Локальные сети стек протоколов локальных сетей. Локальные протоколы. Посвящаем нашей дочери анне

Главная > Рассказ

Глава 5 Протоколы локальных сетей По прочтении этой главы и после выполнения практических заданий вы сможете:

рассказать о следующих протоколах и об их использовании в различных сетевых операционных системах:

IPX/SPX; NetBEUI; AppleTalk; TCP/IP; SNA; DLC; DNA;

обсуждать и внедрять методы повышения производительности локальных сетей.

В начале XX века социолог Георг Герберт Мид (George Herbert Mead), изучая влияние языка на людей, пришел к выводу о том, что человеческий интеллект в первую очередь развился благодаря языку. Язык помогает нам находить смысл в окружающей реальности и истолковывать ее детали. В сетях аналогичную роль выполняют сетевые протоколы, которые позволяют разнообразным системам находить общую среду для взаимодействия. В этой главе описываются протоколы, чаще всего используемые в локальных сетях, а также сетевые операционные системы, в которых они применяются. Вы узнаете о преимуществах и недостатках каждого протокола, благодаря чему вам станут понятны области их использования. Самый популярный протокол локальных сетей – TCP/IP – рассматривается в этой главе лишь кратко, поскольку подробнее он будет описан в главе 6. В заключении текущей главы вы познакомитесь с методами повышения производительности локальных сетей и выбора тех протоколов, которые необходимы в конкретной ситуации. Протоколы локальных сетей и их применение в сетевых операционных системах Сетевые протоколы напоминают местный язык или диалект: они обеспечивают в сетях беспрепятственный обмен информацией между подключенными устройствами. Эти протоколы имеют значение и для простых электрических сигналов, передаваемых по сетевому коммуникационному кабелю. Я протоколов сетевые коммуникации были бы просто невозможны. Для та чтобы два компьютера могли свободно общаться друг с другом, они должны использовать один и тот же протокол подобно тому, как два человека вынуждены общаться на одном языке.I В локальной сети несколько протоколов могут работать индивидуально и в некоторых сочетаниях. Сетевые устройства (например, маршрутизаторы) часто настраиваются на автоматическое распознавание и конфигурирование различных протоколов (в зависимости от операционной системы, используемой в маршрутизаторе). Например, в одной локальной сети Ethernet один протокол может использоваться для подключения к мэйнфрейму, другой для работы с серверами Novell NetWare, а третий – для серверов Windows (например, под управлением системы Windows NT Server) (рис. 5.1). Можно установить мост-маршрутизатор, который будет автоматически распознавать каждый протокол и конфигурироваться соответствующим образом, в результате чего для одних протоколов он будет выступать в роли маршрутизатора, а для других – в роли моста. Наличие нескольких протоколов в сети эффективно тем, что такая сеть сможет одновременно выполнять множество функций (например, обеспечивать доступ к Интернета также к мэйнфреймам и серверам). Недостатком такого подхода является что некоторые протоколы будут работать в режиме широковещания, то есть, будут периодически посылать пакеты для идентификации сетевых устройств, генерируя значительный избыточный трафик. Некоторые сетевые протоколы получили широкое распространение благодаря тому, что они связаны с конкретными сетевыми операционными системами (например, с Windows-системами, мэйнфреймами IBM, сервера UNIX и Novell NetWare). Имеет смысл изучать протоколы применительно тем операционным системам, где они применяются. В этом случае становится понятным, для чего конкретный протокол нужен в сети определенного типа. Кроме того, в этом случае вам легче будет понять, как один протокол (например, NetBEUI) можно заменить другими протоколами (такими как TCP/IP). Однако перед тем как изучать протоколы и их взаимосвязь операционными системами, важно узнать об общих свойствах протокол локальных сетей. Общие свойства протоколов локальной сети В основном протоколы локальных сетей имеют такие же свойства, как и Другие коммуникационные протоколы, однако некоторые из них были разработаны давно, при создании первых сетей, которые работали медленно, были ненадежными и более подверженными электромагнитным и радиопомехам. Поэтому для современных коммуникаций некоторые протоколы не вполне пригодны. К недостаткам таких протоколов относится слабая защита от ошибок или избыточный сетевой трафик. Кроме того, определенные протоколы были созданы для небольших локальных сетей и задолго до появления современных корпоративных сетей с развитыми средствами маршрутизации. Протоколы локальных сетей должны иметь следующие основные характеристики:

обеспечивать надежность сетевых каналов; обладать высоким быстродействием; обрабатывать исходные и целевые адреса узлов; соответствовать сетевым стандартам, в особенности – стандарту IEEE 802.

В основном все протоколы, рассматриваемые в этой главе, соответствуют перечисленным требованиям, однако, как вы узнаете позднее, у одних протоколов возможностей больше, чем у других. В табл. 5.1 перечислены протоколы локальных сетей и операционные системы, с которыми эти протоколы могут работать. Далее в главе указаны протоколы и системы (в частности, операционные системы серверов и хост компьютеров) будут описаны подробнее. 4 Таблица 5.1. Протоколы локальных сетей и сетевые операционные системы

Протокол	Соответствующая операционная система
	Первые версии операционных систем Microsoft Windows
	UNIX, Novel NetWare, современные версии операционных систем Microsoft Windows, операционные системы мэйнфреймов IBM
	Операционные системы мэйнфреймов и миникомпьютеров IBM
	Клиентские системы, взаимодействующие с мэйнфреймами IBM, настроенными на работу с протоколом SNA

Примечание Компьютерная операционная система – это совокупность программных средств, выполняющих на компьютере две функции. Во-первых, они взаимодействуют с аппаратными средствами компьютера и базовой системой ввода/вывода (Basic input/output system, BIOS). Во-вторых, они взаимодействуют с пользовательским интерфейсом (например, с графическим пользовательским интерфейсом (GUI) системах Windows или с подсистемой X Window и рабочими столами в систем UNIX). Для сетевых компьютерных операционных систем имеется еще третий уровень взаимодействия, на котором эти системы могут общаться между собой по сети с помощью одного или нескольких протоколов. Протоколы IPX / SPX и система Novell NetWare Протокол Internetwork Packet Exchange (IPX ) (межсетевой пакетный обмен) был разработан компанией Novell для одной из самых первых сетевых операционных систем, выполняющей серверные функции и названной NetWare. Первоначально эта система предназначалась для сетей Ethernet с шинной топологией, сетей с маркерным кольцом и сетей ARCnet, она была ориентирована на работу с одним файл-сервером. ARCnet – это одна из частных альтернативных сетевых технологий, в которой используются специальные пакеты с маркерами и смешанная топология (шина и звезда). В настоящее время операционная система NetWare стала аппаратно-независимой и может поддерживать различные топологии и протоколы. В качестве прототипа протокола IPX компания Novell использовала один из первых протоколов локальных сетей – протокол Xerox Network System (XNS ), адаптировав его для своей файл-серверной операционной системы NetWare. Компания Xerox Corporation предложила протокол XNS в качестве средства передачи данных по сетям Ethernet. В начале 1980-х годов некоторые производители выпустили собственные версии этого протокола. Вариант компании Novell определил возникновение протокола IPX, предназначенного для серверов NetWare. Одновременно эта компания разработала сопутствующий протокол, названный Sequenced Packet Exchange (SPX ) и ориентированный на работу с прикладными программами, например, с базами данных. Протоколы IPX/SPX широко используются в серверах NetWare до 4-й версии включительно. Начиная с версии NetWare 5.0, компания Novell предлагает пользователям переходить на стек протоколов TCP/IP. В настоящее время именно эти протоколы являются основными для версий NetWare 6.0 и выше, при этом пользователи могут по-прежнему применять протоколы IPX/SPX, в частности, для совместимости с устаревшими серверами и оборудованием (например, с принтерами). Когда в сети Ethernet на основе серверов NetWare конфигурируются протоколы IPX/SPX, можно использовать фреймы Ethernet четырех типов:

802 .2 – относительно новый тип фреймов, применяемый в сетях, базирующихся на серверах NetWare версий с 3.21 по 4.x; 802.3 – старый тип фреймов, применяемый в системах NetWare 286 (версий 2.x) и первых версиях системы NetWare 386 (3.0 и 3.1х); Ethernet II – для обеспечения совместимости с сетями Ethernet II и более эффективного форматирования фреймов; Ethernet SNAP – реализация описанного в главе 2 протокола SubNetwork Access Protocol (SNAP), предназначенного для работы специальных сл)Я и приложений фирм-изготовителей.

