Данная величина вычисляется с помощью усеченного двоичного экспоненциального алгоритма ожидания возобновления передачи (Truncated Binary Exponential Backoff Algorithm). Каждый раз при возникновении коллизии интервал ожидания возобновления передачи возрастает. Узел будет пытаться передать данные 16 раз. После этого делается вывод о невозможности передачи, о чем сообщается протоколам более высокого уровня, и кадр данных удаляется.
Примечание. Существует и другой метод доступа – CSMA/CA, который во многом схож с CSMA/CD. Буквы СА означают избежание коллизий (collision avoidance). В сетях, использующих этот метод доступа к среде (таких как AppleTalk), так же как и в Ethernet, узел прослушивает канал. Но перед передачей в сетях CSMA/CA сначала посылается небольшой пакет, который информирует остальные узлы о начале сеанса передачи. Такой алгоритм позволяет предотвратить коллизии, но имеет существенный недостаток – переполнение сетевого трафика большой сети служебной информацией.
Протоколы, используемые в сетях Ethernet
Сетевой протокол TCP/IP является стандартом для локальных и глобальных вычислительных сетей, для Internet. Термин TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol – протокол управления передачей/протокол Internet) обозначает группу транспортных протоколов и утилит.
Внутренняя структура протоколов
TCP и IP – это два различных протокола. Каждый протокол выполняет специфические функции, а вместе они обеспечивают сетевое соединение между двумя компьютерами. Они служат основой и для передачи данных от одного компьютера к другому через Internet. Существуют и два других протокола – UDP (User Datagram Protocol – пользовательский протокол дейтаграмм) и ICMP (Internet Control Message Protocol – протокол управления сообщениями в Internet), которые тоже являются частью семейства TCP/IP и служат для диагностики и решения возникающих сетевых проблем.
Протокол Internet (IP)
Протокол IP описывает сетевую службу, которая способна осуществлять передачу данных, не устанавливая прямого соединения и не требуя подтверждения о связи. Данный протокол предназначен для простой передачи данных от одного компьютера к другому. IP не имеет механизмов для проверки того, что пакет действительно достиг пункта назначения (неподтверждаемая доставка) и не прослеживает путь прохождения пакета по сети. IP даже не гарантирует доставки пакетов в том порядке, в котором они отсылались. Поэтому протокол IP называют не связанным с физическим соединением. Суть работы IP состоит в фрагментировании пакетов данных на более мелкие и их перекомпоновке таким образом, что они могут пересылаться через сети и устройства различных типов. Контрольная сумма вычисляется только для заголовка пакета IP, но целостность данных при этом протоколом не гарантируется.
Протокол управления передачей (TCP)
TCP использует IP для установления виртуальных соединений между двумя компьютерами в Internet. В то время как IP посылает пакеты по определенному пути, не заботясь об их судьбе, TCP предоставляет механизмы гарантированной доставки пакетов неповрежденными и восстанавливает правильный порядок поступления пакетов на компьютер назначения. TCP проверяет контрольную сумму передаваемых данных, а также имеет возможность, используя механизмы управления потоком данных, предотвращать проблемы, связанные с перегрузкой сети. Путем создания пакетов разного размера достигается высокая эффективность использования сети.
Протокол сопоставления адреса (ARP)
IP-адреса используются для маршрутизации пакета к конечному пункту доставки. Если пакет предназначен для пересылки за пределы своей локальной сети, он направляется на маршрутизатор, который отправляет пакет в соответствующий сетевой сегмент либо на другой маршрутизатор, который может выполнить эту функцию. Когда пакет достигает желаемого сетевого сегмента, он должен иметь информацию о МАС-адресе компьютера-получателя. Дело в том, что на шине реальные адреса, используемые для связи между двумя компьютерами, маршрутизаторами, представляют собой встроенные МАС-адреса.
Протокол сопоставления адреса ARP (Address Resolution Protocol) был разработан для решения этой задачи. Когда одно устройство желает передать другому некоторый пакет данных и не знает при этом его МАС-адрес, оно рассылает широковещательное сообщение, которое может видеть любой компьютер локального сегмента. Это сообщение ARP содержит собственный МАС-адрес посылающего компьютера и IP-адрес компьютера назначения. Получив это сообщение, компьютер шлет пакет обратно вместе со своим МАС-адресом.. По завершении этой операции каждый компьютер "знает" МАС-адрес другого и использует его для последующих пересылок..
