В13. Компьютерная сеть. Семиуровневая модель структуры протоколов связи.

Компьютерная (вычислительная) сеть – совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных. Распределенная обработка данных – обработка данных, выполняемая на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему.

Компьютерные сети бывают глобальными, региональными (расстояние десятки-сотни км) и локальными.

В открытой модели взаимодействия участвую ПК с любой ОС и платформой. Используется международный стандарт сетевого взаимодействия OSI (Open system interconnected), принятый ISO. В сети взаимодействую программы (приложения). Выделяют 7 уровней OSI:

1 уровень: физический (аппаратура): сетевая карта взаимодействует со средой передачи (кабель).

2 уровень: канальный: протокол Ethernet, arp

3 уровень: сетевой: решается вопрос адресации (куда направить данные) вопрос маршрутизации, фрагментации данных (если больше 1500 байт). Протокол IP

4 уровень: транспортный: организация передачи данных и проверка, пришли ли они неискаженными и дошли ли они вообще. Протокол TCP, UDP.

5 уровень: сеансовый: организует связь при передачи данных. Протокол TCP.

6 уровень: представления данных: информация нормально воспринимается с разных платформ. Протокол http, Telnet, ftp, SMTP, POP3, DNS.

7 уровень: прикладной (приложений). Протокол http, Telnet, ftp, SMTP, POP3, DNS.

Основным, с точки зрения пользователя, является прикладной уровень. Этот уровень обеспечивает выполнение прикладных процессов пользователей. Наряду с прикладными протоколами, он определяет протоколы передачи файлов, виртуального терминала, электронной почты.

Следующий (шестой) уровень называется представительным (уровень представления данных). Он определяет единый для всех систем синтаксис передаваемой информации. Необходимость данного уровня обусловлена различной формой представления информации в сети передачи данных и компьютерах. Этот уровень играет важную роль в обеспечении “открытости” систем, позволяя им общаться между собой независимо от их внутреннего языка.

Пятый уровень называют сеансовым, так как основным его назначением является организация сеансов связи между прикладными процессами различных рабочих станций. На этом уровне создаются порты для приема и передачи сообщений и организуются соединения — логические каналы между процессами. Необходимость протоколов этого уровня определяется относительной сложностью сети передачи данных и стремлением обеспечить достаточно высокую надежность передачи информации.

Четвертый, транспортный уровень (уровень сквозной передачи) служит для передачи данных между двумя взаимодействующими открытыми системами и организации процедуры сопряжения абонентов сети с системой передачи данных. На этом уровне определяется взаимодействие рабочих станций — источника и адресата данных, организуется и поддерживается логический канал (транспортное соединение) между абонентами.

Третий, сетевой уровень, предназначен для маршрутизации информации и управления сетью передачи данных. В отличие от предыдущих, этот уровень в большей степени ориентирован на сеть передачи данных. Здесь решаются вопросы управления сетью передачи данных, в том числе маршрутизация и управление информационными потоками.

Канальный уровень обеспечивает функциональные и процедурные средства для установления, поддержания и расторжения соединений на уровне каналов передачи данных. Процедуры канального уровня обеспечивают обнаружение и, возможно, исправление ошибок, возникающих на физическом уровне.

Физический уровень обеспечивает механические, электрические, функциональные и процедурные средства организации физических соединений при передаче бит данных между физическими объектами.

В14. Организационная структура Internet. Протоколы Internet (TCP и UDP). Основные сервисы Internet (DNS, FTP, HTTP, SNMP, POP3, SNTP).

Организационную основу Интернета составляет система адресации. Каждый узел Интернета имеет свой постоянный адрес, отличающий его от всех других. Как правило, в Интернете используются три способа адресации.

Символьные адреса или доменные имена

Эти адреса предназначены для запоминания людьми и поэтому обычно несут смысловую нагрузку. Символьные адреса легко использовать как в небольших, так и крупных сетях. Для работы в больших сетях символьное имя может иметь сложную иерархическую структуру. (Например, http://www.ed.gov.ru/edusupp/metodobesp/. Этот адрес указывает на то, что компьютер с именем edusupp является хранилищем архива документов Федерального агентства по образованию (папка с именем metodobesp). Он включен в сеть Министерства образования и науки РФ, серверу которого присвоено имя ed.gov., и этот сервер зарегистрирован в русскоязычной части Интернета - ru.)

