9) Маршрутизация: статическая и динамическая на примере RIP, OSPF и EIGRP.
10) Трансляция сетевых адресов: NAT и PAT.
11) Протоколы резервирования первого перехода: FHRP.
12) Безопасность компьютерных сетей и виртуальные частные сети: VPN.
13) Глобальные сети и используемые протоколы: PPP, HDLC, Frame Relay.
14) Введение в IPv6, конфигурация и маршрутизация.
15) Сетевое управление и мониторинг сети.

P.S. Возможно, со временем список дополнится.

Как вы помните из прошлой статьи (если не читали, то в содержании есть ссылка на нее), модель OSI в нынешнее время служит только в качестве обучения ролям каждого уровня. Работают же сети по стеку протоколов TCP/IP. Хоть TCP/IP состоит из 4 уровней, он вполне реализует все функциональные возможности, реализуемые в модели OSI. Ниже на картинке приведены сравнения уровней и их ролей.

Начинаем разговор про протоколы верхнего уровня. Я не просто так назвал тему «Протоколы верхнего уровня», а не «Протоколы верхних уровней». Так как разбираем мы этот уровень по стеку TCP/IP, то у нас он «один за трех».

Вообще с точки зрения сетевика, нам все равно, что происходит внутри прикладного уровня. Этим, как правило, занимаются программисты. Но важно знать, как формируются данные и инкапсулируются в нижестоящие уровни.
У нас на работе, например, есть правило: мы обеспечиваем запуск приложения и его безошибочную передачу по сети. Если проблема заключается во внутренних программных сбоях, то мы переключаем на разработчиков, и это становится их заботой. Но бывают и проблемы, которые идут по тонкой грани между нами, и мы решаем их вместе.

Итак, протоколы прикладного уровня обеспечивают взаимодействие между человеком и сетью. Этих протоколов огромное количество, и выполняют они совершенно различные роли. Я приведу примеры часто используемых протоколов в сети и покажу, как они работают на практике: HTTP, DNS, DHCP, SMTP и POP3, Telnet, SSH, FTP, TFTP.

I) Протокол HTTP (англ. HyperText Transport Protocol). Протокол передачи данных, используемый обычно для получения информации с веб-сайтов. С каждым годом этот протокол становится все популярнее, и возможностей для его применения становится все больше. Использует он «клиент-серверную» модель. То есть существуют клиенты, которые формируют и отправляют запрос. И серверы, которые слушают запросы и, соответственно, на них отвечают.

В качестве клиентов выступают известные многим веб-браузеры: Internet Explorer, Mozilla Firefox, Google Chrome и т.д. А в качестве серверного ПО используют:Apache, IIS, nginx и т.д.

Для того, чтобы разобраться глубже в протоколе HTTP, взглянем на HTTP запрос от клиента к серверу.

Нас интересуют только самая верхняя и самая нижняя строчки.

В первой строчке используется такое понятие, как GET . Это, по сути, ключ запроса. Так как после GET стоит символ "/", то это означает, что запрашивается главная или корневая страница по URL (англ. Uniform Resource Locator) пути.

URL - это некий идентификатор какого-либо ресурса в сети.

Так же в этой строчке присутствует такая запись, как HTTP/1.1 . Это версия протокола. Довольно популярная версия. Выпустили ее в 1999 году, и до сих пор она служит верой и правдой. Хоть недавно был анонс версии 2.0, версия 1.1 занимает пока лидирующее положение.

Теперь о нижней строчке. Здесь указывается адрес сервера или имя, на котором располагается нужный ресурс. Давайте посмотрим, как это работает на практике. Я буду использовать свою любимую программу Cisco Packet Tracer 6.2 (в дальнейшем CPT). Она проста в освоении и для демонстрации описанного идеально подходит. Могу сказать с уверенностью, что для подготовки к CCNA R&S, ее хватает вполне. Но только для нее.

Открываем программу и добавим туда компьютер с сервером (находятся они на вкладке «End Devices»), как на картинке ниже

Соединяем компьютер с сервером перекрестным кабелем (англ. crossover cable). В CPT он находится на вкладке «Connections», обозначается пунктиром и называется «Copper Cross-Over».

Теперь займемся настройкой компьютера и веб-сервера.

1) Отрываем вкладки «Desktop» на рабочем компьютере и сервере, далее переходим в окно «IP Configuration». Откроются окна, как на рисунке выше. Это окна конфигурации узлов в сети.

2) Укажем IP-адреса в строки, указанные цифрой 2. Как помним из предыдущей статьи, IP-адреса нужны для идентификации узлов в сети. Подробнее мы разберем эту тему позже. Сейчас главное понимать, для чего нужен IP-адрес. Я специально выбрал сеть, начинающуюся с «192.168», так как она встречается чаще всего в домашних сетях.

3) В поля, указанные цифрой 3, вводится маска подсети. Она нужна для того, чтобы узлу было понятно, в одной подсети он находится с другим узлом или нет. Но об этом позже.
Остальные значения оставим пустыми.

Теперь требуется включить сервис HTTP на сервере.

1) Переходим на вкладку «Services».
2) Выбираем слева сервис HTTP.
3) Открывается окно настройки сервиса и файловый менеджер. Если у кого есть навыки по работе c HTML, то можете здесь создать страницу. Но у нас уже есть готовый шаблон, и мы им воспользуемся. Не забываем включить службу HTTP и HTTPS.

Раз уже зашла речь о HTTPS (HyperText Transfer Protocol Secure), то скажу про него пару слов. Это, по сути, расширение протокола HTTP, которое поддерживает криптографические протоколы и передает информацию не в открытом виде, а в зашифрованном. В CPT очень поверхностно показана его работа, но для понимания вполне достаточно. Вспоминаем и запоминаем: HTTP использует 80 порт, а HTTPS 443 порт. Вообще номеров портов очень много, и все запомнить тяжело, но часто встречающиеся лучше запомнить.

Теперь самое интересное. Нам надо перевести CPT из режима «Realtime» в режим «Simulation». Отличие их в том, что в режиме «Realtime» сеть ведет себя так, как она повела бы себя в реальной жизни и в реальном времени. Режим «Simulation» позволяет нам наблюдать за поведением сети в разные временные интервалы, а также проследить за каждым пакетом, раскрыть его и посмотреть, что он в себе несет. Переключаем среду, как показано на рисунке ниже.

Здесь открывается «Simulation Panel», в которой несколько опций. Есть фильтр, в котором можно указать протоколы, которые вы хотите отслеживать, скорость перемещения пакета и навигационная панель, где можно наблюдать за сетью вручную, нажатием «Capture/Forward» или автоматически, при помощи кнопки «Auto Capture/Play».

Оставляем все, как есть, и открываем компьютер.

Переходим на вкладку «Desktop» и открываем «WEB Browser». Перед нами открывается окно веб-браузера. В строке URL пишем адрес нашего веб-сервера, нажимаем кнопку «Go» и наблюдаем следующую картину.

Появились первые посылаемые данные на схеме и в окне «Simulation Panel». Это сегменты TCP, которые создадут сессию между компьютером и сервером. Сейчас нам это не интересно, и мы об этом поговорим в следующей статье. Поэтому я пропущу их до момента, когда будут созданы HTTP. Делать я это буду при помощи кнопки «Capture/Forward».

И вот после установления соединения, компьютер формирует первые HTTP данные. В дальнейшем я буду называть их PDU, чтобы вы привыкали к данным терминам.

1) Смотрим на схему и видим, что появилось 2 конверта. Это и есть наши данные. Нас интересует фиолетовый конверт. Это и есть созданный PDU.

2) Теперь смотрим на «Simulation Panel» и видим, что в таблице появилась запись с типом HTTP. Эти данные нас интересуют. Также рядом с записью показан цвет, которым окрашены эти данные на схеме.

3) Кликаем по HTTP (фиолетовый конверт), и перед нами открывается окно данных. Тут кратко показаны все нужные сведения по каждому уровню модели OSI. Можно кликнуть по любому уровню и получить информацию о том, что происходит на нем.

Если вам интересно полностью раскрыть данные и рассмотреть подробно, из каких полей они состоят и что в них происходит, есть вкладка «Outbound PDU Details». Давайте перейдем на нее и посмотрим, как выглядят HTTP данные.

На этой вкладке будут выводиться данные на всех уровнях. Нам пока надо посмотреть на HTTP. Они находятся в самом низу, поэтому тянем бегунок вниз. Выглядят они так же, как я и описывал их раньше.

Теперь нам интересен этап, когда веб-сервер получит запрос и начнет предпринимать какие-то действия. Давайте нажмем на «Capture/Forward» и посмотрим, чем веб-сервер ответит. И вот, на рисунке ниже видим, что он отправил компьютеру какие-то данные. Давайте посмотрим, как они выглядят.

1) Я случайно пережал кнопку и он уже начал формировать TCP на закрытие сессии. Ничего страшного. Находим PDU, адресованные от веб-сервера к клиенту. Как видим, он сразу показывает нам на схеме момент времени, в который я кликнул. Выбираем нужный конверт.

2) Здесь уже видим другую картину. Сверху указывается версия HTTP, код «200 OK», означающий, что отправляется запрашиваемая страница, а не сообщение об ошибке. Далее указывается длина контента, тип файла, а также с какого сервера отправляется. И в самой нижней строке указывается, что передаются какие-то данные. После того, как данные дойдут до компьютера, можно наблюдать, что веб-браузер компьютера открыл страницу.

Вот так работает протокол HTTP. Давайте рассмотрим его расширенную версию HTTPS. Как мы помним, эта версия поддерживает шифрование и не передает данные в открытом виде. В самом начале, мы включили сервис HTTP и HTTPS. Поэтому все готово, и можно запрашивать страницу. Отличие запроса в том, что перед адресом страницы вместо HTTP, пишем HTTPS.

Видим надпись, что данные защищены, и мы их прочитать не можем. В принципе это все отличия, которые может показать CPT, но для базового понимания этого достаточно. От себя добавлю, что когда вы переходите на сайт, работающем по HTTPS, в браузере он обозначается в виде замка. Например

Для тех, кто хочет самостоятельно поковырять и посмотреть, как это работает, могут скачать данную лабу .

Мы поговорили про HTTP, и теперь время разобрать протокол DNS. Данный протокол тесно связан с предыдущим протоколом, и скоро вы поймете почему.

II) DNS (Domain Name System) . Система доменных имен. Если говорить в целом, то она хранит информацию о доменах. Например, какому IP адресу соответствует определенное имя. Приведу пример: когда вы открываете свой любимый сайт, то обращаетесь к нему по имени. Но в поля Source Address и Destination Address, которые работают на сетевом уровне (это тема следующей статьи, но я немного забегу вперед), нельзя вставить имя. Там обязательно должен присутствовать именно IP адрес. Вот DNS как раз этим и занимается. Она сообщает, какой IP адрес у запрошенного имени. Вы, к примеру, обращаетесь на google.ru. Ваш компьютер понятия не имеет, кто и что это. Он спрашивает у DNS-сервера: Кто такой google.ru? И сервер отвечает, что google.ru - это 74.125.232.239 (это один из его адресов). И уже после этого, компьютер отправляет запрос на 74.125.232.239. Для пользователя все останется по-прежнему, и в адресной строке он также будет видеть google.ru.

Как обычно, покажу это на картинке

Думаю, что выше описанное понятно, и двигаемся дальше. Служба эта иерархичная. И часто DNS-сервер (на котором запущена эта служба) работает в связке с другими DNS-серверами. Давайте разберем, что это значит. Иерархичность его заключается в том, что он работает с доменами уровня. Работает он от младшего уровня к старшему, слева направо.

Например имя: ru.wikipedia.org. Cамым старшим будет доменное имя «org», а младшим - «ru». Но часто бывают случаи, когда DNS-сервер не может нам рассказать о каком-то доменном имени, и тогда он обращается к старшему DNS-серверу, который отвечает за доменные имена более высокого уровня. Не буду изобретать велосипед и приведу картинку из википедии. Там эта работа проиллюстрирована хорошо.

