Распределительные системы обработчиков данных

Значение длины  заголовка IP - пакета также занимает 4 бита и измеряется в 32- битовых словах. Обычно заголовок имеет длину в 20 байт (пять 32 - битовых слов), но при добавлении некоторой служебной информации это значение может быть увеличено за счет дополнительных байтов в поле параметров. Наибольшая длина заголовка составляет 60 байт.

Поле типа сервиса (Type of Service, ToS) имеет и другое. Более современное название - байт дифференцированного обслуживания, или DS- байт. Этим двум названиям соответствует два варианта интерпретации этого поля. В обоих случаях данное поле служит одной цели - хранению признаков, которые отражают требования к качеству обслуживания пакета. В прежнем варианте первые три бита содержат значение приоритета пакета: от самого низкого - 0 до самого высокого - 7. Маршрутизаторы и компьютеры могут принимать во внимание приоритет пакета и обрабатывать наиболее важные пакеты в первую очередь. Следующие три бита поля ToS определяют критерий выбора маршрута. Если бит D (Delay - надежность) установлен в 1, то маршрут должен выбираться для минимизации задержки доставки данного пакета, установленный бит Т (Throughput - пропускная способность) - для максимизации пропускной способности, а бит R (Reliability - надежность) - для максимизации надежности доставки. Оставшиеся два бита имеют нулевое значение.

Поле обшей длины занимает 2 байта и характеризует общую длину пакета с учетом заголовка и поля данных. Максимальная длина пакета ограничена разрядностью поля, определяющего эту величину, и составляет 65 535 байт, однако в большинстве компьютеров и сетей столь большие пакеты не используются.

Идентификатор пакета занимает 2 байта и используется для распознавания пакетов, образовавшихся путем деления на части (фрагментации) исходного пакета. Все части (фрагменты) одного пакета должны иметь одинаковые значения этого поля.

Флаги занимают 3 бита и содержат признаки, связанные с фрагментацией. Установленный в 1 бит DF (Do not Fragment - не фрагментировать) запрещает маршрутизатору фрагментировать данный пакет, а установленный в 1 бит MF (More Fragments- больше фрагментов) говорит о том, что данный пакет является промежуточным (не последним) фрагментом. Оставшийся байт зарезервирован.

Поле смещения фрагмента занимает 13 бит и задает смещение в байтах поля данных этого фрагмента относительно начала поля данных исходного нефрагментированного пакета. Используя при сборке/разборке фрагментов пакетов. Смещение должно быть кратно 8 байт.

Поле времени  жизни (Time To Live, TTL) занимает один байт и используется для задания предельного срока, в течение которого пакет может перемещаться по сети. Время жизни пакета измеряется в секундах и задается источником. По истечении каждой секунды пребывания на каждом из маршрутизаторов, через которые проходит пакет во время своего "путешествия" по сети, из его текущего времени жизни вычитается единица; единица вычитается и в том случае, если время пребывания было меньше секунды. Если значение поля времени жизни становится нулевым до того, как пакет достигает получателя, пакет уничтожается. Таким образом, время жизни является своего рода часовым механизмом самоуничтожения пакета.

Контрольная сумма  заголовка занимает 2 байта (16 бит) и рассчитывается только по заголовку. Поскольку некоторые поля заголовка меняют свое значение в процессе передачи пакета по сети (например, поле времени жизни), контрольная сумма проверяется и повторно рассчитывается на каждом маршрутизаторе и конечном узле как дополнение к сумме всех 16 - битовых слов заголовка. При вычислении контрольной суммы значение самого поля контрольной суммы устанавливается в нуль. Если контрольная сумма неверна, то пакет отбрасывается, как только обнаруживается ошибка.

Поля IP-адресов  источника и приемника имеют  одинаковую длину - 32 бита.

В стеке TCP/IP маршрутизаторы и конечные узлы принимают решения о том, кому передавать пакет для его успешной доставки узлу назначения, на основании так называемых таблиц маршрутизации (routing tables).

В этой таблице в столбце "Адрес сети назначения" указываются  адреса всех сетей, которым данный маршрутизатор может передавать пакеты. В стеке TCP/IP принят так называемый одношаговый подход к оптимизации маршрута продвижения пакета (next-hop routing) - каждый маршрутизатор и конечный узел принимает участие в выборе только одного шага передачи пакета. Поэтому в каждой строке таблицы маршрутизации указывается не весь маршрут в виде последовательности IP-адресов маршрутизаторов, через которые должен пройти пакет, а только один IP-адрес - адрес следующего маршрутизатора, которому нужно передать пакет. Вместе с пакетом следующему маршрутизатору передается ответственность за выбор следующего шага маршрутизации. Одношаговый подход к маршрутизации означает распределенное решение задачи выбора маршрута. Это снимает ограничение на максимальное количество транзитных маршрутизаторов на пути пакета.

