Гл_5

1. Технологии передачи данных

Стандартизация сетевого взаимодействия
СТАНДАРТИЗАЦИЯ ПРОЦЕДУР:
- выделения и освобождения ресурсов компьютеров, линий связи и
коммуникационного оборудования;
- установления и разъединения соединений;
- маршрутизации, согласования, преобразования и передачи данных
между узлами сети;
- контроля правильности передачи и исправления ошибок;
- передачи по физическим линиям связи.

2.

Принципиальная схема взаимодействия узлов
виртуальное общение
физическое общение
Архитектура сети – набор уровней и протоколов.
Стек коммуникационных протоколов – иерархический
набор протоколов сети.

3.

Пример многоуровнего общения
Руководитель 1
Переводчик 1
Секретарь 1
Руководитель 2
русский
текст
франц.
текст
Переводчик 2
Секретарь 2
японский
текст
франц.
текст

4.

В 1984 году Международной организацией по стандартизации (ISO), был утвержден
стандарт передачи данных по сетям.
Модель OSI (Open System Interconnection) – эталонная модель взаимодействия
открытых систем.
Модель описывает, как устройства в локальных и глобальных сетях обмениваются
данными и что происходит с этими данными.
Модель OSI является образцом эталонного процесса передачи данных по сети.
В нем пошагово описаны этапы, которые проходит информация по ходу движения
от отправителя к получателю.
Этот подход строится на концепции разделения всего процесса общения на
независимые функциональные уровни.
На практике OSI никогда массово не использовалась и не используется, но ее принципы
лежат в основе целого ряда современных сетевых моделей.
Знание этой модели помогает сетевым инженерам и разработчикам эффективно
диагностировать неполадки в сети и быстро находить самые действенные способы
их устранения.

5.

7
6
5
4
3
2
1

6.

Архитектура модели OSI построена так, чтобы каждый из семи уровней взаимодействовал
с соседними, используя процесс инкапсуляции.
На каждом этапе к начальным данным добавляются уникальные заголовки, которые
гарантируют их корректное преобразование на последующих уровнях.
На седьмом уровне информация представляется в виде данных, на первом — в виде бит.
Когда данные достигают своей цели, процесс инкапсуляции разворачивается
(декапсуляция), и информация проходит через все уровни в обратном порядке.
Процесс передачи выглядит так:
1 - получатель отправляет данные, которые начинают обрабатываться на его сетевом
устройстве на седьмом прикладном уровне;
2 - далее данные инкапсулируются, доходя до первого уровня и превращаясь в биты;
3 - в виде битов данные принимает устройство получателя и декапсулирует их, чтобы
представить в понятном для человека виде.

7.

Эталонная модель взаимодействия открытых систем OSI
( Open System Interconnection).
Международная организация по стандартизации (ISO)
Устройства и единицы информации соответствующих уровней
Узел В
Узел А
7
Прикладной
6 Представительский
5
Сеансовый
4
Транспортный
3
2
1
Сетевой
Канальный
Данные
Данные
Данные
Сегменты
Пакеты
Кадры
Биты
Физический
Прикладной
Представительский
Сеансовый
Транспортный
Сетевой
Канальный
Физический
Маршрутизатор
(Router )
Коммутатор
(Switch)
Концетратор
(Hub)
ГОСТ Р ИСО/МЭК 7498-1-99 «Информационная технология. Взаимосвязь открытых
систем. Базовая эталонная модель. Часть 1. Базовая модель»

8.

Формат сообщений модели взаимодействия открытых систем OSI

9.

Основные функции уровней OSI
Прикладной уровень (7).
Предоставляет конечным пользователям и приложениям набор сетевых сервисов.
Прикладной уровень отвечает за доступ приложений в сеть.
Задачами этого уровня является перенос файлов, обмен почтовыми сообщениями и
управление сетью.
Уровень представления (6).
Отвечает за преобразование информации (текст, изображения, видео и аудио) в форму,
понимаемую получателем, и обеспечивает шифрование и сжатие.
Сеансовый уровень (5).
Управляет установлением и завершением сеансов связи между устройствами.
Протоколы сеансового уровня обычно являются составной частью функций трех
верхних уровней модели.

10.

