Коммуникации в сетях

1. Глава 2 Коммуникации в сетях

2. Платформа для коммуникаций

3. Структура сети

Основные элементы коммуникаций (3)
источник сообщения (message source)
канал связи (channel)
получатель сообщения (message destination)
Цифровые или информационные сети обеспечивают обмен
информацией различного типа.

4. Элементы коммуникаций

4

5. Передача сообщений

Непрерывный поток битов
00101010100101010101010101010101010
Я должен ждать …
Одиночная связь: (например, для video, e-mail) может характеризоваться :
Непрерывным потоком битов
«Захватом» сети
Большими задержками
Неэффективным использованием
Любые потери данных приводят к повторной пересылке всего
сообщения
5

6. Передача сообщений

Сегментация
001010
001010
001010
001010
001010
001010
Сегментация – разбиение процесса передачи на фрагменты
Лучший подход – сегментация.
Мультиплексирование:
Различные сеансы связи чередуются.
6

7. Передача сообщений

При одиночном сеансе
связи могут
использоваться
несколько путей передачи
данных, поскольку
маршрутизируются
индивидуальные пакеты к
узлу назначения
X
Фиксированные пути
доставки данных не
устанавливаются.
Пакеты направляются
по наилучшему пути в
текущий момент
времени.
Достоинства
Надежность (3)
Различные пути
Альтернативные пути
Только пропущенный сегмент повторно передается по сети
7

8. Недостатки сегментации

Все сегменты нумеруются, чтобы на конечном
узле произвести их сборку в исходное сообщение
Недостаток – появляется дополнительная сложность при обработке
сегментов .
Аналогия: 100 страничное письмо делится на отдельные письма,
содержащие одну страницу
Отдельные конверты
Нумерация
8

9. Компоненты сети

Устройства (hardware)
Конечные устройства, коммутаторы (switch), маршрутизаторы (router),
брандмауэры (firewall), концентраторы (hub)
Среда (проводная (wired), беспроводная (wireless))
Кабели, беспроводная среда (wireless medium)
Службы (Services) (программное обеспечение)
Сетевые приложения, протоколы маршрутизации (routing protocols), процессы
и алгоритмы
9

10. Конечные устройства

Конечные устройства или хосты (hosts):
Источник или получатель сообщений.
10

11.

Source Address (Адрес источника): 209.67.102.55
Destination Address (Адрес получателя):
107.16.4.21
209.67.102.55
107.16.4.21
Каждый хост идентифицируется адресом.
IP адрес (IP – это Internet Protocol)
11

12. Серверы и клиенты

Клиент
Сервер
Хост
Client, Server или то и другое.
Роль определяет программное обеспечение.
Серверы предоставляют клиентам информацию, получаемую от службы
e-mail или web-страницы
Клиенты запрашивают информацию от севера.
12

13. Промежуточные устройства

switch
или hub
switch
или hub
routers
Промежуточные устройства:
Подключение к сетям или соединение между сетями
Примеры (4):
Устройства доступа к сетям (Hubs, switches и wireless access points)
Межсетевые устройства (routers)
Коммуникационные серверы (Communication Servers) и модемы
Устройства защиты (Security Devices) (firewalls)
Промежуточные устройства
13

14. Сетевая среда

Медный кабель
Оптоволокно
Беспроводная среда
Сетевая среда: Среда, по которой распространяются сообщения.
Медные кабели – электрические импульсы.
Оптоволокно – световые импульсы
Беспроводная – электромагнитные волны.
14

15. Сетевая среда

Медный кабель
Оптоволокно
Беспроводная среда
Характеристики различных сред (4):
Расстояние, на которое распространяется сигнал
Окружающая среда, в которой они работают
Полоса пропускания (Bandwidth) (скорость)
Стоимость
15

16. Локальные сети (LAN)

Локальная сеть (LAN)
Индивидуальная сеть обычно покрывает небольшое
географическое пространство, предоставляет пользователям
службы и приложения в пределах организационной структуры,
например, компания, кампус или регион.
16

17. Глобальная сеть (Wide Area Network - WAN)