Достоинства и недостатки Достоинством протокола IPX (несмотря на его солидный возраст) по сравнению с другими ранними протоколами является возможность его маршрутизации, т. е. то, что с его помощью можно передавать данные по многим подсетям внутри предприятия. Недостатком протокола является дополнительный трафик, возникающий из-за того, что активные рабочие станции используют часто генерируемые широковещательные пакеты для подтверждения своего присутствия в сети. При наличии множества серверов NetWare и нескольких сотен клиентов применяемые протоколом IPX широковещательные пакеты типа "я здесь" могут создавать значительный сетевой трафик (рис. 5.2). Назначение протокола SPX Протокол SPX, дополняющий IPX, обеспечивает передачу данных прикладных программ с большей надежностью, чем IPX. Протокол IPX работает несколько быстрее своего "компаньона", однако в нем используются службы без установления соединения, работающие на подуровне LLC Канального уровня. Это означает, что IPX гарантирует доставку фрейма в пункт назначения с меньшей вероятностью. В протоколе SPX применяются службы с установлением соединения, что повышает надежность передачи данных. Чаще всего при упоминаниях обоих протоколов (IPX и SPX) используют сокращение IPX/SPX. Протокол SPX широко применяется для передачи по сети содержимого Я данных. Кроме того, на основе этого протокола работают утилита удаленной консоли и службы печати фирмы Novell. Удаленная консоль позволяет рабочей станции администратора видеть ту же информацию, которая отображается на консоли файл-сервера NetWare, благодаря чему пользователь может удаленно выполнять системные команды сервера, не находясь за его клавиатурой. Развертывание протоколов IPX / SPX Для установки протоколов IPX/SPX на компьютерах с системой DOS используются специальные DOS-драйверы, разработанные для NetWare. На 32-разрядных операционных системах (например, Windows 95 и старших версия), ля установки протоколов можно запустить программу Novell Client32, которая обеспечит командную среду для доступа к серверам NetWare.
Для того чтобы компьютеры под управлением Windows-систем могли обращаться к NetWare, можно также использовать два типа драйверов, позволяющих работать с несколькими протоколами: Open Datalink Interface (ODI) и Network Driver Interface Specification (NDIS). Когда в сети NetWare развернуты несколько протоколов (например, IPX/SPX и TCP/IP), серверы и клиенты зачастую используют драйвер Open Datalink Interface , ODI (открытый канальный интерфейс). Этот драйвер обеспечивает обмен данными с файл-серверами NetWare, мэйнфреймами и Мини-компьютерами, а также с Интернетом. ODI-драйверы можно применять в сетевых клиентах, работающих в среде MS-DOS и Microsoft Windows. В ранних версиях Windows (Windows 3.11, Windows 95, Windows 98 и Windows NT) компания Microsoft реализовала GDI-драйвер как 1б-разрядное приложение, которое не могло в полной мере использовать быстродействие и возможности 32-разрядной системы Windows 95 и более поздних версий. Начиная с Windows 95, для подключения к серверам NetWare по протоколу IPX/SPX применяются более совершенные решения компании Microsoft – протокол NetWare Link (NWLink ) IPX / SPX и драйвер Network Driver Interface Specification , NDIS (спецификация стандартного интерфейса сетевых адаптеров). В практических заданиях 5-1 и 5-2 рассказывается о том, как настроить системы Windows 2000 и Windows XP Professional для работы с протоколом NWLink. Как показано на рис. 5.3, драйверы NDIS (Microsoft) и ODI (Novell) работает на подуровне LLC Канального уровня, однако в отдельный момент времени к сетевому адаптеру может быть привязан только один из этих драйверов. Совет На большинстве Windows-систем при конфигурировании протокола NWLink IPX/SPX по умолчанию устанавливается такой режим, когда операционная система автоматически распознает тип фрейма Ethernet, используемый в уже существующей сети. В последних системах Windows (например, Windows 2000 и Windows XP) при выборе ручной настройки и отмене автоматического распознавания система по умолчанию задает тип фрейма 802.2 (если вы сами не укажите другой тип). Эмуляция IPX / SPX Протокол NWLink эмулирует работу IPX/SPX, поэтому любая использующая его система Windows работает как компьютер или устройство, настроенное на работу с IPX/SPX. NDIS – это спецификация программного драйвера, используемая протоколом NWLink и позволяющая ему и другим сетевым протоколам взаимодействовать с сетевым адаптером компьютера. При этом используется процедура установления связи между протоколом и адаптером, называемая привязкой. Привязка (binding) некоторого протокола к определенному адаптеру позволяет этому адаптеру работать и обеспечивать интерфейс с сетевой средой. Привязка к драйверу NDIS Драйвер NDIS компании Microsoft может привязывать к одному сетевому адаптеру один или несколько протоколов, благодаря чему все эти протоколы смогут работать через данный адаптер. Если протоколов несколько, то между ними устанавливается определенная иерархия, и если в сети развернуто несколько протоколов, то сетевой адаптер в первую очередь попытается прочитать фрейм или пакет, используя протокол, находящийся на верхней ступени этот иерархии. Если форматирование фрейма или пакета соответствует другому протоколу, то адаптер попробует прочитать его с помощью следующего протокола, указанного в иерархии, и т. д. Совет С помощью драйвера NDIS один протокол можно привязать к нескольким сетевым адаптерам компьютера (например, в сервере). При наличии нескольких адаптеров можно распределить между ними сетевую нагрузку и ускорить реакцию сервера на запросы при большом количестве пользователей. Кроме того, несколько адаптеров используются в том случае, если сервер также выполняет функции маршрутизатора. Привязка одного протокола к нескольким адаптерам позволяет также снизить объем занимаемой памяти, поскольку серверу не понадобится загружать в нее несколько экземпляров одного протокола. Нужно заметить, что пользователь может сам организовывать иерархию протоколов, привязанных к адаптеру. Эта иерархия называется порядком привязки. Например, если первым в иерархии указан протокол IPX/SPX, а вторым – TCP/IP, то фрейм или пакет TCP/IP сначала интерпретируется как данные в формате IPX/SPX. Сетевой адаптер быстро определяет ошибку и повторно читает фрейм или пакет в формате TCP/IP, распознавая его правильно. Порядок привязки протоколов можно задавать в большинстве операционных систем Microsoft Windows (например, в Windows 2000 и Windows ХР). На рис. 5.4 изображен порядок привязки на компьютере, работающем под управлением Windows XP Professional. На этом рисунке протоколы, перечисления ниже строки File and Printer Sharing for Microsoft Networks , отображают nil док привязки протоколов, используемых для доступа к общим файлам и принтерам. Под строкой Client for Microsoft Networks показан порядок привязки протоколов, необходимых для доступа к сетевым серверам. В практических заданиях 5-3 и 5-4 вы узнаете о том, как установить порядок привязки протоколов в системах Windows 2000 и Windows XP Professional. Другие протоколы, и спользуемые вместе с серверами NetWare Помимо IPX/SPX, операционная система Novell NetWare допускает использование и некоторых других протоколов при решении определенных задач (например, протокол RIP позволяет собирать информацию о маршрутизации; см. главу 4). Серверы NetWare можно настроить для работы в качестве маршрутизаторов, которые будут применять протокол RIP для обновления таблиц маршрутизации (впрочем, при этом необходимы также ручные настройки, выполняемые сетевым администратором, отвечающим за маршрутизацию). В табл. 5,2 перечислены протоколы, которые можно использовать в серверах NetWare. Примечание Как уже говорилось ранее в этой книге, не рекомендуется включать протокол RIP на серверах NetWare и Windows 2000/Server 2003, поскольку он создает в сети дополнительный трафик. Предпочтительнее, чтобы все задачи по маршрутизации выполняли специализированные сетевые маршрутизаторы. Таблица 5.2. Протоколы, используемые вместе с серверами NetWare

