Transcript другая

Основы функционирования IP-сетей. Компьютерная сеть.
Компьютерная сеть — система связи компьютерного оборудования
Ethernet
Token Ring
LAN
WAN
Типы сетей
(local-area networks)
(wide-area networks)
Расстояние до 1 км.
ISDN; xDSL
E1/T1; ATM
Расстояние от 1 км.
Сетевые устройства:
Роутер
(маршрутизатор)
Хаб
Мост
Рис.2
Хаб
Рис.1
Таблица 1
Хаб
- Обеспечивает соединение двух сетей на физическом уровне, выступает
в роли многопортового повторителя сигналов
Мост
- Обеспечивает соединение двух сетей на физическом уровне, пропуская
только трафик из одной сети в другую. Внутренний трафик сегмента 1 не
попадает в сегмент 2.
Свитч
- Многопортовый мост
Роутер
- Обеспечивает объединение сетей на основе IP-адресов
Передача видео по IP-сетям.
Свитч
(коммутатор)
Рис.3
Основы функционирования IP-сетей. Пропускная способность.
Пропускная способность – количество информации которое может быть передано через сеть за
определенный промежуток времени
Рис.1
Пропускная способность подобна ширине водопроводной трубы. В
зависимости он размера трубы можно передать большее или меньшее
количество воды. Например, главные городские трубы могут иметь
диаметр 2 мера, а трубы в домах потребителей воду всего 2 см.
Сетевые устройства такие как хабы, мосты коммутаторы и маршрутизаторы
подобны кранам, фитингам, клапанам и др.
Рис.2
Вода передаваемая по трубам подобна данным передаваемым в сети.
Рис.3
Таблица 1
Единица измерения пропускной способности
Сокращение
Примечание
Бит в секунду
Bps (бит/с)
1 bps = единица измерения пропускной способности
Килобит в секунду
kbps (кбит/с)
1 kbps = 103 bps
Мегабит в секунду
Mbps (Мбит/с)
1 Mbps = 106 bps
Гигабит в секунду
Gbps (Гбит/с)
1 Mbps = 109 bps
Терабит в секунду
Tbps (Тбит/с)
1 Mbps = 1012 bps
Следует различать понятие скорость и пропускная способность. Пропускная способность определяет предельное значение скорости.
Передача видео по IP-сетям.
Основы функционирования IP-сетей. Использование уровней.
Концепция уровней используется для связи двух компьютеров друг с другом.
Передаваемая информация представляется в виде потока определенных объектов – символов, кадров, пакетов,
сегментов – в зависимости от текущего уровня.
Данные вопросы показывают как концепция уровней помогает понять детали сетевых потоков.
Какой объект передается
Вода
Транспорт
Пакеты
Тип объекта
горячая
холодная
питьевая
грузовики
легковые а/м
мотоциклы
голос
видео
данные
Правила передачи
очищать
делать добавки
ПДД
выбор маршрута
в сети
Где передается
трубы
дороги
сеть
Рис. 1 Набор вопросов к потоку
объектов,
которые
определяют
движение объекта через систему
Информация передается по сети в виде пакетов.
Пакет – информационный блок (фрагмент передаваемой информации)
Рис. 2 Передача пакета по сети
При прохождении данных от уровня к уровню, каждый уровень вносит
дополнительную информацию, обеспечивающую надежность связи с
соответствующим уровнем на приемной стороне.
Передача видео по IP-сетям.
Основы функционирования IP-сетей. Использование уровней.
Концепция уровней используется для связи двух компьютеров друг с другом.
Для того чтобы пакеты могли перемещаться по сети от отправителя к получателю, необходимо чтобы все сетевые устройства
разговаривали на одном языке, т.е. использовали одинаковые протоколы на соответствующих уровнях модели.
Отправитель
протокол 4-го уровня
Получатель
связанные
уровни
протокол 4-го уровня
Физическая сеть передачи данных
Рис.1 Уровневая модель
Протокол – набор правил, определяющий формат в котором представляется информация для передачи по сети.
Аналогией могут служить переговоры пилота самолета и диспетчера в аэропорту – все, команды диспетчера и ответы
пилота жестко регламентированы.
Передача видео по IP-сетям.
Основы функционирования IP-сетей. Модель OSI.
Использование общей многоуровневой сетевой модели позволило объединить корпоративные сети
крупных компаний.