Таблица МАС-адресов хранится некоторое время в памяти компьютера и используется при повторных сеансах связи, если они имеют место до истечения срока хранения адреса. Необходимость повтора описанной операции широковещательной рассылки в этом случае отпадает.
Пользовательский протокол дейтаграмм (UDP)
Пользовательский протокол дейтаграмм UDP (User Datagram Protocol) функционально схож с TCP в том, что использует протокол IP для пересылки пакетов по сети. Однако, в отличие от TCP, UDP не имеет механизма подтверждения соединения и потому предоставляет услуги по пересылке, не устанавливая прямого соединения. Этот протокол находит применение в случаях, когда не требуются механизмы гарантированной доставки TCP и все, что с ними связано. Например, доменная система имен (DNS) использует пакеты UDP для быстрого и эффективного обмена информацией между компьютерами.
Протокол управления сообщениями в Internet (ICMP)
Протокол управляющих сообщений в Internet (Internet Control Message Protocol) используется для диагностики сети и управления ею, поэтому ценен при решении возникающих сетевых проблем. Подобно TCP и UDP, этот протокол использует IP, который осуществляет передачу данных по сети.
Протокол ICMP определяет форматы данных, используемые такими утилитами, как PING и TRACEROUTE, для выполнения своих функций. Он является важной частью TCP/IP, и функции, выполняемые им, весьма важны как для компьютеров, так и для маршрутизаторов и сетевых устройств, которые обмениваются друг с другом данными посредством TCP/IP. Каждый пакет ICMP имеет поле, которое определяет тип сообщения. Типы сообщений, передаваемые этим протоколом, показаны в табл.1.
Таблица 1
Тип сообщения | Описание |
0 | Эхо-ответ |
3 | Адресат недоступен |
4 | Подавление источника |
5 | Перенаправление |
8 | Эхо-запрос |
11 | Время исчерпано |
12 | Ошибка параметра |
13 | Запрос на временную метку |
14 | Временная метка |
15 | Информационный запрос (больше не используется) |
16 | Информационный ответ (больше не используется) |
17 | Запрос адресной маски |
18 | Адресная маска |
Каждый пакет ICMP также содержит поле кода, которое используется для дальнейшего описания типа сообщения. Наиболее широко сообщения ICMP используются командой PING, которая с помощью эхо-запроса и эхо-ответа проверяет, существует ли связь между компьютерами. Этот протокол используется также для осуществления гораздо более важных функций. Сообщения “подавление источника” посылается для того, чтобы информировать передающий компьютер, что компьютер назначения не успевает обрабатывать пакеты с той скоростью, с которой они отсылаются. Компьютер назначения продолжает слать свои пакеты подавления источника до тех пор, пока отправитель не снизит скорость передачи до приемлемого уровня.
Маршрутизатор использует сообщение ICMP “перенаправить на другое устройство”, чтобы указать, что ему известен более оптимальный путь пересылки. Сообщение “время исчерпано” показывает, по какой причине пакет был отложен: либо превышен счет переприемов, либо исчерпано время, отведенное на сборку пакета.
Подобно маршрутизаторам и другим промежуточным устройствам, компьютеры могут использовать возможности IСМР для определения маршрута. Когда компьютер загружается и не знает сетевой маски, локальная сеть может генерировать запрос адресной маски, на который отвечают другие компьютеры.
Типы сообщений IСМР “информационный запрос” (Information Request) и “информационный ответ” (Information Reply) сейчас не используются. Они позволяли компьютеру получить IP-адрес. В настоящее время эта функция выполняется загрузочным протоколом (bootp) и протоколом динамической конфигурации узла (DHCP).
IP-адресация
Сетевые карты имеют жестко прошитый в память сетевой адрес, который записывается в процессе производства. Когда кадры пересылаются через сетевую среду от одной станции к другой, как для посылающего, так и для компьютера назначения определяются адреса управления доступом к устройствам MAC (Media Access Control), используемые в кадрах Ethernet. Другие термины для МАС-адресов – физические или аппаратные адреса.