Предположим, мы набрали в браузере адрес ru.wikipedia.org. Браузер спрашивает у сервера DNS: «какой IP-адрес у ru.wikipedia.org»? Однако сервер DNS может ничего не знать не только о запрошенном имени, но даже обо всём домене wikipedia.org. В этом случае сервер обращается к корневому серверу - например, 198.41.0.4. Этот сервер сообщает - «У меня нет информации о данном адресе, но я знаю, что 204.74.112.1 является ответственным за зону org.» Тогда сервер DNS направляет свой запрос к 204.74.112.1, но тот отвечает «У меня нет информации о данном сервере, но я знаю, что 207.142.131.234 является ответственным за зону wikipedia.org.» Наконец, тот же запрос отправляется к третьему DNS-серверу и получает ответ - IP-адрес, который и передаётся клиенту - браузеру.

Открываю CPT и показываю, как это работает. Эта и следующие лабораторные работы буду основываться на предыдущей. Поэтому адресация будет такой же.

Здесь добавлен еще один сервер, который будет выполнять роль DNS-сервера и коммутатор. Когда в сети появляются 3 и более устройств, то для их соединения используют коммутатор.

Займемся настройкой DNS-сервера. Зайдем в «IP Configuration» и пропишем IP адрес с маской.

Теперь зайдем в сервисы и настроим DNS службу.

1) В окне «Name» запишем имя, которое хотим привязать к IP адресу. (я написал имя своего будущего сайта, над которым идет работа).
2) В окне «Address», соответственно, IP-адрес, который будет работать в связке с выше написанным именем. (здесь укажем тот же адрес, что и в лабораторной по HTTP - 192.168.1.2).
3) Нажимаем кнопку «Add», чтобы добавить эту запись.
4) Не забываем включить саму службу!

Если все выполнили верно, то картина должна быть такой.

Теперь надо в настройках сервера и компьютера указать адрес DNS-сервера.

Настройка DNS-сервера и узлов закончена, и самое время проверить, как это дело работает. Переключаем среду в режим симуляции и попробуем с компьютера зайти на сайт по имени «cisadmin.ru».

И видим, что создаются 2 конверта. Первый - это DNS, а второй - ARP. О ARP мы толком не говорили, так как это тема следующей статьи. Но раз он показал себя, то вкратце расскажу, для чего он. Как мы помним, для обмена между узлами недостаточно IP адреса, так как еще используются MAC-адреса, работающие на канальном уровне. Мы указали компьютеру IP адрес DNS-сервера. Но он не знает, какой у узла с IP-адресом 192.168.1.3 MAC-адрес. Он формирует ARP сообщение и выбрасывает его в сеть. Данный кадр (данные на канальном уровне называются - кадры) является широковещательным, то есть его получат все участники, находящиеся в одной локальной сети (правильно сказать все участники в одном широковещательном домене, но пока мы это не затрагивали, и я не буду грузить вас этим термином). И тот, у кого этот адрес, отправит обратное сообщение и сообщит свой MAC-адрес. Все остальные участники отбросят этот кадр. Смотрим рисунки.

Вот кадр пришел на коммутатор, и теперь его задача разослать этот кадр на все порты, кроме того, откуда он пришел.

Кадры были разосланы и наблюдаем следующее. Кадр, который пришел на веб-сервер был отброшен, о чем говорит перечеркнутый конверт. Следовательно, кадр отбрасывается. А DNS-сервер, наоборот, узнал свой адрес и должен сформировать ответ.

И как видим, был создан ARP-ответ. Давайте немного разберем его.

1) MAC-адреса. В Source MAC он записывает свой MAC-адрес, а в Destination MAC (Target MAC) адрес компьютера.
2) В Source IP свой IP адрес, а в Target IP адрес ПК.

Я думаю, здесь все понятно. Если непонятно, то спрашивайте. В следующей статье я более подробно о нем расскажу.

Я нажимаю на «Capture/Forward» и смотрю, что будет дальше происходить.

И вижу, что компьютер успешно получил ARP от сервера. Теперь он знает MAC-адрес DNS-сервера, а значит, и как с ним связаться. И сразу решает узнать у него, кто такой «cisadmin.ru». Мы можем открыть эти данные и посмотреть, что он там решил отправить. Открываем «Outbound PDU Details» и спускаемся в самый низ. Видим, что в верхнем поле «NAME» он записал запрашиваемое имя. Жмем кнопку «Capture/Forward» и cмотрим.

DNS-сервер получает DNS-запрос. Он лезет в свою таблицу и видит, что такая запись у него присутствует, и формирует ответ. Открываем и видим, что изменилось поле LENGTH и равняется 4. То есть 4 байта. Столько занимает IP адрес. И, соответственно, записывает сам IP-адрес - 192.168.1.2. Это и есть адрес веб-сервера. Двигаюсь дальше.

Видим, что компьютер получил сообщение от DNS-сервера, о чем свидетельствует галочка на коричневом конверте. И теперь он знает IP адрес веб-сервера. Сразу же он пытается установить TCP сессию, но возникает проблема. Он не знает MAC-адрес веб-сервера и запускает аналогичный ARP запрос, чтобы узнать. Смотрим.

И тут аналогично предыдущему. DNS-сервер понял, что сообщение не для него, и отбрасывает. А веб-сервер узнает свой IP адрес и формирует ARP ответ.

Дошел до компьютера ARP ответ. Теперь он знает MAC-адрес веб-сервера и пытается установить TCP сессию. Отправляет он TCP сегмент на 80-й порт. Раз уж протокол TCP снова дал о себе знать, и в следующих протоколах он тоже будет фигурировать, то вкратце объясню зачем он нужен. Как вы помните из первой статьи, я говорил, что он устанавливает соединение. Так вот теперь каждый блок данных, который будет отправлен от сервера компьютеру, будет промаркирован. Это нужно для того, чтобы клиент понимал, все ли данные он получил или какие-то потерялись. И, если какие-то данные потерялись, он сможет запросить их повторно. Потеря блока данных сайта может привести к тому, что сайт перекосит, и он отобразится криво. Но сейчас главное понимать, что TCP располагается на транспортном уровне и работает с портами. Я специально открыл окно, где это написано, чтобы вы постепенно привыкали к этим полям.

Посмотрим, чем ответит компьютеру веб-сервер.

Веб-сервер отправляет компьютеру ответное сообщение, и устанавливается сессия. И, когда все готово, компьютер формирует HTTP и отсылает его веб-серверу. Давайте посмотрим, что изменилось. А изменилась у нас самая последняя строчка. Если раньше там был записан IP адрес веб-сервера, то теперь там красуется доменное имя «cisadmin.ru». Но не забывайте, что доменное имя тут записано только в данных прикладного уровня. IP-адрес никуда не делся. Он располагается на сетевом уровне. Поэтому давайте сразу покажу IP пакет, где представлены эти адреса.

И как видите, IP адреса на месте.

Соответственно видим, что все прекрасно работает, и сайт открывается по доменному имени.
И напоследок упомяну об одной очень важной утилите под названием nslookup . Она позволяет обратиться к DNS-серверу и узнать у него информацию о имени или IP-адресе. В CPT эта команда присутствует, и я предлагаю взглянуть на нее.

Кликаем по компьютеру на схеме и на вкладке «Desktop» выбираем «Command Prompt». Это имитация командной строки.

Открывается у нас окошко, подобное cmd в ОС Windows. Можно ввести знак "?" и нажать ENTER. Она покажет список всех доступных команд. Нам нужна команда nslookup. Введем ее и нажмем ENTER.

Открывается сама утилита, о чем свидетельствует знак птички слева. Показывается нам адрес DNS-сервера и его имя. Так как имени нету, то он дублирует туда строку с IP-адресом.

Ну и самое время вписать туда доменное имя и узнать, что он выдаст в ответ.

Выдает он имя и адрес, как и предполагалось. В принципе, когда вы обращаетесь на веб-сайт, он сам выполняет эту процедуру. Вы видели этот запрос выше.

Есть еще один файл в каждой ОС, который тесно связан с DNS. Название у него «hosts». Стандартное расположение его в Windows системах «windows\system32\drivers\etc\hosts». А в *nix подобных системах: "/etc/hosts". Делает он то же самое, что и DNS-сервера. И контролируется этот файл администратором компьютера. И самое важное: он имеет приоритет перед DNS-сервером. И, если у вас в файле написано, что сайту сайт соответствует IP адрес, который на самом деле соответствует google.ru, то, соответственно, открывать он будет google, а не habrahabr. Этим часто пользуются злоумышленники, когда вносят исправления в этот файл. Приведу скрин этого файла со своего компьютера.

Вот так он выглядит. Можете открыть его у себя и поймете, что он точно такой же.

Вот такая интересная служба и протокол. Также как и с HTTP, приведу ссылку на скачивание данной лабы.

III) DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Протокол динамической настройки узла. Он позволяет узлам динамически получать IP адреса и другие параметры для корректной работы в сети (основной шлюз, маску подсети, адреса DNS-серверов). От себя скажу, что этот протокол спасает жизнь многим сисадминам по всему миру. Согласитесь, что ходить и вручную прописывать IP параметры каждому узлу, не самое приятное занятие.

При помощи DHCP можно обеспечить полный контроль над IP адресами: создавать отдельные пулы для каждой подсети, выдавать адреса в аренду, резервировать адреса и многое другое.

Работа его очень тяжела для нынешнего понимания. Слишком много пакетов, данных и кадров должно передаться, прежде чем запрошенный адрес будет присвоен компьютеру.

Давайте посмотрим, как он работает на практике.

И видим, что добавился новый сервер. Конечно можно было все роли отдать одному серверу, но, чтобы вы понимали, как ходят данные, пусть для каждой роли будет отдельный сервер.

Настроим сервер.

Присваиваем свободный адрес и маску. Перейдем к роли DHCP.

1) Выбираем службу DHCP, и тут уже создан стандартный пул. Его удалить нельзя. Только изменить. Можете сами создать несколько пулов и вытворять с ними, что угодно, вплоть до удаления. Но стандартный всегда останется. Нам дополнительные пулы не нужны, поэтому переделаем под себя стандартный.

2) Здесь можно добавить адрес шлюза, адрес DNS-сервера. Мы пока не касались вопроса шлюза, поэтому пока не будем его трогать. DNS-сервер у нас есть, и его можно указать. Ну и старт адресов оставим, как есть.

3) Не забываем включить сервер!

Переключаем среду в режим симуляции и посмотрим, как компьютер получит адрес.

Соответственно переходим в настройки конфигурации и переключаем на DHCP.

Видим, что создался DHCP-запрос. Давайте пройдемся по каждому его уроню и поверхностно посмотрим, что внутри.

1) Протокол канального уровня (Ethernet). В «Source MAC» записывается адрес компьютера. А в «Destination MAC» записан широковещательный адрес (то есть всем).

2) Протокол сетевого уровня (IP). В «Source IP» записывается адрес «0.0.0.0». Этот адрес вставляется, когда у запрашиваемого нет адреса. А в «Destination IP» вставляется широковещательный адрес «255.255.255.255».

Посмотрим на поле UDP. Здесь используются порты 67 и 68. Это UDP порты, зарезервированные для DHCP.
Теперь смотрим на поле DHCP. Здесь все по нулям, и только в поле «CLIENT HARDWARE ADDRESS» записан MAC-адрес компьютера.

Мы знаем, как работает широковещательная рассылка, и посмотрим, как будут реагировать на нее участники сети.

И видим, что все кроме DHCP-сервера отбросили данные.