Сеть 1
Сеть 2
стек протоколов 1
стек протоколов 2
Сеть 3
стек протоколов 3
OSI (Open System Interconnection) - модель взаимодействия открытых систем, была
разработана в 1984 г. международной организацией по стандартизации
(ISO - International Organization for Standardization)
Задачи модели решаемые моделью OSI:
•
Упрощение процесса взаимодействия сетей
•
Стандартизация сетевых интерфейсов
•
Реализация модульной системы построения сетевых приложений
•
Гарантия совместимости различных сетей
•
Ускорение развития и внедрения сетей
•
Облегчения процесса обучения и понимания структуры сетей
Рис.1 Модель OSI
Модель OSI стала основной моделью для построения и взаимодействия сетей.
Передача видео по IP-сетям.
Основы функционирования IP-сетей. Модель OSI.
Модель OSI демонстрирует как пакеты последовательно обрабатываются на соответствующих
уровнях и передаются по сети, даже если отправитель и получатель используют различные
физические сети.
Модель OSI состоит из 7-ми уровней, каждый из которых выполняет определенную функию.
Application (Уровень приложений)
Функция: обработка полученной по сети информации сетевым приложением.
Сетевые приложения: передача файлов, электронная почта, передача голоса и видео.
Presentation(Уровень презентаций)
Функция: гарантия того, что приложение-получатель сможет обработать принятую
информацию.
Формирование синтаксиса для уровня приложений
Session (Уровень сессий)
Функция: установление, управления и завершение сессий между
взаимодействующими сетевыми приложениями.
Transport (Транспортный уровень)
Функция: обеспечение гарантированной доставки информации между
взаимодействующими сетевыми устройствами.
Устанавливает, поддерживает и разрывает виртуальное соединение. Обнаруживает
ошибки и восстанавливает поврежденную информацию.
Network (Сетевой уровень)
Функция: обеспечение адресного пространства и выбор пути передачи пакетов через
сеть
Обеспечивает установление соединения между сетевыми устройствами
Data Link (Канальный уровень)
Функция: контроль состояния канала, доступ к физическому сегменту сети
Обеспечивает надежную передачу данных по физическому каналу связи
Physical (Физический уровень)
Функция: передача двоичного кода
Основные термины: кабельная линия, разъемы (коннекторы), напряжение, скорость
передачи данных.
Модель OSI позволяет разделить процесс сетевого взаимодействия устройств на модули ограниченные соответствующими уровнями, это
упрощает процесс управления сетью, исключает распространение изменений, сделанных на одном из уровней на другие уровни модели.
Передача видео по IP-сетям.
Основы функционирования IP-сетей. Межуровневая связь.
Чтобы информация могла быть передана по сети каждый уровень модели OSI на стороне
отправителя должен установить связь с соответствующим уровнем на стороне получателя.
Хост А
(получатель)
данные
Хост Б
(отправитель)
данные
Процесс взаимодействия одноименных уровней получателя и
отправителя
осуществляется за счет обмена сообщениями,
организованными по определенному правилу – протоколу. Такие
сообщения называются PDU (Protocol Data Unit).
данные
сегменты
пакеты
кадры
биты
Корректное функционирование каждого уровня зависит от
правильности обработки информации на предыдущем уровне.
При последовательном прохождении через уровни модели OSI
PDU более высоких уровней инкапсулируются в PDU более низких
уровней.
Типы PDU:данные, сегменты, пакеты, кадры, биты
Рис.1 Взаимодействие уровней модели OSI
PDU 1
Заголовок
PDU 2
PDU 3 PDU 4 PDU 5 PDU 6
PDU 7
Полезная нагрузка
Рис.2 Структура PDU
Рис.3 Инкапсуляция PDU от уровня к уровню
Передача видео по IP-сетям.
Основы функционирования IP-сетей. Инкапсуляция данных.
Процесс инкапсуляции заключается в добавлении к полезной информации протокольных заголовков
на каждом из последующих уровней модели
Для передачи данных по сети от отправителя к получателю, данные должны пройти процесс инкапсуляции
Получатель
Отправитель
Рис. 1 Процесс инкапсуляции
Шаг
Рис. 2 Процесс инкапсуляции
Действие (сеть должна выполнить пять последовательных шагов для инкапсуляции данных)
1
Формирование сообщения. Когда пользователь отправляет e-mail сообщение, оно представляется в виде набора символов, которые могут
быть переданы по сети.
2
Упаковка данных для транспортировки. Использование сегментов гарантирует доставку информации.
3
Добавление сетевого адреса и заголовка. Сегменты помещаются в пакет, в заголовке которого содержится адрес отправителя и получателя
информации.
4
Добавление заголовка канального уровня - кадра. Пакет помещается в контейнер называемый кадром. Кадр позволяет передать
информацию между напрямую связанными сетевыми устройствами.
5
Формирование битового потока. Кадры конвертируются в битовую последовательность.
Передача видео по IP-сетям.