Аббре виатура	Полное название	Описание	Уровень модели OSI
	Internetwork Packet Exchange	Используется как основной протокол передачи данных для приложений Ethernet. Можно применять любые типы фреймов: Ethernet 802.2, Ethernet 802.3, Ethernet II и Ethernet SNAP	Сетевой и Транспортный
	Link Support Layer	Используется вместе с ODI-драйвером для поддержки нескольких протоколов на одном сетевом адаптере	Канальный
	Multiple Link Interface Driver	Соединяет два или несколько каналов в одну телекоммуникационную линию (например, два терминальных адаптера ISDN). В сетях Ethernet протокол MLID в сочетании с сетевым адаптером рабочей станции позволяет определить уровень конфликтов в сети, в сетях с маркерным кольцом он координирует передачи маркера	Канальный (подуровень MAC)
	NetWare Core Protocol	Часть операционной системы, обеспечивает обмен данными между клиентами и серверами при обращении к приложениям или открытым файлам, находящимся на сервере NetWare	Сеансовый, Представительский и Прикладной
	NetWare Link Services Protocol	Обеспечивает пакеты IPX информацией о маршрутизации
	Routing Information Protocol	Собирает информацию о маршрутизации для серверов, которые обеспечивают работу служб маршрутизации
	Service Advertising Protocol	Позволяет клиентам NetWare идентифицировать серверы и сетевые службы, имеющиеся на них. Серверы генерируют широковещательные пакеты SAP каждые 60 с, а клиенты используют их для обнаружения ближайшего сервера	Сеансовый Представительский Прикладной
	Sequenced Packet Exchange	Предоставляет прикладным программам механизм передачи данных, ориентированный на соединения	Транспортный

Протокол NetBEUI и серверы Microsoft Windows Система Microsoft Windows NT начиналась как совместный проект компаний Microsoft и IBM по развитию серверной операционной системы LANManager. В начале 1990-х годов компания Microsoft перешла от LAN Manager к системе Windows NT Server, которая впоследствии стала широко распространенной операционной системой. На основе продукта Windows NT Server были созданы системы Windows 2000 Server и Windows Server 2003. Как и современные версии Novell NetWare системы Windows NT, Windows 2000 и Windows Server 2003 совместимы локальными сетями Ethernet и Token Ring, они могут масштабироваться от небольших компьютеров с Intel-совместимыми процессорами до многопроцессорных систем. Чаще всего с указанными системами используются протоколы TCP/IP, однако до сих пор имеются системы Windows NT Server версий 3.51 и 4.0, в которых реализован родной протокол систем Windows NT – NetBIOS

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.

Сетевым протоколом называется набор правил, позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя и более включёнными в сеть компьютерами.Фактически разные протоколы зачастую описывают лишь разные стороны одного типа связи; взятые вместе, они образуют так называемый стек протоколов. Названия <протокол> и <стек протоколов> также указывают на программное обеспечение, которым реализуется протокол

Уровни протоколов

Наиболее распространённой системой классификации сетевых протоколов является так называемая модель OSI. В соответствии с ней протоколы делятся на 7 уровней по своему назначению - от физического (формирование и распознавание электрических или других сигналов) до прикладного (API для передачи информации приложениями):

• Прикладной уровень (Application layer). Верхний (7-й) уровень модели, обеспечивает взаимодействие сети и пользователя. Уровень разрешает приложениям пользователя доступ к сетевым службам, таким как обработчик запросов к базам данных, доступ к файлам, пересылке электронной почты. Также отвечает за передачу служебной информации, предоставляет приложениям информацию об ошибках и формирует запросы к уровню представления. Пример: HTTP, POP3, SMTP.
• Уровень представления (Presentation layer). 6-й уровень отвечает за преобразование протоколов и кодирование/декодирование данных. Запросы приложений, полученные с уровня приложений, он преобразует в формат для передачи по сети, а полученные из сети данные преобразует в формат, понятный приложениям. На уровне представления может осуществляться сжатие/распаковка или кодирование/декодирование данных, а также перенаправление запросов другому сетевому ресурсу, если они не могут быть обработаны локально.
• Сеансовый уровень (Session layer). 5-й уровень модели отвечает за поддержание сеанса связи, что позволяет приложениям взаимодействовать между собой длительное время. Сеансовый уровень управляет созданием/завершением сеанса, обменом информацией, синхронизацией задач, определением права на передачу данных и поддержанием сеанса в периоды неактивности приложений. Синхронизация передачи обеспечивается помещением в поток данных контрольных точек, начиная с которых возобновляется процесс при нарушении взаимодействия.
• Транспортный уровень (Transport layer). 4-й уровень модели, предназначен для доставки данных без ошибок, потерь и дублирования в той последовательности, как они были переданы. При этом неважно, какие данные передаются, откуда и куда, то есть он предоставляет сам механизм передачи. Блоки данных он разделяет на фрагменты, размер которых зависит от протокола, короткие объединяет в один, а длинные разбивает. Протоколы этого уровня предназначены для взаимодействия типа точка-точка. Пример: TCP, UDP
• Сетевой уровень (Network layer). 3-й уровень сетевой модели OSI, предназначен для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и заторов в сети. На этом уровне работает такое сетевое устройство, как маршрутизатор.
• Уровень звена данных (Data Link layer). Часто это уровень называется канальным. Этот уровень предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Данные, полученные с физического уровня, он упаковывает во фреймы, проверяет на целостность, если нужно исправляет ошибки и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимодействием. Спецификация IEEE 802 разделяет этот уровень на 2 подуровня - MAC (Media Access Control) регулирует доступ к разделяемой физической среде, LLC (Logical Link Control) обеспечивает обслуживание сетевого уровня. На этом уровне работают коммутаторы, мосты. В программировании этот уровень представляет драйвер сетевой платы, в операционных системах имеется программный интерфейс взаимодействия канального и сетевого уровней между собой, это не новый уровень, а просто реализация модели для конкретной ОС. Примеры таких интерфейсов: ODI, NDIS
• Физический уровень (Physical layer). Самый нижний уровень модели, предназначен непосредственно для передачи потока данных. Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в радиоэфир и соответственно их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов. Другими словами, осуществляет интерфейс между сетевым носителем и сетевым устройством. На этом уровне работают концентраторы (хабы), повторители (ретрансляторы) сигнала и медиаконверторы. Функции физического уровня реализуются на всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.