Дальше работу протокола расскажу на словах, потому что очень много пакетов и кадров будет сформировано, перед тем как DHCP-сервер выдаст адрес. Как только он получит запрос, он начинает искать свободный адрес в базе. Как только адрес найден, начинается следующий этап - это проверка адреса. Ведь, как мы помним, адрес можно назначить и вручную, в обход DHCP-сервера. Такое часто происходит, и даже в корпоративной среде находятся умники, которые вручную вписывают адрес. Для этого DHCP-сервер перед выдачей этого адреса, отправляет ICMP сообщение или ping.

Мы пока не говорили и об этом. Поэтому заранее скажу, что утилита ping позволяет проверить доступность узла по IP-адресу. И, если на ping DHCP-серверу кто-то ответит, то значит адрес занят и всю процедуру он будет повторять, но с другим IP-адресом. Но это тоже не самое толковое решение. Сами понимаете, что если компьютер со статически назначенным адресом будет выключен, то он не ответит на ping DHCP-сервера, и, соответственно, DHCP решит, что адрес не занят и присвоит его какому-то узлу. Но, как только компьютер включится, появится 2 компьютера с одинаковыми IP-адресами. И тут могут начаться дикие чудеса. Современные системы уже научились правильно реагировать на это, но все же не стоит этого допускать и важно следить за этим. Я пропущу в CPT все эти данные, иначе получится диафильм из однообразных картинок. Я прикреплю эту лабу ниже, и вы сможете сами в этом убедиться. Приведу только конечный итог, который сформирует DHCP-сервер.

И видим, что в поле "«YOUR» CLIENT ADDRESS" добавился адрес 192.168.1.1. Это адрес, который DHCP-сервер предлагает компьютеру. В поле «SERVER ADDRESS» DHCP-сервер добавляет свой адрес, чтобы компьютер знал, кто предлагает ему адрес. В поле «CLIENT HARDWARE ADDRESS» добавляется MAC-адрес компьютера (то есть того, кто запросил). И в самом низу представлена опция «DHCP Domain Name Server Option». Сюда записывается адрес DNS-сервера, который мы указали в настройках сервиса DHCP.

Посмотрим, как компьютер получит адрес.

И наблюдаем сообщение «DHCP Request Successful». Что означает, что данные успешно получены, о чем свидетельствуют заполненные поля ниже.

Вот так работает протокол DHCP. Как обещал, ссылка для скачивания.

IV) POP3 (англ. Post Office Protocol Version 3). Протокол почтового отделения версии 3. Протокол, который используют клиенты для получения почтовых писем с сервера. Версии 1-ая и 2-ая устарели и в нынешнее время не используются. Работает он по принципу «загрузи и удали». Что это значит? Это значит, что клиент заходит на сервер и смотрит, есть ли для него письмо. И если оно присутствует, он загружает его к себе и ставит отметку об удалении на сервере. Хорошо это или плохо, вопрос спорный. Кто-то утверждает, что это хорошо, так как сервер не бывает перегружен ненужными письмами. Я считаю иначе. Во-первых современная инфраструктура позволяет хранить большой объем писем, а во-вторых часто случается, что пользователь удаляет или теряет важное письмо, и найти его потом становится трудно. Хотя, стоит упомянуть, что некоторые клиенты можно настроить так, чтобы они не удаляли письма с сервера. Однако при стандартных настройках они удаляют письма с сервера. Поэтому будьте внимательнее. Порт, который он прослушивает - 110. Довольно известный номер порта, поэтому возьмите себе на заметку. Так же как и у протокола HTTP, у него есть расширенная версия - POP3S. При помощи дополнительного криптографического протокола, как SSL, шифруется содержимое, и письма передаются в защищенном виде. POP3S использует 995 порт. Мы обязательно рассмотрим протокол POP3 на практике, после того, как узнаем про протокол SMTP.

Стоит упомянуть про аналог POP3. Это протокол IMAP (англ. Internet Message Access Protocol). Протокол доступа к электронной почте. Он более умный и посложнее, чем POP3. Но главное их различие в том, что клиент, заходя на сервер, не удаляет почту, а копирует ее. Таким образом, у клиента отображается копия почтового ящика, который хранится на почтовом сервере. И если клиент у себя удаляет какое-либо письмо, то оно удаляется только у него. На сервере оригинал остается целым. Слушает он 143 порт. Рассмотреть IMAP подробно в CPT не получится, так как полноценно он там не реализован.

V) SMTP (англ. Simple Mail Transfer Protocol). Простой протокол передачи почты. Используется он, как вы поняли, для передачи почты на почтовый сервер. Вот почему мы изучаем POP3 и SMTP параллельно. Использует он 25 порт. Это тоже важно помнить.

Также важно помнить, что все почтовые протоколы работают по TCP-соединению. То есть с установлением соединения. Здесь важно получить каждый пакет в целости и сохранности.

Думаю, с теоретической точки зрения все понятно. Давайте перейдем к практике и посмотрим, как это работает.

Открою я прошлую лабораторную работу по DHCP и слегка ее модернизирую.

Убрал я HTTP-сервер и вместо него добавил компьютер рабочего, и назвал WORKER-PC. Присвою ему IP-адрес, который был у HTTP-сервера. То есть 192.168.1.2. Старый компьютер переименовал в DIRECTOR-PC. DNS-сервер я оставил. Он нам в этой лабе еще понадобится. Сервер DHCP переименовал в Mail-Server. И давайте его настроим.

Адрес я не менял, и он остался от прошлой лабы. Пускай таким и остается. Переходим в службы и находим «EMAIL».

1) В поле «Domain Name» надо записать имя домена. Это то, что будет писаться после знака "@". Обязательное требование. Любая почта записывается в таком формате - логин@домен. И нажимаем кнопку «Set». Я ее уже нажал, поэтому она не активна, но если внести изменения в поле ввода доменного имени, то она снова станет активной.

2) И создадим пользователей. В поле «User» запишем первого пользователя. Это будет «Director». И зададим пароль «123». И нажимаем на знак "+", чтобы добавить его в базу. Аналогично создадим второго пользователя. Это будет «Worker» с таким же паролем «123».

Создание пользователей закончено, и наблюдаем следующую картину.

1) Видим в базе список созданных пользователей. Их можно удалять, добавлять и менять пароли при помощи кнопок справа.
2) Не забываем включить службы POP3 и SMTP. Они по умолчанию включены, но проверка лишней не будет.

На этом настройка на стороне сервера заканчивается, и теперь перейдем к настройке на стороне клиентов. Начнем с компьютера директора. Открываем вкладку «Desktop» и выбираем Email.

После этого сразу откроется окно настройки.

1) В поле «Your Name» пишем любое имя. Я напишу Director.
2) В поле «Email Address» пишем почтовый ящик. Для директора - это [email protected].
3) В поля «Incoming Mail Server» и «Outgoing Mail Server» записываем адрес почтового сервера (192.168.1.4)
4) В поле «User Name» пишем сам логин. То есть Director и соответственно пароль 123.
Нажимаем кнопку «Save», и перед нами открывается почтовый клиент. CPT назвал его почтовым обозревателем.

Аналогичная настройка будет на компьютере рабочего. Привожу скрин.

Теперь самое время посмотреть, как работает почта. Давайте сначала посмотрим, как она работает в режиме реального времени, а после разберем подробнее в режиме симуляции.

Открываем почтовый клиент на компьютере директора и создадим письмо.

Жмем на кнопу «Compose», и перед нами открывается привычное окно.

Здесь все как обычно. Пишем кому отправляем, тему письма, сам текст письма и нажимаем кнопку «Send».

Видим следующее сообщение о том, что отправка завершена успешно. Замечательно! Теперь посмотрим, как письмо будет доставлено рабочему.

Открываем почтовый клиент на компьютере рабочего.

И видим, что письма нету. А все потому, что клиент в CPT не поддерживает автоматическое обновление и приходится это делать вручную. Нажимаем кнопку «Receive».

Видим появившееся письмо и сообщение об успешном получении. Откроем письмо и посмотрим, не побилось ли.

И да, письмо, действительно, дошло целым и невредимым. Ответим на это письмо и заодно проверим, что письма ходят в обе стороны. Нажимаю я кнопку «Reply» и пишу ответ.

Отправляю письмо и перехожу к компьютеру директора. И, соответственно, жму кнопку «Receive», чтобы обновить почту.

Появилось письмо, а ниже и сообщение об успешном получении.

Открываем письмо, чтобы до конца удостовериться.

Письмо дошло, а значит все работает.

Давайте разберем поподробнее. Переключим среду в режим симуляции и отправим письмо. Не буду я создавать что-то новое, а просто отвечу на выше полученное письмо.

Как я говорил ранее, все почтовые протоколы работают с TCP. А это значит, что перед тем, как начнет работать почтовый протокол, а в данном случае протокол SMTP, должно установиться предварительное соединение между компьютером и сервером. Это мы сейчас и наблюдаем.

Сейчас процесс установления соединения нас мало интересует. Мы сейчас говорим про почтовые протоколы, и поэтому я пропущу этот процесс и буду ждать появления SMTP.

1) Появился долгожданный SMTP, о чем свидетельствует запись в панели симуляции, и откроем их. Обратим внимания на TCP-порты, чтобы удостовериться, что это он. И видим, что в «Destination Port» стоит 25 номер. А в «Source Port» записан динамически придуманный порт, чтобы сервер мог идентифицировать клиента. Все правильно.

2) Смотрим ниже на данные SMTP, и здесь нет ничего интересного. CPT показывает нам его, как обычный блок данных.

Сервер, получив данные от компьютера, формирует ответное сообщение. Обратите внимание на изменения. Номера, которые присутствовали ранее, поменялись местами, а именно «Source Port» и «Destination Port». Теперь источником является сервер, а назначением - компьютер. Это сообщение о доставке письма серверу.

После этого работа протокола SMTP закончена, и компьютер может начать закрывать TCP-сессию. Чем он и займется.

Теперь когда письмо отправлено, и мы знаем, что оно лежит на сервере, попробуем получить это письмо. Открываем компьютер рабочего и жмем кнопку «Receive».

Как и с SMTP, в POP3 тоже создается TCP-сессия. Посмотрим на номера портов. В «Destination Port» стоит 110 номер порта. Это и есть стандартный номер порта для протокола POP3. В «Source Port» стоит порт 1028.

Вот он появился и наблюдаем, что в поле POP3 такая же картина, что и в SMTP, т.е. все то, что и так было понятно.

Мы знаем, что оно там есть и наблюдаем, как сервер формирует ответное сообщение. И также как с SMTP, он меняет местами порты отправления и назначения. На прикладном уровне запакованы какие-то POP3 данные. Это и есть само письмо.

Как только данные попадут на компьютер, они сразу должны высветиться в почтовом клиенте.

И как только данные получены, о чем здесь свидетельствует галочка на фиолетовом пакете, письмо сразу же высвечивается в клиенте. Дальше, как и в SMTP, будет закрытие TCP-сессии.

Привожу ссылку на скачивание этой лабы.

И еще, что я хотел бы показать в дополнение к почтовым протоколам - это роль DNS-сервера. Вы видели, что при совершении какого-либо действия в почтовом клиенте, он внизу нам писал IP-адрес сервера. Но есть возможность указывать не IP-адрес, а доменное имя. Давайте посмотрим, как это сделать.

Ну и самое логичное, что приходит в голову - это то, что у нас есть почтовый сервер с адресом 192.168.1.4. И с этим адресом у нас будет работать доменное имя. Соответственно заходим на DNS-сервер и сопоставим этому адресу имя.

Настройка на стороне DNS-сервера закончена, и осталось изменить 2 строчки в почтовых клиентах компьютеров. Открываем клиент на компьютере директора.

И нажимаем на кнопку «Configure Mail».

Открывается окно, которое мы видели на этапе начальной конфигурации клиента.

Здесь надо поменять строки «Incoming Mail Server» и «Outgoing Mail Server». Вместо IP-адреса записываем доменное имя и нажимаем кнопку «Save».

То же самое проделываем и на компьютере рабочего. Не буду давать лишних подробностей, просто приведу скрин.

Сразу попробуем написать письмо директору и отправить.

