Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 200 8 Net

курсам "Сети ЭВМ и телекоммуникации", "Сетевые технологии (на англ. языке)"

выложены на
http://dims.karelia.ru/~alexmou/

Литература для самостоятельного освоения:
http://www.citforum.ru/
http://www.osp.ru/

Rev. 1.00 / 10.01.2008

Мощевикин Алексей Петрович

к.ф.-м.н., доцент кафедры информационно-измерительных
систем и физической электроники (ФТФ ПетрГУ)
alexmou@lab127.karelia.ru

быть описана так (сверху-вниз):

прикладное программное обеспечение (ПО) пользователя;
операционная система;
драйверы;
аппаратура.
Петрозаводский гос.

университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

г.  OSI/RM  метод описания сетевых сред и открытых

архитектур.
Цель: стандартизация и простота написания драйверов определенного уровня, возможность организации стеков протоколов.

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

канальный уровень делится на два подуровня:
LLC - Logical Link Control

(подуровень управления логической связью)
MAC - Medium Access Control (контроль доступа к среде передачи)

Различия у сетевых архитектур находятся на канальном (MAC-подуровень) и физическом уровнях.

Project 802 разрабатывался для канального и физического уровней.
LLC:
 802.2,
MAC:
 802.3 (CSMA/CD),
 802.4 (шинная сеть с передачей маркера),
 802.5 (кольцо с передачей маркера),
 802.12 (по приоритету доступа).

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

Technologies

байт (бит),
транспортный - сегмент данных,
сетевой - пакет,
канальный - кадр.

Перед подачей

в сеть все данные разбиваются на пакеты. На каждом уровне к пакету добавляется доп. форматирующая или адресная информация. На принимающей стороне по мере поднимания пакета по уровням эта информация отсекается.

Сетевая карта обеспечивает формирование пакетов (> пакет > пакет > пакет >), их передачу и сбор с контролем ошибок.
Основные компоненты пакета: адрес источника, адрес места назначения, передаваемые данные, инструкции о дальнейшем маршруте, информация по сбору фрагментированного пакета из кадров, информация для коррекции ошибок передачи.

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

адреса источника и получателя, инфа, синхронизующая передачу),
данные (от 512

байт до 4кб),
трейлер (CRC поле, после получения также вычисляется контрольная сумма и сравнивается с исходной).

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

машин (прозрачное взаимодействие на нижних уровнях).
ПРИКЛАДНОЙ
ПРЕДСТАВИТ.
СЕАНСОВЫЙ
ТРАНСПОРТНЫЙ
СЕТЕВОЙ
КАНАЛЬНЫЙ
ФИЗИЧЕСКИЙ
ПРИКЛАДНОЙ
ПРЕДСТАВИТ.
СЕАНСОВЫЙ
ТРАНСПОРТНЫЙ
СЕТЕВОЙ
КАНАЛЬНЫЙ
ФИЗИЧЕСКИЙ
Формирование пакета происходит последовательно

на всех уровнях, при получении пакета  отсечение.

Среда передачи

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

2008
Net Technologies

протокол управления передачей/межсетевой протокол) в отличие от OSI/RM содержит всего

4 уровня: I – прикладной, II – транспортный, III – межсетевой, IV – физический (физического интерфейса). Все они в той или степени соответствуют уровням идеальной модели, т. е. выполняют похожие функции.

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

группах Windows, др. системы символьной адресации), адресация в глобальных и

локальных сетях
2. сетевой уровень (IP, IPX адреса), адресация в глобальных сетях
3. канальный уровень (МАС адрес), адресация в локальных сетях

Службы:

ARP/RARP (Address Resolution Protocol) – 2-3
DNS (Domain Name Service) – 1-2
Возможны службы для связи систем адресации 1-3

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

физического и канального уровней модели OSI/RM.
Скорость передачи данных –

10 Мбит/с, 100 Мбит/с (Fast Ethernet), 1 Гбит/с (Gigabit Ethernet), 10 Гбит/с (10 Gigabit Ethernet). Внутри каждой спецификации существует еще несколько подвидов (например, 100Base-TX, 100Base-FX для Fast Ethernet), характеризуемых разными видами подключения к среде передачи (оптоволокно, витая пара, коаксиальный кабель), а также методами кодирования сигнала и включением/выключением тех или иных коммуникационных опций.
Как уже было сказано, на канальном уровне все устройства имеют свой адрес, обычно определенный аппаратно. В технологии Ethernet в качестве адреса используется 6-байтовый идентификатор МАС (medium access control, например, 00:00:C0:5E:83:0E).
Различают широковещательные (broadcast), уникальные (unicast) MAC-адреса и МАС-адреса групповой рассылки (multicast).

