- Трирівнева інфраструктура Інтернет (ISP, peering, backbone).
- Еталонна семиуровневая модель OSI.
- Стек протоколів TCP / IP: архітектура, ієрархія, додатки.
Доступ кінцевих систем до інтернету здійснюється за допомогою Інтернет провайдерів (ISP), які поділяються на резидентних, університетських і корпоративних.
Провайдери (ІП) 3го ланки (нижнього) надають мережу маршрутизації і ліній зв'язку.
Провайдери пропонують кілька способів підключення до мережі - коммутируемое модемне з'єднання (56 кбіт \ с), резидентное широкосмугове підключення за допомогою кабельного модему або цифрової абонентської лінії, високошвидкісний доступ через локальну мережу, бездротовий доступ.
Провайдери забезпечують пряме підключення веб-сайтів
ІП 3го ланки є споживачами послуг ІП 2го ланки (середнє).
Для того, щоб забезпечити зв'язок між віддаленими користувачами і забезпечити доступ до віддаленої інформації, місцеві Інтернет провайдери підключаються до Інтернет-провайдерам національного чи інтернаціонального ланки (UUnet, Sprint) - ІП 1го ланки (верхня ланка), які надають високошвидкісні маршрутизатори, з'єднані оптоволоконними кабелями (магістралі).
Інтернет-провайдери 2го ланки мають, як правило, регіональна мережа або національний) і визнаються споживачами послуг ІП 1го, хоча можуть також обмінюватися інформацією без участі ІП 1го ланки.
ІП 1го ланки забезпечують швидкість передачі не нижче 622 Мбіт \ с, до 10 Гбіт \ с, маршрутизатори повинні функціонувати з гранично високою швидкістю, щоб не викликати затримок пакетів.
Всі мережі ВП 1го ланки з'єднані між собою безпосередньо.
До кожної мережі ВП 1го ланки підключено безліч ІП 2го ланки і інших комп'ютерних мереж. Міжнародна область охоплення.
Отже, інфраструктура Інтернет складається з наступних макроуровней:
ISP-рівень - формування постачальників мережевого сервісу. Інфраструктура цих мереж включає: транспортну середу, програмно-апаратні засоби, канальні ємності, персонал.
система використання інфраструктур декількох мереж шляхом обміну трафіком для забезпечення зв'язку між ISP.
Створення опорних інфраструктур національного і міжнаціонального масштабу з високошвидкісної транспортної середовищем, великими вузлами доступу ISP до опорної мережі
Модель взаємодії відкритих систем
Open System Interconnection (OSI)
До кінця 70-х були розроблені різними фірмами свої стеки протоколів. Так що мала місце проблема пристроїв, що реалізують різні протоколи.
ОСІ - прорив в стандартизації архітектури КС (80ті роки) - в зв'язку з потребами глобального об'єднання КС.
Еталонна модель ОСІ була розроблена міжнародною організацією зі стандартизації ІСО - як модель для розробки архітектури протоколів і як основа для розробки стандартів протоколів.
Інформаційна система - мережа, комп'ютер, пакет програм, ОС ...
Для мереж, побудованих з дотриманням принципів відкритості, стандарти ОСІ повинні забезпечувати наступні можливості
- побудова мережі з апаратних і програмних засобів різних проізводмітелей
- безболісна заміна одних компонент іншими
- легкість сполучення однієї мережі з іншого.
Модель ОСІ побудована відповідно до принципу ієрархічної декомпозиції.
Декомпозиція - розщеплення складного завдання на кілька простіших проблем (модулів) - складається в чіткому розподілі функцій кожного модуля і порядку їх взаємодії.
Модулі, в свою чергу, групуються і упорядковуються за рівнями, в результаті виходить ієрархічна структура.
При такому підході кожен рівень можна розглядати як чорний ящик, абстрагуватися від його внутрішніх механізмів і концентруватися на способі взаємодії рівнів.
Група модулів, що складають кожний рівень, для вирішення своїх завдань повинна звертатися до модулів сусіднього нижнього рівня, т. Е. Кожен вищестоящий рівень використовує нижчий рівень як інструмент вирішення своїх завдань. А результати роботу кожного рівня передаються тільки на сусідній вищестоящий рівень.
Такий підхід полегшує завдання розробки, тестування і модифікацій кожного рівня незалежно від інших.
Рівні утворять ієрархію, відому як стек протоколів, т. Е. Протоколи - фактично стандарти, що регламентують взаємодію рівнів. Кажуть, що протокол регламентіруетодноранговий інтерфейс. т. е. визначає порядок взаємодії рівня з вище - і нижчестоящими рівнями.
Взаємодія рівнів здійснюється шляхом обміну повідомленнями відповідно до визначеного для них протоколом. Повідомлення складаються з заголовка (мова спілкування рівнів) і поля даних (основна інформація).
Протокол регламентує інтерпретацію заголовка і виконання відповідних дій.