И после нажатия кнопки «Send», наблюдаем следующее.

Внизу появляется сообщение о том, что он спросил у DNS-сервера адрес, и тот ему выдал IP-адрес почтового сервера. Отправка прошла успешно.

Теперь зайдем на компьютер директора и нажмем на кнопку «Receive».

Получаем письмо, а надпись ниже свидетельствует об успешной доставке. Вот еще один пример использования DNS-сервера в сети.

Разобрали мы почтовые протоколы. И переходим к разбору следующего протокола.

VI) Telnet (от англ. terminal network). Если переводить дословно, то это сетевой терминал. Основы этого протокола были заложены давным давно, и до сих пор он не теряет своей актуальности. Применяется он для отображения текстового интерфейса, а также для управления ОС. Очень полезный протокол, и каждый сетевой инженер обязан уметь работать с ним. Объясню почему. Каждое сетевое устройство, интерфейс которого представляет собой командную строку, настраивается либо при помощи специального консольного кабеля, либо через виртуальные терминалы, в который и входит протокол Telnet. И, если консольный кабель требует нахождения специалиста рядом с настраиваемым оборудованием, то настройка при помощи виртуальных терминалов, а в данном случае Telnet, не ограничивает специалиста в расстоянии. Можно находиться в другой комнате, здании, городе и все равно иметь возможность доступа к оборудованию. Я считаю это огромным плюсом. Из минусов данного протокола отмечу, что он фактически не защищенный и все передается в открытом виде. Использует он 23 порт. А самые популярные дистрибутивы, которые работают с этим протоколом - это Putty, Kitty, XShell и т.д. Я думаю закрепим его работу на практике.

Использовать Telnet мы будем для доступа к коммутатору Cisco 2960. Он, как и все Cisco устройства, использует разработанную компанией Cisco операционную систему IOS. А интерфейс командной строки называется CLI (Command Line Interface). Давайте для начала настроим коммутатор. Повесим на него IP-адрес, так как без него мы не сможем попасть на коммутатор и разрешим доступ по Telnet. Я не буду приводить скриншоты, так как там нет графики. Просто дам список вводимых команд и поясню для чего они.

Switch>enable - переход в привилегированный режим. Отсюда доступно большинство команд.

Switch#configure terminal - переход в режим глобальной конфигурации. В этом режиме возможен ввод
команд, позволяющих конфигурировать общие характеристики системы. Из режима глобальной конфигурации можно перейти во множество режимов конфигурации, специфических для
конкретного протокола или функции.

Switch(config)#username admin secret cisco - создаем пользователя с именем admin и паролем cisco.

Switch(config)#interface vlan 1 - переходим в виртуальный интерфейс и повесим на него IP-адрес. Здесь прелесть заключается в том, что не важно, на каком именно из 24-х портов он будет висеть. Нам главное, чтобы просто с какого-либо порта был доступ до него.

Switch(config-if)#ip address 192.168.1.254 255.255.255.0 - присваиваем последний адрес 192.168.1.254 с маской 255.255.255.0

Switch(config-if)#no shutdown - по умолчанию интерфейс выключен, поэтому включаем его. В IOS 90% команд отменяются или выключаются путем приписывания перед командой «no».

Switch(config)#line vty 0 15 - переходим в настройки виртуальных линий, где как раз живет Telnet. От 0 до 15 означает, что применяем это для всех линий. Всего можно установить на нем до 16 одновременных соединений.

Switch(config-line)#transport input all - и разрешаем соединение для всех протоколов. Я специально настроил для всех протоколов, так как чуть позже будет рассматриваться другой протокол и лезть сюда ради одной команды не считаю разумным.

Switch(config-line)#login local - указываем, что учетная запись локальная, и он будет проверять ее с той, что мы создали.

Switch#copy running-config startup-config - обязательно сохраняем конфигурацию. Иначе после перезагрузки коммутатора все сбросится.

Итак коммутатор настроен. Давайте подключимся к нему c рабочего компьютера. Открываем командную строку. Мы ее открывали, когда рассматривали nslookup. И пишем следующее.

То есть команда telnet и адрес, куда подсоединиться.

Если все верно, то открывается следующее окно с запросом логина и пароля.

Соответственно пишем логин:admin и пароль:cisco (мы создавали его на коммутаторе).

И он сразу пускает нас на коммутатор. Для проверки проверим доступность компьютера директора, при помощи команды ping.

Ping успешен. Надеюсь, понятно, что проверка доступности осуществляется не с компьютера рабочего, а с коммутатора. Компьютер здесь является управляющим устройством и все. Рассматривать его в режиме симуляции я не буду. Он работает точно так же, как и почтовые протоколы, то есть создается TCP-сессия, и, после установления соединения, начинает работать Telnet. Как только он отрабатывает, он начинает разрывать соединение. Тут все просто. Привожу ссылку на скачивание.

Давайте теперь разберем протокол SSH.

VII) SSH (англ. Secure Shell). В переводе с английского - безопасная оболочка. Как и Telnet позволяет управлять ОС. Отличие его в том, что он шифрует весь трафик и передаваемые пароли. Шифруется при помощи алгоритма Диффи-Хеллмана . Кому интересно почитайте. Практически все современные ОС системы умеют работать с этим протоколом. Если у вас стоит выбор, какой протокол применять, то используйте SSH. Сначала немного помучаетесь в настройке, и многое будет непонятно, но со временем в голове уляжется. Главное запомните сейчас, что самое главное отличие SSH от Telnet - это то, что SSH шифрует трафик, а Telnet нет. Я думаю пора перейти к практике и посмотреть, как это работает. Подключаться и управлять мы будем тем же коммутатором. Давайте попробуем подключиться по SSH с компьютера директора к коммутатору.

Здесь синтаксис команды немного другой, нежели при подключении по Telnet. Пишем ssh с ключом l, после набираем логин (у нас это admin) и адрес, куда подключаемся (192.168.1.254). Завершаем это дело клавишей ENTER. Выдается сообщение, что соединение было закрыто внешним хостом. То есть коммутатор закрыл соединение. Все потому, что не были созданы ключи, которые работают с шифрованием. Зайду на коммутатор и настрою его для корректной работы по SSH.

Switch(config)#hostname SW1 - меняем имя коммутатора. С этим стандартным именем нельзя прописать домен, который нужен для генерации ключей.

SW1(config)#ip domain-name cisadmin.ru - прописываем домен.

SW1(config)#crypto key generate rsa - генерируем RSA ключи.

The name for the keys will be: SW1.cisadmin.ru
Choose the size of the key modulus in the range of 360 to 2048 for your
General Purpose Keys. Choosing a key modulus greater than 512 may take
a few minutes.

How many bits in the modulus : 1024 - Указываем размер ключа. По умолчанию предлагается 512, но я введу 1024.
% Generating 1024 bit RSA keys, keys will be non-exportable...
Выходит сообщение о удачной генерации ключей.

Настройка завершена, и попробуем еще раз подключиться к коммутатору.

И уже выдается другое сообщение, с запросом на ввод пароля. Вводим пароль «cisco» и оказываемся на коммутаторе.

Осталось проверить работу. Я воспользуюсь командой ping и проверю доступность рабочего компьютера.

И убедился, что все прекрасно работает. Привожу ссылку , чтобы убедились и вы.

А я перехожу к следующему протоколу.

VIII) FTP (англ. File Transfer Protocol). Протокол передачи файлов. Думаю из названия протокола ясно, что он передает файлы. Очень древний протокол, вышедший в начале 70-х годов. Появился он еще до HTTP и стека TCP/IP. Как работал раньше, так и сейчас работает по «клиент-сервер» модели. То есть, присутствует инициатор соединения и тот, кто его слушает. Есть несколько модификаций, которые поддерживают шифрование, туннелирование и так далее. Раньше с этим протоколом работали разные консольные утилиты, у которых не было графики и работали они, при помощи ввода определенных команд. В нынешнее время присутствуют и графические программы. Самой популярной и простой является Filezilla. В CPT реализован только консольный метод.

Переходим к практике. За основу я возьму предыдущую лабораторку и почтовый сервер заменю FTP-сервером.

В принципе схема аналогична предыдущей.

Откроем FTP-сервер и перейдем в сервис FTP.

По умолчанию служба включена, но лучше проверить.

1) Цифрой 1 я отметил учетку, которая по умолчанию была здесь создана. Это стандартная учетная запись с логином «cisco» и таким же паролем. В правой колонке видим «Permission» - это права доступа. И видим, что данная учетка имеет все права. В тестовой среде нам как раз это и надо, но, работая в компании, всегда следите за правами каждой учетки.

2) Цифрой 2 отмечено хранилище FTP. Здесь в основном прошивки для цисковских устройств.

Сервис настроен и раз все так прекрасно, попробуем с ним поработать. Но для начала создам текстовый файл на компьютере директора, который потом выкачаю на FTP-сервер.

Открываю компьютер директора и выбираю «Text Editor». Это аналог блокнота в ОС Windows.

Напишу туда текст и сохраню его.

Теперь попробуем залить этот файл на FTP-сервер. Открываем командную строку и пишем

То есть, как помним ранее, в начале пишется используемый протокол, а потом следует адрес. Далее, после соединения, спрашивается логин (вводим cisco) и пароль (тоже cisco). И после аутентификации попадаем на сам FTP-сервер. Список доступных команд можно проверить командой "?".

Чтобы что-то залить, используется команда «put», а скачать команда «get». Заливаем наш файл.

Ввел я команду «put» и название файла, которое хочу скопировать. И показывает он нам сообщение, что все скопировано. Файл весит 20 байтов, а скорость передачи 487 байтов в секунду. Далее ввел команду «dir», чтобы проверить содержимое сервера. И засветился на нем файл message.txt под 17 номером.

Осталось дело за малым. Это скачать файл на компьютер рабочего. Открываю я WORKER-PC и захожу в командную строку.

Выполняю я практически те же действия, что и ранее. За исключением команды «get», а не «put». Видим, что файл скачен. Еще я ввел команду «dir», чтобы показать, что при скачивании файла, оригинал не удаляется. Скачивается его копия.

И раз он скачал файл, то он должен появиться на компьютере. Открываю «Text Editor» и нажимаю File->Open.

Вижу, что файл действительно присутствует и пробую его открыть.

Файл пришел целым. Весь текст присутствует.

Не буду повторно засорять вам голову, как это работает. Потому что работает оно точно так же, как и почтовые протоколы, Telnet, SSH и так далее. То есть создается TCP-сессия, и начинается передача/скачивание файла. Приведу только структуру его.

В TCP обращаем внимание на номер порта. Это 21 порт (стандартный порт FTP). И в поле данных FTP обозначено, что это какие-то двоичные данные.

Вот так в принципе работает всемирно известный протокол. Более расширенные версии здесь не поддерживаются, но работают они практически так же. Вот ссылка на лабораторку.

И последний протокол, который остался - это TFTP.

IX) TFTP (англ. Trivial File Transfer Protocol). Простой протокол передачи файлов. Придумали его в 80-х годах. Хоть FTP был достаточно популярным, не все его функции были нужны для решения простых задач. И был придуман его простой аналог. Он работает по UDP, то есть не требует установления соединения. Также он не требует аутентификации и авторизации. Достаточно знать его IP-адрес и самому его иметь. Это конечно не безопасно, так как адрес можно подделать. Но когда нужен простой протокол и не требуется авторизация, выбор падает на него. Очень плотно с ним работает цисковское оборудование, для копирования образа или скачивания на flash-память.

Ничто не учит лучше, чем практика. Поэтому переходим к ней. Чудесным образом я обнаружил, что компьютеры в CPT не умеют работать с TFTP. Хорошо, что с цисковского оборудования не выпилили эту функцию. Поэтому будем учиться на нашем любимом коммутаторе. Схема остается такой же. Просто на FTP-сервере я включу сервис TFTP.

