Кафедра телекомунікаційних систем Лекція 3. СТЕК ПРОТОКОЛІВ ІНТЕРНЕТУ Навчальні питания: 1.Основні протоколи Інтернет. 2. IP адресація версії IPv4. 3.Загальні відомості про адресацію IPv6.

PDHSDHATMКабель, радио, оптоволокно Физический Звена данных Сетевой Транспортный UDPTCP ICMPIGMP RARPARP Протоколы маршрутизации RIP, OSPF, BPG IP EthernetIGMPPPPFDDI Протоколы определяются основными технологиями сетей Спектр протоколов Интернета по сравнению с OSI

Представления Прикладной Сеансовый Прикладной SMTP FTP DNS SNMP TFTP HTTP (WWW) RPC NFS Спектр протоколов Интернета по сравнению с OSI

ARPAddress Resolution Protocol Протокол нахождения адреса ATMAsynchronous Transfer Mode Режим асинхронной передачи BGPBorder Gateway Protocol Протокол пограничной маршрутизации DNSDomain Name System Система доменных имен EthernetEthernet Network Сеть Ethernet FDDIFiber Distributed Data Interface Волоконно-оптический распределенный интерфейс данных HTTPHyper Text Transfer Protocol Протокол передачи гипертекста FTPFile transfer Protocol Протокол передачи файлов ICMPInternet Control Message Protocol Протокол управляющих сообщений IGMPInternet Group Management Protocol Протокол управления группами (пользователей) в Интернете IPInterworking Protocol Межсетевой протокол NFSNetwork File System Протокол сетевого доступа к файловым системам OSPFOpen Shortest Path First Открытый протокол предпочтения кратчайшего канала PDHPlesiochronous Digital Hierarchy Плезиохронная цифровая иерархия ОСНОВНЫЕ ПРОТОКОЛЫ ИНТЕРНЕТА

PPPPoint-to- Point Protocol Протокол связи "точка-точка" RARPReverse Address Resolution Protocol Протокол обратной конвертации адресов RIPRouting Information Protocol Протокол обмена маршрутной информацией RPCRemote Procedure Call Дистанционный вызов процедур SMTPSimple Mail Transfer Protocol Простой протокол передачи почты SDHSynchronous Digital Hierarchy Синхронная цифровая иерархия SNMPSimple Network Management Protocol Простой протокол управления сетью TCPTransmission Control Protocol Протокол управления передачей TFTPTrivial File Transfer Protocol Простейший протокол передачи данных TRToken Ring Маркерное кольцо UDPUser Datagram Protocol Дейтаграммный протокол пользователя WWWWorld Wide Web Мировая паутина ОСНОВНЫЕ ПРОТОКОЛЫ ИНТЕРНЕТА

СВЯЗЬ МЕЖДУ УРОВНЯМИ СТЕКА ПРОТОКОЛОВ СЕТИ ИНТЕРНЕТ И АДРЕСАЦИЕЙ АДРЕСА ІР адрес Физический адрес Адрес порта

Адрес порта IP адрес Физический адрес Процессы Основополагающая физическая сеть IP и другие протоколы

ФИЗИЧЕСКИЙ АДРЕС Физический адрес (Media Access Control MAC-адрес) используется для установления соединения в локальной сети (подсети). Этот адрес совпадает с номером сетевого адаптера (сетевой карты) компьютера и жестко устанавливается заводом-изготовителем из пула (диапазона) отведенных ему адресов. Записывается в виде шестнадцатеричных чисел, разделенных двоеточием, например, 08:00:06:3F:D4:E1, где первые три значения определяют фирму-производителя (00:10:5a:xx:xx:xx – 3Com, 00:03:ba:xx:xx:xx – Sun, 00:01:e3:xx:xx:xx – Siemens), а последующие – порядковый номер узла. Компьютер может иметь несколько сетевых карт и, соответственно, несколько МАС-адресов. При замене аппаратуры изменяется и MAC-адрес, поэтому их использование в качестве сетевых адресов неудобно.

