Прикладной уровень стека TCP/IP

1. TCP/IP

2. TCP/IP

3. ПРИКЛАДНОЙ УРОВЕНЬ

Прикладной уровень стека TCP/IP соответствует трем верхним
уровням модели OSI: прикладному, представления и сеансовому.
Он объединяет сервисы, предоставляемые стеком TCP/IP
пользовательским приложениям. К ним относятся протокол
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.

4. ТРАНСПОРТНЫЙ УРОВЕНЬ

Транспортный уровень стека TCP/IP может предоставлять вышележащему уровню два типа сервиса:
гарантированную доставку обеспечивает протокол управления передачей (Transmission Control Protocol, TCP);
доставку по возможности, или с максимальными усилиями, обеспечивает протокол пользовательских дейтаграмм (User
Datagram Protocol, UDP).
Чтобы обеспечить надежную доставку данных, протокол TCP предусматривает установление логического соединения. Это
позволяет нумеровать пакеты, подтверждать их прием квитанциями, организовывать в случае потери повторные передачи,
распознавать и уничтожать дубликаты, доставлять прикладному уровню пакеты в том порядке, в котором они были
отправлены. Благодаря этому протоколу объекты на хосте-отправителе и хосте-получателе могут поддерживать обмен
данными в дуплексном режиме. TCP дает возможность без ошибок доставить сформированный на одном из компьютеров
поток байтов на любой другой компьютер, входящий в составную сеть.
Второй протокол этого уровня, UDP, является простейшим дейтаграммным протоколом, используемым, если задача
надежного обмена данными либо вообще не ставится, либо решается средствами более высокого уровня — прикладным
уровнем или пользовательскими приложениями.

5. СЕТЕВОЙ УРОВЕНЬ

Сетевой уровень, называемый также уровнем Интернета, является стержнем всей архитектуры
TCP/IP. Протоколы сетевого уровня поддерживают интерфейс с вышележащим транспортным
уровнем, получая от него запросы на передачу данных по составной сети, а также с
нижележащим уровнем сетевых интерфейсов.
Основным протоколом сетевого уровня является межсетевой протокол (Internet Protocol,
IP). В его задачу входит продвижение пакета между сетями — от одного маршрутизатора
к другому до тех пор, пока пакет не попадет в сеть назначения. В отличие от протоколов
прикладного и транспортного уровней, 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. Такой
тип сетевого сервиса называют также «ненадежным».

6. УРОВЕНЬ СЕТЕВЫХ ИНТЕРФЕЙСОВ

• Идеологическим отличием архитектуры стека TCP/IP от
многоуровневой архитектуры других стеков является
интерпретация функций самого нижнего уровня — уровня сетевых
интерфейсов.
• Любая коммуникационная среда, которая позволяет двум или
более IP-узлам непосредственно взаимодействовать друг с другом
без промежуточных маршрутизаторов, рассматривается
протоколом IP как одна линия связи (Link), как если бы эти узлы
были связаны отрезком кабеля.

7. ОТЛИЧИЯ СТЕКА TCP/IP от модели OSI

8. IPV4

Это уникальный идентификатор, который присваивается каждому устройству (компьютеру,
серверу, роутеру) в глобальной или локальной сети и указывает на точное местоположение.
Он нужен, чтобы другие устройства понимали, куда именно отправлять данные. По сути IPадрес можно сравнить с обычным почтовым. Отправляя письма, люди указывают индекс,
город, улицу, дом и квартиру. Благодаря этим данным почтальоны понимают, куда и кому
доставить. Также и с IP-адресом — все цифры в нем формируют точные координаты устройств,
чтобы другие устройства могли доставлять «письма» по назначению.

9. Структура IP-адреса

Структура IPадреса
У любого IP-адреса иерархическая
структура. Это значит, что он состоит из
двух частей. Первая — сетевая. Она
указывает на принадлежность IP-адреса
к конкретной сети. Вторая, хостовая,
идентифицирует конкретное устройство
в этой сети.