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

– адрес источника (source address, 6 байтов);
L/T – длина или

тип кадра (Length/Type, 2 байта);
Data – данные верхнего уровня (например, IP уровня, 46–1500 байтов);
CRC – поле контрольной суммы (Cyclical Redundancy Check, 4 байта).

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

данные (46–1500 байтов) будут переданы обработчику верхнего уровня только в

случаях, если адрес назначения, установленный в поле DA, широковещательный, либо он совпадет с уникальным МАС-адресом принимающей станции.

Однако каждый адаптер Ethernet может быть переведен в режим, в котором будут обрабатываться все кадры, поступающие из среды передачи. На английском языке такой режим носит название "promiscuous", что переводится как "безразличный" или "неразборчивый". Этим свойством сетевых адаптеров можно пользоваться, например, для создания программных анализаторов сетевого трафика (tcpdump).

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

(значения в диапазоне 0-255) отделяется от соседнего точкой. Всего в

Интернете возможно существование менее 232 хостов (сетевых интерфейсов). Выделение хоста в сети позволяет придерживаться четкой двухуровневой иерархической структуры.
На данный момент существует бесклассовая система адресации (Classless Internet Domain Routing), характеризуемая любой длиной номера сети и хоста в пределах 32 бит.

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

- адрес данного узла, разрешается только при загрузке системы, не

может быть адресом назначения.
Поле адреса сети = 0 (например, 0.0.0.134) - узел 134 принадлежит данной сети.
Весь адрес состоит из 1 (255.255.255.255) - ограниченное в пределах локальной сети (на канальном уровне, до первого маршрутизатора) широковещание (не может быть адресом отправителя).
В поле хоста все 1 (например, 135.202.255.255 для сети класса В) - то широковещание в конкретной сети (не может быть адресом отправителя).
127.хх.хх.хх (например, 127.0.0.1) - localhost, loopback, обратная связь (никогда не передается в сеть, используется для тестирования стека TCP/IP на данном компьютере).
Закрытые сети (синонимы: частная сеть, сеть интранет, нереальные IP адреса, серые IP адреса, нетранслируемые в Интернет IP адреса) - для соответствующих классов сетей IP адреса в следующих диапазонах:
10.0.0.0 - 10.255.255.255
172.16.0.0 - 172.31.255.255
192.168.0.0 - 192.168.255.255

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

за номер сети от части, идентифицирующей номер хоста в данной

сети.
Использование: маршрутизация и ограниченное широковещание.
Маска IP - это неразрывный последовательный бинарный ряд логических 1, оканчивающийся неразрывным рядом 0 общей длиной 32 бита.
Например,
маска IP адреса класса А: 11111111 00000000 00000000 00000000
маска IP адреса класса В: 11111111 11111111 00000000 00000000
маска IP адреса класса С: 11111111 11111111 11111111 00000000
маска длиной в 22 бита: 11111111 11111111 11111100 00000000
Иногда значение маски пишется справа после IP адреса через слеш и обозначает битовую длину части адреса, отвечающего за IP сеть, например: 134.171.0.14/25.

Выделением IP адресов в глобальном адресном пространстве ведает InterNIC (Network Information Center), в России - РосНИИРОС (Российский научно-исследовательский институт развития общественных сетей).

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

также адрес ограниченного в пределах данной сети широковещания?
Для этого необходимо

наложить побитно маску сети на заданный IP адрес и проделать некоторые арифметические действия.

Пример 1.
Дано:
IP адрес 192.168.31.240, сеть класса С (маска в 24 бита).
Найти:
номер сети, номер узла в сети, а также адрес ограниченного в пределах данной сети широковещания.