Вот так он выглядит. В базе куча разных прошивок для многих устройств.

Перейдем к коммутатору.

SW1#dir - команда вывода содержимого файловой системы
Directory of flash:/

9 -rw- 1168 config.text

64016384 bytes total (59600295 bytes free)

У нас есть файл config.text. Попробуем его залить на TFTP - сервер.

SW1#copy flash: tftp: - то есть указываем откуда, а потом куда. Здесь это с flash-памяти на tftp-сервер

Source filename ? config.text - здесь он спрашивает имя файла, которое надо скопировать.

указываем куда скопировать.

Destination filename ? - и тут надо указать, под каким именем сохранить его на сервере. По умолчанию он предлагает сохранить его с тем же названием.И, если нажать клавишу ENTER, он выберет имя по умолчанию. Меня это устраивает, и я оставлю его таким же.

Writing config.text....!!!

1168 bytes copied in 3.048 secs (383 bytes/sec)

И в заключительном сообщении он показывает, что все успешно скопировалось. Перейдем на TFTP-сервер и проверим.

И вижу, что действительно он там присутствует. Значит коммутатор меня не обманул.

Теперь попробуем что-нибудь скачать с сервера на коммутатор.

SW1#copy tftp: flash: - здесь пишем наоборот. Сначала tftp, а потом flash

Address or name of remote host ? 192.168.1.4 - адрес TFTP-сервера

Записываю название
Source filename ? c2960-lanbasek9-mz.150-2.SE4.bin

Destination filename ? - здесь он спрашивает, как назвать его на самом коммутаторе. Я нажму ENTER и оставлю имя по умолчанию.

Accessing tftp://192.168.1.4/c2960-lanbasek9-mz.150-2.SE4.bin…
Loading c2960-lanbasek9-mz.150-2.SE4.bin from 192.168.1.4:!!!

4670455 bytes copied in 0.057 secs (6587503 bytes/sec)

Выдал он мне сообщение, что загрузка прошла успешно. Проверю я наличие прошивки командой «dir».

SW1#dir
Directory of flash:/

1 -rw- 4414921 c2960-lanbase-mz.122-25.FX.bin
10 -rw- 4670455 c2960-lanbasek9-mz.150-2.SE4.bin
9 -rw- 1168 config.text

64016384 bytes total (54929840 bytes free)

Вижу, что действительно все на месте. И вдобавок он мне сообщает об объеме памяти и наличии свободного места.

Закончили мы рассматривать протоколы верхнего уровня. Не думал я, что получится настолько длинная статья. Наверное виноваты картинки. Но постарался максимально кратко и по делу. Протоколов мы рассмотрели много, и все они не заменимы. Часто выручают жизнь сисадминам и любимым нами пользователям. Спасибо, что дочитали. Если что-то непонятно, оставляйте комментарии или сразу пишите в личку. А я пошел ставить чайник и пить вкусный чай с пирожными!

telnet

ssh

pop3

smtp

ftp

tftp

Добавить метки

Модели и протоколы компьютерных сетей

13.6.1. Общее представление

Протокол в общем смысле представляет собой правила поведения, известные обеим взаимодействующим сторонам. То же самое представляют собой сетевые протоколы: правила поведения, известные обеим взаимодействующим сторонам. Что, в какой момент, в ответ на какое сообщение нужно сделать, какие данные

Для планомерного развития и стандартизации сетевых соединений, служб, технологии и устройств, необходимо некоторое всеобщее рамочное соглашение, определяющее основные принципы, параметры и термины, на основе которых можно будет разрабатывать конкретные решения. Такое рамочное соглашение, в общих чертах определяющее порядок приема и передачи информации на всех уровнях сетевого взаимодействия, получило название сетевой модели.

Известно несколько стеков протоколов, самыми широко распространенны­ми из которых являются TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB. Мы ограничимся рассмотрением стека TCP/IP, поскольку на протоколах этого стека построен весь Интернет.

13.6.2. Стек протоколов TCP/IP

Уровень сетевых интерфейсов

Уровню сетевых интерфейсов не сопоставлен ни один протокол, но на нем реа­лизована поддержка практически всех известных сегодня технологий и протоколов объединения компьютеров в сеть.

Уровень межсетевого взаимодействия

На уровне межсетевого взаимодействия решаются задачи маршрутизации дан­ных. На этом уровне работают несколько протоколов.

□ IP (Internet Protocol - протокол межсетевого взаимодействия). Решает задачу передачи данных между сетями.

□ RIP (Routing Information Protocol - протокол маршрутной информации) и OSPF (Open Shortest Path First - выбор кратчайшего пути первым). Про­токолы сбора и конфигурирования маршрутной информации, отвечающие за выбор оптимального маршрута передачи данных.

□ ICMP (Internet Control Message Protocol - протокол межсетевых управляющих сообщений). При помощи этого протокола собирается информация об ошибках доставки и длительности жизни пакетов, а также передаются тестирующие со­общения, подтверждающие наличие запрошенного узла в сети.

Транспортный уровень

Транспортный уровень предоставляет механизмы доставки данных.

□ TCP (Transmission Control Protocol - протокол управления передачей). Описы­вает правила создания логического соединения между удаленными процессами и механизм обработки ошибок доставки пакетов (механизм повторной передачи «сбойных» пакетов).

□ UDP (User Datagramm Protocol - протокол пользовательских датаграмм). Упрощенный вариант протокола доставки данных без установления логического соединения и проверки ошибок доставки пакетов.

Прикладной уровень

К прикладному уровню относятся протоколы, носящие прикладной характер. Большинство этих протоколов связано с соответствующими прикладными про­граммами, работающими на их основе.

□ FTP (File Trancfer Protocol - протокол передачи файлов). В качестве транс­портного протокола этот протокол использует TCP, что повышает надежность передачи файлов через большое количество промежуточных узлов.

□ TFTP (Trivial File Trancfer Protocol - простейший протокол передачи файлов). Этот протокол базируется на UDP и используется в локальных сетях.

□ SNMP (Simple Network Management Protocol - простой протокол управления сетью).

□ Telnet - протокол, используемый для эмуляции терминала удаленной станции.

□ SMTP (Simple Mail Transfer Protocol - простой протокол передачи сообщений). Передает сообщения электронной почты при помощи транспортного протокола TCP.

□ HTTP (Hiper Text Transfer Protocol - протокол передачи гипертекста). Базовый протокол Всемирной паутины, без которой сегодня невозможно представить себе Интернет. Именно он обеспечивает передачу страниц сайтов на наши компьютеры.

Кроме перечисленных базовых протоколов, в состав стека TCP/IP на приклад­ном уровне входит еще множество протоколов.

13.6.3. Сетевая модель OSI

Когда стек протоколов TCP/IP уже в полную силу обеспечивал функциониро­вание самых разнообразных сетей, международная организация по стандартизации (International Organization for Standartization, ISO) разработала концептуальную модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection, OSI). Эта модель оказалась настолько удачной, что в настоящее время многие сетевые процессы и проблемы принято описывать именно в терминах модели OSI. В модели OSI три базовых понятия: уровень, интерфейс и протокол.

Уровни пронумерованы от 7-го (верхний уровень) до 1-го (нижний уровень). Чем выше уровень, тем более глобальны решаемые им задачи. Каждый вышесто­ящий уровень реализует свою функциональность, получая услуги от нижележа­щего уровня и управляя им. Управление и передача услуг осуществляются через стандартные интерфейсы, благодаря которым вышестоящий уровень изолируется от детализации того, как именно реализует услуги нижележащий уровень. Вза­имодействие протоколов смежных уровней в одном узле осуществляется через интерфейсы.

Стек протоколов - иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов сети.

Протокол - формальный набор правил и соглашений, регламентирующий обмен информацией между компьютерами по сети. Реализует функции одного или нескольких уровней.

Технология ЛВС организует, как правило, только функции двух нижних уровней модели OSI. Однако из этого не следует, что компьютеры, связанные в локальную сеть, не поддерживают протоколы уровней, расположенных выше канальных. Эти протоколы также работают, но они относятся к технологиям локальных сетей.

Стандарт IEEE разделяют канальный уровень на 2 подуровня: управление логическим каналом и управление доступом к среде.

Функции уровня LLC реализуются программным соответствующим модулем ОС, а функции уровня MAC реализуются программно-аппаратным (связка сетевой драйвер и сетевой адаптер).

Уровень MAC

Основные функции:

1. обеспечение доступа к разделяемой среде;

2. передача кадров между конечными узлами, используются функции устройства физического уровня.

3. Транспортировка кадров осуществляется уровнем MAC в несколько этапов:

3.1. формирование кадра. На этом этапе осуществляется заполнение полей кадра на основе информации, получаемой от верхних уровней.(Адрес источника и назначения, пользовательские данные, признак протокола верхнего уровня). После того как кадр был сформирован, уровень MAC подсчитывает контрольную сумму кадра и помещает ее в соответствующее поле;

3.2. передача кадра через среду. Когда кадр сформирован и доступ к разделяемой среде получен, уровень MAC передает данные на физический уровень, который побитно передает данные в среду;

3.3. прием кадров. Уровень MAC каждого узла проверяет адрес назначения поступившего кадра и если он совпадает с его собственным, то продолжает его обработку. Осуществляется проверка контрольной суммы кадров. Если она прошла успешно, то кадр передается на уровень LLC.

Уровень LLC

Выполняет 2 функции :

1. организует интерфейс и прилегающим к нему сетевым уровнем;

2. обеспечивает доставку кадров с заданной степенью надежности.

1) Интерфейсные функции LLC заключаются в передаче пользовательских и служебных данных между уровнем MAC и сетевым уровнем. При передаче данных сверху вниз LLC принимает от протокола сетевого уровня пакет, в котором уже содержатся пользовательские данные. Помимо пакетов сверху передается адрес узла назначения в формате той технологии локальной сети, в пределах которой она функционирует. При передаче данных снизу вверх происходит процесс демультиплексирования, при передаче сверху вниз – мультиплексирование. Задачи мультиплексирования и демультиплексирования свойственны любому протоколу, над которым могут функционировать несколько протоколов. Для демультиплексирования данных LLC использует в своем заголовке специальные поля DSAP (точка входа службы приемника). Используется для хранения кода протокола, которому адресовано поле данных. SSAP (точка входа службы источника) используется для указания кода протокола, от которого посылаются данные.

2) Доставка кадров с заданной степенью надежности. Протокол LLC поддерживает несколько режимов работы, которые отличаются наличием или отсутствием процедур восстановления кадров в случае их потери или искажения. Уровень LLC представляет 3 типа транспортных узлов:

• LLC-1 – услуга без установления соединения и без подтверждения полученных данных;
• LLC-2 – дает пользователю возможность установить логическое соединение перед началом передачи любого блока данных, если потребуется выполнить процедуру восстановления после ошибок и упорядочение потоков блоков в рамках установленного соединения;
• LLC-3 - без установления соединения, но с подтверждением полученных данных.

Деятельность IEEE в области стандартизации вызвала необходимость обеспечения максимальной совместимости спецификаций ISO и IEEE 802. С этой целью комитеты 802 разделили уровень звена данных на два подуровня: управление доступом к среде (Media Access Control – МАС и управление логическим звеном данных (Logical Link Control – LLC).

Рисунок 5.1 Связь стандартов IEEE 802 с моделью OSI/ISO.

Как видно из рисунка, MAC охватывает 802.3, 802.4, 802.5 и 802.6, а LLC включает 802.2.

Разбиение уровня на два подуровня MAC/LLC дает целый ряд преимуществ. Прежде всего это дает возможность управлять доступом к разделяемому (общему) каналу с автономных устройств DTE. Во-вторых, это позволяет реализовать децентрализованный механизм управления (равноранговые станции) и повышает устойчивость ЛС к ошибкам. В-третьих, это обеспечивает более совместимый с глобальными сетями интерфейс, поскольку LLC является подмножеством базового множества протокола. В-четвертых, LLC не зависит от конкретного метода доступа; MAC же зависит от протокола. Этот подход обеспечивает сетям, основанным на стандартах IEEE 802, гибкий интерфейс ввода и вывода.