10. Структура IP-адреса

11. МАСКА ПОДСЕТИ

Разделить IP-адрес на номер сети и номер хоста поможет маска подсети (subnet mask). Как
и IP-адреса, маска состоит из 32 бит и представляет собой четыре десятичных числа,
разделенных точками.
Виды написания маски:
255.255.255.0 в десятичном формате
11111111.11111111.11111111.00000000 — в двоичном. Единицы указывают, где в адресе
номер сети, нули — где номера устройств. Маска подсети «маскирует» сетевую часть IPадреса и оставляет видимой только хостовую. Таким образом она позволяет определить,
какие устройства принадлежат одной и той же подсети.
Префиксное написание - /24

12. СВЯЗАННОСТЬ СЕТЕЙ

Если устройства находятся в одной сети,
например, 192.168.10, они могут
связываться с друг другом. С
устройствами из другой сети, например,
192.168.20 просто так они связываться
не могут. Чтобы это стало возможным,
нужен роутер, который обеспечивает
маршрутизацию.

13. Классификация IP-адресов и зарезервированные ip-адреса

14. UNICAST И MULTICAST АДРЕСА

• Адреса классов A, B и C используются для идентификации
отдельных сетевых интерфейсов, то есть являются
индивидуальными адресами (unicast address).
• Групповые адреса (multicast address), принадлежащие классу D,
не делятся на номер сети и номер узла и обрабатываются
маршрутизатором особым образом. Один групповой адрес
идентифицирует группу сетевых интерфейсов, в общем случае
принадлежащих разным сетям.

15. СИСТЕМА CIDR

На практике же используется бесклассовая адресация, которая позволяет делить сети на подсети.
Технология бесклассовой междоменной маршрутизации (Classless Inter-Domain Routing, CIDR)
основана на использовании масок для более гибкого распределения адресов и более эффективной
маршрутизации. Она допускает произвольное разделение IP-адреса на поля для нумерации сети и
узлов. При такой системе адресации клиенту может быть выдан пул адресов, более точно
соответствующий его запросу, чем это происходит при адресации, основанной на классах адресов.
Благодаря CIDR провайдер получает возможность «нарезать» блоки из выделенного ему
адресного пространства в соответствии с действительными требованиями каждого клиента

16. ПОДСЕТИ

Чтобы эффективнее управлять большими сетями, можно разделить сети на подсети — логически выделенные сегменты общей сети.
Они нужны, чтобы:
Эффективно управлять трафиком и тем самым снижать нагрузку на общую сеть.
Повышать безопасность, ограничивая для устройств из одной подсети доступ до другой подсети (обычно так изолируются
критически важные сегменты).
Упрощать администрирование за счет управления подсетями, а не одной большой сетью.
Оптимизировать производительность и ускорить маршрутизацию.
Также наличие подсетей помогает более рационально распоряжаться доступными IP-адресами и предотвращать конфликты —
ситуации, когда один адрес назначен нескольким устройствам.
Рассчитывая подсети, важно учитывать, что существуют зарезервированные IP-адреса, которые не могут быть назначены
устройствам. Например, это адрес сети и широковещательный адрес (Broadcast Address), используемый для одновременной
передачи данных всем устройствам сетевого сегмента. В сетях IPv4 Broadcast Address — последний в сетевом диапазоне.
Пример идентификатора сети и широковещательного адреса:
192.168.10.0/24
192.168.10.255/24

17. ШЛЮЗ

• 192.168.10.25 - произвольный ip-адрес
• 192.168.10.0/24 - идентификатор сети
• 192.168.10.255 - широковещательный адрес
• 192.168.10.1, 192.168.10.254 - возможные адреса для шлюза.
Шлюз - (Маршрут по умолчанию, default gateway) — это сетевой
узел, обычно маршрутизатор, через который устройство передаёт
пакеты в другие сети, если маршрут к сети назначения отсутствует
в таблице маршрутизации.