Рис. Физические адреса

ИНТЕРНЕТ-АДРЕС Адреса Интернета необходимы для универсальных служб связи, которые не зависят от основных физических сетей. Физические адреса не адекватны в межсетевой среде, где различные сети могут иметь различные форматы адреса. Необходима универсальная система адресации, в которой каждый хост может быть идентифицирован уникально, независимо от основной физической сети. Для этой цели применяются IP-адреса. Интернет(IP)-адрес в настоящее время состоит из 32 бит (IPv4). Он может уникально определить хост, подключенный к сети Интернет. Никакие два хоста на сети Интернет не могут иметь один и тот же самый IP-адрес.

АДРЕС ПОРТА Адрес IP и физический адрес необходимы для порции данных, перемещающихся от источника до хоста пункта назначения. Однако прибытие в хост пункта назначения не конечная цель обмена сообщениями данных в Интернете. Система, которая передает только данные от одного компьютера до другого, не может считаться законченной. Сегодня компьютеры устройства, которые могут выполнить множество процессов в одно и то же время. Конечная цель сети Интернет коммутация процесса, работающего с другим процессом. Например, компьютер A общается с компьютером C, используя TELNET. В то же самое время компьютер A общается с компьютером В с использованием протокола передачи файлов FTP. Для этих процессов, возникающих одновременно, нам надо иметь метод, позволяющий маркировать различные процессы. Другими словами, процессы нуждаются в адресах. В архитектуре TCP/IP метка, назначаемая процессу, названа адресом порта. Адрес порта в TCP/IP 16 битов длиной.

IP-АДРЕСАЦИЯ ВЕРСИИ 4 Протокол интернета – IP – является основным протоколом сетевого уровня. IP-протокол передачи дейтаграмм, не обеспечивающий надежность и не ориентированный на соединение, обслуживает передачу с наилучшими из возможных показателей (наилучшими намерениями best effort), но без гарантий. IP также протокол без установления соединения. Он передает пакет коммутируемой сети, используя метод дейтаграмм. Это означает, что каждая дейтаграмма обрабатывается независимо, и каждая дейтаграмма следует разными маршрутами к конечному пункту.

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К АДРЕСУ адрес должен быть универсальным адрес должен иметь иерархическую структуру, удобную для обработки соответствующими узлами адрес должен быть удобен для пользователя Идентификатор, используемый на уровне IP набора протокола TCP/IP, чтобы идентифицировать каждое устройство, подключенное к Интернету, назван адресом Интернета, или адресом IP. Адрес IP двоичный адрес на 32 бита, который уникально и универсально определяет подключение хоста или маршрутизатора к Интернету. Адреса IP уникальны. Они уникальны в том смысле, что каждый адрес определяет одно и только одно подключение к Интернету. Два устройства в Интернете никогда не могут иметь одного того же адреса. Если устройство имеет два подключения к Интернету, через две сети, оно имеет два адреса IP.

В двоичной системе обозначений адрес IP отображен как 32 бита. Чтобы сделать адрес читаемым, обычно вставляются один или более пробелов между каждым октетом (8 бит). Каждый октет часто упоминается как байт. Поэтому адрес IP называется адресом с 4 октетами, или 4-байтовым адресом. Чтобы сделать адрес IP более компактным и более простым для чтения, адреса Интернета обычно написаны в десятичной форме с точкой (точечное отделение байтов).

АДРЕСАЦИЯ ПО КЛАССАМ

Рис. Нахождение класса в двоичной системе обозначений

При адресации по классам адрес IP в классах A, B и C разделен на сетевой (Netid) и локальный (Hostid) адреса. Длина адреса зависит от класса объекта. Класс А Класс В Класс С Netid Hostid Netid Hostid

СОГЛАШЕНИЯ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ АДРЕСОВ в IPv4 В каждом классе имеется диапазон адресов для локального использования, которые сетевые маршрутизаторы не обрабатывают ни при каких условиях, они применяются для маршрутизации в локальных сетях: В классе А – это сеть В классе В – диапазоны сетей от до В классе С – диапазон сетей от до Если в поле номера сети установлены все двоичные "0", то пакет адресован соответствующему узлу той же сети Если в полях номера сети и номера узла установлены все двоичные "1", то пакет адресован всем узлам той же сети (широковещательная рассылка, limited broadcast).