T1, DS3, OC3
PPP, HDLC
Frame Relay, ATM
ISDN, POTS
Глобальные сети (WANs)
Выделенные (Leased) подключения, предоставляемые
телекоммуникационными службами провайдера.
Сети, которые соединяют географически распределенные
локальные сети
Провайдер телекоммуникационных служб (TSP) обеспечивает
соединение LAN, размещенных в разных местах.
Службы передачи голосовой и цифровой информации в отдельных
сетях или в конвергированных сетях.
17

18. Интернет – сеть сетей

Провайдеры интернет-услуг (ISP -Internet Service Provider)
Часто называются также как TSP
Подключают пользователей к Интернет.
Интернет – Это Провайдер, подключенный к другим Провайдерам.
18

19. Представление сети

Сетевая карта (Network Interface Card - NIC)
Порты (Ports) и интерфейсы (interface) (синонимы)
Физический порт
Интерфейс – Соединение к индивидуальным сетям.
19

20. Протоколы

21. Протокол

Протокол – Правила, управляющие коммуникациями.
Стек протокола (Protocol suite) – Группа связанных протоколов
Пример: TCP/IP
21

22. Функции протоколов

Стек протоколов – это набор правил, совместно работающих и предназначенных для
выполнения задач.
Где кафе?
Уровень контента
Стек правил разговора:
1. Использовать общий язык
2. Ожидать своей очереди при разговоре
3. Дать сигнал об окончании разговора
Уровень правил
Физический уровень

23. Сообщения используют множество протоколов (инкапсулированных (или вложенных) - encapsulated)

HTTP
Header
Протоколы
Frame Header
Заголовок кадра
IP Header
Заголовок IPпакета
Сообщение:
Данные
Множество протоколов
App
TCP Header Header
Заголовок TCP
Data
Data
Заголовок Данные
приложения
Frame Trailer
Конец кадра
23

24. Множество протоколов (инкапсулированные)

Протоколы
Frame Header
IP Header
HTTP
Header
Data
App
TCP Header Header
Frame Trailer
Data
Инкапсуляция (Encapsulation) – Процесс добавления заголовка к
данным или к предыдущему набору заголовков.
Декапсуляция (Decapsulation) – Процесс удаления (извлечения)
заголовков.
24

25. Пример: Протокол – IPv4

Frame Header
IP Header
TCP Header HTTP
Header
Frame Trailer
Data
25

26.

209.67.102.55
Frame Header
107.16.4.21
IP Header
TCP Header HTTP
Header
Frame Trailer
Data
209.67.102.55
107.16.4.21
26

27. Протоколы

Стек сетевых протоколов включают правила для : (4)
Формата
Доступа к среде передачи
Обнаружения ошибок
Установки и завершения соединения
27

28. Стеки протоколов и стандарты

В прошлом – Фирмы-производители создавали свои собственные
протоколы и разрабатывали сетевые устройства, которые не позволяли
использовать в сетях устройства и протоколы других фирм.
Сейчас – Используются промышленные стандарты
Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
Примеры: 802.3 (Ethernet), 802.11 (WLAN)
Internet Engineering Task Force (IETF)
Стандарты Интернет
RFCs (Request for Comments)
Примеры: TCP, IP, HTTP, FTP
28

29. Пример: RFC 791 IPv4

29

30. Взаимодействие протоколов

Протоколы
Протокол передачи гипертекстов (HTTP)
Протокол управляет взаимодействием между web-сервером и webклиентом.
Взаимодействие протоколов
30

31.

Протоколы
сегмент
Протокол контроля передачи данных (Transmission Control Protocol TCP)
Позволяет сформулировать требования к :
Размеру данных
Управлению потоком
Надежности
Взаимодействие протоколов
31

32.

Протоколы
Пакет
Межсетевой протокол (IP)
Назначает адреса источнику и получателю сообщений,
Исходный адрес (Original source) хоста
Конечный адрес (Final destination) хоста
Используются маршрутизаторами при выборе наилучшего маршрута
32

33.

