диапазон адресов класса E зарезервирован и в настоящее время не используется.
^

IP посредством почтовых голубей


IP посредством почтовых голубей (англ. IP over Avian Carriers; RFC 1149) — шуточный RFC, описывающий протоколы передачи интернет-трафика с помощью голубей. Опубликован 1 апреля 1990 организацией Internet Engineering Task Force. Написан Д. Вейтцманом (Waitzman), как один из первоапрельских RFC.

Вейтцман расширил протокол 1 апреля 1999 в RFC 2549 «IP посредством почтовых голубей с QoS».
^

Практическая реализация


28 апреля 2001 на практике реализован членами Бергенской (Норвегия) группы пользователей Linux. Они переслали 9 пакетов данных, содержащих только один ICMP эхо-запрос, на 9 голубях на 5 км. До места назначения дошли только 4 пакета. При потерях данных 55,6 % и времени передачи от 3000 до 6000 секунд метод всё же доказал свою теоретическую работоспособность.

Script started on Sat Apr 28 11:24:09 2001

vegard@gyversalen:~$ /sbin/ifconfig tun0

tun0 Link encap:Point-to-Point Protocol

inet addr:10.0.3.2 P-t-P:10.0.3.1 Mask:255.255.255.255

UP POINTOPOINT RUNNING NOARP MULTICAST MTU:150 Metric:1

RX packets:1 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0

TX packets:2 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0

collisions:0

RX bytes:88 (88.0 b) TX bytes:168 (168.0 b)
vegard@gyversalen:~$ ping -i 900 10.0.3.1

PING 10.0.3.1 (10.0.3.1): 56 data bytes

64 bytes from 10.0.3.1: icmp_seq=0 ttl=255 time=6165731.1 ms

64 bytes from 10.0.3.1: icmp_seq=4 ttl=255 time=3211900.8 ms

64 bytes from 10.0.3.1: icmp_seq=2 ttl=255 time=5124922.8 ms

64 bytes from 10.0.3.1: icmp_seq=1 ttl=255 time=6388671.9 ms
--- 10.0.3.1 ping statistics ---

9 packets transmitted, 4 packets received, 55% packet loss

round-trip min/avg/max = 3211900.8/5222806.6/6388671.9 ms

vegard@gyversalen:~$ exit
Script done on Sat Apr 28 14:14:28 2001
^

Диапазоны для локальных сетей


При подключении пользовательского компьютера к Интернету, IP-адреса выбираются из диапазона, предоставленного провайдером. Компьютеры, не имеющие IP-адреса, выданного провайдером, могут (при правильной настройке маршрутизации) работать с другими локальными компьютерами, имея IP-адреса из диапазонов, зарезервированных для локальных сетей (RFC 1918):

  • 10.0.0.0 — 10.255.255.255 (одна сеть класса A)

  • 172.16.0.0 — 172.31.255.255 (шестнадцать сетей класса B)

  • 192.168.0.0 — 192.168.255.255 (256 сетей класса C)

  • сеть 2001:0DB8::/32 в IPv6 — зарезервировано для примеров и документации

Компьютеры с такими адресами могут получать доступ к Интернету посредством прокси-серверов или NAT.

При построении сетей, составляющих Интернет (например, сетей провайдеров), выбираются строго определённые диапазоны адресов, назначенные организацией IANA (подконтрольна ICANN, «высшей инстанции» в вопросах резервирования диапазонов адресов) и имеет свои представительства по всему миру[3] — например, в Европе распределение адресов координирует RIPE NCC.

IPv6


IPv6 — это новая версия протокола IP, призванная решить проблемы, с которыми столкнулась предыдущая версия (IPv4) при её использовании в Интернете, за счет использования длины адреса 128 бит вместо 32. В настоящее время протокол IPv6 уже используется в нескольких сотнях сетей по всему миру, но пока ещё не получил широкого распространения в Интернете, где преимущественно используется IPv4. Протокол был разработан IETF.
^

Развитие IPv6


Протокол IPv4 в настоящее время столкнулся с рядом проблем, таких как проблема масштабируемости сети, неприспособленность протокола к передаче мультисервисной информации с поддержкой различных классов обслуживания, включая обеспечение информационной безопасности. Указанные проблемы обусловили развитие классической версии протокола IPv4 в направлении разработки версии IPv6. При этом к проблемам масштабируемости протокола IPv4 следует отнести следующие:

  • недостаточность объёма 32-битного адресного пространства;

  • сложность агрегирования маршрутов, разрастание таблиц маршрутизации;

  • сложность массового изменения IP-адресов;

  • относительная сложность обработки заголовков пакетов Ipv4.

Кроме того, масштабируемость IP-сетей следует рассматривать не только с точки зрения увеличения числа узлов, но и с точки зрения повышения скорости передачи и уменьшения задержек при маршрутизации.

