10.1. архитектура internet
Более 25 лет назад появилась компьютерная сеть Internet - глобальная всемирная сеть информационного обмена, которая объединяет несколько миллионов человек более чем из 100 стран мира с помощью современных и удобных средств связи.Архитектура сети Internet разработана на основе концепции взаемозьеднуваности или межсетевого объединения разнородных сетей, построенных на базе самых разнообразных физических систем связи и коммуникационных технологий.
Пользователи сети Internet должны иметь доступ к ресурсам каждой подсети, которая входит в Internet. Такой доступ должен быть обеспечен внутренними механизмами (адресами, форматами сообщений, протоколами) Internet. Пользователю при этом предоставляются простые, удобные и прозрачные, т.е. независимые от особенностей подсетей, средства работы с каждыми сетевыми компонентами Internet. Пользователь вообще не должен знать, как организовано взаимодействие сетей, шлюзы и маршруты обеспечивают доставку информации.
Internet спроектирована как интерсеть, есть некоторая абстрактная совокупность разнородных сетей. Общими для всех подсетей Internet являются:
универсальный адресное пространство сети Internet
набор коммуникационных протоколов TCP / IP и связанных с ними протоколов;
шлюзы и технология межсетевого маршрутизации повидомлень.
Архитектурная топология Internet. Отдельные сети зьеднуюються между собой шлюзовой машине, которая реализует физические соединения (рис. 10.1 и 10.2). Шлюзы сохраняют таблицы, в которых фиксируются адреса присоединенных к данному шлюза сетей. Важно отметить, что система адресации сетей и машин Internet имеет четкую иерархическую структуру, которая позволяет ограничить табличные записи шлюзов только адресами сетей, т.е. не хранить адрес хост-машин. Благодаря этому шлюзы могут сохранять свои таблицы в памяти и реализовываться на бездисковых микрокомпьютерах.
Адресация Internet. Основной принцип адресации - универсальный идентификатор хост-машины Internet. Каждой хост-машине, которая входит в Internet, предоставляется в соответствующем регистрационном центре универсальный адресный идентификатор - 32-битовый адрес. Ее структура такова, что все хосты данной подсети имеют общее адресное префикс.
Адрес хоста сети Internet - это пара чисел (netid, hostid):
netid - идентификатор сети;
hostid - идентификатор хост-машины в этой мережи.
Используют три класса форматов адрес.
Класс А определяет множество адресов для крупных сетей, то есть таких, где количество хост-машин может превысить 32768. Класс В предназначен для средних по количеству хостов сетей, класс С отводит только 8 бит для адреса хоста соответствует относительно небольшим мережам.
Итак, адрес в Internet привязана к конкретной машине, а идентифицирует некоторое соединение с сетью. Это означает, что если данная машина «переезжает» в новую сеть, ее адрес должен измениться. Второе свойство этой адресации - машина, которая входит в нескольких сетей, должна иметь несколько адресов. На практике это свойство означает, что машину можно найти по сети Internet, даже если какая-то сеть не работает и известны другие сетевые адреса этой машини.
Адреса Internet выдаются централизованно. Локальным сетям в рамках Internet выдаются обычно адреса класса С. Сетям типа ARPANET выдаются адреса класса А. По Internet-соглашением, если поле hostid равна нулю, соответствующий адрес идентифицирует сеть, а не хост, если же поле hostid содержит только единицы, такой адрес используется для мультиадреснои передачи повидомлень.
Мнемонический запись адресов Internet имеет в документации по Internet так:
адрес: 10000000 0001010 00000010 00011110
Мнемонический запись: 128.10.2.30.
Адресная система Internet очень тщательно подготовлена с точки зрения повышения эффективности работы шлюзов:
а) пакеты данных идут по виртуальным логических каналах: шлюзы динамично вычисляют маршруты сообщений пакеты обрабатываются промежуточными шлюзами только по адресам netid; адреса хост-машин обрабатываются только последнее шлюзом;
б) хост-машины данной сети выходят на другие подсети Internet только через ближайший шлюз; шлюзовая коммуникационная подсистема Internet действует на базе собственных шлюзовых протоколов взаимодействия и решения адрес.
Проблема решения адресов. Универсальные адресные идентификаторы Internet логичны именами, не привязанными к физическим адресам машин. Легко понять, что физические адреса могут часто меняться через аппаратные поломки или подключения новых интерфейсных плат. При этом адреса Internet остаются стабильными. Проблема решения адресов заключается в отображении логических адресов Internet на физические сетевые адреси.
ARP - протокол решения адресов. ARP - это протокол низкого уровня, который обеспечивает свободу назначения физических сетевых адресов и реализует логику независимости от физических адресов. ARP динамически вычисляет физический адрес и действует по следующей схеме:
а) хост А для связи с хостом В начинает процедуру вычисления (решение) физического адреса хоста В;
б) хост А знает логическую адрес (netid) сети, с которой соединен хост В, и направляет пакет запроса физического адреса В с помощью мульти-адресной рассылки по всем хостах сети, где расположен хост В;
в) хост В получает этот запрос и отвечает пакетом, в котором содержится его физическая адреса.