Три уровня (физический уровень и подуровни MAC и LLС) взаимодействуют путем обмена протокольными блоками данных через точки доступа к сервису (Service Access Point - SAP). Условные названия точек доступа к сервису (SAP) таковы:

PSAP - в верхней части физического уровня;

MSAP - в верхней части подуровня MAC;

LSAP - верхней части подуровня LLC.

Стандарты ЛВС

Спецификации Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE802 определяют стандарты для физических компонентов сети. Эти компоненты – сетевая карта (Network Interface Card – NIC) и сетевой носитель (network media), которые относятся к физическому и канальному уровням модели OSI. Спецификации IEEE802 определяют механизм доступа адаптера к каналу связи и механизм передачи данных. Стандарты IEEE802 подразделяют канальный уровень на подуровни:

• Logical Link Control (LLC) – подуровень управления логической связью;
• Media Access Control (MAC) – подуровень управления доступом к устройствам.

Спецификации IEEE 802 делятся на 16 стандартов :

Стандарт 802.1 (Internetworking – объединение сетей) задает механизмы управления сетью на MAC – уровне. В разделе 802.1 приводятся основные понятия и определения, общие характеристики и требования к локальным сетям, а также поведение маршрутизации на канальном уровне, где логические адреса должны быть преобразованы в их физические адреса и наоборот.

Стандарт 802.2 (Logical Link Control – управление логической связью)определяет функционирование подуровня LLC на канальном уровне модели OSI. LLC обеспечивает интерфейс между методами доступа к среде и сетевым уровнем.

Стандарт802.3(Ethernet Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – CSMA/CD LANs Ethernet – множественный доступ к сетям Ethernet с проверкой несущей и обнаружением конфликтов)описывает физический уровень и подуровень MAC для сетей, использующих шинную топологию и коллективный доступ с прослушиванием несущей и обнаружением конфликтов. Прототипом этого метода является метод доступа стандарта Ethernet (10BaseT, 10Base2, 10Base5). Метод доступа CSMA/CD. 802.3 также включает технологии Fast Ethernet (100BaseTx, 100BaseFx, 100BaseFl).

100Base-Tx – двухпарная витая пара. Использует метод MLT-3 для передачи сигналов 5-битовых порций кода 4В/5B по витой паре, а также имеется функция автопереговоров (Auto-negotiation) для выбора режима работы порта.

100Base-T4 – четырехпарная витая пара. Вместо кодирования 4B/5В в этом методе используется кодирование 8B/6T.

100BaseFx – многомодовое оптоволокно. Эта спецификация определяет работу протокола Fast Ethernet по многомодовому оптоволокну в полудуплексном и полнодуплексном режимах на основе хорошо проверенной схемы кодирования и передачи оптических сигналов, использующейся уже на протяжении ряда лет в стандарте FDDI. Как и в стандарте FDDI, каждый узел соединяется с сетью двумя оптическими волокнами, идущими от приемника (Rx) и от передатчика (Tx).

Этот метод доступа используется в сетях с общей шиной (к которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Простота схемы подключения - это один из факторов, определивших успех стандарта Ethernet. Говорят, что кабель, к которому подключены все станции, работает в режиме коллективного доступа (multiply access – MA).

Метод доступа CSMA/CD определяет основные временные и логические соотношения, гарантирующие корректную работу всех станций в сети.

Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения. Затем кадр передается по кабелю. Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные и посылает по кабелю кадр-ответ. Адрес станции–источника также включен в исходный кадр, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ.

Стандарт802.4 (Token Bus LAN – локальные сети Token Bus) определяет метод доступа к шине с передачей маркера, прототип – ArcNet.

При подключении устройств в ArcNet применяют топологию «шина» или «звезда». Адаптеры ArcNet поддерживают метод доступа Token Bus (маркерная шина) и обеспечивают производительность 2,5 Мбит/с. Этот метод предусматривает следующие правила:

Все устройства, подключённые к сети, могут передавать данные, только получив разрешение на передачу (маркер);

В любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом;

Кадр, передаваемый одной станцией, одновременно анализируется всеми остальными станциями сети.

В сетях ArcNet используется асинхронный метод передачи данных (в сетях Ethernet и Token Ring применяется синхронный метод), т. е. передача каждого байта в ArcNet выполняется посылкой ISU (Information Symbol Unit – единица передачи информации), состоящей из трёх служебных старт/стоповых битов и восьми битов данных.

Стандарт802.5 (Token Ring LAN – локальные сети Token Ring) описывает метод доступа к кольцу с передачей маркера, прототип – Token Ring.

Сети стандарта Token Ring, так же как и сети Ethernet, используют разделяемую среду передачи данных, которая состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему используется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциями права на использование кольца в определенном порядке. Право на использование кольца передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером, или токеном.

Стандарт802.6 (Metropolitan Area Network – городские сети) описывает рекомендации для региональных сетей.

Стандарт802.7 (Broadband Technical Advisory Group – техническая консультационная группа по широковещательной передаче) описывает рекомендации по широкополосным сетевым технологиям, носителям, интерфейсу и оборудованию.

Стандарт 802.8 (Fiber Technical Advisory Group – техническая консультационная группа по оптоволоконным сетям) содержит обсуждение использования оптических кабелей в сетях 802.3 – 802.6, а также рекомендации по оптоволоконным сетевым технологиям, носителям, интерфейсу и оборудованию, прототип – сеть FDDI (Fiber Distributed Data Interface).

Стандарт FDDI использует оптоволоконный кабель и доступ с применением маркера. Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Использование двух колец – это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят им воспользоваться, должны быть подключены к обоим кольцам. Скорость сети до 100 Мб/с. Данная технология позволяет включать до 500 узлов на расстоянии 100 км.

Стандарт 802.9 (Integrated Voice and Data Network – интегрированные сети передачи голоса и данных) задает архитектуру и интерфейсы устройств одновременной передачи данных и голоса по одной линии, а также содержит рекомендации по гибридным сетям, в которых объединяют голосовой трафик и трафик данных в одной и той же сетевой среде.

В стандарте 802.10 (Network Security – сетевая безопасность) рассмотрены вопросы обмена данными, шифрования, управления сетями и безопасности в сетевых архитектурах, совместимых с моделью OSI.

Стандарт802.11 (Wireless Network – беспроводные сети) описывает рекомендации по использованию беспроводных сетей.

Технология 100VG – это комбинация Ethernet и Token-Ring со скоростью передачи 100 Мбит/c, работающая на неэкранированных витых парах. В проекте 100Base-VG усовершенствован метод доступа с учетом потребности мультимедийных приложений. В спецификации 100VG предусматривается поддержка волоконно-оптических кабельных систем. Технология 100VG использует метод доступа – обработка запросов по приоритету (demand priority access). В этом случае узлам сети предоставляется право равного доступа. Концентратор опрашивает каждый порт и проверяет наличие запроса на передачу, а затем разрешает этот запрос в соответствии с приоритетом. Имеется два уровня приоритетов – высокий и низкий.

Стандарт 802.13 Cat.6 -10Gb LAN (основана заново) не используется.

Cable Modem Working Group . Стандарты передачи данных по традиционным кабельным телевизионным сетям. Эталонная архитектура задает собой смешанную оптоволоконную/кабельную структуру, охватывающую площадь до 80 км от головного узла. Основной сетевой протокол разрабатывается в расчете на трафик LLC IEE802.2(представитель Ethernet). В то же время высказывается предположение, что сеть должна поддерживать технологию ATM для передачи различного мультимедийного трафика.

Wireless Personal Area Networks Group . Разработка стандартов для малоразмерных беспроводных сетей.

Broadband Wireless Access Study Group. Разработка стандартов для широкополосного беспроводного доступа.

Resilient Packet Ring Working Group. Стандарт определяет протокол сети с очень высокой скоростью передачи, оптимизированный для пакетной передачи в оптоволоконных сетях с кольцевой топологией.

Вопросы:

1. Какое название традиционно используется для единицы передаваемых данных на каждом из уровней?

2. Дайте определение открытой системы.

3. Какая организация разработала стандарты сетей Ethernet?

4. Какое из административных подразделений Интернета непосредственно занимается стандартизацией?

5. Какая организация стояла у истоков создания и стандартизации стека TCP/IP?

6. Определите основные особенности стека TCP/IP.

7. Функции самых нижних уровней моделей OSI?

8. Дайте определение транспортных и информационных услуг.

9. Какие протоколы относятся к слою управления (control plane)?

10. Должны ли маршрутизаторами поддерживаться протоколы транспортного уровня?

11. Пусть на двух компьютерах установлено идентичное программное и аппаратное обеспечение за исключением того, что драйверы сетевых адаптеров Ethernet поддерживают отличающиеся интерфейсы с протоколом сетевого уровня IP. Будут ли эти компьютеры нормально взаимодействовать, если их соединить в сеть?

Лекция 6

Методы доступа

Эффективность взаимодействия рабочих станций в рамках локальной компьютерной сети во многом определяется используемым правилом доступа к общей передающей среде в сетях с шинной и кольцевой топологии. Правило, с помощью которого организуется доступ рабочих станций к передающей среде, получило название метода доступа. Т.е., метод доступа – это способ «захвата» передающей среды, способ определения того, какая из рабочих станций может следующей использовать ресурсы сети. Но, кроме того, так же называется набор правил (алгоритм), используемых сетевым оборудованием, чтобы направлять поток сообщений через сеть, а также один из основных признаков, по которым различают сетевое оборудование.

В силу большого разнообразия локальных сетей и требований к ним, нельзя назвать какой–либо универсальный метод доступа, эффективный во всех случаях. Каждый из известных методов доступа имеет определенные преимущества и недостатки.

Классификация методов доступа:

Рисунок 6.1 Методы доступа.

В зависимости от используемого метода доступа локальные сети делятся на две группы. К первой группе относятся сети, в которых используются методы детерминированного доступа, ко второй – методы случайного доступа.

6.1 CSMA/CD

Суть метода:

1. Абонент, желающий передавать, следит за состоянием сети, это называется контролем несущей. Так как используется манчестерский код, то можно говорить о несущей частоте манчестерского кода. Если сеть свободна (по мнению абонента), то передача может начинаться без всякого ожидания.

2. После освобождения сети абонент начинает передачу и одновременно контролирует состояние сети. Это и есть обнаружение конфликта. Таким образом, конфликт определяется во время передачи. Если конфликт не обнаружен во время передачи, то передача считается успешной и доводится до конца.

3. Если конфликт обнаружен, то абонент усиливает его (передает некоторое время) для гарантии обнаружения конфликта всеми другими абонентами. А затем прекращает передачу на некоторое случайное время.

4. По истечении этого случайного промежутка времени, абонент повторяет попытку передачи, при этом контролирует среду на наличие конфликта. Повторная передача через случайное время уменьшает вероятность конфликта, но не исключает его.

Неравенство - условие отсутствия конфликтов. Это условие накладывает ограничение на размер сети. Двойное время распределения сигнала по сети не должно превышать времени передачи кадра, в том числе минимального кадра, т.е. 512 ВТ.

1 ВТ - время передачи 1 бита.

Рисунок 6.2 Условие обнаружения конфликта по МДКН/ОК.

Алгоритм множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий приведен на рисунке 6.3.

Метод множественного доступа с прослушиванием несущей и разрешением коллизий (CSMA/CD) устанавливает следующий порядок: если рабочая станция хочет воспользоваться сетью для передачи данных, она сначала должна проверить состояние канала: начинать передачу станция может, если канал свободен. В процессе передачи станция продолжает прослушивание сети для обнаружения возможных конфликтов. Если возникает конфликт из-за того, что два узла попытаются занять канал, то обнаружившая конфликт интерфейсная плата, выдает в сеть специальный сигнал, и обе станции одновременно прекращают передачу. Принимающая станция отбрасывает частично принятое сообщение, а все рабочие станции, желающие передать сообщение, в течение некоторого, случайно выбранного промежутка времени выжидают, прежде чем начать сообщение.