МАС-адрес, закрепленный за каждой сетевой картой, является уникальным и представляет собой 6-байтовый адрес, который для простоты написания выражен шестнадцатеричным числом. Первых три байта МАС-адреса указывают на изготовителя сетевой карты, следующие шесть представляют собой уникальный номер каждой карты. Оставшиеся три байта служат для маркировки каждого устройства самим изготовителем.
Хотя каждая сетевая карта уже имеет свой уникальный номер – встроенный МАС-адрес, его неудобно использовать в качестве IP-адреса. Применение собственных IP-адресов облегчает сетевое администрирование, поскольку позволяет логически организовывать серверы и рабочие станции сети. А это, в свою очередь, позволяет разрабатывать оптимальные и безопасные алгоритмы маршрутизации, способствует повышению производительности системы.
Термин Internet в сокращении TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). указывает на то, что этот протокол используется для обмена данными между сетями. Это видно из структуры IP-адресов, которые содержат биты, определяющие сеть, и биты, определяющие индивидуальный компьютер или рабочую станцию в этой сети.
Если бы не было необходимости соединять более мелкие сети в большую структуру, адресация могла бы быть довольно простой. Можно было бы использовать МАС-адрес или простую нумерацию (1, 2, 3...) для уникальной идентификации каждого компьютера в сети. Однако IP дает возможность компьютерам обмениваться данными в сетях различных типов.
IP-адрес состоит из 4 байтов или 32 последовательных битов информации. Тогда как МАС-адреса обычно выражаются в шестнадцатеричной системе, IP-адреса записаны в десятичной системе с разделяющими точками. Таким образом, каждый байт преобразован в десятичное представление и четыре байта адреса разделены точками..
Запись 32-битового адреса 140.176.217.148 намного проще, чем представление в двоичной системе .
Часть IP-адреса определяет сеть, а часть – компьютер. IP-адреса делятся на три основных класса – А, В, С и два менее известных – D и Е. Каждый класс использует различное количество битов в IP-адресе для идентификации сети. Поскольку общее число битов во всех случаях постоянно (32), это означает, что некоторые классы адресов могут идентифицировать больше сетей по сравнению с другими, а некоторые – больше рабочих станций.
Какому классу принадлежит тот или иной адрес, можно определить по первым четырем его битам. В табл. 2 перечислены классы IP-адресов и показаны значения первых четырех битов. Отметка х в битовой позиции указывает, что цифра по этой позиции не имеет значения при отнесении адреса к тому или иному классу.
Таблица 2.
Определение класса IP-адреса по первым четырем битам
Название класса | Значения первых четырех битов адреса |
Класс А | 0ххх |
Класс В | 10хх |
Класс С | 110х |
Класс D | lllx |
Класс Е | 1111 |
Как указано в табл. 2, любой IP-адрес, который имеет 0 в первом бите, будет отнесен к классу А, независимо от того, какие значения будут принимать остальные три и все последующие биты адреса. Любой адрес со значением 10 в первых двух битах адреса принадлежит классу В и т. д.
Адреса класса А
Возможный диапазон адресов класса А начинается с адреса со всеми нулями во всех 32 битах и заканчивается адресом, имеющим 0 в первой позиции и 1 во всех последующих. В десятичной записи адреса класса А представляют собой ряд от значения 0.0.0.0 до 127.255.255.255.
В этом классе адресов первый байт используется для определения сети, а оставшиеся три – для идентификации отдельной рабочей станции этой сети. Простой подсчет показывает, что класс А определяет только 127 адресов сетей ( в двоичном счислении), поскольку уже следующее число, 128, в двоичном представлении выглядит как , что относит такой адрес к классу В.
Поскольку только первый байт используется для идентификации адреса сети, остается три байта, которые могут быть использованы для идентификации индивидуального компьютера в сети. В двоичном выражении максимальное значение трехбайтовой величины представляет собой ряд из 24 единиц. В десятичной записи это соответствуетЕсли учесть номер, состоящий из одних нулей, то общее количество адресов, которые могут быть записаны с использованием трех байтов, равно).
Таким образом, может существовать 128 сетей класса А, каждая из которых может иметь доуникальных адресов. В формате IP-адресов получаем диапазон от 0.0.0.0 до 127.255.255.255. Если встречается адрес, попадающий в этот диапазон значений, то это адрес класса А.