Основные функции уровней OSI
Транспортный уровень (4).
Обеспечивает передачу данных с требуемым уровнем надежности, осуществляет
контроль передачи данных между устройствами.
Длинные сообщения источника информации делит на сегменты определенной длины.
Сетевой уровень (3).
Осуществляет управление логической адресацией (например, IP-адреса) и
маршрутизацией (выбор оптимального маршрута от отправителя к получателю).
Канальный уровень (2).
Обеспечивает передачу данных между устройствами в локальной сети и управляет
доступом к среде передачи.
Данные формируются в кадры и передаются на физический уровень.
Для идентификации сетевых адаптеров используются МАС-адреса.
Физический уровень (1).
Осуществляет передачу потока битов по соответствующей физической среде.

11.

Зависимость уровней OSI от сети

12.

Стек протоколов сети Интернет (TCP/IP)
Модель TCP/IP — это стек протоколов, которые задают правила передачи данных по
сети Интернет.
Протокол TCP (Transmission Control Protocol) отвечает за обмен данными.
Он управляет их отправкой и следит за тем, чтобы они дошли до получателя в целости.
Протокол TCP – выполняет проверку доставки всех файлов адресату и проверяет не было
ли ошибки при передаче информации. TCP может повторно запросить данные, если они
были потеряны и регулировать загрузку сети.
Протокол IP (Internet Protocol) отвечает за адресацию. Его задача — связывать друг с
другом устройства и дробить данные на пакеты для удобной отправки.
Для работы протоколов необходима установка специального программного обеспечения,
которое устанавливается с операционной системой.

13.

Стек TCP/IP включает в себя 4 уровня:
Самый нижний, уровень сетевых интерфейсов (от хоста к сети), обеспечивает
взаимодействие с другими сетевыми технологиями (Ethernet, FDDI и т. д.).
Это объединение функций канального и физического уровней OSI.
Межсетевой (сетевой) уровень по задачам перекликается с сетевым уровнем модели OSI.
На основе IP-адресов хостов он обеспечивает поиск оптимального маршрута, включая
выявление неполадок в сети.
Транспортный уровень отвечает за связь между процессами на разных компьютерах,
а также за надежную доставку переданной информации.
Прикладной уровень объединил в себе 3 уровня модели OSI: сеансовый, представления и
прикладной.
Он выполняет такие функции, как поддержка сеанса связи, преобразование информации,
а также взаимодействие пользователя и сети.

14.

OSI
Прикладной
TCP/IP
Прикладной
(FTP,SMTP,HTTP,
Telnet...)
Уровень
представлений
Стек TCP/IP
Основные протоколы:
IP (Internet Protocol).
Продвижение IP-пакетов между
подсетями. Дейтаграммный
режим.
Сеансовый
Транспортный
Транспортный
(TCP, UDP)
Сетевой
Межсетевой
(IP,ARP,RIP,OSPF,…)
Передачи данных
(канальный)
Физический
От хоста к сети
Не регламентируется
(Ethernet, FDDI,…)
TCP (Transmission Control
Protocol — протокол управления
передачей).
Обеспечивает гарантированный
поток данных между узлами.

15.

Прикладной уровень стека TCP/IP соответствует трем верхним уровням модели OSI:
прикладному, представления и сеансовому.
Он объединяет сервисы, предоставляемые системой пользовательским приложениям.
К ним относятся такие распространенные протоколы:
- передачи файлов (File Transfer Protocol, FTP);
- протокол эмуляции терминала telnet;
- простой протокол передачи почты (Simple Mail Transfer Protocol, SMTP);
- протокол передачи гипертекста (Hypertext Transfer Protocol, HTTP)
и многие другие.
Протоколы прикладного уровня развертываются на хостах.

16.

Транспортный уровень стека TCP/IP может предоставлять вышележащему уровню два
типа сервиса:
• гарантированную доставку обеспечивает протокол управления передачей TCP;
• доставку по возможности, или с максимальными усилиями, обеспечивает протокол
пользовательских дейтаграмм UDP.
A
1
Соединение между двумя устройствами
в TCP производится в три этапа:
B
2
3
1 – отправитель производит установление связи путем посылки устройству назначения
запроса синхронизации (1 - SYN).
2 – принимающий узел подтверждает запрос синхронизации и задает свои параметры
синхронизации в противоположном направлении (2 – SYN,ASK).
3 – это подтверждение, посылаемое адресату назначения, что обе стороны согласны,
чтобы соединение было установлено (3 - ASK).
После того, как соединение было установлено, начинается передача данных.