В случае, если в таблице маршрутов имеется более одной строки, соответствующей одному и тому же адресу сети назначения, то при принятии решения о передаче пакета используется та строка, в которой указано наименьшее значение в поле "Расстояние до сети назначения".

При этом под расстоянием  понимается любая метрика, используемая в соответствии с заданным в сетевом  пакете классом сервиса. Это может  быть количество транзитных маршрутизаторов в данном маршруте (количество хопов от hop - прыжок), время прохождения пакета по линиям связи, надежность линий связи, или другая величина, отражающая качество данного маршрута по отношению к конкретному классу сервиса.

Для отправки пакета следующему маршрутизатору требуется знание его локального адреса, но в стеке TCP/IP в таблицах маршрутизации принято использование только IP-адресов для сохранения их универсального формата, не зависящего от типа сетей, входящих в интерсеть. Для нахождения локального адреса по известному IP-адресу необходимо воспользоваться протоколом ARP.

Конечный узел, как и  маршрутизатор, имеет в своем распоряжении таблицу маршрутов унифицированного формата и на основании ее данных принимает решение, какому маршрутизатору нужно передавать пакет для сети N. Решение о том, что этот пакет нужно вообще маршрутизировать, компьютер принимает в том случае, когда он видит, что адрес сети назначения пакета отличается от адреса его собственной сети (каждому компьютеру при конфигурировании администратор присваивает его IP-адрес или несколько IP-адресов, если компьютер одновременно подключен к нескольким сетям). Когда компьютер выбрал следующий маршрутизатор, то он просматривают кэш-таблицу адресов своего протокола ARP и, может быть, находит там соответствие IP-адреса следующего маршрутизатора его MAC-адресу. Если же нет, то по локальной сети передается широковещательный ARP-запрос и локальный адрес извлекается из ARP-ответа.

После этого компьютер  формирует кадр протокола, используемого  на выбранном порту, например, кадр Ethernet, в который помещает МАС-адрес маршрутизатора. Маршрутизатор принимает кадр Ethernet, извлекает из него пакет IP и просматривает свою таблицу маршрутизации для нахождения следующего маршрутизатора. При этом он выполняет те же действия, что и конечный узел.

Утылити:

Ipconfig - Выводит значения для текущей конфигурации стека TCP/IP: IP-адрес, маску подсети, адрес шлюза по умолчанию, адреса WINS (Windows Internet Naming Service) и DNS (Domain Name System).

Ping- Осуществляет проверку правильности конфигурирования TCP/IP и проверку связи с удаленным хостом.

Команда ping проверяет соединение с удаленным хостом путем отправки к этому хосту эхо-пакетов ICMP и прослушивания эхо-ответов. По умолчанию передается 4 эхо-пакета длиной 32. Ping позволяет изменить размер и количество пакетов, указать, следует ли записывать маршрут, который она использует, какую величину времени жизни (ttl) устанавливать, можно ли фрагментировать пакет и т.д.. При получении ответа в поле time указывается, за какое время (в миллисекундах) отправленный пакет доходит до удаленного хоста и возвращается назад.

Tracert- Осуществляет проверку маршрута к удаленному компьютеру путем отправки эхо-пакетов протокола ICMP (Internet Control Message Protocol). Выводит маршрут прохождения пакетов на удаленный компьютер.

Arp - Выводит для просмотра и изменения таблицу трансляции адресов, используемую протоколом разрешения адресов ARP (Address Resolution Protocol -  определяет локальный адрес по IP-адресу). Основная задача протокола ARP – трансляция IP-адресов в соответствующие локальные адреса. Для этого ARP-протокол использует информацию из ARP-таблицы (ARP-кэша). Если необходимая запись в таблице не найдена, то протокол ARP отправляет широковещательный запрос ко всем компьютерам локальной подсети, пытаясь найти владельца данного IP-адреса. В кэше могут содержаться два типа записей: статические и динамические. Статические записи вводятся вручную и хранятся в кэше постоянно. Динамические записи помещаются в кэш в результате выполнения широковещательных запросов. Для них существует понятие времени жизни. Если в течение определенного времени (по умолчанию 2 мин.) запись не была востребована, то она удаляется из кэша.

Route - Модифицирует таблицы маршрутизации IP. Отображает содержимое таблицы, добавляет и удаляет маршруты IP.

18.