IP адрес 11000000 10101000 00011111 11110000
маска 11111111 11111111 11111111 00000000 (255.255.255.0)
---------------------------------------------------------------------------
номер сети 11000000 10101000 00011111 00000000 (192.168.31.0)
номер хоста 00000000 00000000 00000000 11110000 (0.0.0.240)
адрес широковещ. 11000000 10101000 00011111 11111111 (192.168.31.255)

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

бита.
IP адрес 00001100 11001000 00010001 11110010
маска 11111111 11111111 11111110 00000000 (255.255.254.0)
---------------------------------------------------------------------------
номер сети 00001100

11001000 00010000 00000000 (12.200.16.0)
номер хоста 00000000 00000000 00000001 11110010 (0.0.1.242)
адрес широковещ. 00001100 11001000 00010001 11111111 (12.200.17.255)

Пример 3.
IP адрес 12.200.17.242, сеть с маской в 29 бит.
IP адрес 00001100 11001000 00010001 11110010
маска 11111111 11111111 11111111 11111000 (255.255.255.248)
---------------------------------------------------------------------------
номер сети 00001100 11001000 00010001 11110000 (12.200.17.240)
номер хоста 00000000 00000000 00000000 00000010 (0.0.0.2)
адрес широковещ. 00001100 11001000 00010001 11110111 (12.200.17.247)

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

ARP (Address Resolution Protocol) и RARP (Reversed ARP). Сетевой IP адрес

не связан с МАС адресом, как это сделано в IPX.
ARP: широковещательный запрос требуемого МАС адреса по известному IP адресу. ARP таблица (arp -a). RARP используется при старте бездисковых станций.
Формат ARP/RARP пакета (инкапсулируется в кадр канального уровня)

При ARP запросе поле "искомый MAC адрес" оставляют незаполненным. Значение этого поля заполняется узлом, опознавшим свой IP.

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

уровня, чаще всего его заголовки являются вложенными в кадр IEEE

802.2.

Версия (IPv4)
длина заголовка в 32 бит. словах
тип сервиса (для интеллектуальных маршрутизаторов, PPPDTRхх, P - приоритет (для будущего), D,T,R - запрашиваются мин. задержки, макс. пропускная способность, макс. надежность)

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

- MF - еще фрагменты. (Использование - для определения MTU

- Maximal Transfer Unit).
Time to live – время жизни пакета в секундах. Это время уменьшается на количество секунд задержки на каждом маршрутизаторе или на 1 при любом переходе через маршрутизатор. Поле TTL введено для устранения бесконечного блуждания пакетов по Сети (например, в случае неправильной конфигурации маршрутизаторов и возникновения логических колец).
Опции IP (если есть) - для тестирования или отладки сети (например, запись маршрута или обязательное прохождение по маршруту).

Минимальный размер заголовков IP уровня - 20 байт.

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

поле данных IP уровня. UDP - протокол негарантированной доставки данных

(транспортный и сеансовый уровни модели OSI/RM).

UDP используется для отсылки данных некритичных к потере информации приложений (DNS запросы-ответы, ICQ, TFTP, игровые сервисы типа Quake).
Также UDP почти всегда используется для рассылки групповых IP датаграмм. Некоторые IP адреса класса D статически закреплены за разными сервисами, например 224.0.0.1 означает "все системы в этой подсети", а 224.0.0.2 - "все маршрутизаторы в этой подсети". Групповой адрес 224.0.1.1 предназначен для сетевого протокола времени (NTP - Network Time Protocol), а 224.0.0.9 для RIP-2. В случае групповой рассылки датаграмм с использованием адресации класса D три младшие байта IP адреса также записываются в три младшие байта адреса назначения кадра групповой рассылки канального уровня (для Ethernet).

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

(всего 65536 портов).
Порты разделяют на именованные (закрепленные соответствующими RFC за

определенными сервисами) и неименованные.
Т.к. контрольная сумма в заголовках IP уровня охватывает только заголовок, на TCP и UDP уровнях необходимо контролировать качество самих переданных данных.

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

заботиться о размере получившейся в результате IP датаграммы (лишь бы

она не выходила за пределы 64кб, максимального размера). Если она по размеру больше, чем MTU для данной сети, IP датаграмма будет фрагментирована. На рисунке приведен пример фрагментации поверх Ethernet.

пакет 1

пакет 2

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

поле данных IP уровня, т.е. в IP датаграмму. TCP -

протокол гарантированной доставки данных по предустановленному виртуальному соединению (транспортный и сеансовый уровни модели OSI/RM).