17.

Основным протоколом сетевого уровня является межсетевой протокол IP
(Internet Protocol).
В его задачу входит продвижение пакета между сетями от одного маршрутизатора к
другому до тех пор, пока пакет не попадет в сеть назначения.
Протокол IP развертывается не только на хостах, но и на всех маршрутизаторах.
Протокол IP — это дейтаграммный протокол, работающий без установления соединений
по принципу доставки с максимальными усилиями и не гарантирует доставку.
В заголовке пакета сетевого уровня необходимо задать логические адреса отправителя и
получателя. Логический адрес устанавливается администратором сети или назначается
динамически протоколом DHCP из диапазона выделенных адресов.
Логический адрес узлов в IP-сетях версии IPv4, содержит 32 двоичных разряда (4 байта),
которые отображаются десятичными числами и разделяются точкой, например,
172.100.220.14.
Максимально возможное количество адресов: 4 294 967 296 (232).
Старшие разряды этого адреса является номером сети, а младшие – номером узла в
данной сети.
Таким образом, IP-адреса являются иерархическими, в отличие от плоских МАС-адресов,
которые жестко присваиваются производителем сетевых устройств.

18.

К сетевому уровню стека TCP/IP относятся также:
- протоколы маршрутизации RIP и OSPF, предназначенные для изучения топологии
сети, определения маршрутов и составления таблиц маршрутизации, на основании
которых пакеты отправляются в нужном направлении;
- протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP
(Internet Control Message Protocol);
- протокол разрешения адресов ARP и др..

19.

Нижний уровень стека TCP/IP (уровень сетевых интерфейсов) отвечает только за
организацию взаимодействия с подсетями разных технологий, входящими в составную
сеть (например Ethernet).
Задачу организации интерфейса между технологией TCP/IP и любой другой технологией
промежуточной сети (например, Ethernet) упрощенно можно свести к двум задачам:
- упаковка (инкапсуляция) IP-пакета в кадр Ethernet;
- преобразование сетевых IP адресов в MAC-адреса (Media Access Control).
МАС-адреса представлены в виде 12 шестнадцатеричных чисел, например:
00-05-А8-69-CD-F1 или 00:05:А8:69:CD:F1 .
МАС-адреса компьютеров прошиты изготовителем в ПЗУ сетевой карты.
Фактически протоколы сети Интернет обеспечивают доставку информации (IP-пакета)
в сеть назначения (по номеру сети в IP-адресе), а доставка конкретному узлу назначения
осуществляется технологией сети назначения (например, Ethernet) по МАС-адресу узла.
Соответствие IP-адреса узла и МАС-адреса узла определяется протоколом ARP.

20.

Общий вид дерева протоколов стека TCP/IP

21.

Стек TCP/IP
Структура блоков данных
Данные
Прикладной уровень
(FTP, Telnet,…)
Заголовок
TCP
Данные
Заголовок
IP
Заголовок
TCP
Данные
Заголовок
IP
Заголовок
TCP
Данные
Транспортный уровень
(TCP, UDP,…)
Межсетевой уровень
(IP)
Уровень сетевого
доступа
(Ethernet, FDDI,…)
Заголовок
Ethernet

22.

Структура ТСР-сегмента
В заголовке TCP сегмента задаются номера портов приложений отправителя и
получателя.
Номера портов адресуют приложения или сервисы прикладного уровня,
которые создавали сообщение и будут его обрабатывать на приемной стороне.
Например, сервер электронной почты с номерами портов 25 и 110 позволяет
посылать e-mail сообщения и принимать их, порт 80 адресует веб-сервер.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
1. Source Port
2. Destination Port
(номер порта источника)
(номер порта приёмника)
3. Sequence number
(порядок фрагментации и номер фрагмента)
4. Acknowledgement Number
(номера подтверждения принятых данных и ожидаемых)-32
5. H L 6. Reserved
7. Code Bits
8. Window
9. Checksum
10. Urgent
11. Options
12. Data

23.

