Слайд 1МДК.01.01
Организация, принципы построения и функционирования компьютерных сетей
2-курс
Занятие 23
Слайд 2Прикладной уровень стека TCP/IP
Слайд 3Прикладной уровень стека TCP/IP
Прикладной уровень стека TCP/IP соответствует трем верхним
уровням модели OSI:
• прикладному,
• представительному,
• сеансовому.
Он
объединяет службы, предоставляемые системой пользовательским приложениям.
За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил большое количество протоколов и служб прикладного уровня.
Слайд 4Прикладной уровень стека TCP/IP
Протоколы прикладного уровня устанавливаются на хостах.
Прикладной
уровень реализуется программными системами, построенными в архитектуре клиент-сервер.
В отличие
от протоколов остальных трех уровней, протоколы прикладного уровня отрабатывают логику приложений и «не интересуются» способами передачи данных по сети.
Они обращаются к протоколам нижних уровней как к некоторому набору инструментов.
Так, клиентская часть протокола прикладного уровня для обмена сообщениями со своей серверной частью, установленной на отдаленном узле составной сети, должна обратиться с запросом к нижележащему транспортному уровню…
Слайд 5Наиболее известные протоколы каждого из уровней стека TCP/IP и взаимосвязь
между ними.
Слайд 6Прикладной уровень стека TCP/IP
Функции прикладного уровня обычно включают идентификацию партнеров
по связи, определение наличия ресурса и синхронизацию связи.
При идентификации
партнеров по связи прикладной уровень определяет подлинность и наличие партнеров по связи для прикладной программы, имеющей данные, готовые к передаче.
При определении наличия ресурса прикладной уровень должен принять решение, существует ли достаточное количество сетевых ресурсов для запрошенной связи.
При синхронизации связи весь обмен данными между прикладными программами требует взаимодействия, которое управлялось бы прикладным уровнем.
Слайд 7Прикладной уровень стека TCP/IP
Функции прикладного уровня:
1) Идентификация и установление наличия
предполагаемых партнеров связи;
2) Синхронизация совместно работающих программ;
3) Установление соотношения по
процедурам устранения ошибок;
4) Управление целостностью информации;
5) Протоколы прикладного уровня определяют, имеется ли в наличии достаточно ресурсов для предполагаемой связи;
6) Отвечает за то, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаема на прикладном уровне другой системы;
Слайд 8Прикладной уровень стека TCP/IP
7) При необходимости осуществляет трансляцию между множеством
форматов представления информации путем использования общего формата и структур данных,
а также согласует синтаксис передачи данных для прикладного уровня;
8) Устанавливает и завершает сеансы взаимодействия между прикладными задачами, управляет этими сеансами, синхронизирует диалог между объектами и управляет обменом информации между ними;
9) Предоставляет средства для отправки информации и уведомления об исключительных ситуациях передачи данных.
Слайд 9Прикладной уровень стека TCP/IP
Почему существуют два транспортных протокола TCP и
UDP, а не один из них?
Дело в том, что
они предоставляют разные услуги прикладным процессам.
Большинство прикладных программ пользуются только одним из них.
Вы можете выбирать тот протокол, который наилучшим образом соответствует вашим потребностям.
Если вам нужна надежная доставка, то лучшим может быть TCP.
Если вам нужна доставка датаграмм, то лучше может быть UDP.
Слайд 10Прикладной уровень стека TCP/IP
Если вам нужна эффективная доставка по длинному
и ненадежному каналу передачи данных, то лучше может подойти протокол
TCP.
Если нужна эффективность на быстрых сетях с короткими соединениями, то лучшим может быть протокол UDP.
Если ваши потребности не попадают ни в одну из этих категорий, то выбор транспортного протокола не ясен.
Слайд 11Прикладной уровень стека TCP/IP
Однако прикладные программы могут устранять недостатки выбранного
протокола.
Например, если вы выбрали UDP, а вам необходима надежность,
то прикладная программа должна обеспечить надежность.
Если вы выбрали TCP, а вам нужно передавать записи, то прикладная программа должна вставлять маркеры в поток байтов так, чтобы можно было различить записи.
