Информатика и базы данных. Технологии глобальных сетей (тема № 7)

1. Информатика и базы данных

Москин Николай Дмитриевич
Институт математики и информационных
технологий, ПетрГУ
1

2. § 7 Сети TCP/IP. Технологии глобальных сетей

Стек протоколов - это иерархически
организованный набор сетевых протоколов,
достаточный для организации взаимодействия
узлов в сети.
Стек протоколов TCP/IP - набор сетевых
протоколов передачи данных, широко
используемый как в локальных, так и в
глобальных сетях, включая сеть Интернет.
Название TCP/IP происходит из двух наиболее
важных протоколов семейства - Transmission
Control Protocol (TCP) и Internet Protocol (IP).
2

3. Стек протоколов TCP/IP

TCP/IP
OSI
Прикладной
уровень
FTP, Telnet, HTTP,
SMTP и др.
Прикладной,
представления,
сеансовый
Транспортный
уровень
TCP, UDP и др.
Транспортный
Сетевой уровень
IP, ICMP и др.
Сетевой
Уровень сетевых
интерфейсов
Ethernet, Token Ring,
ATM и др.
Канальный,
физический
3

4. TCP и IP

Internet Protocol (IP) – протокол сетевого уровня
модели OSI. Организует разбиение сообщений на
пакеты (IP-дейтаграммы), выбирает маршруты для
передаваемых пакетов и обрабатывает получаемые;
Transmission Control Protocol (TCP) – протокол
управления передачей, выполняет функции
транспортного уровня OSI. Управляет потоком
данных, обрабатывает ошибки, осуществляет
повторный запрос данных в случае потери пакетов,
устраняет дублирование.
4

5. UDP

Существует другой, более простой протокол
транспортного уровня: протокол дейтаграмм
пользователя UDP (User Datagram Protocol). Однако
он не предоставляет такую надежную доставку,
которую может обеспечить TCP (TCP гарантирует, что
приложение получит данные в точно такой же
последовательности, в какой они были отправлены,
без потерь). UDP больше подходит для доставки
потокового видео и аудио, для которых ограничения
реального времени важнее, чем надежная доставка.
5

6. Протоколы прикладного уровня

FTP (File Transfer Protocol) – протокол передачи
файлов по TCP-сетям (часто для доступа вводится
имя пользователя и пароль). Можно использовать
протокол SSH для безопасной передачи,
шифрующей логин/пароль, а также содержимое.
Telnet (terminal network) – удаленный доступ по сети
Интернет. Когда связь установлена, пользователь
может работать так, будто его клавиатура, мышь и
монитор подключены непосредственно к удаленному
компьютеру (используются для организации
«домашних офисов» для надомной работы
специалистов).
6

7. SMTP, POP3 и X.400

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – простой
протокол передачи почты (e-mail) с множеством
сервисных функций, он получил широкое распространение в сети Интернет.
Протокол POP3 (Post Office Protocol), отличающийся
тем, что клиент работает с программой, установленной на сервере провайдера.
X.400 используется в государственных организациях
при работе по правительственным телекоммуникационным линиям, в банковских ИС. Отличается
строгой стандартизацией, наличием коммерческих
операторов с гарантированным уровнем сервиса,
поддержкой национальных кодировок.
7

8. HTTP и NNTP

HTTP (HyperText Transfer Protocol – протокол
передачи гипертекстовых файлов) – простой
протокол прикладного уровня, применяемый для
быстрой передачи через Интернет гипертекстовой
информации (обычно HTML-документов).
NNTP (Network News Transfer Protocol) – протокол
передачи новостей (телеконференций). По
строению этот протокол во многом схож с
протоколом приема и передачи электронной
почты SMTP. Большинство групп новостей,
распространяемых при помощи NNTP,
принадлежит сети Usenet.
8

9. Типы адресов стека TCP/IP

Для идентификации
сетевых интерфейсов
используются три
типа адресов:
Локальные
(аппаратные адреса);
Сетевые адреса
(IP-адреса);
Символьные
(доменные) имена.
9

10. Локальные адреса

В большинстве технологий LAN (например, Ethernet) для
адресации интерфейсов используются MAC-адреса
(Media Access Control - управление доступом к среде).
MAC-адрес – это уникальный идентификатор,
присваиваемый каждой единице активного оборудования
или некоторым их интерфейсам (иерархия здесь не
используется). Существуют технологии (X.25, ATM, Frame
Relay), в которых применяются другие схемы адресации.
Роль, которую играют эти адреса в TCP/IP, не зависит от
того, какая именно технология используется в подсети,
поэтому они называются локальные (аппаратные) адреса.
(«локальный» означает «действующий не во всей
составной сети, а лишь в пределах подсети»).
10

11. Сетевые IP-адреса

Чтобы технология TCP/IP могла решать задачу
объединения сетей, ей необходима собственная
глобальная система адресации, не зависящая от
способов адресации узлов в отдельных сетях.
Решением является уникальная нумерация всех
сетей составной сети, а затем нумерация всех узлов
в пределах каждой из этих сетей. В современном
Интернете используется IP четвёртой версии (IPv4),
где в заголовке IP-пакета для хранения IP-адресов
отправителя и получателя отводятся два поля
длиной 4 байта (32 бита).
11