Единицей данных протокола TCP является сегмент. Оба участника соединения должны договориться о максимальном размере сегмента, который они будут использовать. Этот размер выбирается таким образом, чтобы при упаковке сегмента в IP-пакет он помещался туда целиком, то есть максимальный размер сегмента не должен превосходить максимального размера поля данных IP-пакета. Максимальный размер сегмента не должен превышать минимальное значение на множестве всех MTU промежуточных IP сетей.
TCP строит пакеты, упаковывая их в сегменты, устанавливает тайм-ауты в момент отправки, подтверждает принятые данные, меняет их порядок в случае хаотического прибытия (вследствие различных путей датаграмм), отбрасывает дублированные данные, осуществляет контроль потока данных, рассчитывает и проверяет контрольную сумму.

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

переданном потоке в одном направлении. При установлении нового соединения значения

этого поля содержит исходный номер последовательности (выбирается псевдослучайным образом).
Поле номер подтверждения содержит номер последнего успешно принятого байта +1.

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

длина TCP заголовка - 60 байт).
Битовые флаги:
URG - флаг срочности

(запрет ожидания заполнения исходящего буфера при передаче), используется совместно с указателем срочности (смещением, складываемым с номером последовательности). Флаг используется, например, при нажатии CTRL+C в режиме telnet.
ACK - указатель подтверждения приема
PSH - получатель должен передать данные приложению как можно быстрее (используется очень часто для уменьшения времени передачи информации).
RST - сброс соединения.
SYN - сигнал установления соединения.
FIN - отправитель заканчивает отсылку данных.
Контроль потока данных на каждой стороне TCP соединения производится с использованием окна (0-65535 байт). Это количество байт, начинающееся с указанного в поле номера подтверждения, которое приложение собирается принять.

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

win 4096 2 0.002402 (0.0024) bsdi.discard > svr4.1037: S 182308000:182308000

(0)                                                ack 1415531522 win 4096
3 0.007224 (0.0048) svr4.1037 > bsdi.discard: . ack 182308001 win 4096 4 4.155441 (4.1482) svr4.1037 > bsdi.discard: F 1415531522:1415531522 (0)                                                ack 182308001 win 4096 5 4.156747 (0.0013) bsdi.discard > svr4.1037: . ack 1415531523 win 4096 6 4.158144 (0.0014) bsdi.discard > svr4.1037: F 182308001:182308001 (0)                                                 ack 1415531523 win 4096 7 4.180662 (0.0225) svr4.1037 > bsdi.discard: . ack 182308002 win 4096

Выше представлен дамп трафика (7 пакетов), сгенеренный программой tcpdump.
Первые три пакета передаются для установления соединения с битом SYN, размер окна 4096 байт, значение максимальной длины сегмента (связана с MTU) передается в поле опций (только в первых пакетах).
Для последовательного двустороннего разрыва TCP соединения необходимо переслать по сети 4 пакета с битами FIN и ответом на них ACK. Т.к. TCP соединение носит полнодуплексный характер (данные могут передвигаться в каждом направлении независимо от другого), каждое направление может быть закрыто независимо от другого.
(Точка на месте флагов указывает на отсутствие флагов SYN, FIN, RST, PSH).

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

компьютеру 2, то ему необходимо ее подготовить, инкапсулировать в кадр

канального уровня и отправить его в среду передачи через свой единственный физический интерфейс.

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

иметь устройство, функционирующее на физическом уровне. Благодаря переключению сетевого адаптера

в режим promiscuous возможно создать программный анализатор трафика (или, например, программу перехвата паролей).

Hub

Hub

Switch

Router

Hub – репитер
Switch – коммутатор
Router - маршрутизатор

Hub

Switch

Возможный
контроль
трафика

Сетевой уровень OSI/RM

Канальный уровень OSI/RM

Физический уровень OSI/RM

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies

отвечающее за безопасность внутренних сетей предприятия (Intranet).
Hub
Hub
Switch
Router
Hub
Switch
Router/
Firewall/
Proxy/
Logger
Internet
Сетевой уровень OSI/RM
Канальный уровень

OSI/RM

Физический уровень OSI/RM

Петрозаводский гос. университет, Алексей Мощевикин, 2008

Net Technologies