Рисунок 6.3 Алгоритм CSMA/CD.

Все сетевые интерфейсные платы запрограммированы на разные псевдослучайные промежутки времени. Если конфликт возникнет во время повторной передачи сообщения, этот промежуток времени будет увеличен. Стандарт типа Ethernet определяет сеть с конкуренцией, в которой несколько рабочих станций должны конкурировать друг с другом за право доступа к сети.

6.2 CSMA/CA

Метод множественного доступа с контролем несущей и предотвращением коллизий. Суть метода состоит в том, что после освобождения сети всеми желающими передавать абонентами передается не пакет, а специальный сигнал, контролируя который, они обнаруживают конфликты. То есть сталкиваются только эти сигналы, а не пакеты, искажения которых критичны. Каждая станция сети, в которой реализуется такой метод доступа, имеет дополнительное устройство – таймер или арбитр. Это устройство определяет, когда станция может вести передачу без опасности коллизий. Главная станция для управления использованием канала не предусматривается.

Установка времени на таймере, по истечении которого станция может вести передачу данных, осуществляется на приоритетной основе. Для станции с наивысшим приоритетом переполнение таймера наступает раньше. Если станция с высоким приоритетом не намерена вести передачу, канал будет находиться в состоянии покоя, т.е. свободен, и тогда следующая по приоритету станция может захватить канал.

Сети с методом доступа МДКН/ПК могут использоваться в более загруженных и протяженных сетях.

Достоинство:

• Уменьшение времени простоя канала.

Недостаток:

• Усложнение оборудования системы.

Метод передачи маркера широко используется в неприоритетных и приоритетных сетях с шинной, звездообразной и кольцевой топологией. Он относится к классу селективных методов: право на передачу данных станции получают в определенном порядке, задаваемом с помощью маркера , который представляет собой уникальную последовательность бит информации (уникальный кадр). Причем в сети обязательно должен быть компьютер, который следит за состоянием маркера. Магистральные сети, использующие этот метод, называются сетями типа «маркерная шина», а кольцевые сети – сетями типа «маркерное кольцо».

Рисунок 6.4 Топология общая шина с логическим кольцом.

В сетях типа «маркерная шина» доступ к каналу обеспечивается, таким образом, как если бы канал был физическим кольцом, причем допускается использование канала некольцевого типа (шинного, звездообразного).

Право пользования каналом передается организованным путем. Маркер (управляющий кадр) содержит адресное поле, где записывается адрес станции, которой предоставляется право доступа в канал. Станция, получив маркер со своим адресом, имеет исключительное право на передачу данных (кадра) по физическому каналу. Маркер освобождается компьютером источника после того, как он убедится, что данные приняты правильно. После передачи кадра станция отправляет маркер другой станции, которая является очередной по установленному порядку владения правом на передачу. Каждой станции известен идентификатор следующей станции. Станции получают маркер в циклической последовательности, при этом в физической шине формируется так называемое логическое кольцо. Все станции «слушают» канал, но захватить канал для передачи данных может только та станция, которая указана в адресном поле маркера. Работая, в режиме прослушивания канала, принять переданный кадр может только та станция, адрес которой указан в поле адреса получателя этого кадра.

В сетях типа «маркерная шина», помимо передачи маркера, решается проблема потери маркера из-за повреждения одного из узлов сети и реконфигурации логического кольца, когда в кольцо добавляется или из него удаляется один из узлов.

Преимущества такого метода очевидны:

o Не требуется физического упорядочения подключенных к шине станций, так как с помощью механизма логической конфигурации может быть обеспечен любой порядок передачи маркера станции, т.е. с помощью этого механизма осуществляется упорядоченное использование канала станциями;

o Имеется возможность использования в загруженных сетях;

o Возможна передача кадров произвольной длины.

Метод типа «маркерное кольцо» применяется в сетях с кольцевой топологией, которые относятся к типу сетей с последовательной конфигурацией, где широковещательный режим работы невозможен. В таких сетях сигналы распространяются через однонаправленные двухточечные пути между узлами. Узлы и однонаправленные звенья соединяются последовательно, образуя физическое кольцо.

В отличие от сетей с шинной топологией, где узлы действуют только как передатчики или приемники, и отказ узла или удаление его из сети не влияет на передачу сигнала к другим сетям, здесь при распространении сигнала все узлы играют активную роль, участвуя в ретрансляции, усилении, анализе и модификации проходящих сигналов.

Рисунок 6.5 Метод типа «маркерное кольцо».

Как и в предыдущем случае, в качестве маркера используется уникальная последовательность битов. Однако маркер не имеет адреса. Он снабжается полем занятости, в котором записывается один из кодов, обозначающих состояние маркера – свободное или занятое. Если не один из узлов сети не имеет данных для передачи, свободный маркер циркулирует по кольцу, совершая однонаправленное (обычно против часовой стрелки) перемещение. В каждом узле маркер задерживается на время, необходимое для его приема, анализа (с целью установления занятости) и ретрансляции. В выполнении этих функций задействованы кольцевые интерфейсные устройства.

Свободный маркер означает, что кольцевой канал свободен, и любая станция, имеющая данные для передачи, может его использовать. Получив свободный маркер, станция, готовая к передаче кадра с данными, меняет состояние маркера на «занятый», передает его дальше по кольцу и добавляет к нему кадр. Занятый маркер вместе с кадром совершает полный оборот по кольцу и возвращается к станции-отправителю. По пути станция-получатель, удостоверившись по адресной части кадра, что именно ей он адресован, снимает копию с кадра. Изменить состояние маркера снова на свободный может только тот узел, который изменил его на «занятое». По возвращении занятого маркера с кадром данных к станции-отправителю, кадр удаляется из кольца, а состояние маркера меняется на свободное, после чего любой узел может захватить маркер и начать передачу данных.

С целью предотвращения монополизации канала станция-отправитель не может повторно использовать возвращенный к ней маркер для передачи другого кадра данных. Если после передачи свободного маркера в кольцо он, совершив полный оборот, возвращается к станции-отправителю в таком же состоянии, (это означает, что все другие станции сети не нуждаются в передаче данных), станция может совершить передачу другого кадра.

В кольцевой сети с передачей маркера также решается проблема потери маркера в результате ошибок при передаче или при сбоях в узле. Отсутствие передач в сети означает потерю маркера. Функции восстановления кольца в таких случаях выполняет сетевой мониторный узел.

Преимущества сети «маркерное кольцо»:

o Имеется возможность проверки ошибок при передаче данных: станция-отправитель, получив свой кадр от станции-получателя, сверяет его с исходным вариантом кадра. В случае наличия ошибки кадр передается повторно;

o Канал используется полностью, его простои отсутствуют;

o Этот метод доступа может быть реализован в загруженных сетях;

o Имеется принципиальная возможность (и в некоторых сетях она реализована) осуществлять одновременную передачу несколькими станциями сети.

Недостатки этого метода:

o Невозможность передачи кадров произвольной длины;

o В простейшем исполнении не предусматривается использование приоритетов, вследствие чего станция, имеющая для передачи важную информацию, вынуждена ждать освобождения маркера, что сопряжено с опасностью несвоевременной доставки данных адресату;

o Данный метод доступа целесообразно использовать только в локальных сетях с относительно небольшим количеством узлов, так как в противном случае время на передачу данных может оказаться неприемлемо большим;

o Снижается надежность управления (выход из строя «центра» приводит к полной дезорганизации обмена).

Алгоритм множественного доступа с передачей полномочия, или маркера, приведен на рисунке 6.6.

Метод с передачей маркера - это метод доступа к среде, в котором от рабочей станции к рабочей станции передается маркер, дающий разрешение на передачу сообщения. При получении маркера рабочая станция может передавать сообщение, присоединяя его к маркеру, который переносит это сообщение по сети. Каждая станция между передающей станцией и принимающей видит это сообщение, но только станция – адресат принимает его. При этом она создает новый маркер.

Маркер (token), или полномочие, - уникальная комбинация битов, позволяющая начать передачу данных.

Каждый узел принимает пакет от предыдущего, восстанавливает уровни сигналов до номинального уровня и передает дальше. Передаваемый пакет может содержать данные или являться маркером. Когда рабочей станции необходимо передать пакет, ее адаптер дожидается поступления маркера, а затем преобразует его в пакет, содержащий данные, отформатированные по протоколу соответствующего уровня, и передает результат далее по ЛВС .

Рисунок 6.6 Алгоритм TPMA.

Пакет распространяется по ЛВС от адаптера к адаптеру, пока не найдет своего адресата, который установит в нем определенные биты для подтверждения того, что данные достигли адресата, и ретранслирует его вновь в ЛВС . После чего пакет возвращается в узел из которого был отправлен. Здесь после проверки безошибочной передачи пакета, узел освобождает ЛВС , выпуская новый маркер. Таким образом, в ЛВС с передачей маркера невозможны коллизии (конфликты). Метод с передачей маркера в основном используется в кольцевой топологии.

Данный метод характеризуется следующими достоинствами:

· гарантирует определенное время доставки блоков данных в сети;

· дает возможность предоставления различных приоритетов передачи данных.

Вместе с тем он имеет существенные недостатки:

· в сети возможны потеря маркера, а также появление нескольких маркеров, при этом сеть прекращает работу;

· включение новой рабочей станции и отключение связаны с изменением адресов всей системы.

Множественный доступ с разделением во времени основан на распределении времени работы канала между системами (рисунок 6.7).

Доступ TDMA основан на использовании специального устройства, называемого тактовым генератором. Этот генератор делит время канала на повторяющиеся циклы. Каждый из циклов начинается сигналом разграничителем . Цикл включает n пронумерованных временных интервалов, называемых ячейками. Интервалы предоставляются для загрузки в них блоков данных.

Рисунок 6.7 Структура множественного доступа с разделением во времени.

Данный способ позволяет организовать передачу данных с коммутацией пакетов и с коммутацией каналов.

Первый (простейший) вариант использования интервалов заключается в том, что их число (n) делается равным количеству абонентских систем, подключенных к рассматриваемому каналу. Тогда во время цикла каждой системе предоставляется один интервал, в течение которого она может передавать данные. При использовании рассмотренного метода доступа часто оказывается, что в одном и том же цикле одним системам нечего передавать, а другим не хватает выделенного времени. В результате - неэффективное использование пропускной способности канала.

Второй, более сложный, но высокоэкономичный вариант заключается в том, что система получает интервал только тогда, когда у нее возникает необходимость в передаче данных, например при асинхронном способе передачи. Для передачи данных система может в каждом цикле получать интервал с одним и тем же номером. В этом случае передаваемые системой блоки данных появляются через одинаковые промежутки времени и приходят с одним и тем же временем запаздывания. Это режим передачи данных с имитацией коммутации каналов. Способ особенно удобен при передаче речи.

Доступ FDMA основан на разделении полосы пропускания канала на группу полос частот (рисунок 6.8), образующих логические каналы.

Широкая полоса пропускания канала делится на ряд узких полос, разделенных защитными полосами. Размеры узких полос могут быть различными.

При использовании FDMA, именуемого также множественным доступом с разделением волны WDMA, широкая полоса пропускания канала делится на ряд узких полос, разделенных защитными полосами. В каждой узкой полосе создается логический канал. Размеры узких полос могут быть различными. Передаваемые по логическим каналам сигналы накладываются на разные несущие и поэтому в частотной области не должны пересекаться. Вместе с этим, иногда, несмотря на наличие защитных полос, спектральные составляющие сигнала могут выходить за границы логического канала и вызывать шум в соседнем логическом канале.

Рисунок 6.8 Схема выделения логических каналов.