Транспортный уровень – передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Модель OSI определяет пять классов транспортного сервиса от низшего класса 0 до высшего класса 4. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг: срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплексирования нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол, а главное – способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.

Функции выполняемые транспортным уровнем:

-        преобразование  транспортного адреса в сетевой;

-        межоконечное мультиплексирование транспортных соединений в сетевые;

-        установление  и разрыв транспортных соединений;

-        упорядочение  блоков данных по отдельным  соединениям;

-        обнаружение ошибок и необходимый контроль качества услуг;

-        восстановление  после ошибок;

-        сегментирование,  объединение и сцепление;

-        управление  потом данных по отдельным  соединениям;

Транспортный уровень  стека TCP/IP может предоставлять вышележащему уровню два типа сервиса:

• гарантированную доставку обеспечивает протокол управления передачей (Transmission Control Protocol, TCP);
• доставку по возможности, или с максимальными усилиями, обеспечивает протокол пользовательских дейтаграмм (User Datagram Protocol, UDP).

Для того чтобы обеспечить надежную доставку данных протокол TCP предусматривает установление логического  соединения, что позволяет ему  нумеровать пакеты, подтверждать их прием  квитанциями, в случае потери организовывать повторные передачи, распознавать и  уничтожать дубликаты, доставлять прикладному  уровню пакеты в том порядке, в  котором они были отправлены. Этот протокол позволяет объектам на компьютере-отправителе и на компьютере-получателе поддерживать обмен данными в дуплексном режиме. TCP дает возможность без ошибок доставить сформированный на одном из компьютеров поток байтов в любой другой компьютер, входящий в составную сеть. TCP делит поток байтов на фрагменты и передает их нижележащему уровню межсетевого взаимодействия. После того как эти фрагменты будут доставлены средствами уровня межсетевого взаимодействия в пункт назначения, протокол TCP снова соберет их в непрерывный поток байтов.

UDP обеспечивает основной механизм, используемый пpикладными пpогpаммами для пеpедачи датагpамм другим приложениям. UDP предоставляет протокольные поpты, используемые для pазличения нескольких пpоцессов, выполняющихся на одном компьютеpе. Помимо посылаемых данных каждое UDP-сообщение содеpжит номеp поpта-пpиемника и номеp поpта-отпpавителя, делая возможным для программ UDP на машине-получателе доставлять сообщение соответствующему реципиенту, а для получателя посылать ответ соответствующему отправителю.

UDP использует Internet Protocol для пеpедачи сообщения от одной мащины к дpугой и обеспечивает ту же самую ненадежную доставку сообщений, что и IP. UDP не использует подтвеpждения пpихода сообщений, не упоpядочивает пpиходящие сообщения и не обеспечивает обpатной связи для управления скоростью передачи инфоpмации между машинами. Поэтому, UDP-сообщения могут быть потеpяны, pазмножены или пpиходить не по поpядку. Кpоме того, пакеты могут пpиходить pаньше, чем получатель сможет обpаботать их. В общем можно сказать, что:

• UDP обеспечивает ненадежную службу без установления соединения и использует IP для тpанспоpтиpовки сообщений между машинами. Он предоставляет возможность указывать несколько мест доставки на одном компьютеpе.
• Пpикладные пpогpаммы, использующие UDP, несут полную ответственность за пpоблемы надежности, включая потеpю сообщений, дублирование, задеpжку, неупоpядоченность или потеpю связи.

19.

Обзор технологии PDH

Технология PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy, плезиохронная цифровая иерархия) — это способ организации цифровых систем передачи, использющих мультиплексированный ИКМ сигнал(импулсно-кодови сигнал), собранный из 30-канальных цифровых потоков (2048 кбит/с в совокупности). Передаваемые потоки называеются плизиохронными, т. е.в дословном переводе «почти синхронными» из-за небольших допустимых различий в их скорости. Эти различия устраняются добавлением синхронизирующих битов, которые должны быть распознаны на принимающей стороне. (PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy) — цифровой метод передачи данных и голоса, основанный на временном разделении канала и технологии представления сигнала с помощью импульсно-кодовой модуляции (ИКМ).

В европе действует отличный от остальных стран стандарт технологии PDH, согласно европейскому стандарту для передачи объединяется 32 канала по 64 кбит/с. 30 из этих каналов используются для передачи данных, 2 служебных канала используются для передачи сигналов управления и сигнализации.

Поочередно из каждого канала передается по одному байту, длительность цикла 125 мкс, что  и дает указанные выше 125 х 8 х 32 = 2048000 бит/с = 2 Мбит/с. В России данный стандарт также называется ИКМ-30.