Протокольна одиниця даних, PDU
Повідомлення - одиниця інформації прикладного рівня
Дейтаграмма - одиниця повідомлення мережевого рівня
Сегмент - одиниця інформації транспортного рівня
Кадр - одиниця інформації канального рівня
Кожен рівень може виконувати одну або кілька функцій
(1) Контроль помилок (забезпечує підвищення надійності логічного інтерфейсу між рівнями)
(2) Контроль потоку (дозволяє уникнути переповнення каналу зв'язку одиницями даних)
(3) Розбиття та збирання пакетів для зміни розмірів і формату одиниць обміну на різних рівнях
(5) Установка логічного з'єднання між хостами
1. Фізичний рівень реалізується на всіх пристроях, підключених до мережі. Забезпечує передачу неструктурованого потоку бітів по фізичного носія.
Виконує передачу бітів по фізичних каналах, таким, як коаксіальний кабель, кручена пара або оптоволоконний кабель. На цьому рівні визначаються характеристики фізичних середовищ передачі даних і параметрів електричних сигналів.
Функції ФУ реалізуються в основному апаратурою - мережевимиадаптерами і т. Д.
2. Канальний рівень або рівень передачі даних забезпечує надійну передачу інформації з фізичної лінії - посилає блоки (кадр \ фрейм) з необхідною синхронізацією, контролем помилок, управлінням потоком кадрів.
На цьому рівні відбувається пересилання кадру даних між будь-якими вузлами в мережах (ЛЗ) з типовою топологією або між двома сусідніми вузлами в мережах (ГС) з довільною топологією.
- Приймає від Ф. У. послідовність бітів
- направляє дані на мережевий рівень в потрібному форматі.
- Виявлення і корекція помилок - перевірка контрольної суми. повторна передача даних (Frame Check Sequence)
- перевірка доступності середовища, що розділяється (Media Access Control)
Протоколи КУ реалізуються кінцевими і проміжними вузлами - апаратно + програмно.
3. Мережевий рівень реалізує технологію міжмережевоговзаємодії
Про беспечівает доставку даних (пакетів) між будь-якими двома вузлами в мережі з довільною топологією, при цьому він не бере на себе ніяких зобов'язань по надійності передачі даних.
Забезпечує можливість взаємодії ЛАН з різними мережевими технологіями, тим самим забезпечує незалежність верхніх рівнів від технологій передачі даних і комутації, що застосовуються для з'єднань і систем.
Відповідає за встановлення та розрив з'єднань, за управління з'єднаннями.
СУ забезпечує доставку пакета за складеним маршрутом, звертаючись у міру просування до КУ.
Включає - групу протоколів для визначення маршрутів (мережевий рівень) і протоколи, які збирають інформацію про топологію міжмережевих з'єднань (протоколи маршрутизації)
Реалізується програмно і апаратно.
4. Транспортний рівень забезпечує передачу даних між кінцевими точками - будь-яким іншим - з необхідним рівнем надійності. Забезпечує наскрізне відновлення помилок і управління потоком. Для цього на транспортному рівні є кошти встановлення з'єднання, нумерації, буферизації і впорядкування пакетів.
Класи (0-4) транспортного сервісу визначаються вимогами програми та фізичними можливостями передавального каналу.
- Відновлення перерваного зв'язку
Програмна реалізація тут і на інших рівнях.
5. Сеансовий рівень надає засоби управління діалогом між вузлами (сеанс), надає структуру управління для взаємодії додатків, встановлює і розриває з'єднання (сеанси) між додатками, а також надає засоби синхронізації в рамках процедури обміну повідомленнями.
6. Рівень подання виконує різні види перетворення даних, такі як компресія, шифрування, кодування даних. Забезпечує прикладному процесу незалежність від відмінностей в уявленні даних.
Таким чином, при побудові транспортної підсистеми найбільше зацікавлення представляють функції фізичного, канального і мережевого рівнів. тісно пов'язані з використовуваним в даній мережі обладнанням: мережевимиадаптерами, концентраторами, мостами, комутаторами, маршрутизаторами.
Функції прикладного, уявлення і сеансового рівнів реалізуються операційними системами і системними додатками кінцевих вузлів.
Транспортний рівень виступає посередником між цими двома групами протоколів.
Отже - протоколи нижніх рівнів реалізуються сукупністю програмних і апаратних засобів, протоколи вищих рівнів - програмно.
Ефективність всієї системи залежить від:
- Раціональності розподілу функцій між протоколами
Відповідність існуючих стеків еталонної моделі - умовно.
Тільки протоколи ОСІ мають 7 рівнів, що відповідає моделі. Велика складність, т. К. Розробники прагнули врахувати всі наявні на той момент технології.
Стек IPX / IPS оригінальна розробка корпорації Nowell для мережевої ОС Netware (початок 80-х) - до 96р лідер за кількістю встановлених копій.