Слайд 12Прикладной уровень стека TCP/IP
Прикладной уровень модели OSI обеспечивает сопряжение человека
с сетевыми технологиями, что позволяет пользователям общаться между собой
через сеть.
Другими словами, прикладной уровень создает интерфейс между приложениями конечных устройств при передаче сообщений по сети.
Прикладной уровень представляет собой комплекс программных средств, представленных в двух формах:
- в виде приложений (applications) и
- программ служб сервиса (services).
Слайд 13Прикладной уровень стека TCP/IP
Сопряжение человека с сетью
обеспечивают приложения.
Широко известны
такие приложения этого уровня, как веб-браузеры гипертекстовой информационной службы (World Wide Web – WWW), которые позволяют людям готовить сообщения для передачи по сети и принимать такие сообщения.
Наиболее известными веб-браузерами являются:
- Internet Explorer,
- Mozilla Firefox,
- Google Chrome,
- Opera.
Слайд 14Прикладной уровень стека TCP/IP
Программы служб сервиса готовят
данные для передачи по сети,
обеспечивая эффективное использование ресурсов сети.
Разные типы информации, такие как аудио-, видео-, текстовая информация, требуют различных услуг.
Это происходит потому, что всю эту разнотипную информацию необходимо передать через общую сеть.
Протоколы прикладного уровня определяют правила обмена данными между узлом источником информации и узлом назначения.
Слайд 15Прикладной уровень стека TCP/IP
Каждый вид приложений и сервиса использует свои
протоколы, которые определяют стандарты и форматы передаваемых данных.
Протоколы и
службы прикладного уровня обычно представлены соответствующими серверами.
Однако сервер, как отдельное устройство, может объединять функции нескольких служб сервиса.
Или наоборот, служба одного вида услуг может быть представлена многими серверами разного уровня.
Слайд 16Прикладной уровень стека TCP/IP
Наиболее распространенными протоколами и
службами прикладного уровня являются:
• протоколы
электронной почты:
- Simple Маil Transfer Protocol – SMTP,
- Post Office Protocol – POP,
- Internet Messaging Access Protocol – IMAP;
• протокол передачи гипертекстовой информации, или веб-сервер (Hypertext Transfer Protocol – HTTP);
Слайд 17Прикладной уровень стека TCP/IP
• протокол передачи файлов (File Transfer
Protocol – FTP);
• простой протокол передачи файлов (Trivial FTP
– TFTP);
• система доменных имен (Domain Name System – DNS);
• протоколы удаленного доступа (Telnet и SSH), обеспечивающие виртуальное соединение с удаленными сетевыми устройствами;
• протокол динамического назначения адресов узлов (Dynamic Host Configuration Protocol – DHCP).
Слайд 18Прикладной уровень стека TCP/IP
Таким образом, приложения
прикладного уровня обеспечивают
интерфейс (сопряжение) человека с сетью.
Службы сервиса используют программные средства протоколов, чтобы подготовить информацию для передачи по сети.
Существуют две модели построения сети:
1. модель «клиент-сервер»;
2. модель соединения равноправных узлов сети (peer-to-peer).
Слайд 19Прикладной уровень стека TCP/IP
В сети peer-to-peer связанные
через сеть конечные узлы разделяют
общие ресурсы (принтеры, файлы) без выделенного сервера.
Каждое конечное устройство (peer) может функционировать либо как сервер, либо как клиент.
Компьютер может выполнять роль сервера для одного соединения и роль клиента для другого.
Слайд 20Прикладной уровень стека TCP/IP
Согласно модели «клиент-сервер» клиент
запрашивает информацию, пересылая запрос выделенному
серверу (upload), который в ответ на запрос посылает (download) файл, принимаемый клиентом.
Следовательно, клиент инициирует процесс обмена информацией в среде «клиент-сервер» и получает от сервера требуемую информацию.
Главным достоинством модели «клиент-сервер» является централизация управления сетью и обеспечение безопасности.
Слайд 21Протоколы передачи электронной почты
Слайд 22Протоколы передачи электронной почты
При передаче электронной почты и взаимодействии почтовых
серверов между собой используется простой протокол
передачи почты (Simple Mail Transfer Protocol – SMTP).
