Курс лекций по дисциплине «Использование ВЕБ технологий в системах автоматизации» (стр. 3 )

Резюме. При настройках  сетей  Ethernet требуется выбрать  и установить  программное обеспечение, соответствующее Вашей аппаратуре и требованиям  решаемой задачи.  Поэтому нужно знать особенности и задачи протоколов, используемых на каждом уровне. Требуется устанавливать такие функции, которые  необходимы для работы вашего «железа»  и обеспечивают оптимальную  надёжность и быстродействие обработки информации.

Лекция3. Аннотация. Взаимодействие интерфейсов сетевых уровней при приеме и передаче информации по сети.

3.1 Взаимодействие интерфейсов на трёх нижних уровнях при приеме и передаче информации по сети.

Распределенная система состоит из компьютеров, соединенных коммуни­кационной средой, например локальной сетью. В распределенной среде желательно обеспечить независимость вызываемых программ-сервисов от их местоположения. Доставка данных на сетевой компьютер-получатель — это еще не конец пути, так как данные необходимо переправить конкретному процессу-получателю, который имеет свой номер/порт. Клиентские процессы у получателя, с другой стороны, запрашивают номера стандартных портов у операционной системы в начале работы. 

Связь между наиболее употребительными протоколами при соединении компонентов:

На уровне 2osi в (уровень 1на рисунке) операционных системах обычно функционируют драйверы различных сетевых плат, связанных  физическими средствами передачи данных.  Это оборудование относят к канальному уровню 2osi.  Здесь действуют протоколы PPP, Ethernet, DSL, Token Ring, SLIP. Каждый протокол  определяет работу  с заданным  видом оборудования или способом подключения устройств.  Это может быть соединение «точка в точку», или соединение по разным видам коаксиального кабеля, или соединение «звезда» витой парой (Ethernet) или другие комбинации. Так отдельные функции используются для соединений по оптоволоконному кабелю.    Каждая точка входа имеет свой,  уникальный  MAC-адрес ( Media Access Control). Например, каждая сетевая плата Ethernet имеет собственный уникальный 48-битовый номер, также как и сетевые устройства в контроллерах. 

На сетевом  уровне «IP» (3 уровень osi -  уровень 2 на картинке), действуют протоколы, которые обеспечивают передачу данных между узлами связи, физически соединенными друг с другом.  Передача информации на этом уровне производится на основании физических адресов сетевых устройств, соответствующих точкам входа устройства в сети связи (например, физических адресов сетевых карт).  Это следующие протоколы. ARP – Address Resolution Protocol. Этот протокол  переводит адреса уровня сетевого интерфейса (МАК адреса) в адрес уровня Internet – в  IP адрес. IP – Internet Protocol, который обеспечивает передачу пакета на канальный уровень или доставку полученных  пакетов информации на транспортный  уровень  TCP или UDP (уровень 3 на картинке), а также информацию  для протокола ICMP.  ICMP – Internet Control Message Protocol.  Это протокол обработки ошибок при  обмене управляющей информацией между узлами сети.  Протокол RARP – Reverse Address Resolution Protocol. Этот протокол служит для решения обратной задачи: отображения адресов уровня сетевого интерфейса IP в МАК адреса канального уровня.

Центральным протоколом уровня является протокол IP. Вся информация, поступающая к нему от других протоколов, оформляется в виде IP-пакетов данных ( IP datagrams). Каждый IP-пакет содержит адреса компьютера отправителя и компьютера получателя, поэтому он может передаваться по сети независимо от других пакетов и по своему собственному маршруту. Смотри формат кадра Ethernet в предыдущей лекции. IP вычисляет и проверяет контрольную сумму, которая покрывает только его 20-байтовый заголовок для пакета информации (включающий, например, адреса отправителя и получателя). Если IP-заголовок пакета при передаче оказывается испорченным, то весь пакет просто отбрасывается. Ответственность за повторную передачу пакета тем самым возлагается на вышестоящие уровни. Этим и отличаются протоколы TCP и UDP транспортного уровня.  TCP повторяет запрос, а UDP нет.

Протокол ARP позволяет компьютеру разослать специальное сообщение по всему сегменту сети, которое требует от компьютера, имеющего содержащийся в сообщении IP-адрес, откликнуться и указать свой физический адрес. Это сообщение поступает всем компьютерам в сегменте сети, но откликается на него только тот, кого спрашивали. После получения ответа запрашивавший компьютер может установить необходимое соответствие между IP-адресом и MAC-адресом.

Контрольные вопросы.