Фактически ARP при частом использовании требует больших накладных расходов. Поэтому хосты ведут динамические таблицы отображений логических и физических адрес.
Межсетевой протокол IP. Проблема объединения нескольких отдельных сетей в единую общую сеть имеет два аспекта: а) архитектурный аспект Internet образуется из совокупности отдельных сетей и шлюзовых машин, которые соединяют эти сети б) пользовательский аспект Internet рассматривается пользователем как единая виртуальная сеть, об "объединяет все хост-машины со своими ресурсами.
Датаграммы Internet. Базисные или элементарные единицы данных, пересылаемых по сети Internet и обрабатываются сетевыми программами, носят название датаграмм. Датаграмма содержит заголовок (с адресами отправителя и получателя) и поле данных и может при передаче по сети делиться на короткие фрагменты. Поле заголовка датаграммы структурируется на 27 отдельных подполей, в которых фиксируются управляющие параметры (сетевые константы, атрибуты протокола IP, определители форматов данных).
Отправляя датаграмму программа протокола IP выполняет две функции: 1) формирует IP-пакет в структуре, 2) выбирает маршрут следования датаграми.
Маршрутизация датаграммы. Маршрут датаграммы выбирают в каждой шлюзовой машине, а также в процессорах обработки пакетов-сообщений в зависимости от ряда факторов: сетевого загрузки, длины датаграммы, типа транспортного сервиса. Прямая маршрутизация - это такой вариант расположения отправителя и получателя, когда они находятся в одной сети. Косвенная адресация предполагает пересылку датаграммы между различными сетями, следовательно, происходит коммутация датаграммы минимум в одном шлюзи.
При прямой маршрутизации используется очевидный принцип, что каждая машина знает IP-адрес своих сетевых портов (интерфейсов). Программа маршрутизации использует ARP-протокол и находи ту физическую сетевой адрес получателя, по которому нужно отправлять датаграму.
При косвенной маршрутизации машина, которая отправляет датаграмму, сначала должна определить конкретный шлюз, через который пойдет датаграмма. Обычно для решения этой задачи используется IP-таблица маршрутизации, которая состоит из пар (N, G), где N-IP - адрес сети, а G - сетевой адрес шлюза, соединенного с сетью N. IP-таблица может использоваться как статистическая или динамическая. Статистическая маршрутная информация помещается в таблицу один раз при включении машины считыванием соответствующего файла с диска. Статистические маршруты обычно фиксируются в этой таблице исходя из оценок пропускной способности каналов сети и ожидаемого графика.
Динамическая таблица постоянно корректируется на основе информации, поступающей от шлюзовых машин. Получив датаграмму, шлюз анализирует адреса отправителя и получателя, а также маршрутную информацию, сложившуюся хостом. Если этот маршрут оценивается шлюзом, как таковой, что требует корректировки, то шлюз меняет маршрут и использует протокол ИСМР для взаимодействия с хостом.
В каждом случае (прямая или косвенная маршрутизация) программы маршрутизации в результате образуют физическую сетевой адрес, по которому направляется датаграма.
Управляющие сообщения Internet. Заголовки датаграмм содержат не только адресную информацию, но и информацию, которая определяет тип протокола обработки (ИСМР или UDP) и ряд особых ситуаций. Особые ситуации, возникающие при различных ошибках, выборе маршрутов, решении адресов и т.п. операциях, обрабатываются сетевыми программами. Информация о все особые ситуации и результаты их обработки фиксируется в управляющих сообщениях. Типичны управляющие сообщения от шлюзов к хост-машин, образующихся при обработке маршрутной информации.
Протокол ИСМР. Сообщение ИСМР размещаются в поле данных датаграмм, тем самым полностью сохраняется формат заголовка и общая структура пакета датаграммы. Шлюз использует ИСМР сообщения для того, чтобы информировать хост датаграмма не может достичь своего получателя (ошибка в адресе хоста-получателя или его нетрудоспособность).
Чаще всего используются четыре типа ИСМР-сообщений: луназапит, эхо-ответ, перенаправление и уповильнення.
Луна-запрос и эхо-ответ. Эти сообщения используются хостом или шлюзом в протоколе ИСМР для тестирования хост-получателя на его работоспособность. Хост, получивший эхо-запрос, обязан вернуть в машину, которая направила эхо-запрос, видповидь.
Перенаправление. Шлюз G направляет в протоколе ИСМР сообщение перенаправления хоста Н, для того чтобы изменить его таблице маршрутизации. В этом сообщении указывается новый адрес шлюза G2, который будет использоваться вместо шлюза G.
Замедление. Эти сообщения передаются шлюзом или хостом, когда датаграммы поступают очень быстро в систему, которая их принимает. Источник, которое получило сообщение типа «замедления», должно уменьшить интенсивность потока своих повидомлень.
Протокол UDР является базовым протоколом, с помощью которого пользовательская программа формирует сетевые датаграммы и решает все вопросы адресации, транспортировки данных, контроля передачи и управления потоком данных.
| 10. Международная компьютерная сеть INTERNET | 10.2. Правила работы в internet |