Основы функционирования IP-сетей. Передача данных по сети.
При передаче данных по сети связь между промежуточными устройствами устанавливается только
на трех нижних уровнях модели OSI.
Рис 1. Процесс установления связи между отправителем и получателем.
Устройство первого уровня отправляет информацию если к нему поступили кадры со второго уровня модели, для которого, в свою
очередь, поступили пакеты с третьего уровня, содержащие сегменты данных, сгенерированные сетевым приложением, которое
использует пользователь.
Маршрутизатор, к которому подключен компьютер пользователя, выполняет обратную инкапсуляцию до сетевого уровня, чтобы
определить адрес получателя и выбрать следующий маршрутизатор, после выполняется повторная инкапсуляция и передача
битового потока следующему маршрутизатору. Процесс выполняется до тех пор пока данные не дойдут до получателя.
Передача видео по IP-сетям.
Основы функционирования IP-сетей. Модель TCP/IP.
Модель TCP/IP была создана министерством обороны США, для создания распределенной сети
способной обеспечить надежную связь в военное время.
Задачи модели решаемые моделью OSI:
•
Создание сети для надежной связи в военное время
•
Возможность связи через весь спектр каналов связи: эфир, кабель,
оптоволокно, спутник
•
Сохранение работоспособности всей сети при выходи из стоя одного или более
сегментов
Модель также реализует структуру на основе уровней:
- Уровень приложений;
- Транспортный уровень;
- Сетевой уровень;
- Уровень доступа к сети.
Рис 1. Модель TCP/IP.
Модель TCP/IP была стандартизирована в 1981 году. Данная модель была принята в качестве модели для построения сети Интернет.
Некоторые из уровней модели TCP/IP имеют те же названия, что и уровни модели OSI. Однако задачи
выполняемые уровнями отличаются.
Передача видео по IP-сетям.
Основы функционирования IP-сетей. Модель TCP/IP. Уровень приложений.
Уровень приложений работает с протоколами верхних уровней. Модель TCP/IP объединяет все
приложения и соответствующие им протоколы в один уровень.
Таблица 1. Протоколы уровня приложений
FTP
Протокол, обеспечивающий надежное соединение
отправителя и получателя информации , используемый
для передачи файлов;
TFTP
Протокол, обеспечивающий не гарантированное
соединение отправителя и получателя. Его
преимуществом по сравнению с FTP является более
производительная работа. Недостатком является
отсутствие гарантии доставки данных;
SMTP
Обеспечивает передачу сообщений электронной почты в
IP-сети;
Telnet
Обеспечивает удаленное подключение к сетевым
устройствам;
DNS
Обеспечивает преобразование IP-адресов в уникальные
имена доменов.
Рис 1. Модель TCP/IP, уровень приложений
Введение единого уровня приложений обосновано гарантией того, что данные будут корректно упакованы
перед тем как они попадут на следующий уровень.
Передача видео по IP-сетям.
Основы функционирования IP-сетей. Модель TCP/IP. Транспортный уровень.
Транспортный уровень обеспечивает связь отправителя и получателя информации. Транспортные
протоколы сегментируют и восстанавливают данные поступающие от более высоких уровней модели.
Функциями протоколов TCP и UDP являются:
•Сегментация данных полученных от верхних уровней модели TCP/IP;
•Отправка сегментов от одного конечного устройства к другому.
Функциями протокола TCP являются:
•Установление соединения между источником и получателем
информации;
•Обеспечение контроля передачи информации, за счет использования
скользящего окна;
•Обеспечение надежной доставки сегментов за счет нумерации
сегментов и использования подтверждений о доставки сегментов.
Рис 1. Модель TCP/IP, транспортный уровень
Я отправил
#10
Я получил #10
жду #11
Основной задачей транспортного уровня является обеспечение
сквозного контроля и надежности передачи информации через IPсеть.
Это достигается за счет использования различных механизмов в
рамках протоколов данного уровня – скользящее окно, нумерация
пакетов и подтверждения доставки.
Рис 2. Модель сети Интернет
Передача видео по IP-сетям.
Основы функционирования IP-сетей. Модель TCP/IP. Сетевой уровень.
Сетевой уровень обеспечивает выбор наилучшего сетевого пути (маршрута) по которому будут
переданы пакеты. Основным протоколом данного уровня является протокол IP.
Протокол IP выполняет следующие операции:
•Формирует IP-пакет и адресную схему;
•Передает информацию между сетевым уровнем и уровнем
доступа к сети;
•Маршрутизирует (определяет маршрут) пакеты до получателя.
Рис 1. Модель TCP/IP, сетевой уровень
IP
Обеспечивает доставку пакетов по IP-адресу.