В основном используются протокол TCP/IP

• Стеки протоколов
• Протоколы канального уровня
• Протоколы межсетевого уровня
• Транспортные протоколы
• Прикладные протоколы

Как уже упоминалось ранее, в локальных сетях могут совместно работать компьютеры разных производителей, оснащенные различным набором устройств и обладающие несхожими техническими характеристиками. На практике это означает, что для обеспечения нормального взаимодействия этих компьютеров необходим некий единый унифицированный стандарт, строго определяющий алгоритм передачи данных в распределенной вычислительной системе. В современных локальных сетях, или, как их принято называть в англоязычных странах, LAN (Local Area Network), роль такого стандарта выполняют сетевые протоколы.
Итак, сетевым протоколом, или протоколом передачи данных, называется согласованный и утвержденный стандарт, содержащий описание правил приема и передачи между несколькими компьютерами команд, файлов, иных данных, и служащий для синхронизации работы вычислительных машин в сети.
Прежде всего следует понимать, что в локальных сетях передача информации осуществляется не только между компьютерами как физическими устройствами, но и между приложениями, обеспечивающими коммуникации на программном уровне. Причем под такими приложениями можно понимать как компоненты операционной системы, организующие взаимодействие с различными устройствами компьютера, так и клиентские приложения, обеспечивающие интерфейс с пользователем. Таким образом, мы постепенно приходим к пониманию многоуровневой структуры сетевых коммуникаций - как минимум, с одной стороны мы имеем дело с аппаратной конфигурацией сети, с другой стороны - с программной.
Вместе с тем передача информации между несколькими сетевыми компьютерами - не такая уж простая задача, как это может показаться на первый взгляд. Для того чтобы понять это, достаточно представить себе тот круг проблем, который может возникнуть в процессе приема или трансляции каких-либо данных. В числе таких «неприятностей» можно перечислить аппаратный сбой либо выход из строя одного из обеспечивающих связь устройств, например, сетевой карты или концентратора, сбой прикладного или системного программного обеспечения, возникновение ошибки в самих передаваемых данных, потерю части транслируемой информации или ее искажение. Отсюда следует, что в локальной сети необходимо обеспечить жесткий контроль для отслеживания всех этих ошибок, и более того, организовать четкую работу как аппаратных, так и программных компонентов сети. Возложить все эти задачи на один-единственный протокол практически невозможно. Как быть?
Выход нашелся в разделении протоколов на ряд концептуальных уровней, каждый из которых обеспечивает интерфейс между различными модулями программного обеспечения, установленного на работающих в сети компьютерах. Таким образом, механизм передачи какого-либо пакета информации через сеть от клиентской программы, работающей на о/щом компьютере, клиентской программе, работающей на другом компьютере, можно условно представить в виде последовательной пересылки этого пакета сверху вниз от некоего протокола верхнего уровня, обеспечивающего взаимодействие с пользовательским приложением, протоколу нижнего уровня, организующему интерфейс с сетью, его трансляции на компьютер-получатель и обратной передачи протоколу верхнего уровня уже на удаленной машине (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Концептуальная модель многоуровневой системы протоколов

Согласно такой схеме, каждый из уровней подобной системы обеспечивает собственный набор функций при передаче информации по локальной сети.
Например, можно предположить, что протокол верхнего уровня, осуществляющий непосредственное взаимодействие с клиентскими программами, транслирует данные протоколу более низкого уровня, «отвечающему» за работу с аппаратными устройствами сети, преобразовывая их в «понятную» для него форму. Тот, в свою очередь, передает их протоколу, осуществляющему непосредственно пересылку информации на другой компьютер. На удаленном компьютере прием данных осуществляет аналогичный протокол «нижнего» уровня и контролирует корректность принятых данных, то есть определяет, следует ли транслировать их протоколу, расположенному выше в иерархической структуре, либо запросить повторную передачу. В этом случае взаимодействие осуществляется только между протоколами нижнего уровня, верхние уровни иерархии в данном процессе не задействованы. В случае если информация была передана без искажений, она транслируется вверх через соседние уровни протоколов до тех пор, пока не достигнет программы-получателя. При этом каждый из уровней не только контролирует правильность трансляции данных на основе анализа содержимого пакета информации, но и определяет дальнейшие действия исходя из сведений о его назначении. Например, один из уровней «отвечает» за выбор устройства, с которого осуществляется получение и через которое передаются данные в сеть, другой «решает», передавать ли информацию дальше по сети, или она предназначена именно этому компьютеру, третий «выбирает» программу, которой адресована принятая информация. Подобный иерархический подход позволяет не только разделить функции между различными модулями сетевого программного обеспечения, что значительно облегчает контроль работы всей системы в целом, но и дает возможность производить коррекцию ошибок на том уровне иерархии, на котором они возникли. Каждую из подобных иерархических систем, включающих определенный набор протоколов различного уровня, принято называть стеком протоколов.
Вполне очевидно, что между теорией и практикой, то есть между концептуальной моделью стека протоколов и его практической реализацией существует значительная разница. На практике принято несколько различных вариантов дробления стека протоколов на функциональные уровни, каждый из которых выполняет свой круг задач. Мы остановимся на одном из этих вариантов, который представляется наиболее универсальным. Данная схема включает четыре функциональных уровня, и так же, как и предыдущая диаграмма, описывает не конкретный механизм работы какого-либо стека протоколов, а общую модель, которая поможет лучше понять принцип действия подобных систем (рис. 2.2).
Самый верхний в иерархической системе, прикладной уровень стека протоколов обеспечивает интерфейс с программным обеспечением, организующим
работу пользователя в сети. При запуске любой программы, для функционирования которой требуется диалог с сетью, эта программа вызывает соответствующий протокол прикладного уровня. Данный протокол передает программе информацию из сети в доступном для обработки формате, то есть в виде системных сообщений либо в виде потока байтов. В точности таким же образом пользовательские приложения могут получать потоки данных и управляющие сообщения - как от самой операционной системы, так и от других запущенных на компьютере программ. То есть, обобщая, можно сказать, что протокол прикладного уровня выступает в роли своего рода посредника между сетью и программным обеспечением, преобразуя транслируемую через сеть информацию в «понятную» программе-получателю форму.

Рис. 2.2. Модель реализации стека протоколов

Основная задача протоколов транспортного уровня заключается в осуществлении контроля правильности передачи данных, а также в обеспечении взаимодействия между различными сетевыми приложениями. В частности, получая входящий поток данных, протокол транспортного уровня дробит его на отдельные фрагменты, называемые пакетами, записывает в каждый пакет некоторую дополнительную информацию, например идентификатор программы, для которой предназначены передаваемые данные, и контрольную сумму, необходимую для проверки целостности пакета, и направляет их на смежный уровень для дальнейшей обработки. Помимо этого протоколы транспортного уровня осуществляют управление передачей информации - например, могут запросить у получателя подтверждение доставки пакета и повторно выслать утерянные фрагменты транслируемой последовательности данных. Некоторое недоумение может вызвать то обстоятельство, что протоколы транспортного уровня так же, как и протоколы прикладного уровня, взаимодействуют с сетевыми программами и координируют передачу данных между ними. Эту ситуацию можно прояснить на следующем примере: предположим, на подключенном к сети компьютере запущен почтовый клиент, эксплуатирующий два различных протокола прикладного уровня - РОРЗ (Post Office Protocol) и SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) - и программа загрузки файлов на удаленный сервер - FTP-клиент, работающий с протоколом прикладного уровня FTP (File Transfer Protocol). Все эти протоколы прикладного уровня опираются на один и тот же протокол транспортного уровня - TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol), который, получая поток данных от вышеуказанных программ, преобразует их в пакеты данных, где присутствует указание на конечное приложение, использующее эту информацию. Из рассмотренного нами примера следует, что данные, приходящие из сети, могут иметь различное назначение, и, соответственно, они обрабатываются различными программами, либо различными модулями одного и того же приложения. Во избежание путаницы при приеме и обработке информации каждая взаимодействующая с сетью программа имеет собственный идентификатор, который позволяет транспортному протоколу направлять данные именно тому приложению, для которого они предназначены. Такие идентификаторы носят название программных портов. В частности, протокол прикладного уровня SMTP, предназначенный для отправки сообщений электронной почты, работает обычно с портом 25, протокол входящей почты РОРЗ - с портом 110, протокол Telnet - с портом 23. Задача перенаправления потоков данных между программными портами лежит па транспортных протоколах.
На межсетевом уровне реализуется взаимодействие конкретных компьютеров распределенной вычислительной системы, другими словами, осуществляется процесс определения маршрута движения информации внутри локальной сети и выполняется отправка этой информации конкретному адресату. Данный процесс принято называть маршрутизацией. Получая пакет данных от протокола транспортного уровня вместе с запросом на его передачу и указанием получателя, протокол межсетевого уровня выясняет, на какой компьютер следует передать информацию, находится ли этот компьютер в пределах данного сегмента локальной сети или на пути к нему расположен шлюз, после чего трансформирует пакет в дейтаграмму - специальный фрагмент информации, передаваемый через сеть независимо от других аналогичных фрагментов, без образования виртуального канала (специально сконфигурированной среды для двустороннего обмена данными между несколькими устройствами) и подтверждения приема. В заголовок дейтаграммы записывается адрес компьютера-получателя пересылаемых данных и сведения о маршруте следования дейтаграммы. После чего она передается на канальный уровень.