Номер порта у него – 25 (по умолчанию). Этот порт не безопасен.
Порт 465 – порт для безопасного соединения.
Для получения клиентом сообщения с сервера используется протокол почтового отделения (Post Office Protocol – POP) с номером порта 110 (порт по умолчанию).
Этот порт не является безопасным.
Для безопасного соединения используется порт 995.
Слайд 23Протоколы передачи электронной почты
Либо возможно использование протокола доступа к сообщениям
(Internet Messaging Access Protocol – IMAP).
В то время как POP
позволяет доступ к почте только с одного приложения, IMAP позволяет доступ из множества клиентов.
По этой причине, IMAP наиболее адаптивен в тех случаях, когда доступ к одному почтовому аккаунту необходим для нескольких пользователей.
По умолчанию, протокол IMAP использует следующие порты:
Порт 143. Не безопасен.
Порт 993 – для безопасного соединения.
Слайд 25Протоколы передачи электронной почты
На рисунке приведена модель «клиент-сервер» в
службе электронной почты.
При пересылке
почты от клиента на сервер используется протокол SMTP.
При этом происходит процесс upload.
Когда почтовый сервер получает сообщение, предназначенное для клиента, он хранит это сообщение и ждет, когда адресат назначения заберет свою почту.
Почтовые клиенты забирают сообщения (процесс download), используя один из сетевых протоколов.
Слайд 26Протоколы передачи электронной почты
Почтовые серверы общаются друг с другом, используя
протокол SMTP, который транспортирует почтовые сообщения
в текстовом формате, используя TCP.
Протокол SMTP характеризуется низким уровнем защиты информации, поэтому серверы предоставляют услуги только пользователям своей сети.
В процессе подготовки электронной почты люди применяют клиентское приложение, называемое Агентом пользователя (Mail User Agent – MUA).
Приложение MUA позволяет посылать сообщения и помещать полученные сообщения в почтовый ящик клиента.
Слайд 28Протоколы передачи электронной почты
При передаче сообщений
между серверами используется
Агент передачи почты (Mail Transfer Agent – MTA).
Агент передачи почты (МТА) получает сообщения от Агента пользователя (MUA) или от другого Агента передачи почты (МТА) и передает их по сети.
Агенты МТА применяют протокол SMTP для передачи электронной почты между серверами.
Если сообщение из сервера может быть отправлено сразу клиенту локальной сети, то подключается Агент доставки почты (Mail Delivery Agent – MDA).
Агент MDA получает прибывающую почту от МТА и помещает ее в соответствующие почтовые ящики пользователей, используя протокол POP.
Слайд 30Протокол HTTP
Самым распространенным протоколом
прикладного уровня в
настоящее время является протокол передачи гипертекстовой информации (Hypertext Transfer Protocol – HTTP).
Он работает в сети Интернет.
Его основным приложением является веб-браузер.
Веб-браузер отображает данные на веб-страницах, используя:
• текст,
• графику,
• звук,
• видео.
Слайд 31Протокол HTTP
Веб-страницы создаются с применением языка разметки гипертекста
Hypertext Markup Language (HTML).
Этот
язык определяет местоположения для размещения текста, файлов и объектов, которые должны быть переданы от сервера по сети до веб-браузера.
Номер порта протокола HTTP – 80.
Он функционирует совместно с протоколом транспортного уровня TCP.
Слайд 32Протокол HTTP
В ответ на запрос сервер посылает клиенту сети:
• текст,
• аудио- ,
• видео-
,
• графические файлы,
указанные в командах HTML.
Браузер клиента повторно собирает все файлы, чтобы создать изображение веб-страницы, которая представляется пользователю.
Слайд 33Протокол HTTP
Протокол HTTP характеризуется сравнительно
невысоким уровнем безопасности, поскольку
передаваемые по сети сообщения не зашифрованы.
Для повышения уровня безопасности передачи сообщений через Интернет был разработан протокол HTTP Secure (HTTPS).
В этом протоколе используется процесс криптографирования данных (encryption) и аутентификации (authentication), что существенно повышает уровень безопасности.
Номер порта протокола HTTPS – 443.