Протокол не учитывает тип передаваемого
контента, обращая внимание только на IP-адреса
отправители и получателя;
ICMP
используется для контроля состояния канала
связи;
ARP
обеспечивает соответствие MAC- и IP-адресов ;
RARP
определяет IP адрес на основе MAC-адреса.
Рис 2. Выбор маршрута в сети
Передача видео по IP-сетям.
Основы функционирования IP-сетей. Модель TCP/IP. Уровень доступа к сети.
Уровень доступа к сети позволяет IP-пакетам получить доступ к физическому каналу связи,
входящему в состав сетевой инфраструктуры.
На данном уровне функционируют:
• драйверы сетевых карт компьютеров;
• модемы;
• другие устройства для доступа к сети.
Уровень доступа к сети определяет набор процедур для
связи рассмотренных ранее уровней модели TCP/IP с
оборудованием, непосредственно подключаемым к
физическому сегменту сети.
Рис 1. Модель TCP/IP, уровень доступа к сети
1
Хост А отправляет данные на хост B. Широковещательный
запрос – его получают все хосты.
2
Ответом на запрос является ARP-сообщение, содержащее
соответствие IP-адреса и MAC-адреса.
3
Осуществляется передача сообщения на MAC адрес получателя
4
Коммутатор хранит таблицу соответствия MAC-адресов и портов
к торым подключены соответствующие сетевые устройства
Данный уровень определяет тип используемой сети:
• LAN – Ethernet, FastEthernet;
• WAN – E1/T1, ATM, FrameRelay.
а также протоколы для связи с верхними уровнями:
PPP – протокол соединения точка-точка;
ARP/RARP – протоколы определния IP и MAC адресов
Рис 1. Пример работы протокола ARP
Передача видео по IP-сетям.
Основы функционирования IP-сетей. Сравнение моделей OSI и TCP/IP.
Сеть Интернет разработана и функционирует на основе модели TCP/IP. Модель OSI как правило не
используется для построения сетей, она используется для объяснения коммуникационных
процессов происходящих в сети.
Рис1. Сравнение моделей TCP/IP и OSI
Общие черты моделей:
• В основе обеих моделей лежит многоуровневая структура;
• В обеих моделях есть уровень приложений, в который
включены различные сервисы;
• Обе имеют совместимые транспортный и сетевой уровни;
• В обеих моделях используется коммутация пакетов.
Отличия моделей:
• В модели TCP/IP уровни соответствующие уровням приложений,
представления и сессионному уровню модели OSI объединены в
единый уровень приложений;
• Уровни модели TCP/IP соответствующие канальному и физическому
уровням модели OSI объединены в уровень доступа к сети.
Критика в адрес модели OSI:
-Пока комитеты ISO спорили о своих стандартах, за их спиной менялась вся концепция организации сетей и по всему миру внедрялся
протокол TCP/IP;
- Наличие многочисленных уровней сделало эти протоколы медлительными и трудными для реализации.
«UNIX. Руководство системного администратора»
Передача видео по IP-сетям.
Основы функционирования IP-сетей. Архитектура сети Интернет.
В сети Интернет используется принцип связности всех сетей входящих в ее состав на сетевом уровне
модели OSI.
Маршрутизатор должен обеспечить выбор пути
согласно которому будет передан трафик из одной
сети в другую.
Рис.1 Объединение двух физических сетей через маршрутизатор
Задачи
выполняемые
маршрутизатором
усложняются
по
мере
роста
количества
пользователей подключенных к сети.
Задача упрощается если маршрутизатор будет
хранить список всех сетей (для этого используется
адрес сети, рассмотренный ранее), вместо списка
всех компьютеров
Рис.2 Объединение трех физических сетей с
использованием двух маршрутизаторов
В этом случае все мрашрутизаторы в сети должны
обмениваться сообщениями о том, какие сети к
ним подключены напрямую.
Для обмена информацией о том какие сети подключены к каждому маршрутизатору в глобальной сети используются протоколы
маршрутизации: RIP, IGRP, OSPF, BGP и др.
Передача видео по IP-сетям.
Основы функционирования IP-сетей. Архитектура сети Интернет.
Структура сети сети Интернет скрыта от пользователя и является полностью прозрачной при
передаче данных от отправителя к получателю.
Рис.1 Упрощенная структура сети Интернет
Физическая и логическая структура сети внутри облака может быть чрезвычайно сложной
На сегодняшний день пользователями сети Интернет являются более 500 млн. пользователей, это является одним из
доказательств, подтверждающих эффективность модели TCP/IP, на основе
На сегодняшний день в сети Интернет насчитывается порядка 315’662 сетей различных классов
Передача видео по IP-сетям.