12. Формат IP-адреса

Таким образом адресное пространство ограничено
4294967296 (232) возможными уникальными адресами.
IP-адрес состоит из двух частей – номера сети и номера
узла в сети. Наиболее распространена форма
представления IP-адреса в виде четырех чисел,
представляющих значения каждого байта в десятичной
форме и разделенных точками, например:
128.10.2.30
Этот же адрес в двоичном формате имеет вид:
10000000 00001010 00000010 00011110
В шестнадцатеричном формате: 80.0A.02.1D
12

13. IPv6

В настоящее время вводится в эксплуатацию шестая
версия протокола - IPv6, которая позволяет
адресовать значительно большее количество узлов,
чем IPv4 (длина адреса 128 бит вместо 32), а именно
340282366920938463463374607431762211456
Согласно статистике Google на 2019 год доля IPv6 в
сетевом трафике составляет уже около 25%. Однако
IPv6 пока ещё не получил столь широкого распространения в Интернете, как IPv4 (это связано с
трудоёмкой работой операторов связи и
производителей ПО).
13

14. Доменные имена

Для идентификации компьютеров аппаратное и
программное обеспечение в сетях TCP/IP полагается на
IP-адреса. Однако пользователи обычно предпочитают
работать с более удобными символьными именами
компьютеров, которые строятся по иерархическому
признаку (например, base2.sales.zil.ru). Между доменным
именем и IP-адресом узла нет никакой функциональной
зависимости, поэтому в сетях TCP/IP используется
специальная система доменных имен (DNS – Domain
Name System), которая устанавливает соответствие
между доменным именем и IP-адресом узла.
14

15.

15

16. Интернет

Интернет – это самая большая в мире сеть, к
середине 2015 года число пользователей, регулярно
использующих Интернет, составило более чем
3,3 млрд человек. С 22 января 2010 года прямой
доступ в Интернет получил экипаж Международной
космической станции. Эта сеть не имеет единого
центра управления, есть несколько служб, которые
отвечают за согласование технических стандартов,
централизованное назначение имен и адресов
компьютеров и т. д. Интернет – это «сеть сетей», но
каждая входящая в Интернет сеть управляется
независимым оператором – поставщиком услуг
Интернета (Internet Service Provider - ISP), или
провайдером.
16

17.

17

18. Сеть ARPANET

Базой для организации Интернет явилась
компьютерная сеть Министерства обороны США
ARPANET (Advanced Research Projects Agency
Network), созданная в начале 70-х годов. Первый
сервер ARPANET был установлен 1 сентября 1969
года в Калифорнийском университете. В 1971 году
была разработана первая программа для отправки
электронной почты по сети. 1 января 1983 года
ARPANET перешла на протокол TCP/IP, который
успешно применяется до сих пор. В 1984 году была
разработана система доменных имен DNS.
18

19. CERN

В 1989 году в стенах Европейского совета по
ядерным исследованиям CERN (Conseil Europeen
pour la Recherche Nucleaire) родилась концепция
Всемирной паутины, ее предложил знаменитый
британский ученый Тим Бернерс-Ли, который
разработал HTTP, язык HTML, идентификатор URL, а
также основал в 1994 году Консорциум Всемирной
паутины (World Wide Web Consortium, W3C) –
организацию, разрабатывающую и внедряющую
стандарты для WWW (XML, CSS, RDF, SVG и др.). В
1993 году появился первый браузер – NCSA Mosaic
под OC Windows, на основе которого были
разработаны Netscape Navigator и Internet Explorer.
19

20.

20

21. Поставщики услуг

Магистральные поставщики услуг (например,
Cable & Wireless, WorldCom, Global One) являются
аналогами транснациональных операторов связи.
Они обладают собственными транспортными
магистралями, покрывающими крупные регионы
(страна, континент, весь земной шар). Региональные поставщики услуг оказывают услуги Интернета
в рамках определенного региона (штат, графство,
округ и т.д.), а локальные поставщики услуг
работают, как правило, в пределах одного города.
21

22. Центры обмена NAP/IX

Связи между поставщиками услуг строятся на основе
двухсторонних коммерческих соглашений о взаимной
передаче трафика (пиринговых соглашений). Чтобы
провайдерам было проще организовывать свои
пиринговые связи, в Интернете существуют
специальные центры обмена трафиком, в которых
соединяются сети большого количества провайдеров.
Они обычно называются Internet eXchange (IX) или
Network Access Point (NAP).
22

23. ICANN

Главным органом регистрации
глобальных адресов в Интернете
с 1998 года является неправительственная некоммерческая
организация ICANN (Internet
Corporation for Assigned Names
and Numbers). Региональные
отделы выделяют блоки адресов
крупным поставщикам услуг, а те распределяют их
между своими клиентами, среди которых могут быть
и более мелкие поставщики.
23