Литература: 1.Сидни Фейт. TCP/IP. 2-е изд. – М:Лори, 2003. 2.Т.Ли, Дж.Дэвис. Microsoft Windows 2000.TCP/IP.Протоколы и службы.- М:ЭКОМ, 2003 3.Мэтью Ногл. - презентация

1 Литература: 1.Сидни Фейт. TCP/IP. 2-е изд. – М:Лори, Т.Ли, Дж.Дэвис. Microsoft Windows 2000.TCP/IP.Протоколы и службы.- М:ЭКОМ, Мэтью Ногл. TCP/IP. Иллюстрированный учебник. М: ДМК Пресс, В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. - СПб.:Питер, Паркер Т., Cиян К. ТCP/IP. 3-е изд. СПб:Питер, Комер Д. Сети TCP/IP. Т.1 Принципы, протоколы, структура. 4-е изд. М: Вильямс, В.Г.Олифер, Н.А.Олифер. Сетевые операционные системы СПб.:Питер, Межсетевое взаимодействие. Ресурсы Microsoft Windows2000 Server– М: Сети TCP/IP. Ресурсы Microsoft Windows 2000 Server. – М: Стивенс Р. Протоколы TCP/IP. – СПб:БХВ, Введение в IP-сети

2 С технической точки зрения ИНТЕРНЕТ - это объединение компьютерных сетей, которые работают по различным протоколам и используют для передачи данных все доступные типы линий связи - от витой пары и телефонных каналов до оптоволокна и спутниковых каналов. Интернет – сеть с открытыми стандартами Сеть Интернет

3 Немного истории Интернет 1961 Leonard Kleinrock – статья по технологии коммутации пакетов 1969 в США создана первая сеть ARPANET - интерактивная работа пользователя с удаленным узлом - передача файлов между узлами - электронная почта - протокол NCP(NetworkControlProgram) 1970 протокол TCP, Vinton Cerf & Bob Kahn ARPANET полностью переведена на TCP/IP в 1982г появилась система электронной почты , Ray Tomlinson & Larry Roberts 1983 – разработана технология Ethernet 1984 создана DNS (Domain Name System) –система преобразования IP-адресов в имена хостов и обратно UC Berkeley implements TCP/IP into Unix 4.2BSD 1984 NSFNet – создана сеть Национального научного фонда США -> Интернет В 1990г ARPANET прекратила существование Tim Berners-Lee at CERN –Протокол HTTP –Язык разметки гипертекста HTML –Опубликована первая web-страница 13 ноября 1990 –Первый web-браузер Mosaic, – папа римский Иоанн Павел II утвердил всемирный День Интернета (30 сентября) :) Get more info at:

4 Организация инфраструктуры Интернет Internet Backbone Maps

5 Требования к современным сетям Производительность - время реакции - пропускная способность (бит/с, pkt/s) - задержка передачи Надежность Расширяемость и масштабируемость Поддержка разных видов трафика Управляемость Совместимость Цель: обеспечение пользователям доступа к разделяемым ресурсам всех компьютеров, объединенных в сеть

6 Networking Standards Organizations Организации, которые занимаются разработкой стандартов: ISOC (Internet Society) IAB (Internet Architecture Board) IESG (Internet Engineering Steering Group ) + IETF (Internet Engineering Task Force) + IRTF (Internet Research Task Force) Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) /CSMA/CD, 802.5/Token Ring, 802.2/LLC, etc. American National Standards Institute (ANSI) - FDDI, etc. EIA (Electronic Industries Alliance ) TIA (Telecommunications Industry Association) - RS-232, RS-449, EIA/TIA-568B etc. International Organization for Standardization (ISO) Стандарты – документы, содержащие технические спецификации или другие точные критерии, которые определяют, как должен быть разработан программный или аппаратный продукт

7 What is RFC? RFCs – Request For Comments –Большинство протоколов TCP/IP описаны в документах RFC –RFC редактируются и утверждаются Internet Engineering Steering Group (IESG) –RFC публикуются для интернет-сообщества и свободно доступны on-line Предварительными версиями документов RFC являются проекты (drafts), которые в дальнейшем могут быть утверждены в качестве стандартов. Из тысяч RFC только несколько десятков являются документами в статусе «стандарт Интернета». Список всех RFC-стандартов содержится в RFC 3700.

8 Сетевое взаимодействие: процессы + хосты + сети => Нужна декомпозиция на подзадачи и реализация отдельных модулей (уровней). Конечные объекты, между которыми происходит взаимодействие по сети – процессы (или программы), работающие на разных узлах. Чтобы организовать связь двух процессов, необходимо сформировать язык их общения и определить согласованный набор правил взаимодействия (протокол). Процессы выполняются на узлах (хостах), подключенных к сети, которые могут быть расположенных далеко друг от друга. Для доставки данных между узлами нужно обеспечить единую адресацию узлов и маршрутизацию пакетов. А узлы должны выполнять доставку нужному процессу. Узлы связаны сетью, причем могут иметь подключение к сегментам с разной средой передачи. На уровне каждого физического сегмента требуется обеспечить передачу пакетов между физическими интерфейсами узлов. В целом задача организации надежной связи крайне сложна, т.к. сети содержат много различных промежуточных компонент, кроме того возможны коммуникационные проблемы (сбои, перегрузки и т.п.).