СОГЛАШЕНИЯ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ АДРЕСОВ в IPv4 Если в поле номера узла установлены все двоичные "1", то пакет адресован всем узлам соответствующей сети. Основное назначение групповых (Multicast) адресов – распространение информации по схеме "один-ко-многим" для групповой рассылки в Интернете аудио- и видеоинформации. Хост, который хочет осуществить рассылку, с помощью протокола группового обслуживания Интернета (Internet Group Management Protocol – IGMP) сообщает о создании в сети мульти вещательной группы с определенным адресом. Устройства, которые хотят присоединиться к создаваемой группе, высылают свое подтверждение. Одно и то же устройство может входить в несколько групп, в одну и ту же группу могут входить устройства различных сетей. Адреса класса Е зарезервированы для будущих применений

МАСКА Уже давно наблюдается дефицит IP-адресов, который обусловлен не только ростом числа пользователей, но и необходимостью выделения IP- адресов на каждый порт маршрутизатора. Имеется несколько подходов смягчения этой проблемы, в том числе за счет использования масок. Традиционно номер сети и узла определяется в зависимости от класса адреса. Однако наличие только четырех классов адресов часто бывает неудобно. Проблема решается с помощью масок. Количество "единиц" в маске показывает число старших разрядов, которые определяют номер сети. Для адресации по классам есть три маски. Для класса A маска – из восьми "единиц" и двадцати четырех "нулей" ( ). Для класса B маска – шестнадцать "единиц" и шестнадцать "нулей" ( ). На класс C маска двадцать четыре "единицы" и восемь "нулей" ( ). Единицы" сохраняют сетевой адрес (netid); "нули" устанавливают локальный адрес (hostid) на "0".

МНОГОАДРЕСНЫЕ УСТРОЙСТВА Адрес Интернета определяет подключение узлов к своей сети. Из этого следует, что любое устройство, подключенное больше чем к одной сети, должно иметь больше чем один адрес Интернета. Фактически устройство имеет различные адреса для каждой сети, к которой оно подключено. Компьютер, который подключен к различным сетям, называется многоадресным компьютером и будет иметь несколько адресов. Каждый из таких адресов может принадлежать к различному классу. Маршрутизатор должен быть связан больше чем с одной сетью, иначе он не сможет маршрутизировать. Поэтому маршрутизатор по определению имеет больше чем один адрес IP (один для каждого интерфейса). ПРЯМОЙ ШИРОКОВЕЩАТЕЛЬНЫЙ АДРЕС В классах A, B и C, если сетевой номер (hostid) состоит только из единиц, адрес называется прямым широковещательным адресом. Такой адрес используется маршрутизатором для того, чтобы передать пакеты для всех хостов в заданной сети. Все хосты примут пакет, имеющий этот тип адреса пункта назначения. Возможен случай ограничения широковещательного адреса, когда маршрутизатор местной сети может блокировать пакеты, имеющие этот тип адреса, ограничивая широковещательную передачу к местной сети.

ЭТОТ ХОСТ НА ЭТОЙ СЕТИ Если адрес IP составлен из всех нулей, это означает, что это хост расположенный на этой сети. Он используется хостом во время начальной загрузки, когда передающий хост не знает свой адрес IP. Хост передает пакет IP серверу начальной загрузки, используя этот адрес как исходный адрес пункта назначения, который может определить собственный адрес передающего хоста. Его можно использовать только как исходящий адрес. Этот адрес – всегда адрес класса A независимо от сети, что уменьшает число сетей в классе A на одну сеть. ЗАДАННЫЙ ХОСТ НА ЭТОЙ СЕТИ Адрес IP с сетевым номером из всех нулей означает адрес заданного хоста на этой сети. Он используется хостом, чтобы передать сообщение другому хосту на той же самой сети. Он может использоваться только как входящий адрес пункта назначения. Это адрес класса A независимо от размера сети. АДРЕС КОЛЬЦЕВОЙ ПРОВЕРКИ (LOOPBACK ADDRESS) Адрес IP с первым байтом, равным 127, применяется для адреса кольцевой проверки, который является адресом, используемым для проверки программного обеспечения компьютера. Когда этот адрес задействуется, пакет никогда не покидает хост; он просто возвращается хосту и обрабатывается согласно протоколу и установленному на управляющем компьютере программному обеспечению. Он может использоваться, чтобы проверить программное обеспечение IP.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ АДРЕСА Специальный адресNetidHostid Источник или конечный пункт Сетевой адрес Заданный Все нули Нет Прямой широковещательный адрес Заданный Все единицы Конечный пункт Ограниченный широковещательный адрес Все единицы Конечный пункт "Этот хост на этой сети"Все нули Источник "Заданный хост на этой сети" Все нули Заданный Конечный пункт Адрес шлейфа 127Любой Конечный пункт