ПРИМЕЧАНИЕ
Шлюз - это программа, при помощи которой можно передавать информацию между двумя сетевыми системами, использующими различные протоколы обмена данными.

Получая дейтаграмму, протокол межсетевого уровня определяет правильность ее приема, после чего выясняет, адресована ли она локальному компьютеру, или же ее следует направить по сети дальше. В случае, если дальнейшей пересылки не требуется, протокол межсетевого уровня удаляет заголовок дейтаграммы, вычисляет, какой из транспортных протоколов данного компьютера будет обрабатывать полученную информацию, трансформирует ее в соответствующий пакет и передает на транспортный уровень. Проиллюстрировать этот на первый взгляд сложный механизм можно простым примером. Предположим, на пеком компьютере одновременно используется два различных транспортных протокола: TCP/IP - для соединения с Интернетом и NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface) для работы в локальной сети. В этом случае данные, обрабатываемые на транспортном уровне, будут для этих протоколов различны, однако на межсетевом уровне информация будет передаваться посредством дейтаграмм одного и того же формата.
Наконец, на канальном уровне осуществляется преобразование дейтаграмм в соответствующий сигнал, который через коммуникационное устройство транслируется по сети. В самом простом случае, когда компьютер напрямую подключен к локальной сети того или иного стандарта посредством сетевого адаптера, роль протокола канального уровня играет драйвер этого адаптера, непосредственно реализующий интерфейс с сетью. В более сложных ситуациях на канальном уровне могут работать сразу несколько специализированных протоколов, каждый из которых выполняет собственный набор функций.

Протоколы канального уровня

Протоколы, обеспечивающие взаимодействие компьютера с сетью на самом низком, аппаратном уровне, во многом определяют топологию локальной сети, а также ее внутреннюю архитектуру. В настоящее время на практике достаточно часто применяется несколько различных стандартов построения локальных сетей, наиболее распространенными среди которых являются технологии Ethernet, Token Ring, Fiber Distributed Data Interface (FDDI) и ArcNet.
На сегодняшний день локальные сети, построенные на основе стандарта Ethernet, являются наиболее популярными как в нашей стране, так и во всем мире. На долю сетей Ethernet приходится почти девяносто процентов всех малых и домашних локальных сетей, что не удивительно, поскольку именно эта технология позволяет строить простые и удобные в эксплуатации и настройке локальные сети с минимумом затрат. Именно поэтому в качестве основного рассматриваемого нами стандарта будет принята именно технология Ethernet. Протоколы канального уровня поддержки Ethernet, как правило, встроены в оборудование, обеспечивающее подключение компьютера к локальной сети на физическом уровне. Стандарт Ethernet является широковещательным, то есть каждый подключенный к сети компьютер принимает всю следующую через его сетевой сегмент информацию - как предназначенную именно для этого компьютера, так и данные, направляемые на другую машину. Во всех сетях Ethernet применяется один и тот же алгоритм разделения среды передачи информации - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD).
В рамках технологии Ethernet сегодня различается несколько стандартов организации сетевых коммуникаций, определяющих пропускную способность канала связи и максимально допустимую длину одного сегмента сети, то есть расстояние между двумя подключенными к сети устройствами. Об этих стандартах мы побеседуем в следующей главе, посвященной изучению сетевого оборудования, пока же необходимо отметить, что в рамках стандарта Ethernet применяется, как правило, одна из двух различных топологий: конфигурация сети с общей шиной или звездообразная архитектура.

Протоколы межсетевого уровня

Протоколы уровня межсетевого взаимодействия, как уже упоминалось ранее, предназначены для определения маршрутов следования информации в локальной сети, приема и передачи дейтаграмм, а также для трансляции принятых данных протоколам более высокого уровня, если эти данные предназначены для обработки на локальном компьютере. К протоколам межсетевого уровня принято относить протоколы маршрутизации, такие как RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол контроля и управления передачей данных ICMP (Internet Control Message Protocol). Но вместе с тем одним из самых известных протоколов межсетевого уровня является протокол IP.

Протокол IP

Протокол IP (Internet Protocol) используется как в глобальных распределенных системах, например в сети Интернет, так и в локальных сетях. Впервые протокол IP применялся еще в сети ArpaNet, являвшейся предтечей современного Интернета, и с тех пор он уверенно удерживает позиции в качестве одного из наиболее распространенных и популярных протоколов межсетевого уровня.
Поскольку межсетевой протокол IP является универсальным стандартом, он нередко применяется в так называемых составных сетях, то есть сетях, использующих различные технологии передачи данных и соединяемых между собой посредством шлюзов. Этот же протокол «отвечает» за адресацию при передаче информации в сети. Как осуществляется эта адресация?
Каждый человек, живущий на Земле, имеет адрес, по которому его в случае необходимости можно разыскать. Думаю, ни у кого не вызовет удивления то, что каждая работающая в Интернете или локальной сети машина также имеет свой уникальный адрес. Адреса в компьютерных сетях разительно отличаются от привычных нам почтовых. Боюсь, совершенно бесполезно писать на отправляемом вами в Сеть пакете информации нечто вроде «Компьютеру Intel Pentium III 1300 Mhz, эсквайру, Пэнии-Лэйн 114, Ливерпуль, Англия». Увидев такую надпись, ваша персоналка в лучшем случае фундаментально зависнет. Но если вы укажете компьютеру в качестве адреса нечто вроде 195.85.102.14, машина вас прекрасно поймет.
Именно стандарт IP подразумевает подобную запись адресов подключенных к сети компьютеров. Такая запись носит название IP-адрес.
Из приведенного примера видно, что IP-адрес состоит из четырех десятичных идентификаторов, или октетов, по одному байту каждый, разделенных точкой. Левый октет указывает тип локальной интрасети (под термином «интрасеть» (intranet) здесь понимается частная корпоративная или домашняя локальная сеть, имеющая подключение к Интернету), в которой находится искомый компьютер. В рамках данного стандарта различается несколько подвидов интрасетей, определяемых значением первого октета. Это значение характеризует максимально возможное количество подсетей и узлов, которые может включать такая сеть. В табл. 2.1 приведено соответствие классов сетей значению первого октета IP-адреса.