В оптических каналах разделение частоты осуществляется направлением в каждый из них лучей света с различными частотами. Благодаря этому пропускная способность физического канала увеличивается в несколько раз. При осуществлении этого мультиплексирования в один световод излучает свет большое число лазеров (на различных частотах). Через световод излучение каждого из них проходит независимо от другого. На приемном конце разделение частот сигналов, прошедших физический канал, осуществляется путем фильтрации выходных сигналов.

Метод доступа FDMA относительно прост, но для его реализации необходимы передатчики и приемники, работающие на различных частотах.

Похожая информация.

Не так давно организация локальных сетей требовала обязательного использования правильного протокола. Такой выбор оказывал влияние на то, какие типы компьютеров можно к нему подключить. Сегодня подобная проблема практически исчезла. Современные сетевые заменили все, что существовали ранее. Это универсальное решение, которое можно использовать в любой операционной системе.

Терминология

Сетевой протокол - это установленный язык, на котором происходит общение программ. Пересылка данных представляет собой перемещение какого-то потока битов по кабелю. Для того чтобы он доходил до целевого компьютера и представлялся в нем в виде данных, требуется определенный набор правил. Именно они и прописаны в стандартных протоколах. Про них обычно говорят, что они имеют уровень вложенности. Как это понимать? Есть физический уровень, который представляет собой перечень определений, к примеру, каким может быть сетевой кабель, толщина его жил и прочие параметры. Допустим, речь идет об исправном кабеле. Тогда пакеты данных будут отправляться по нему. Но какой из компьютеров будет их принимать? Тут в работу включается канальный уровень, при этом в заголовке пакетов указывается физический адрес каждой машины - определенное число, вшитое в Его называют MAC-адресом.

Сетевая иерархия

Канальный уровень совпадает с Ethernet. В пакете содержится набор определенных параметров, задающих его тип. Данные находятся в прямой зависимости от этого типа, а их содержание относится к сетевому уровню. Существует два самых распространенных протокола: ARP, который отвечает за преобразование IP-адресов в MAC, и сам IP-протокол. Можно привести структуру IP-пакета. Все данные, которые переносятся с его помощью, уже отправляются на конкретный сетевой адрес. В пакете имеется число в установленном формате, обозначающее тип протокола.

Самыми распространенными являются два типа: TCP и UDP. Между ними имеется определенное отличие, состоящее в том, что первый характеризуется максимальной степенью надежности, ведь при отправке пакета он постоянно отправляет запрос о его получении. Второй сетевой протокол - это удобный инструмент, к примеру, при прослушивании интернет-радио. При этом предполагается отправка пакетов без какой-либо проверки факта их получения. Если он дошел, то вы сможете прослушивать радио, а если нет - то нет смысла в проверке и контроле.

Особенности доставки пакетов

В пакете обязательно указан номер порта, куда осуществляется отправка. Обычно этот параметр определяется типом протокола на прикладном уровне - в зависимости от приложения, которому направлена информация. Можно использовать и нестандартные порты сервисов, никто этого не запрещает. Самыми известными сетевыми протоколами в данном случае являются HTTP и POP3. Получает определенная иерархия вложенности пакетов. В Ethernet-пакет вложен IP, далее TCP или UDP, а потом данные, ориентированные на конкретное приложение.

Отличительные характеристики

Сетевой протокол, в отличие от протоколов не привязывается к определенной аппаратуре. Их реализация происходит на уровне программного обеспечения, поэтому их можно установить и удалить в любой момент.

IP и TCP/IP

Данный сетевой протокол используется не только в сети интернет, но и внутри самой Он представляет транспортный и сетевой уровень, благодаря чему осуществляется передача данных блоками. Очень долгие годы его использовали только в UNIX-сетях, а теперь, когда интернет разросся довольно стремительно, сетевой протокол IP стал использоваться почти в каждом из видов локальных компьютерных сетей. На данный момент он служит в качестве основного протокола для большинства служб, работающих в операционных системах.

Локальные и коммутируемые сети

Старые сетевые протоколы требовали каких-то специфических знаний, а TCP/IP применяется такими пользователями, которые никогда даже не видели сетевые платы. Доступ к интернету при помощи модема или локальной сети обеспечивается при условии использования одного и того же протокола. А процесс его настройки полностью зависит от типа соединения, используемого при этом. Стоит отметить, что протоколы сетевого уровня отличаются от всех остальных, а параметры доступа к локальной сети либо с помощью модема тоже имеют определенные нюансы. Коммутируемое соединение лучше устанавливать с помощью программы автоматической конфигурации, которая поставляется самим провайдером. Иначе требуется вручную вводить все необходимые параметры. Можно рассмотреть основные сетевые протоколы.

Протокол IPX

Данный комплект был разработан компанией Novell с целью использования для собственной ОС NetWare. IPX частично схож с TCP/IP, то есть в него включены некоторые протоколы из данного пакета, но компания защитила его авторскими правами. Однако корпорация Microsoft создала свой протокол, совместимый с этим, предназначенный для операционных систем из семейства Windows. IPX представляет собой сетевой протокол, который в плане функционала аналогичен IP. SPX - это инструмент дл транспортного уровня, который предназначен для обеспечения обмена пакетными данными между отдельными машинами.

На данный момент этот протокол применяют только в сетях с серверами, где установлены старые версии операционной системы NetWare. Часто его используют в комплекте с какими-то другими наборами сетевых протоколов. Теперь компания Nowell полностью перешла на новый универсальный протокол TCP/IP.

NetBEUI

Данный сетевой протокол применяется в сетях малых размеров. Его впервые представили в Windows NT 3.1, а также в нескольких последующих версиях этой системы, где он использовался по умолчанию. В последних версиях систем его место занял уже известный нам TCP/IP. Этот протокол довольно прост, ему не хватает многих функций, используемых в более продвинутых вариантах. Он не подходит для межсетевого обмена данными. Он может пригодиться для простой однако теперь он даже не представлен в качестве стандартного компонента ОС, его требуется устанавливать самостоятельно с диска.

NetBEUI - это удобное средство для создания прямого кабельного подключения, и в этом смысле это минимальный протокол, который требуется для формирования одноранговой сети в версиях Windows 9x.

Выводы

Важно запомнить определенные моменты. На данный момент существует уже не один сетевой протокол. Все они предназначены для осуществления связи, однако у каждого из них совершенно разные задачи, есть преимущества и недостатки в сравнении с остальными. Использование каждого из них предполагает наличие определенных условий работы, которые обычно прописываются самим протоколом. При выборе того или иного решения стоит полагаться именно на этот параметр.

В локальных сетях основная роль в организации взаимодействия узлов принадлежит протоколу канального уровня, который ориентирован на вполне определенную топологию ЛКС. Так, самый популярный протокол этого уровня – Ethernet – рассчитан на топологию «общая шина», когда все узлы сети параллельно подключаются к общей для них шине, а протокол Token Ring – на топологию «звезда». При этом применяются простые структуры кабельных соединений между РС сети, а для упрощения и удешевления аппаратных и программных решений реализовано совместное использование кабелей всеми РС в режиме разделения времени (в режиме TDH). Такие простые решения, характерные для разработчиков первых ЛКС во второй половине 70-х годов ХХ-го века, наряду с положительными имели и отрицательные последствия, главные из которых – ограничения по производительности и надежности.

Поскольку в ЛКС с простейшей топологией (общая шина, кольцо, звезда) имеется только один путь передачи информации, производительность сети ограничивается пропускной способностью этого пути, а надежность сети – надежностью пути. Поэтому по мере развития и расширения сфер применения локальных сетей с помощью специальных коммуникационных устройств (мостов, коммутаторов, маршрутизаторов) эти ограничения постепенно снимались. Базовые конфигурации ЛКС (шина, кольцо) превратились в элементарные звенья, из которых формируются более сложные структуры локальных сетей, имеющие параллельные и резервные пути между узлами.

Однако внутри базовых структур локальных сетей продолжают работать все те же протоколы Ethernet и Token Ring. Объединение этих структур (сегментов) в общую, более сложную локальную сеть осуществляется с помощью дополнительного оборудования, а взаимодействие РС такой сети – с помощью других протоколов.

В развитии локальных сетей, кроме отмеченного, наметились и другие тенденции:

· отказ от разделяемых сред передачи данных и переход к использованию активных коммутаторов, к которым РС сети присоединяются индивидуальными линиями связи;

· появление нового режима работы в ЛКС при использовании коммутаторов – полнодуплексного (хотя в базовых структурах локальных сетей РС работают в полудуплексном режиме, т.к. сетевой адаптер станции в каждый момент времени либо передает свои данные, либо принимает другие, но не делает это одновременно). Сегодня каждая технология ЛКС приспособлена для работы как в полудуплексном, так и в полнодуплексном режимах.

Стандартизация протоколов ЛКС осуществлена комитетом 802, организованном в 1980 в институте IEEE. Стандарты семейства IEEE 802.Х охватывают только два нижних уровня модели ВОС – физический и канальный. Именно эти уровни отражают специфику локальных сетей, старшие уровни, начиная с сетевого, имеют общие черты для сетей любого класса.

В локальных сетях, как уже отмечалось, канальный уровень разделен на два подуровня:

· логической передачи данных (LLC);

· управления доступом к среде (МАС).

Протоколы подуровней МАС и LLC взаимно независимы, т.е. каждый протокол подуровня МАС может работать с любым протоколом подуровня LLC, и наоборот.

Подуровень МАС обеспечивает совместное использование общей передающей среды, а подуровень LLC – организует передачу кадров с различным уровнем качества транспортных услуг. В современных ЛКС используются несколько протоколов подуровня МАС, реализующих различные алгоритмы доступа к разделяемой среде и определяющих специфику технологий Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

Протокол LLC . Для технологий ЛКС этот протокол обеспечивает необходимое качество транспортной службы. Он занимает положение между сетевыми протоколами и протоколами подуровня МАС. По протоколу LLC кадры передаются либо дейтаграммным способом, либо с помощью процедур с установлением соединения между взаимодействующими станциями сети и восстановлением кадров путем их повторной передачи при наличии в них искажений.

Различают три режима работы протокола LLC:

· LLC1 – процедура без установления соединения и без подтверждения. Это дейтаграммный режим работы. Он используется обычно тогда, когда восстановление данных после ошибок и упорядочение данных осуществляется протоколами вышележащих уровней;

· LLC2 – процедура с установлением соединения и подтверждением. По этому протоколу перед началом передачи между взаимодействующими РС устанавливается логическое соединение и, если это необходимо, выполняются процедуры восстановления кадров после ошибок и упорядочения потока кадров в рамках установленного соединения (протокол работает в режиме скользящего окна, используемом в сетях ARQ). Логический канал протокола LLC2 является дуплексным, т.е. данные могут передаваться одновременно в обоих направлениях;

· LLC3 – процедура без установления соединения, но с подтверждением. Это дополнительный протокол, который применяется, когда временные задержки (например, связанные с установлением соединения) перед отправкой данных не допускаются, но подтверждение о корректности приема данных необходимо. Протокол LLC3 используется в сетях, работающих в режиме реального времени по управлению промышленными объектами.

Указанные три протокола являются общими для всех методов доступа к передающей среде, определенных стандартами IEEE 802.Х.

Кадры подуровня LLC по своему назначению делятся на три типа – информационные (для передачи данных), управляющие (для передачи команд и ответов в процедурах LLC2) и ненумерованные (для передачи ненумерованных команд и ответов LLC1 и LLC2).

Все кадры имеют один и тот же формат: адрес отправителя, адрес получателя, контрольное поле (где размещается информация, необходимая для контроля правильности передачи данных), поле данных и два обрамляющих однобайтовых поля «Флаг» для определения границ кадра LLC. Поле данных может отсутствовать в управляющих и ненумерованных кадрах. В информационных кадрах, кроме того, имеется поле для указания номера отправленного кадра, а также поле для указания номера кадра, который отправляется следующим.