Слайд 34Протоколы передачи файлов FTP и TFTP
Слайд 35Протоколы передачи файлов FTP и TFTP
Протокол передачи файлов (File Transfer
Protocol – FTP) – служба, ориентированная на
предварительное соединение (connection-oriented).
Она взаимодействует с протоколом транспортного уровня TCP.
Главная цель протокола FTP состоит в том, чтобы передавать файлы от одного компьютера другому или копировать и перемещать файлы от серверов клиентам и от клиентов серверам.
Слайд 36Протоколы передачи файлов FTP и TFTP
Это является главным
отличием от протокола HTTP, который
позволяет клиенту «скачивать» файлы с сервера, но не позволяет пересылать файлы на сервер.
Протокол передачи файлов FTP сначала устанавливает соединение между клиентом и сервером, используя команды запроса клиента и ответы сервера.
При этом номер порта – 21.
Затем производится обмен данными, тогда используется номер порта 20.
Слайд 37Протоколы передачи файлов FTP и TFTP
Передача данных
может производиться в режиме кода ASCII (American
standard code for information interchange) или в двоичном коде.
ASCII – название таблицы (кодировки, набора), в которой некоторым распространённым печатным и непечатным символам сопоставлены числовые коды.
Эти режимы определяют кодирование, используемое для файла данных, которое в модели OSI является задачей представительного (presentation) уровня.
После завершения передачи файла соединение для передачи данных заканчивается автоматически.
Управление сеансом связи происходит на сеансовом (Session) уровне модели OSI.
Слайд 38Протоколы передачи файлов FTP и TFTP
Простой протокол передачи файлов (Trivial
File Transfer Protocol – TFTP) — служба без установления
соединения (connectionless).
Она работает совместно с протоколом транспортного уровня (User Datagram Protocol – UDP).
Протокол TFTP применяется на маршрутизаторах, чтобы передавать файлы конфигурации операционной системе Cisco IOS, а также для передачи файлов между системами, которые поддерживают TFTP.
Слайд 39Протоколы передачи файлов FTP и TFTP
Протокол TFTP
характеризует простота и
малый объем программного обеспечения.
Он может читать или записывать файлы при соединении с сервером.
При этом он не ведёт списки и каталоги.
Поэтому протокол TFTP работает быстрее, чем протокол FTP.
Слайд 41Наиболее известные протоколы каждого из уровней стека TCP/IP и взаимосвязь
между ними.
Слайд 42Система доменных имен DNS
Система доменных имен (Domain Name
System – DNS) используется в Интернете для
того, чтобы переводить имена сайтов или доменов в числовые значения IP-адреса.
Людям легче запомнить доменное имя, например, ссылка:
http://www.cisco.com,
чем числовой адрес:
198.133.219.25.
Слайд 43Система доменных имен DNS
Кроме того, числовые
адреса могут со временем меняться.
Например, в настоящее время указанный выше числовой адрес сайта ссылка:
http://www.cisco.com
изменен на 72.163.4.161.
Поскольку в ряде случаев требуется знание числового адреса, хост может обратиться к DNS-серверу и по имени получить соответствующий адрес.
DNS использует распределенный набор серверов разного уровня иерархии, чтобы получить соответствие между именем и числовым адресом.
Слайд 44Система доменных имен DNS
Операционные системы компьютеров
содержат утилиту nslookup, которая позволяет
пользователю вручную запрашивать имя сервера и идентифицировать название хоста.
Когда клиент делает запрос, локальный сервер сначала проверяет собственные записи.
Если соответствующих пар «имя-адрес» у него нет, то он связывается с другими серверами DNS более высокого уровня иерархии.
Чтобы воспользоваться утилитой nslookup, нужно войти в режим командной строки:
Пуск –> Программы –> Стандартные –> Командная строка
Слайд 45Система доменных имен DNS
Рассмотрим пример выполнения команды nslookup,
которая позволяет пользователю вручную
запросить адрес DNS-сервера.
1. По команде nslookup был получен адрес DNS-сервера – 10.0.6.10.