18. Математические операции с IP-адресом и способы вычисления

Математические операции с IPадресом и способы вычисления
192.168.10.0/24 - 254 свободных ip-адреса
192.168.10.0/25 - 126 свободных ip-адресов
2(32 - (префикс сети)) - 2 = количество свободных ip-адресов в сети
2(32-24) – 2 = 28 – 2 = 256 – 2 = 254

19. Математические операции с IP-адресом и способы вычисления

Математические операции с IPадресом и способы вычисления
(А)192.168.10.0/24 - 254 свободных ip-адреса
(Б)192.168.10.0/28 - 14 свободных ip-адресов
2((префикс сети Б) - (префикс сети А)) = количество подсетей в исходной сети
2(28-24) = 24 = 16

20. Математические операции с IP-адресом и способы вычисления

Математические операции с IPадресом и способы вычисления
(А)192.168.10.0/24 - 254 свободных ip-адреса
(Б)192.168.10.0/28 - 14 свободных ip-адресов
192.168.10.0/28
192.168.10.64/28
192.168.10.16/28
192.168.10.80/28
192.168.10.32/28
192.168.10.96/28
192.168.10.48/38
192.168.10.112/28

21. MAC-АДРЕСА

• MAC-адрес (от англ. Media Access Control — «управление
доступом к среде») — это уникальный идентификатор, который
«присваивается» сетевому интерфейсу: сетевой карте (Ethernet),
Wi-Fi-модулю, Bluetooth-адаптеру и так далее. По сути, это
«цифровой отпечаток пальца» устройства в сети.

22. Протокол ARP

• Для определения локального адреса по IP-адресу используется
протокол разрешения адресов (Address Resolution Protocol, ARP).
• Протокол ARP поддерживает на каждом интерфейсе сетевого адаптера
или маршрутизатора отдельную ARP-таблицу, в которой в ходе
функционирования сети накапливается информация о соответствии
между IP-адресами и MAC-адресами других интерфейсов данной сети.
Первоначально, при включении компьютера или маршрутизатора в
сеть, все его ARP-таблицы пусты.

23. Протокол ARP

• В ARP-таблицах существуют два типа записей: динамические и
статические. Статические записи создаются вручную с помощью
утилиты arp и не имеют срока устаревания, точнее, они
существуют до тех пор, пока компьютер или маршрутизатор
остается включенным.
• Динамические записи должны периодически обновляться. Если
запись не обновлялась в течение определенного времени
(порядка нескольких минут), то она исключается из таблицы.

24. ARP-ТАБЛИЦА

25. ARP-ТАБЛИЦА

26. IPV6

ОТЛИЧИЯ ОТ IPV4:
Вместо 4 байт под адрес отведено 16 байт, что дает возможность пронумеровать следующее
количество узлов: 340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 762 211 456
Главной целью внедрения IPv6 является не только увеличение количества имеющихся IPадресов, а также развитие стека TCP/IP в целом.
Вместо системы классов (A,B,C,D,E) полноценно используется система CIDR (подсетей).
Использование шестнадцатиричной формы записи, вместо десятичной.
Также используется 16 октетов, вместо четырех, которые обычно реализуются восьмью
группами по 4 шестнадцатиричных цифры.
Пример записи IPv6-адреса:
2024:ABCD:0:0:0:0:0100:0001

27. IPV6

При этом незначимые нули (не участвующие в записи чисел) в отображении IPv6-адреса могут быть опущены и заменены дополнительным двоиточием, что приводит
его к следующему виду:
2024:ABCD::100:1
Для сетей, поддерживающих обе версии протокола IP, допускается задействование для младших четырех байтов традиционной для IPv4 записи:
0:0:0:0:0:FFFF:192.168.10.1
Аналогом для стандартизированной маски /24 в IPv4 здесь будет служить маска /64, которая содержит 2^64 адресов. Если же мы хотим иметь именно 255 адресов, то
стоит использовать маску /120.
В IPv4 мы как правило назначали один адрес одному сетевому интерфейсу, в IPv6 же у нашего интерфейса почти всегда есть несколько IP-адресов, один приписанный
изначально, который строится из mac-адреса интерфейса (Данный адрес нужен для общения внутри локальной сети) и глобальный адрес, при помощи которого
устройство сможет выйти в интернет.
Все группы адресов интерфейсов в IPv6 направлены на уменьшение вспомогательного трафика (особенно широковещательного).
Важным усовершенствованием в системе IPv6 адресации стало внедрение области действия адреса, она определяет ту часть сети, в которой данный адрес будет
считаться действительным. Это позволяет общаться устройствам на уровне link-local, такие запросы будут отвергнуты первым же маршрутизатором. По факту данная
технология является заменой NAT.

28. IPV6