Таблица 2.1. Соответствие классов сетей значению первого октета IP-адреса

Адреса класса А используются в крупных сетях общего пользования, поскольку позволяют создавать системы с большим количеством узлов. Адреса класса В, как правило, применяют в корпоративных сетях средних размеров, адреса класса С - в локальных сетях небольших предприятий. Для обращения к группам машин предназначены широковещательные адреса класса D, адреса класса Е пока не используются: предполагается, что со временем они будут задействованы с целью расширения стандарта. Значение первого октета 127 зарезервировано для служебных целей, в основном для тестирования сетевого оборудования, поскольку IP-пакеты, направленные на такой адрес, не передаются в сеть, а ретранслируются обратно управляющей надстройке сетевого программного обеспечения как только что принятые. Кроме того, существует набор так называемых «выделенных» IP-адресов, имеющих особое значение. Эти адреса приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2. Значение выделенных IP-адресов

ПРИМЕЧАНИЕ
Хостом принято называть любой подключенный к Интернету компьютер независимо от его назначения.

Как уже упоминалось ранее, небольшие локальные сети могут соединяться между собой, образуя более сложные и разветвленные структуры. Например, локальная сеть предприятия может состоять из сети административного корпуса и сети производственного отдела, сеть административного корпуса, в свою очередь, может включать в себя сеть бухгалтерии, планово-экономического отдела и отдела маркетинга. В приведенном выше примере сеть более низкого уровня является подсетью системы более высокого уровня, то есть локальная сеть бухгалтерии - подсеть для сети административного корпуса, а та, в свою очередь, - подсеть для сети всего предприятия в целом.
Однако вернемся к изучению структуры IP-адреса. Последний (правый) идентификатор IP-адреса обозначает номер компьютера в данной локальной сети. Все, что расположено между правым и левым октетами в такой записи, - номера подсетей более низкого уровня. Непонятно? Давайте разберем на примере. Положим, мы имеем некий адрес в Интернете, на который хотим отправить пакет с набором свеженьких анекдотов. В качестве примера возьмем тот же IP-адрес- 195.85.102.14. Итак, мы отправляем пакет в 195-ю подсеть сети Интернет, которая, как видно из значения первого октета, относится к классу С. Допустим, 195-я сеть включает в себя еще 902 подсети, но наш пакет высылается в 85-ю. Она содержит 250 подсетей
более низкого порядка, но нам нужна 102-я. Ну и, наконец, к 102-й сети подключено 40 компьютеров. Исходя из рассматриваемого нами адреса, подборку анекдотов получит машина, имеющая в этой сетевой системе номер 14. Из всего сказанного выше становится очевидно, что IP-адрес каждого компьютера, работающего как в локальной сети, так и в глобальных вычислительных системах, должен быть уникален.
Централизованным распределением IP-адресов в локальных сетях занимается государственная организация - Стенфордский международный научно-исследовательский институт (Stanford Research Institute, SRI International), расположенный в самом сердце Силиконовой долины - городе Мэнло-Парк, штат Калифорния, США. Услуга по присвоению новой локальной сети IP-адресов бесплатная, и занимает она приблизительно неделю. Связаться с данной организацией можно по адресу SRI International, Room EJ210, 333 Ravenswood Avenue, Menlo Park, California 94025, USA, no телефону в США 1-800-235-3155 или по адресу электронной почты, который можно найти на сайте http://www.sri.com. Однако большинство администраторов небольших локальных сетей, насчитывающих 5-10 компьютеров, назначают IP-адреса подключенным к сети машинам самостоятельно, исходя из описанных выше правил адресации в IP-сетях. Тацой подход вполне имеет право на жизнь, но вместе с тем произвольное назначение IP-адресов может стать проблемой, если в будущем такая сеть будет соединена с другими локальными сетями или в ней будет организовано прямое подключение к Интернету. В данном случае случайное совпадение нескольких IP-адресов может привести к весьма неприятным последствиям, например к ошибкам в маршрутизации передаваемых по сети данных или отказу в работе всей сети в целом.
Небольшие локальные сети, насчитывающие ограниченное количество компьютеров, должны запрашивать для регистрации адреса класса С. При этом каждой из таких сетей назначаются только два первых октета IP-адреса, например 197.112.Х.Х, на практике это означает, что администратор данной сети может создавать подсети и назначать номера узлов в рамках каждой из них произвольно, исходя из собственных потребностей.
Большие локальные сети, использующие в качестве базового межсетевой протокол IP, нередко применяют чрезвычайно удобный способ структуризации всей сетевой системы путем разделения общей IP-сети на подсети. Например, если вся сеть предприятия состоит из ряда объединенных вместе локальных сетей Ethernet, то в ней может быть выделено несколько структурных составляющих, то есть подсетей, отличающихся значением третьего октета IP-адреса. Как правило, в качестве каждой из подсетей используется физическая сеть какого-либо отдела фирмы, скажем, сеть Ethernet, объединяющая все компьютеры бухгалтерии. Такой подход, во-первых, позволяет
излишне не расходовать IP-адреса, а во-вторых, предоставляет определенные удобства с точки зрения администрирования: например, администратор может открыть доступ к Интернету только для одной из вверенных ему подсетей или на время отключить одну из подсетей от локальной сети предприятия. Кроме того, в случае если сетевой администратор решит, что третий октет IP-адреса описывает номер подсети, а четвертый - номер узла в ней, то такая информация записывается в локальных таблицах маршрутизации сети вашего предприятия и не видна извне. Другими словами, данный подход обеспечивает большую безопасность.
Для того чтобы программное обеспечение могло автоматически выделять номера конкретных компьютеров из используемых в данной сетевой системе IP-адресов, применяются так называемые маски подсети. Принцип, по которому осуществляется распознавание номеров узлов в составе IP-адреса, достаточно прост: биты маски подсети, обозначающие номер самой IP-сети, должны быть равны единице, а биты, определяющие номер узла, - нулю. Именно поэтому в большинстве локальных IP-сетей класса С в качестве маски подсети принято значение 255.255.255.0: при такой конфигурации в состав общей сети может быть включено до 256 подсетей, в каждой из которых работает до 254 компьютеров. В ряде случаев это значение может изменяться, например, если возникла необходимость использовать в составе сети количество подсетей большее, чем 256, можно использовать маску подсети формата 255.255.255.195. В этой конфигурации сеть может включать до 1024 подсетей, максимальное число компьютеров в каждой из которых не должно превышать 60.
В локальных сетях, работающих под управлением межсетевого протокола IP, помимо обозначения IP-адресов входящих в сеть узлов принято также символьное обозначение компьютеров: например, компьютер с адресом 192.112.85.7 может иметь сетевое имя Localhost. Таблица соответствий IP-адресов символьным именам узлов содержится в специальном файле hosts, хранящемся в одной из системных папок; в частности, в операционной системе Microsoft Windows XP этот файл можно отыскать в папке flKCK:\Windows\system32\drivers\etc\. Синтаксис записи таблицы сопоставлений имен узлов локальной сети IP-адресам достаточно прост: каждый элемент таблицы должен быть расположен в новой строке, IP-адрес располагается в первом столбце, а за ним следует имя компьютера, при этом IP-адрес и имя должны быть разделены как минимум одним пробелом. Каждая из строк таблицы может включать произвольный комментарий, обозначаемый символом #. Пример файла hosts приведен ниже:

192.112.85.7 localhost # этот компьютер
192.112.85.1 server # сервер сети
192.112.85.2 director # компьютер приемной директора
192.112.85.5 admin # компьютер системного администратора