C:\Documents and Settiigs\User1>nslookup
*** Can't find server name for address 10.0.6.10: Non-existent domain
**** Can't find server name for address 10.0.5.10: Non-existent domain
*** Default servers are not available
Default Server: UnKnoun
Address: 10.0.6.10
Слайд 46Система доменных имен DNS
2. Затем был произведен
запрос адреса сайта www.cisco.com, IP-адрес которого
– 23.23.26.219.
> www.cisco.com
Server: UnKnoun
Address: 10.0.6.10
Non-authoritative answer:
Name: origin-www.cisco.com
Address: 23.23.26.219
Aliases: www.cisco.com, www.cisco.com.akadns.net
wwwds.cisco.com.edgekey.net
Слайд 48Система доменных имен DNS
3. Был запрошен адрес сайта ссылка: http://www.cisco.netacad.net
– 72.163.6.223.
> cisco.netacad.net
Server: UnKnoun
Address: 10.0.6.10
Non-authoritative answer:
Name: cisco.netacad.net
Address: 72.163.6.223
Служба прикладного уровня DNS характеризуется номером порта 53 и взаимодействует как с протоколом транспортного уровня TCP, так и с протоколом UDP.
Слайд 50Протокол динамического назначения адресов узлов
DHCP
Слайд 51Протокол динамического назначения адресов узлов
DHCP
Всем устройствам, которые обмениваются сообщениями
через сеть Интернет, необходимы уникальные IP-адреса.
Эти адреса могут назначаться в статическом или динамическом режиме.
В статическом режиме адреса вручную назначает администратор при конфигурировании устройства.
Рекомендуется назначать статические IP-адреса на:
• маршрутизаторы,
• серверы,
• сетевые принтеры и другие устройства, адреса которых меняются редко.
Слайд 52Протокол динамического назначения адресов узлов
DHCP
В то же время адреса рабочих станций могут изменяться достаточно
часто.
Некоторые пользователи выходят в Интернет эпизодически, поэтому им нужны IP-адреса от случая к случаю.
Протокол динамического назначения адресов узлов (Dynamic Host Configuration Protocol – DHCP) позволяет автоматизировать процесс назначения IP-адресов рабочим станциям из диапазона, предоставленного администратору провайдером.
Слайд 53Протокол динамического назначения адресов узлов
DHCP
Динамическое назначение адресов протоколом
DHCP производится по запросу клиента на определенный промежуток времени, для продления которого пользователь должен периодически обращаться к серверу.
При освобождении IP-адреса возвращаются DHCP-серверу, который перераспределяет их.
При повторном запросе клиента, освободившего IP-адрес, сервер пытается назначить ранее использовавшийся адрес.
Помимо IP-адреса протокол DHCP предоставляет пользователю еще целый ряд параметров (маску подсети, шлюз по умолчанию, IP-адрес сервера DNS и др.)
Слайд 54Контрольные вопросы
Что такое DNS? Для чего предназначена служба DNS? Что
такое домен?
Что такое маска подсети? Зачем она нужна? Что называют
префиксом?
Каково максимальное количество ip-адресов подсети с маской 255.255.255.0 и каково максимальное количество хостов подсети с этой маской? Почему?
Какова маска хоста подсети с ip-адресом 210.210.1.2/30? Сколько ip-адресов может быть в этой подсети? Как это определить?
Слайд 55Список литературы:
Компьютерные сети. Н.В. Максимов, И.И. Попов, 4-е издание, переработанное
и дополненное, «Форум», Москва, 2015.
Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы, В.
Олифер, Н. Олифер (5-е издание), «Питер», Москва, Санк-Петербург, 2016.
Компьютерные сети. Э. Таненбаум, 4-е издание, «Питер», Москва, Санк-Петербург, 2003.
Построение сетей на базе коммутаторов и маршрутизаторов / Н.Н. Васин, Национальный Открытый Университет «ИНТУИТ», 2016.
Компьютерные сети : учебное пособие / А.В. Кузин, 3-е издание, издательство «Форум», Москва, 2017.
https://www.intuit.ru/studies/professional_retraining/942/courses/2/lecture/50?page=2
https://studwood.ru/1142167/informatika/prikladnoy_uroven_steka_tcpip
Слайд 56Благодарю за внимание!
Преподаватель: Солодухин Андрей Геннадьевич
Электронная почта: asoloduhin@kait20.ru