В связи с этим было разработано множество версий IP протокола для различных вычислительных платформ и операционных систем. До некоторого момента существовало несколько альтернативных вариантов протокола IP нового поколения: IPv7 (разработчик — Ullman), TUBA (Gallon), ENCAPS (Hinden), SIP (Deering) и PIP (Fracis). В результате развития линии ENCAPS (с промежуточной версией IPAE), SIP и PIP слились в 1993 году в предложение SIPP, которое в июле 1994 года было принято в качестве основы для создания протокола IP нового поколения, получившего название IPv6, где «6» обозначает номер версии протокола. В технической литературе эту версию протокола ещё называют IPng (IP next generation), хотя иногда под IPng понимают все варианты модернизации IP, включая также не вошедшие в проект IPv6, но продолжающие развиваться. Документом, фиксирующим появление IPv6, является спецификация RFC 1752 «The Recommendation for the IP Next Generation Protocol». Базовый набор протоколов IPv6 был принят IETF в сентябре 1995 года и получил статус Proposed Standard.

В спецификации RFC 1726 представлен набор функций, основными среди них являются:

  • масштабируемость: идентификация и определение адресов как минимум 1012 конечных систем и 109 индивидуальных сетей;

  • топологическая гибкость: архитектура маршрутизации и протокол должны работать в сетях с различной топологией;

  • преемственность: обеспечение чёткого плана перехода от существующей версии IPv4;

  • независимость от среды передачи: работа среди множества сетей с различными средами передачи данных со скоростями до сотен гигабит в секунду;

  • автоматическое конфигурирование хостов и маршрутизаторов;

  • безопасность на сетевом уровне;

  • мобильность: обеспечение работы с мобильными пользователями, сетями и межсетевыми системами;

  • расширяемость: возможность дальнейшего развития в соответствии с новыми потребностями.

В результате реализации заявленных функций важнейшие инновации IPv6 состоят в следующем:

  • упрощен стандартный заголовок IP-пакета;

  • изменено представление необязательных полей заголовка;

  • расширено адресное пространство;

  • улучшена поддержка иерархической адресации, агрегирования маршрутов и автоматического конфигурирования адресов;

  • введены механизмы аутентификации и шифрования на уровне IP-пакетов;

  • введены метки потоков данных.

При этом в IPv6 все изменения планировались таким образом, чтобы минимизировать изменения на других уровнях протокольного стека TCP/IP. В результате размер IP-адреса увеличен до 128 бит (16 байт). Даже с учётом неэффективности использования адресного пространства, являющейся оборотной стороной эффективной маршрутизации и автоматического конфигурирования, этого достаточно, чтобы обеспечить объединение миллиарда сетей, как того требовали документы IETF. Обеспечена возможность простого и гибкого автоматического конфигурирования адресов для сетей произвольного масштаба и сложности. IPv6 остался расширяемым протоколом, причём поля расширений (дополнительные заголовки) могут добавляться без снижения эффективности маршрутизации.

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Е. В. Шапаренко Харьковский гуманитарный университет «Народная украинская академия»
Интернета, которые способны не только к позитивным, но и к негативным проявлениям. Предложено авторское определение компьютерной...

Всемирная паутина-это сотни миллионов Web-серверов Интернета,содержащих...
Электронная почта-один из более распространённых сервисов Интернета. Она является исторически первой информ услугой и не требует...

Использование Интернет-ресурсов в обучении английскому языку
Интернета в процесс обучения иностранному языку. Использование Интернета в значительной степени расширяет спектр реальных коммуникативных...

Технический университет Кафедра культурологии тема: «Влияние Интернета...
Но естественно у него есть и негативный эффект, все знают случаи полного погружения человека в сеть и выпадения его из социума. Сеть...

Подготовка к введению фгос в основной школе: преемственность начальной и основной школы

Лекция №13. Протокол tcp. Использование сокетов > 3 Протокол надежной...
Эту задачу обеспечение надежного канала обмена данными между прикладными процессами в составной сети -решает протокол tcp (Transmission...

Ассоциация учителей-победителей и участников пнпо план работы на 2011-2012 уч год
Подготовка к введению нового фгос в основной школе: преемственность начальной и основной школы (теоретический семинар)

Федеральные государственные требования к условиям реализации основной...
Лизации основной общеобразовательной программы дошкольного образования (далее Требования) представляют собой совокупность требований,...

Http (сокр от англ. HyperText Transfer Protocol «протокол передачи...
Именно благодаря возможности указания способа кодирования сообщения клиент и сервер могут обмениваться двоичными данными, хотя данный...

Программа: Электронная база соискателей с возможностью экспорта резюме...
Электронная база соискателей с возможностью экспорта резюме из интернета, Outlook, Word; импорта в Word; сохранения

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
odtdocs.ru
Главная страница