Как правило, файл hosts создается для какой-либо конкретной локальной сети, и его копия хранится на каждом из подключенных к ней компьютеров. В случае, если один из узлов сети имеет несколько IP-адресов, то в таблице соответствий обычно указывается лишь один из них, вне зависимости от того, какой из адресов реально используется. При получении из сети IP-пакета, предназначенного для данного компьютера, протокол IP сверится с таблицей маршрутизации и на основе анализа заголовка IP-пакета автоматически опознает любой из IP-адресов, назначенных данному узлу.
Помимо отдельных узлов сети собственные символьные имена могут иметь также входящие в локальную сеть подсети. Таблица соответствий IP-адресов именам подсетей содержится в файле networks, хранящемся в той же папке, что и файл hosts. Синтаксис записи данной таблицы сопоставлений несколько отличается от предыдущего, и в общем виде выглядит следующим образом: <сетевяе имя> <номер сети> [псевдонимы...] [#<конментарий>]
где сетевое имя - имя, назначенное каждой подсети, номер сети - часть IP-адреса подсети (за исключением номеров более мелких подсетей, входящих в данную подсеть, и номеров узлов), псевдонимы - необязательный параметр, указывающий на возможные синонимы имен подсетей: они используется в случае, если какая-либо подсеть имеет несколько различных символьных имен; и, наконец, комментарий - произвольный комментарий, поясняющий смысл каждой записи. Пример файла networks приведен ниже:

loopback 127
marketing 192.112.85 # отдел маркетинга
buhgalteria 192.112.81 # бухгалтерия
workshop 192.112.80 # сеть производственного цеха
workgroup 192.112.10 localnetwork # основная рабочая группа

Обратите внимание на то обстоятельство, что адреса, начинающиеся на 127, являются зарезервированными для протокола IP, а подсеть с адресом 192.112.10 в нашем примере имеет два символьных имени, используемых совместно.
Файлы hosts и networks не оказывают непосредственного влияния на принципиальный механизм работы протокола IP и используются в основном прикладными программами, однако они существенно облегчают настройку и администрирование локальной сети.

Протокол IPX

Протокол IPX (Internet Packet Exchange) является межсетевым протоколом, используемым в локальных сетях, узлы которых работают под управлением операционных систем семейства Nowell Netware. Данный протокол обеспечивает передачу дейтаграмм в таких сетях без организации логического соединения - постоянного двустороннего обмена данными между двумя узлами сети, которое организуется протоколом транспортного уровня. Разработанный на основе технологий Nowell, этот некогда популярный протокол в силу несовместимости с чрезвычайно распространенным стеком протоколов TCP/IP в настоящее время медленно, но верно утрачивает свои позиции.
Как и межсетевой протокол IP, IPX способен поддерживать широковещательную передачу данных посредством дейтаграмм длиной до 576 байт, 30 из которых занимает заголовок пакета. В сетях IPX используются составные адреса узлов, состоящих из номера сети, адреса узла и адреса прикладной программы, для которой предназначен передаваемый пакет информации, который также носит наименование гнезда или сокета. Для обеспечения обмена данными между несколькими сетевыми приложениями в многозадачной среде на узле, работающем под управлением протокола IPX, должно быть одновременно открыто несколько сокетов.
Поскольку в процессе трансляции данных протокол IPX не запрашивает подтверждения получения дейтаграмм, доставка данных в таких сетях не гарантируется, и потому функции контроля над передачей информации возлагаются на сетевое программное обеспечение. Фактически IPX обеспечивает только инкапсуляцию транслируемых по сети потоков данных в дейтаграммы, их маршрутизацию и передачу пакетов протоколам более высокого уровня.
Протоколам канального уровня IPX передает пакеты данных, имеющие следующую логическую структуру:

• контрольная сумма, предназначенная для определения целостности передаваемого пакета (2 байта);
• указание на длину пакета (2 байта);
• данные управления транспортом (1 байт);
• адрес сети назначения (4 байта);
• адрес узла назначения (6 байт);
• номер сокета назначения (2 байта);
• адрес сети-отправителя (4 байта);
• адрес узла-отправителя (6 байт);
• номер сокета-отправителя (2 байта);
• передаваемая информация (0-546 байт).

Протоколы канального уровня размещают этот пакет внутри кадра сети и передают его в распределенную вычислительную систему.

Транспортные протоколы

Как уже упоминалось ранее, протоколы транспортного уровня обеспечивают контроль над передачей данных между межсетевыми протоколами и приложениями уровня операционной системы. В настоящее время в локальных сетях наиболее распространено несколько разновидностей транспортных протоколов.

Протокол TCP

Протокол IP позволяет только транслировать данные. Для того чтобы управлять этим процессом, служит протокол TCP (Transmission Control Protocol), опирающийся на возможности протокола IP. Как же контролируется передача информации?
Положим, вы хотите переслать по почте вашему другу толстый журнал, не потратив при этом денег на отправку бандероли. Как решить эту проблему, если почта отказывается принимать письма, содержащие больше нескольких бумажных листов? Выход простой: разделить журнал на страницы и отправлять их отдельными письмами. По номерам страниц ваш друг сможет собрать журнал целиком. Приблизительно таким же способом работает протокол TCP. Он дробит информацию на несколько частей, присваивает каждой части номер, по которому данные впоследствии можно будет соединить воедино, добавляет к ней «служебную» информацию и укладывает все это в отдельный «IP-конверт». Далее этот «конверт» отправляется по сети - ведь протокол межсетевого уровня умеет обрабатывать подобную информацию. Поскольку в такой схеме протоколы TCP и IP тесно связаны, их часто объединяют в одно понятие: TCP/IP. Размер передаваемых в Интернете TCP/IP-пакетов составляет, как правило, от 1 до 1500 байт, что связано с техническими характеристиками сети.
Наверняка, пользуясь услугами обычной почтовой связи, вы сталкивались с тем, что обычные письма, посылки и иные почтовые отправления теряются и приходят совсем не туда, куда нужно. Те же проблемы характерны и для локальных сетей. На почте такие неприятные ситуации решают руководители почтовых отделений, а в сетевых системах этим занимается протокол TCP. Если какой-либо пакет данных не был доставлен получателю вовремя, TCP повторяет пересылку до тех пор, пока информация не будет принята корректно и в полном объеме.
В действительности данные, передаваемые по электронным сетям, не только теряются, но зачастую искажаются из-за помех на линиях связи. Встроенные в TCP алгоритмы контроля корректности передачи данных решают и эту проблему. Одним из самых известных механизмов контроля правильности пересылки информации является метод, согласно которому в заголовок каждого передаваемого пакета записывается некая контрольная сумма, вычисленная компьютером-отправителем. Компьютер-получатель по аналогичной системе вычисляет контрольную сумму и сравнивает ее с числом, имеющимся в заголовке пакета. Если цифры не совпадают, TCP пытается повторить передачу.
Следует отметить также, что при отправке информационных пакетов протокол TCP требует от компьютера-получателя подтверждения приема информации. Это организуется путем создания временных задержек при приеме-передаче - тайм-аутов, или ожиданий. Тем временем отправитель продолжает пересылать данные. Образуется некий объем уже переданных, но еще не подтвержденных данных. Иными словами, TCP организует двунаправленный обмен информацией, что обеспечивает более высокую скорость ее трансляции.
При соединении двух компьютеров их модули TCP следят за состоянием связи. При этом само соединение, посредством которого осуществляется обмен данными, носит название виртуального или логического канала.
Фактически протокол TCP является неотъемлемой частью стека протоколов TCP/IP, и именно с его помощью реализуются все функции контроля над передачей информации по сети, а также задачи ее распределения между клиентскими приложениями.

Протокол SPX

В точности так же, как протокол TCP для IP-сетей, для сетей, построенных на базе межсетевого протокола IPX, транспортным протоколом служит специальный протокол SPX (Sequenced Pocket eXchange). В таких локальных сетях протокол SPX выполняет следующий набор функций:

• инициализация соединения;
• организация виртуального канала связи (логического соединения);
• проверка состояния канала;
• контроль передачи данных;
• разрыв соединения.

Поскольку транспортный протокол SPX и межсетевой протокол IPX тесно связаны между собой, их нередко объединяют в общее понятие - семейство протоколов IPX/SPX. Поддержка данного семейства протоколов реализована не только в операционных системах семейства Nowell Netware, но и в ОС Microsoft Windows 9x/Me/NT/2000/XP, Unix/Linux и OS/2.