Далі за 2 роки його наздогнав стек TCP / IP, який з 98г вийшов на лідируючу позицію
Структура стека протоколів сімейства TCP / IP
В кінці 70-х початку 80-х застосування набору протоколів TCP / IP був обмежений Міноборони США, а також НДІ і організаціями, які уклали з ним контракт. Решта світу вітав розробку протоколів OSI - Open System Interconnection - певних свого часу в якості стандарту в рамках даної моделі. Але протягом цього часу стек TCP / IP вирвався з військової бази і швидко завоював комерційний ринок. Цьому сприяло те, що цей набір був уже сформованим і працездатним, що забезпечує високий рівень ефективності, в той час як протоколи OSI все ще перебували в стадії розробки.
Поштовхом до успіху TCP / IP послужило поширення мережі Ethernet, постачальники якої стали включати TCP / IPв свої продукти як для військових, так і для широкого кола покупців.
Архітектура протоколів ТСР \ ІР - результат експериментальних досліджень мережі з комутацією пакетів АРПАНЕТ, головним чином для ГС.
Зазвичай цю архітектуру називають набором (стеком) протоколів.
Він складається з великої кількості протоколів, стандартизованих радою щодо функціонування Інтернету Internet Activities Board
У загальних рисах у взаємодії беруть участь додатки, комп'ютери і мережі.
Стек TCP / IP був розроблений до появи моделі взаємодії відкритих систем OSI, має багаторівневу структуру, відповідність рівнів стека TCP / IP рівням моделі OSI досить умовно.
Фрагментація пакетів для руху по ГС
Економічна система широкомовних розсилок
Відносно високі вимоги до ресурсів
Щодо складне адміністрування
Повний стек протоколів реалізований на хостах.
Проміжні вузли підтримують протоколи нижніх рівнів.
(Рівень IV) ФИЗИЧЕСКИЙ Канальний відповідає фізичному і канальному рівням моделі OSI.
Цей рівень в протоколах TCP / IP не регламентується, але підтримує всі популярні стандарти фізичного і канального рівня: для локальних мереж це Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, для глобальних мереж - протоколи з'єднань "точка-точка" SLIP і PPP, протоколи територіальних мереж з комутацією пакетів X.25, frame relay, ATM.
Організація взаємодії з топологиями мереж, що входять в складену мережу, в термінах TCP / IP, зводиться до:
(1) способу упаковки (розпакування) IP-пакета в (з) одиницю передаються даних,
що TCP / IP стек працює поверх мережі, шляхом додавання специфікацій для підтримки мережевих технологій, що не самі входять в стек TCP / IP.
(Рівень III) - міжмережевий - internet layer це рівень міжмережевої взаємодії, який займається передачею пакетів з використанням технологій ЛЗ, територіальних мереж і т. П.
В якості основного протоколу мережевого рівня використовується протокол IP. який спочатку проектувався як протокол передачі пакетів в складових мережах, що складаються з великої кількості локальних мереж, об'єднаних як локальними, так і глобальними зв'язками.
Протокол IP є дейтаграмним протоколом, тобто він не гарантує доставку пакетів до вузла призначення.
До рівня міжмережевої взаємодії відносяться протоколи маршрутизації, такі як протоколи збору маршрутної інформації RIP (Routing Internet Protocol) і OSPF (Open Shortest Path First), а також протокол міжмережевих керуючих повідомлень ICMP (Internet Control Message Protocol).
ICMP призначений для обміну інформацією про помилки між маршрутизаторами мережі і вузлом - джерелом пакета.
(Рівень II) - ТРАНСПОРТНИЙ - host-to-host-layer забезпечує зв'язок між хостами. Протокол управління передачею TCP (Transmission Control Protocol) і протокол дейтаграм користувача UDP (User Datagram Protocol).
Протокол TCP забезпечує надійну передачу повідомлень між віддаленими прикладними процесами за рахунок утворення віртуальних з'єднань. Клієнт і сервер перед передачею даних обмінюються спеціальними керуючими пакетами (установка логічного з'єднання), а потім вже відбувається основний обмін даними.
- надійність за рахунок підтвердження прийому чергового пакета, інакше повторна пересилання,
- контроль потоку - щоб жодна сторона не перевищила встановлену частоту передачі пакетів,
- контроль перевантаження шляхом зниження дозволеної частоти передачі пакетів.
Протокол UDP забезпечує передачу прикладних пакетів дейтаграмним способом. Це дозволяє значно заощадити час при пересиланні даних, але виграш відбувається за рахунок зниження надійності, т. К. Передавальна сторона не має інформацію про те, чи була передача пакета успішною. Використовується, коли задача надійної передачі даних не ставиться взагалі, або забезпечується іншим рівнем (прикладним) або призначеним для користувача додатком.
(Рівень I) - ПРИКЛАДНОЇ велика кількість протоколів і сервісів прикладного рівня. До них відносяться протокол FTP, telnet, протокол електронної пошти SMTP, гіпертекстові сервіси доступу до вилученої інформації WWW і багато інших.