Числовые составные адреса (IP-адреса)

Символьные имена удобны для людей, но из-за переменного формата и потенциально большой длины их передача по сети не очень экономична. Поэтому во многих случаях для работы в больших сетях в качестве адресов узлов используют числовые составные адреса. Эти адреса имеют фиксированный и компактный формат. В них поддерживается двухуровневая иерархия, адрес делится на старшую часть - номер сети и младшую - номер узла. Такое деление позволяет передавать сообщения между сетями только на основании номера сети, а номер узла используется только после доставки сообщения в нужную сеть; точно так же, как название улицы используется почтальоном только после того, как письмо доставлено в нужный город. IP-адрес представляет собой последовательность из четырех чисел, разделенных точками. Для записи каждого из них используется один байт - 8-ми разрядное двоичное число. Иногда для его обозначения используется термин «октет». Таким образом, каждый октет может принимать значение от 0 до 255.

URL - это адрес любого ресурса в Интернете вместе с указанием того, с помощью какого протокола следует к нему обращаться. В общем случае запись такого адреса имеет вид:

<протокол>://<логин>:<пароль>@<хост>:<порт>/<URL-путь>

Элементы этой записи имеют следующее значение:

протокол - набор правил, позволяющий осуществлять соединение и обмен данными между двумя включёнными в сеть компьютерами;

логин - имя пользователя, используемое для доступа к ресурсу

пароль – набор символов, идентифицирующий пользователя, при проверке его права доступа к данному ресурсу;

хост - IP-адрес хоста в форме четырёх десятичных чисел (в диапазоне от 0 до 255), разделённых точками или его полностью прописанное доменное имя хоста в системе DNS;

порт - порт хоста для подключения;

URL-путь - уточняющая информация о месте нахождения ресурса

На транспортном уровне модели OSI выделяют 2 интернет протокола:

Интернет протокол TCP

Интернет протокол UDP

Интернет протокол TCP (Transmition Control Protocol)обеспечивает гарантированную передачу данных до узла назначения. А второй протокол UDP (User Datagram Protocol) соответственно не гарантирует доставку дейтаграммы до узла назначения. Термином дейтаграмма на транспортном уровне называется блок данных.

(Протокол (protocol) - набор правил, соглашений, сигналов, сообщений и процедур, регламентирующий взаимодействие между устройствами (в частности, форматы и процедуры обмена данными между ними). Различают протоколы нижнего и верхнего уровней, а также стеки протоколов. Протоколы могут быть реализованы и поддерживаться аппаратно, программно или программно-аппаратно.)

TCP (Transmission Control Protocol, протокол управления передачей) - протокол транспортного уровня из набора TCP/IP. Гарантирует доставку передаваемых пакетов данных в нужной последовательности. Протокол TCP опирается на установление логического соединения между клиентом и сервером и включает в себя механизм контроля перегрузки сети, обеспечивая автоматическое снижение скорости обмена данными.

Протокол UDP

Ну тут даже не надо перечислять функции, так как она всего-навсего одна: протокол UDP обеспечивает дейтаграммную передачу данных, без заранее установленного логического соединения. Что, соответственно, говорит нам о ненадежной передаче данных. Так же порядок доставки пакетов происходит хаотичным образом, т.к. дейтаграммная передача. И, наконец, отсутствует сигнал от конечного узла, сообщающий нам, что наш пакет успешно прибыл в пункт назначения.

Дейтаграмма - это пакет, передаваемый через сеть независимо от других пакетов без установления логического соединения и подтверждения приема. Дейтаграмма - совершенно самостоятельный пакет, поскольку сама содержит всю необходимую для ее передачи информацию. Ее передача происходит безо всякого предварения и подготовки. Дейтаграммы, сами по себе, не содержат средств обнаружения и исправления ошибок передачи, поэтому при передаче данных с их помощью следует принимать меры по обеспечению надежности пересылки информации. Методы организации надежности могут быть самыми разными, обычно же используется метод подтверждения приема посылкой эхо-отклика при получении каждого пакета с дейтаграммой.