9 Общая концепция модели многоуровневого сетевого взаимодействия Каждый уровень несет собственную функциональную нагрузку. Для каждого уровня определены: Service: что делает уровень? - функции уровня Service interface: как получить доступ к уровню? - интерфейс для выше/ниже лежащих уровней Protocol (peer interface): как взаимодействуют одинаковые уровни разных узлов - набор правил и форматов сообщений, которые регулируют обмен данными между двумя одинаковыми уровнями Process Transport Network Data Link Process Transport Network Data Link Interface Peer-to-peer Protocols Согласованный набор протоколов разных уровней, достаточный для организации межсетевого взаимодействия, называется стеком протоколов

10 OSI (Open Systems Interconnect) Reference Model (ISO 7498) Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Data Physical media Модель OSI – опорная база для классификации и сопоставления стеков протоколов. Разработана в 1984г Международной Организацией по стандартам (ISO). Имеет 7 уровней. Уровни могут быть реализованы в программном, программно- аппаратном и аппаратном виде. Инкапсуляция: При продвижении данных каждый уровень формирует пакет, состоящий из данных вышележащего уровня + свой заголовок. Обработка: Обратная процедура – каждый уровень обрабатывает и удаляет свой заголовок и передает пакет вышележащему уровню.

11 Функции уровней УровеньФункции Application Layer (Прикладной) протоколы взаимодействия прикладных процессов Presentation Layer (Преставления) обеспечивает согласование представления (форматов, кодировок) данных прикладных процессов; может выполнять шифрование/дешифрацию. Session Layer (Сеансовый) установка, поддержка и закрытие логического сеанса связи между удаленными процессами, поддержка сеанса во время неактивности. */ На практике этот уровень в явном виде реализуется редко. Transport Layer (Транспортный) обеспечивает обмен потоками данных между процессами с требуемой степенью надежности доставки; два типа передачи: с предварительной установкой соединения и без установки соединения Network Layer (Сетевой) служит для образования единой транспортной системы для сегментов с различными принципами передачи между узлами. адресация в сети; маршрутизация и передача датаграмм по сети; фрагментация и сборка передаваемых данных. Data Link Layer (Канальный) обеспечение связи между сетевым ПО и оборудованием; управление доступом к среде передачи; передача фреймов по каналу; обнаружение и коррекция ошибок в канале Physical (Физический) физический интерфейс с каналом передачи; определяет характеристики среды передачи и сигналов

12 Стек TCP/IP Media Access Control Ethernet 802.3, Token Ring 802.5, Wireless , X.25, PPP, etc. User Datagram Protocol (UDP) RFC 768 ~ connectionless transport ~ Transmission Control Protocol (TCP) RFC 793 ~ connection-oriented transport ~ Application-Layer Protocols ~ such as SNMP, telnet, FTP, HTTP, POP3, etc. ~ Application Transport Network Data Link ARP Internet Control Messaging Protocol (ICMP) RFC 792 Internet Protocol version 4 (IPv4) RFC 791 RARP Application Presentation Session Transport Network DataLink Physical OSITCP/IP */ Уровень доступа к среде передачи (DataLink), как и физический, формально в TCP/IP не регламентируется, но в реализациях стека поддерживаются все популярные технологии.

13 Инкапсуляция сетевых пакетов

14 Next О средах передачи, принципах работы канального уровня (технология Еthernet и др.) и типах сетевого оборудования см. презентации Ethernet+TokenRing ppt и Media+HW ppt На канальном уровне обеспечивается передача между сетевыми интерфейсами узлов, находящихся в одном физическом сегменте сети. Для адресации интерфейса используется его 48-битный MAC-адрес. Если пакет предназначен узлу, находящемуся в том же сегменте, то используется MAC этого узла. Если пакет предназначен узлу из другой сети, то пакет должен быть передан на маршрутизатор – соответственно, используется MAC интерфейса маршрутизатора. Отображение IP-адресов на MAC-адреса осуществляется с помощью протокола ARP. ( Не обязательно, но при желании с деталями работы ARP можно ознакомиться по ARP ppt ) Далее кратко рассматриваются основы работы сетевого и транспортного уровня стека TCP/IP, а также назначение базовых протоколов прикладного уровня.