Протоколы NetBIOS/NetBEUI

Разработанный компанией IBM транспортный протокол NetBIOS (Network Basic Input/Output System) является базовым протоколом для локальных
сетей, работающих под управлением операционных систем семейств Nowell Netware и OS/2, однако его поддержка реализована также и в ОС Microsoft Windows, и в некоторых реализациях Unix-совместимых операционных систем. Фактически можно сказать, что данный протокол работает сразу на нескольких логических уровнях стека протоколов: на транспортном уровне он организует интерфейс между сетевыми приложениями в качестве надстройки над протоколами IPX/SPX, на межсетевом - управляет маршрутизацией дейтаграмм, на канальном уровне - организует обмен сообщениями между различными узлами сети.
В отличие от других протоколов, NetBIOS осуществляет адресацию в локальных сетях на основе уникальных имен узлов и практически не требует настройки, благодаря чему остается весьма привлекательным для системных администраторов, управляющих сетями с небольшим числом компьютеров. В качестве имен хостов протоколом NetBIOS используются значащие последовательности длиной в 16 байт, то есть каждый узел сети имеет собственное уникальное имя (permanent name), которое образуется из сетевого адреса машины с добавлением десяти служебных байтов. Кроме этого, каждый компьютер в сетях NetBIOS имеет произвольное символьное имя, равно как произвольные имена могут иметь логические*рабочие группы, объединяющие несколько работающих совместно узлов - такие имена могут назначаться и удаляться по желанию системного администратора. Имена узлов служат для идентификации компьютера в сети, имена рабочих групп могут служить, в частности, для отправки данных нескольким компьютерам группы или для обращения к целому ряду сетевых узлов одновременно.
При каждом подключении к распределенной вычислительной системе протокол NetBIOS осуществляет опрос локальной сети для проверки уникальности имени узла; поскольку несколько узлов сети могут иметь идентичные групповые имена, определение уникальности группового имени не производится.
Специально для локальных сетей, работающих на базе стандарта NetBIOS, корпорацией IBM был разработан расширенный интерфейс для этого протокола, который получил название NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface). Этот протокол рассчитан на поддержку небольших локальных сетей, включающих не более 150-200 машин, и по причине того, что данный протокол может использоваться только в отдельных сегментах локальных сетей (пакеты NetBEUI не могут транслироваться через мосты - устройства, соединяющие несколько локальных сетей, нередко использующих различную среду передачи данных или различную топологию), этот стандарт считается устаревшим и более не поддерживается операционной системой Microsoft Windows XP, хотя его поддержка имеется в ОС семейства Windows 9х/МЕ/2000.

Прикладные протоколы

Протоколы прикладного уровня служат для передачи информации конкретным клиентским приложениям, запущенным на сетевом компьютере. В IP-сетях протоколы прикладного уровня опираются на стандарт TCP и выполняют ряд специализированных функций, предоставляя пользовательским программам данные строго определенного назначения. Ниже мы кратко рассмотрим несколько прикладных протоколов стека TCP/IP.

Протокол FTP

Как следует из названия, протокол FTP (File Transfer Protocol) предназначен для передачи файлов через Интернет. Именно на базе этого протокола реализованы процедуры загрузки и выгрузки файлов на удаленных узлах Всемирной Сети. FTP позволяет переносить с машины па машину не только файлы, но и целые папки, включающие поддиректории на любую глубину вложений. Осуществляется это путем обращения к системе команд FTP, описывающих ряд встроенных функций данного протокола.

Протоколы РОРЗ и SMTP

Прикладные протоколы, используемые при работе с электронной почтой, называются SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) и РОРЗ (Post Office Protocol), первый «отвечает» за отправку исходящей корреспонденции, второй - за доставку входящей.
В функции этих протоколов входит организация доставки сообщений e-mail и передача их почтовому клиенту. Помимо этого, протокол SMTP позволяет отправлять несколько сообщений в адрес одного получателя, организовывать промежуточное хранение сообщений, копировать одно сообщение для отправки нескольким адресатам. И РОРЗ, и SMTP обладают встроенными механизмами распознавания адресов электронной почты, а также специальными модулями повышения надежности доставки сообщений.

Протокол HTTP

Протокол HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) обеспечивает передачу с удаленных серверов на локальный компьютер документов, содержащих код разметки гипертекста, написанный на языке HTML или XML, то есть веб-страниц. Данный прикладной протокол ориентирован прежде всего на предоставление информации программам просмотра веб-страниц, веб-браузерам, наиболее известными из которых являются такие приложения, как Microsoft Internet Explorer и Netscape Communicator.
Именно с использованием протокола HTTP организуется отправка запросов удаленным http-серверам сети Интернет и обработка их откликов; помимо
этого HTTP позволяет использовать для вызова ресурсов Всемирной сети адреса стандарта доменной системы имен (DNS, Domain Name System), то есть обозначения, называемые URL (Uniform Resource Locator) вида http:/ /www.domain.zone/page.htm (.html).

Протокол TELNET

Протокол TELNET предназначен для организации терминального доступа к удаленному узлу посредством обмена командами в символьном формате ASCII. Как правило, для работы с сервером по протоколу TELNET на стороне клиента должна быть установлена специальная программа, называемая telnet-клиентом, которая, установив связь с удаленным узлом, открывает в своем окне системную консоль операционной оболочки сервера. После этого вы можете управлять серверным компьютером в режиме терминала, как своим собственным (естественно, в очерченных администратором рамках). Например, вы получите возможность изменять, удалять, создавать, редактировать файлы и папки, а также запускать на исполнение программы на диске серверной машины, сможете просматривать содержимое папок других пользователей. Какую бы операционную систему вы ни использовали, протокол Telnet позволит вам общаться с удаленной машиной «на равных». Например, вы без труда сможете открыть сеанс UNIX на компьютере, работающем под управлением MS Windows.

Протокол UDP

Прикладной протокол передачи данных UDP (User Datagram Protocol) используется на медленных линиях для трансляции информации как дейтаграмм.
Дейтаграмма содержит полный комплекс данных, необходимых для ее отсылки и получения. При передаче дейтаграмм компьютеры не занимаются обеспечением стабильности связи, поэтому следует принимать особые меры для обеспечения надежности.
Схема обработки информации протоколом UDP, в принципе, такая же, как и в случае с TCP, но с одним отличием: UDP всегда дробит информацию по одному и тому же алгоритму, строго определенным образом. Для осуществления связи с использованием протокола UDP применяется система отклика: получив UDP-пакет, компьютер отсылает отправителю заранее обусловленный сигнал. Если отправитель ожидает сигнал слишком долго, он просто повторяет передачу.
На первый взгляд может показаться, что протокол UDP состоит сплошь из одних недостатков, однако есть в нем и одно существенное достоинство: прикладные интернет-программы работают с UDP в два раза быстрее, чем с его более высокотехнологичным собратом TCP.

Сквозные протоколы и шлюзы

Интернет - это единая глобальная структура, объединяющая на сегодня около 13 000 различных локальных сетей, не считая отдельных пользователей. Раньше все сети, входившие в состав Интернета, использовали сетевой протокол IP. Однако настал момент, когда пользователи локальных систем, не использующих IP, тоже попросились в лоно Интернета. Так появились шлюзы.
Поначалу через шлюзы транслировалась только электронная почта, но вскоре пользователям и этого стало мало. Теперь посредством шлюзов можно передавать любую информацию - и графику, и гипертекст, и музыку, и даже видео. Информация, пересылаемая через такие сети другим сетевым системам, транслируется с помощью сквозного протокола, обеспечивающего беспрепятственное прохождение IP-пакетов через не IP-сеть.

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