АДРЕСА ГРУППОВОЙ РАССЫЛКИ

КОНФЕРЕНЦ-СВЯЗЬ. Некоторые адреса групповой рассылки предназначены для конференц-связи и организации телеконференций. Эти адреса групповых рассылок начинаются с префиксов

IP-АДРЕСАЦИЯ ВЕРСИИ 6 Принципиальным решением устранения дефицита сетевых адресов является расширение адресного поля с 4-байтного (текущей версии IPv4) на 16-байтное (в новой версии IPv6). Адреса присваиваются интерфейсам; если к интерфейсу подключен один узел, то его адрес совпадает с адресом узла. Адресация использует бесклассовую систему междоменной маршрутизации (Classless Inter Domain Routing, CIDR).

ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ АДРЕСА Предпочтительная форма (шестнадцатеричная система счисления с двоеточием) – восемь 16-битовых шестнадцатеричных чисел, разделенных двоеточием. Например, FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210 Сжатая форма – запись длительной последовательности "0" путем введения двойного двоеточия. Двоеточие допускается использовать только в одном месте адреса. Например, адрес 1080:0:0:0:8:800:200C:417A может быть представлен в виде 1080::8:800:200C:417A. Смешанная форма – шесть старших чисел (96 бит) записываются в предпочтительной форме, а младшие числа (32 бита) представляются в виде, принятом в IPv4. Например, 0:0:0:0:0:0: , или в сжатой форме ::

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ АДРЕСНОГО ПРОСТРАНСТВА Адресное пространство имеет много различных функций. Разработчики IP-адресов разделили адресное пространство на две части, первая из которых называется тип префикса. Этот префикс переменной длины определяет цель адреса. Коды разработаны так, что нет кода, идентичного первой части любого другого кода. Таким путем удается избежать неопределенности; когда выдается адрес, тип может просто быть определен. Рис. Структура адреса в IPv6

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ АДРЕС

ПОЛЯ ДЛЯ ИНДИВИДУАЛЬНОГО АДРЕСА : Тип идентификатора. Это 3-битовое поле определяет адрес как адрес, выдаваемый поставщиком. Идентификатор регистрации. Это 5-битовое поле указывает агентство, которое зарегистрировало адрес. В настоящее время определены три центра регистрации. INTERNIC (код 11000) – это центр для Северной Америки; RIPNIC (код 01000) – это центр для Европейской регистрации; и APNIC (код 10100) – это для стран Азии и Тихого океана. Идентификатор поставщика. Поле переменной длины, определяющее поставщика для доступа к Интернету. Для этого поля рекомендовано 16 бит длины. Идентификатор абонента. Для этого поля рекомендуется длина поля 24 бита. Идентификатор подсети. Каждый абонент может иметь много различных подсетей, и каждая сеть может иметь различный идентификатор. Идентификатор сети определяет заданную сеть на территории подписчика. Для этого поля рекомендована длина 32 бита. Идентификатор узла. Последнее поле определяет идентификацию узла, подключенного к подсети. Для этого поля рекомендована длина 48 бит, чтобы сделать его совместимым с 48-битовым адресом линии (физической), используемой Ethernetом. В будущем этот линейный адрес будет, вероятно, тот же самый, что физический адрес узла.

КЛАССИФИКАЦИЯ СЕТЕЙ В СООТВЕТСТВИИ С ПРЕФИКСОМ Зарезервированные адреса Неопределенный адрес Шлейфный (петлевой) адрес (loopback) IPv4-адреса Местные адреса Адрес местной линии Местный адрес сайта Широковещательный адрес

Рис. Широковещательный адрес 8