Структура заголовка IP-пакета
0
1
2
3
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5
Версия
IHL
длина
заголовка
IP-пакета
Тип обслуживания
(TOS)
значение предназначенное для определения корректной
последовательности фрагментов при сборке
Время жизни (TTL)
Общая длина пакета
критерии определяющие тип
обслуживания пакетов
Идентификатор
Протокол
идентификатор интернетпротокола следующего
уровня
6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
Флаги
Смещение
фрагмента
позиция фрагмента в потоке данных
Контрольная сумма заголовка
IP-адрес отправителя (32 бита)
IP-адрес получателя (32 бита)
Параметры (от 0 до 10-ти 32-х битных слов)
Данные (до 65535 байт минус заголовок)

24.

Взаимодействие протоколов стека TCP/IP
FTP
DNS
telnet
TFTP
SMTP
DNS
Порт 21
Порт 53
Порт 23
Порт 69
Порт 161
Порт 53
Протокол TCP
Протокол IP
Протокол UDP

25.

SYN
Схема реализации DoS – атаки
на уровне TCP протокола
Поток
запросов SYN
без ASC-ответов
SYN, ASC
Атакуемый
сервер
Тайм-аут
Сеть хакера
SYN, ASC
Тайм-аут
SYN, ASC
Тайм-аут
Переполнение буфера
недообслуженных запросов!

26.

Проблемы протокола IP-v4
В начале 90-х годов стек протоколов TCP/IP столкнулся с серьезными проблемами:
1. Резкий рост числа узлов сети (нехватка IP-адресов)
2. Изменение характера трафика (мультимедиа в реальном времени, интернет вещей)
3. Ужесточение требований к качеству обслуживания пользователей сети
4. Обеспечение защиты данных, передаваемых по сети
5. Большая нагрузка на маршрутизаторы, что ведет к снижению скорости передачи
Было принято решение не только по увеличению адресного пространства сети Интернет,
но по модернизации сердцевины стека – протокола IP и повышению эффективности
работы всего стека TCP/IP в целом.

27.

Требования к протоколу IP-v6
1.Поддержка миллиардов хостов.
2.Уменьшение размера таблиц маршрутизации.
3.Упрощение протокола для ускорения обработки пакетов маршрутизаторами.
4.Лучшее обеспечение безопасности (аутентификации и конфиденциальности).
5.Уделение большего внимания типу сервиса, в частности, при передаче данных
реального времени.
6.Возможность изменения положения хоста без необходимости изменять свой
адрес.
7.Возможность дальнейшего развития протокола в будущем.
8.Возможность сосуществования старого и нового протоколов в течение
нескольких лет.

28.

Общие сведения об адресах версии IPv6

29.

Региональные регистраторы адресов IPv6
Код регистратора входит в состав IP-адреса

30.

Преимущества протокола IP-v6
1. Длина поля адреса 16 байт - обеспечивается практически неограниченный
запас Интернет-адресов.
2. Простой заголовок пакета (7 полей вместо 13 у протокола IPv4).
Маршрутизаторы могут быстрее обрабатывать пакеты, что повышает
производительность.
3. Лучшая поддержка необязательных параметров – ускорение обработки пакетов.
4. Повышение безопасности данных (аутентификация и конфиденциальность).
5. Больше внимания уделено типу предоставляемых услуг.
6. Перенесение функций фрагментации пакетов с маршрутизаторов на конечные
узлы.
7. Отказ от подсчета контрольной суммы пакета.
Запуск протокола IPv6 состоялся 6 июня 2012 года.
Полный переход с IPv4 на IPv6 по прогнозам должен занять около 10 лет.

31.

Контрольные вопросы:
1. Что такое архитектура сети?
2. Что такое «стек коммуникационных протоколов»?
3. Назовите уровни в эталонной модели OSI.
4. Какие виды протоколов работают на сетевом уровне модели OSI?
5. Основные функции физического уровня модели OSI.
6. Назовите уровни стека протоколов TCP/IP.
7. Приведите примеры названий протоколов на каждом уровне TCP/IP.
8. Какова длина адреса в IP-протоколе?
9. В чем преимущества протокола IP v6?