1. Какие уровни решают задачи поиска компьютера в сети.  2. За что отвечает уровень IP.  3. За что отвечает транспортный  уровень.  4. Чем отличаются протоколы транспортного уровня TCP и UDP.  5. Какие протоколы действуют на канальном уровне.  6. Какие протоколы действуют на уровне Internet.  7. Перечислите функции  протокола IP.

Резюме.

Лекция 4. Аннотация.  IP-адрес, классификация сетей, Маска подсети, использование маски для определения  номера сети и номера компьютера. Создание дополнительных подсетей.  шлюз сети – Gatewai.

Поскольку на уровне Internet информация передается от компьютера-отправителя к компьютеру-получателю, ему требуются специальные IP-адреса компьютеров (а точнее, их точек подсоединения к сети – сетевых устройств).  Мы будем далее работать с IP версии 4 (IPv4), которая предполагает наличие у каждого сетевого интерфейса уникального 32-битового адреса. IP-адрес (v4) состоит из 32-бит.  IP адрес (v6) из 128 бит.  Принцип нумерации простой. Каждая сеть имеет свой адрес, а в сети каждый компьютер имеет свой адрес.  Поэтому каждый из IP-адресов классов A–C логически делится на две части: номер сети и номер узла в этой сети.

Номера сетей в настоящее время присваиваются локальным сетям специальной международной организацией – корпорацией Internet по присвоению имен и номеров (ICANN).  Класс A предназначен для небольшого количества сетей, содержащих много компьютеров, класс C – напротив, для большого количества сетей с малым числом компьютеров. Класс B занимает среднее положение. Надо отметить, что все идентификаторы сетей классов A и B к настоящему моменту уже задействованы.

. Класс	Первые биты	Распределение байт (С — сеть, Х — хост)	Число возможных адресов сетей	Число возможных адресов хостов	Маска подсети	Стартовый адрес	Конечный адрес
A	0	С. Х.Х. Х	128	16 777 216	255.0.0.0	0.0.0.0	127.255.255.255
B	10	С. С.Х. Х	16 384	65 536	255.255.0.0	128.0.0.0	191.255.255.255
C	110	С. С.С. Х	2 097 152	256	255.255.255.0	192.0.0.0	223.255.255.255

Допустим, что вам выделен адрес сети класса C, в котором под номер узла сети отведено 8 бит. Если нужно присвоить IP-адреса 100 компьютерам, которые организованы в 10 Ethernet-сегментов по 10 компьютеров в каждом, можно поступить по-разному. Можно присвоить номера от 1 до 100 компьютерам, игнорируя их принадлежность к конкретному сегменту – воспользовавшись стандартной формой IP-адреса. Или же можно выделить несколько старших бит из адресного пространства идентификаторов узлов для идентификации сегмента сети, например 4 бита, а для адресации узлов внутри сегмента использовать оставшиеся 4 бита. Последний способ получил название адресации с использованием подсетей.

Запоминать четырехбайтовые числа для человека достаточно сложно, поэтому принято записывать IP-адреса в символической форме, переводя значение каждого составляющего байта в десятичный вид и разделяя полученные десятичные числа в записи точками, начиная со старшего байта: 192.168.253.10.  Реальный IP-адрес 192.168.123.132 – представляется в двоичном обозначении как 32-разрядное число 110000000101000111101110000100 (или 806648708 в десятичном виде). Поэтому переводите адреса сетей и компьютеров  из условного обозначения в десятичный вид (число) или,  в двоичный вид без разделяющих точек. Зная правило формирования символьного обозначения легко переводить из одного вида в другой.

Если одна рабочая станция с операционной системой, без назначенного  IP-адреса, начинает свою работу,  она получает MAC-адрес от сетевой карты и рассылает RARP - запрос, содержащий этот адрес, всем компьютерам сегмента сети. Только RARP - сервер, содержащий информацию о соответствии указанного физического адреса и выделенного IP-адреса, откликается на данный запрос и отправляет ответ, содержащий IP-адрес.  Так работает RARP протокол сетевого уровня OSI.

Напомним что за обработку данных пользователю, полученных по адресу  из сети Интернет, могут  отвечать  два протокола транспортного уровня - UDP (User Datagram Protocol) и TCP (Transmission Control Protocol). По протоколу UDP отправитель данных не получает подтверждения их доставки получателю. Этот протокол не контролирует порядок поступления  пакетов, некоторые из них могут быть потеряны или, наоборот, возможно дублирование пакетов.  UDP работает быстрее,  чем TCP (ведь заголовки пакетов у него в пять раз короче - 8 против 40 байт!).  Протоколы транспортного  уровня (TCP) не являются частью уровня IP, но существующие стандарты определяют, как должно осуществляться взаимодействие данных TCP/ IP с использованием этих протоколов.