Наиболее распространённые в Интернете протоколы:

Прикладной - BGP, DNS, FTP, HTTP, HTTPS, IMAP, LDAP, POP3, SNMP, SMTP, SSH, Telnet, XMPP (Jabber)

Сеансовый/Представления - SSL, TLS

Транспортный - TCP, UDP

Сетевой - EIGRP, ICMP, IGMP, IP, IS-IS, OSPF, RIP

Канальный - Arcnet, ATM, Ethernet, Frame relay, HDLC, PPP, L2TP, SLIP, Token ring

DNS (англ. Domain Name System — система доменных имён) — компьютерная распределённая система для получения информации о доменах. Чаще всего используется для получения IP-адреса по имени хоста (компьютера или устройства), получения информации о маршрутизации почты, обслуживающих узлах для протоколов в домене (SRV-запись).

FTP (англ. File Transfer Protocol — протокол передачи файлов) — стандартный протокол, предназначенный для передачи файлов по TCP-сетям (например, Интернет). FTP часто используется для загрузки сетевых страниц и других документов с частного устройства разработки на открытые сервера хостинга.

Протокол построен на архитектуре "клиент-сервер" и использует разные сетевые соединения для передачи команд и данных между клиентом и сервером. Пользователи FTP могут пройти аутентификацию, передавая логин и пароль открытым текстом, или же, если это разрешено на сервере, они могут подключиться анонимно. Можно использовать протокол SSH для безопасной передачи, скрывающей (шифрующей) логин и пароль, а также шифрующей содержимое.

HTTP (англ. HyperText Transfer Prоtocоl — «протокол передачи гипертекста») — протокол прикладного уровня передачи данных (изначально — в виде гипертекстовых документов). Основой HTTP является технология «клиент-сервер», то есть предполагается существование потребителей (клиентов), которые инициируют соединение и посылают запрос, и поставщиков (серверов), которые ожидают соединения для получения запроса, производят необходимые действия и возвращают обратно сообщение с результатом.

HTTP — протокол прикладного уровня, аналогичными ему являются FTP и SMTP. Обмен сообщениями идёт по обыкновенной схеме «запрос-ответ». Для идентификации ресурсов HTTP использует глобальные URI. В отличие от многих других протоколов, HTTP не сохраняет своего состояния. Это означает отсутствие сохранения промежуточного состояния между парами «запрос-ответ». Компоненты, использующие HTTP, могут самостоятельно осуществлять сохранение информации о состоянии, связанной с последними запросами и ответами (например, «куки» на стороне клиента, «сессии» на стороне сервера). Браузер, посылающий запросы, может отслеживать задержки ответов. Сервер может хранить IP-адреса и заголовки запросов последних клиентов. Однако сам протокол не осведомлён о предыдущих запросах и ответах, в нём не предусмотрена внутренняя поддержка состояния, к нему не предъявляются такие требования.

SMTP (англ. Simple Mail Transfer Protocol — простой протокол передачи почты) — это широко используемый сетевой протокол, предназначенный для передачи электронной почты в сетях TCP/IP.

SMTP впервые был описан в RFC 821 (1982 год); последнее обновление в RFC 5321 (2008) включает масштабируемое расширение — ESMTP (англ. Extended SMTP). В настоящее время под «протоколом SMTP», как правило, подразумевают и его расширения. Протокол SMTP предназначен для передачи исходящей почты с использованием порта TCP 25.

POP3 (англ. Post Office Protocol Version 3 — протокол почтового отделения, версия 3) — стандартный Интернет-протокол прикладного уровня, используемый клиентами электронной почты для извлечения электронного сообщения с удаленного сервера по TCP/IP-соединению.

SNMP (англ. Simple Network Management Protocol — простой протокол сетевого управления) — стандартный интернет-протокол для управления устройствами в IP-сетях на основе архитектур UDP/TCP. К поддерживающим SNMP устройствам относятся маршрутизаторы, коммутаторы, серверы, рабочие станции, принтеры, модемные стойки и другие. Протокол обычно используется в системах сетевого управления для контроля подключенных к сети устройств на предмет условий, которые требуют внимания администратора. SNMP определен Инженерным советом интернета (IETF) как компонент TCP/IP. Он состоит из набора стандартов для сетевого управления, включая протокол прикладного уровня, схему баз данных и набор объектов данных.

SNMP предоставляет данные для управления в виде переменных, описывающих конфигурацию управляемой системы. Эти переменные могут быть запрошены (а иногда и заданы) управляющими приложениями.