Адреса класса В
Адреса класса В в первых двух позициях определяющего байта должны иметь значение 10. Двоичная последовательность 1 и 0 не соответствуют десятичному 10. Это означает, что адрес класса В в двоичной записи варьирует в пределах от 1 с последующими тридцатью одним нулем до 10 с последующими тридцатью единицами. В десятичной записи минимальное и максимальное значения для адресов класса В – 128.0.0.0 и 191.255.255.255 соответственно. Десятичная величина 128 соответствует двоичному значению . Десятичная величина 191 соответствует двоичной .
В адресах класса В первых два байта используются для идентификации сети, а два последующих – для идентификации отдельных компьютеров. При использовании двух байтов для идентификации сети максимальное количество адресов сетей класса В составляетот 128.0 до 191.255) ииндивидуальных компьютеров в каждой сети этого класса. На первый взгляд может показаться, что, поскольку идентификатор сети и идентификатор индивидуального компьютера используют одинаковое количество байтов, должно быть равное количество адресов сетей и компьютеров в каждой из них. Однако следует учитывать, что, хотя первых два байта и служат для обозначения адреса сети, можно использовать не все возможные значения этих байтов. Часть этих значений представляет адреса других классов.
В итоге адреса класса В представлены диапазоном от 128.0.0.0 до 191.255.255.255.
Адреса класса С
Адреса класса С всегда начинаются со значения 110 первых трех битов. Если преобразовать это в десятичную запись, получим ряд значений адресов класса С от 192.0.0.0 до 223.255.255.255. В адресах класса С первых три байта представляют адрес сети, а последний – адрес индивидуального компьютера.
Вычисления показывают, что может быть до 2 сетей класса С с количеством компьютеров в каждой до 256. Этот класс предоставляет множество доступных сетей, но с ограниченным числом адресов компьютеров внутри каждой из них.
Классы D и Е
По сравнению с первыми тремя классы D и Е имеют несколько иное применение. Эти адреса зарезервированы для широковещательных целей. Широковещание – это процесс рассылки сетевого пакета более чем одному компьютеру. В десятичном представлении адреса класса D располагаются в интервале от 244.0.0.0 до 239.255.255.255.
В этом классе адресов нет специфических байтов, предназначенных для определения сети или индивидуального компьютера. Просто существует возможных уникальных адресов, которые могут быть созданы в адресном пространстве класса D.
Адреса класса Е начинаются с единиц во всех четырех первых битовых позициях.. Поэтому получаем ряд от 240.0.0.0 до 255.255.255.255, где максимальное значение в двоичной записи выражается 32 битами.
Класс адресов Е зарезервирован для использования в будущем и обычно не встречается в сетях, которые связаны посредством Internet.
Уникальные и широковещательные адреса
Адрес, который идентифицирует отдельный компьютер или один адаптер в компьютере, называют уникальным. Этот тип адресов используется для связи "точка-точка" между устройствами в сети.
Однако существуют ограничения на число уникальных адресов в любом классе. Любой адрес со значением 12 7 в первом байте не действителен за пределами локального компьютера. Так, адрес 127.0.0.1, который можно было бы отнести к адресам класса А, называют адресом возвратной петли (loopback), и он может быть использован для тестирования работы протоколов семейства TCP/IP в отдельном компьютере. Если по этому адресу отсылается пакет (используя, например, команду PING), он никогда не покинет локального сетевого адаптера и не будет доставлен по назначению. Вместо этого пакет просто проследует вниз через стек протоколов и вернется опять, чтобы проверить, правильно ли сконфигурирован компьютер.
Этот адрес может быть использован в других утилитах TCP/IP. Например, с помощью этого адреса можно проверить работу локального telnet-сервера.
В общем случае не рекомендуется использовать значения 0 и 255 в любом из четырех октетов IP-адреса. Значение 0 в позиции адреса сети подразумевает "текущую сеть", а 255 в последнем октете IP-адреса обозначает широковещательное сообщение, направленное сразу многим компьютерам. Широковещательные сообщения могут использоваться для рассылки пакета всем компьютерам конкретной сети или подсети. Например, пакет с адресом 10.11.255.255 будет получен всеми узлами с номером сети 10.11. Табл. 3 показывает доступное количество адресов классов А и С после исключения адресов специального использования.
Таблица 3.