15 Ключевые функции сетевого уровня Глобальная адресация Маршрутизация Фрагментация и сборка пакетов Все эти функции реализуются в протоколе IPv4

16 Уникальная адресация допускает связь между конечными станциями Выбор пути основан на местоположении (location) Местоположение определятся адресом UNIX Host Company A Company B Introduction to TCP/IP Addresses Internet

17 IP Addresses IP адрес – логический адрес (не физический, как MAC!) Каждый узел должен иметь уникальный IP адрес Выделением IP адресов в глобальном адресном пространстве занимается ICАNN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers), в регионах RIR (Regional Internet Registry, существует 5 штук). Россия относится к региону RIPE NCC - независимая некоммерческая организация для Европы, которая поддерживает инфраструктуру Интернет посредством технической координации. Подробнее Адрес IPv4: 32 bits Decimal: Binary: HEX: C Е. 28 IP адрес включает network ID и host ID

18 IP Address Classes 1 – 126 Range of first octet:

19 Special adresses network address (адрес сети) limited broadcast (пакет с таким адресом назначения должен рассылаться всем узлам, находящимся в той же сети, что и источник этого пакета) broadcast (пакет, имеющий такой адрес рассылается всем узлам сети с заданным номером) Loopback interface: – Network Network

20 Broadcast Addresses (Directed broadcast) (Local network broadcast) X

21 Private networks Эти адреса не маршрутизируются на уровне Интернет и предназначены для использования только в пределах локальной сети: A: B: – C: – Эти адреса зарезервированы для автоматического назначения динамических приватных адресов (DHCP) : –

22 NAT: Network Address Translation Сетевая трансляция адресов – удобный способ обеспечить доступ к Интернет узлам LAN с приватными адресами. Обоснование: локальная сеть использует один внешний адрес для работы с внешним миром: –Нет необходимости в аренде большого количества адресов у провайдера для каждого устройства –Можно легко переходить на работу с другим провайдером, без переконфигурирования LAN –Безопасность: устройства внутренней сети не адресуются (не видимы) снаружи.

23 NAT: Принцип работы S: , 3345 D: , : host sends datagram to , 80 NAT translation table WAN side addr LAN side addr , , 3345 …… S: , 80 D: , S: , 5001 D: , : NAT router changes datagram source addr from , 3345 to , 5001, updates table S: , 80 D: , : Reply arrives dest. address: , : NAT router changes datagram dest addr from , 5001 to , 3345

24 Network prefix and extended network prefix

25 Subnetting. Mask. Граница подсети может приходиться на любой из 32 бит в IP адресе Задается маской подсети В маске сетевая часть адреса заполнена единицами, узловая нулями, пример: Другой способ представления(записи) маски – указание адреса сети и через слеш – числа бит в networkID: / / network + subnet host This network Directed broadcast Netmask

26 Decimal Equivalents of Bit Patterns = = = = = = = =

27 Еще примеры (адрес-маска-адрес сети):

28 Маршрутизация (routing) Часто для передачи датаграммы по назначению требуется передать ее через несколько промежуточных узлов по тому или иному маршруту. Задача определения маршрута решается модулем IP. Процедура маршрутизации состоит в определении следующего узла следования и пересылке ему датаграммы. Модуль IP, на узле получившем датаграмму, анализирует IP-адрес пункта назначения и если этот адрес совпадает с собственным адресом узла, то датаграмма передается на обработку транспортному уровню; если адрес чужой, и он не попадает под правила фильтрации (firewall), то просматривается таблица маршрутизации (routing table). Из нее определяется а) следующий узел следования, которому будет передана датаграмма и б) интерфейс, через который она будет отправлена. Далее датаграмма передается канальный уровень для отправки.

29 Обработка датаграмм IP-модулем

30 IP Fragmentation & Reassembly Разные сети имеют различный максимальный размер передаваемого блока данных MTU (Max.Transfer Unit). Он определяется средой передачи и технологией канального уровня, которая используется в конкретной сети. При передаче из среды с большим MTU в среду с меньшим MTU может потребоваться фрагментация – разбиение исходного пакета на несколько мелких. Такие фрагменты передаются дальше независимо, сборка осуществляется на узле-получателе. fragmentation: in: one large datagram out: 3 smaller datagrams reassembly MTU Ethernet Hader IP HeaderTCP HeaderDATAEternet Trailer MSS

31 Обработка датаграмм IP-модулем

32 Протокол IPv6 IPv6 – следующее поколение протокола IP. Основная мотивация для его создания - 32-битное адресное пространство почти исчерпано. В IPv6 используются 128-битные адреса, что с избытком закрывает вопрос дефицита адресов Дополнительные изменения: –изменен формат заголовка, что существенно ускоряет обработку и маршрутизацию пакетов; –не будет использоваться фрагментация пакетов по пути следования – на основании алгоритма Path MTU Discovery отправитель будет изначально выяснять минимальный MTU и отправлять пакеты соответствующего размера; –Протокол содержит встроенные средства безопасности, а именно в него интегрированы AH и IPSec, что позволяет использовать механизмы аутентификации и шифрования. См. далее 2.ppt