Протоколы
Кадр
Протоколы доступа к сети (Network access protocols) – протоколы
канального уровня (Data link) и физического уровня (Physical layer)
Форматирование и физическая передача данных по сетевой среде.
Взаимодействие протоколов
33

34. Независимые от технологий протоколы

Frame Header
IP Header
TCP Header HTTP
Header
Frame Trailer
IP Пакет
IP Пакет
Ethernet
Ethernet
T1, DS3, OC3
PPP, HDLC
Frame Relay, ATM
ISDN, POTS
IP – это протокол, который обеспечивает передачу пакетов в различных
физических средах.
34

35. Применение уровневой модели протоколов

36. Модель уровней протоколов

36

37. Преимущества уровневой модели

Протоколы
Преимущества
уровневой
модели
Применение уровневой модели:
Развитие конкуренции
Изменения в одном уровне не влияют на функционирование уровней,
расположенных ниже и выше исходного.
Предоставляет общий «язык» описания сетевых функций и
возможностей.
37

38. Эталонные модели и протоколы

38

39.

Эталонные модели и протоколы
Модель взаимодействия открытых систем ( Open Systems
Interconnection - OSI) – наиболее широко признанная модель
взаимодействия сетей и является эталонной моделью.
The International Organization for Standardization (ISO) разработала в
1984 г. модель OSI , в которой была представлена схема описания
сетевых функций.
39

40. Модель TCP/IP

Представление данных,
кодирование и управление
диалогом (сеансом)
Обеспечение соединения между
сетевыми хостами
Определение наилучшего пути в сети
Управление техническими
средствами и средой передачи
данных
Модель TCP/IP и Стек протоколов – являются открытым стандартом.
40

41. Процесс коммуникации - Encapsulation

Data Link
Header
IP
Header
TCP
Header
HTTP
Header
Data
Data Link
Trailer
Сервер
HTTP Data
Инкапсуляция – Процесс добавление управляющей информации по
мере ее прохождения по уровням модели сверху вниз.
41

42. Процесс коммуникации - Decapsulation

Data Link
Header
IP
Header
TCP
Header
HTTP
Header
Data
Data Link
Trailer
Клиент
HTTP Data
Декапсуляция – Процесс удаления управляющей информации по мере
ее прохождения по уровням модели снизу вверх.
42

43. Программа Wireshark позволяет наблюдать работу протоколов!

43

44. Процесс коммуникации

Блок протокольных данных (Protocol Data Unit - PDU) – Форма, в
которой размещается управляющая информация на каждом из уровней
модели.
Имена PDU назначаются согласно протоколам стека TCP/IP.
Data (данные) – PDU прикладного уровня
Segment (сегмент) – PDU транспортного уровня
Packet (пакет) - PDU межсетевого уровня
Frame (кадр) – PDU уровня доступа к сети
Bits (биты) – PDU, передаваемый по физической среде передачи
44

45.

Layer 2 Data Link Frame
Dest.
Dest.Add
MAC
MAC
0B-31
FF-FF
0B-20
00-10
Source Add
MAC
0A-10
00-20
0C-22
Layer 3 IP Packet
Type
800
Dest. IP
192.168.4.10
Source IP
192.168.1.10
IP
fields
Data
Trailer
Хост-отправитель создает сообщение с множеством инкапсуляций
Data Link
Header
IP
Header
TCP
Header
HTTP
Header
Data
Data Link
Trailer
Хост-получатель принимает сообщение с множеством
декапсуляций.
Data Link
Header
IP
Header
TCP
Header
HTTP
Header
Data
Data Link
Trailer
45

46. Обмен данными между приложениями

Протоколы
Уровень 4 (TCP/UDP) содержит номер порта, который определяет
необходимое приложение или службу, указываемые в IP пакете.
Порт назначения (Destination port) – указывает на приложение на
хосте-получателя
Порт источника (Source port) – указывает на приложение хостаотправителя
46

47. Обмен данными между приложениями

Номер порта назначения «говорит» операционной системе (TCP/IP),
какому приложению следует передать данные.
Примеры:
80 = HTTP (www)
23 = Telnet
20, 21 = FTP
25 = SMTP
47

48. Глава 2 Коммуникации в сетях