IP-адреса разных классов, доступные для использования
Класс | Количество сетей | Количество компьютеров |
A | 126 | 16 |
B | 16 384 | 65 534 |
C | 2 | 254 |
Подсети и маски подсетей
Иерархическое адресное пространство, созданное благодаря возможности определения в IP-адресе как сети, так и отдельного компьютера, имеет преимущество над плоским адресным пространством МАС-адрееов. Однако в ряде случаев бывает неудобно использовать весь диапазон назначенных адресов компьютеров локальной подсети. Например, было бы довольно сложно разместитьиндивидуальных компьютера в одном сетевом сегменте сети, которой назначено адресное пространство класса В.
В TCP/IP добавлен еще один уровень адресации, который позволяет локальному администратору дальнейшее разделение адресного пространства и создание подсетей. Это достигается использованием маски подсети.
Разделение на подсети позволяет решить многие проблемы администрирования.
§ Объединение различных сетевых технологий. Разбив на подсети адресное пространство, можно затем использовать в одной подсети технологию Token Ring, а в другой – Ethernet, объединив обе с помощью маршрутизатора.
§ Распределение нагрузки на сети. Вместо того чтобы размещать все 254 компьютера сети класса С в одном сетевом сегменте, можно разделить адресное пространство на две или четыре подсети, поместив каждую из них в свой домен коллизий и уменьшив таким образом конкуренцию в каждом сегменте.
§ Распределение адресного пространства между удаленными офисами. Если у предприятия есть множество филиалов с небольшим числом компьютеров в каждом из них, нерационально назначать полноценный адрес класса С для каждого филиала. Вместо этого можно поделить одно адресное пространство на части и использовать по одной подсети для каждого филиала.
Сетевые маски классов А, В и С
В классах IP-адресов одна часть адреса определяет сеть, другая – отдельный компьютер в этой сети. Чтобы разделить какую-либо сеть на подсети, необходимо взять несколько битов части адреса, определяющей компьютер, и использовать их для идентификации сети или подсети. Маска подсети – это величина, выраженная в десятичном формате с разделительными точками, подобно IP-адресу. Ее назначение состоит в выделении части IP-адреса, которая будет идентифицировать сеть и подсеть
Например, каждый из классов адресов А, В и С имеет специфические маски. Маска сети класса А выглядит так: 255.0.0.0. В двоичном формате это значение будет иметь следующий вид: . Чтобы разобраться, как работает маска подсети, нужно иметь представление о логических операциях. Так, оператор AND (логическое И) в логических вычислениях дает результат TRUE (истинно) в том случае, если значение обоих аргументов TRUE.
Обычно TRUE выражается значением 1, a FALSE (ложно) – значением 0. Чтобы определить, какая часть IP-адреса указывает на сеть, а какая идентифицирует компьютер, выполняется простая логическая операция с полученным адресом и маской подсети. Пример такого вычисления показан в табл. 4
Таблица 4.
Использование маски подсети в логической операции and
Значение IP-адреса | Значение маски | Результат |
1 | 1 | 1 |
1 | 0 | 0 |
0 | 1 | 0 |
0 | 0 | 0 |
Таким образом, когда маска подсети 255.0.0.0 применяется по отношению к адресу класса С, только часть IP-адреса, содержащаяся в первом байте, определяется как адрес сети. Отсюда несложно рассчитать маски подсети для адресов класса В – 255.255.0.0 и класса С – 255.255.255.0.
Разделение адресного пространства с помощью масок подсетей
Маски подсетей могут использоваться для маскирования тех частей адреса, которые согласно структуре класса определяются как адреса сети. На практике разделение на подсети применяется в случае, когда конкретное сетевое адресное пространство разбивается дальше на отдельные подсети.
Например, маска подсети 255.255.255.128 может использоваться для разделения адресного пространства класса С на две подсети. Если эту маску применить к сети с IP-адресом 192.113.255, в результате получается одна подсеть с диапазоном адресов от 192.113.255.1 до 192.113.255.128 и вторая подсеть – от 192.113.255.129 до 192.113.255.254. При этом адреса, которые содержали бы в последнем байте все нули или все единицы, исключены. Они являются адресами специального использования и, как правило, не присваиваются компьютерам (например, 192.113.255.0).
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 |
