Попов Ф.А., Гондурова Ю.В. Локальные вычислительные сети

Подождите немного. Документ загружается.

иметь значение от 0 до 255), которые отделяются точками, например:

255.255.255.255 или 147.14.123.8.

IP-адрес состоит из двух компонент: номера сети и рабочего

номера (номера устройства в сети). Иногда в литературе сетевую часть

IP-адреса называют subnet mask (Macкa подсети).

IP-адреса присваиваются Internet Network Information Center

(NIC) - Информационным центром сети Internet. Любая организация,

собирающаяся строить сеть на основе TCP/IP, должна

зарегистрироваться в NIC (чтобы не происходило дублирования

адресов).

Кроме того, сети с протоколом ТСР/IР, как правило, имеют

собственные уникальные символические идентификаторы - так

называемые доменные имена (domain name).

Для того чтобы зарегистрировать уникальное доменное имя

для сети, также необходимо послать запрос в NIC. Последний

утверждает доменное имя и регистрирует его в своей базе данных, так

что использовать его никто больше не сможет.

Структура протоколов ТСР/IР приведена на рисунке 7.

Протоколы TCP/IP делятся на 4 уровня. Самый нижний (уровень IV) -

это уровень отдельной локальной сети или сетевые средства

глобальной сети, этот уровень в данных протоколах не

регламентируется. Следующий уровень (III) - это уровень межсетевого

взаимодействия, который занимается передачей дейтаграмм с

использованием различных локальных сетей, линий специальной связи

и т. п. Для этого уровня разработаны межсетевой протокол IP (Internet

Protocol) и протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP

(Internet Control Message Protocol). Протокол IP управляет передачей

дейтаграмм как между сетями, так и внутри сети. Протокол ICMP

используется для посылки сообщений с целью отслеживания процесса

передачи межсетевых дейтаграмм.

Следующий уровень (II) называется основным

(транспортный уровень). На этом уровне функционируют протокол

управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол

дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP

обеспечивает устойчивое виртуальное соединение между удаленными

прикладными процессами, протокол UDP обеспечивает передачу

прикладных пакетов дейтаграммным методом, то есть без

установления виртуального соединения.

Верхний уровень (I) называется прикладным. На этом

уровне работают несколько протоколов:

• протокол теледоступа telnet;

• протокол передачи файлов FTP;

• протокол передачи почтовых сообщений SMTP;

• протокол передачи тривиальных файлов TFTP;

• протокол доменной системы имен DNS.

Рассмотрим наиболее важные и распространенные

протоколы более подробно.

NFS

FTP Telnet . . .

SMTP NFS

TFTP

DNS

RIP

. . .

TSP

. . .

FDDIToken Ring

Ethernet

IP и ICMP

UDP

Рисунок 7 – Структура стандартных протоколов DoD

Протоколы TCP и UDP. Отправку и прием сообщений на

транспортном уровне протокола TCP/IP осуществляют два разных

протокола: TCP (Transmission Control Protocol) и UDP (User Datagram

Protocol). Все остальные протоколы семейства TCP/IP базируются на

них.

Основное различие между TCP и UDP заключается в

отношении к связи между компьютерами. Протокол TCP

устанавливает соединение, при помощи которого компьютеры

физически обмениваются сообщениями друг с другом, и при этом

компьютер на одном конце соединения знает о компьютере на другом

конце соединения. Протокол UDP не устанавливает соединение; задача

этого протокола - собрать сообщение, пристыковать к нему адрес

компьютера-получателя и отправить получившийся пакет в сеть. При

этом протокол UDP ничего не знает о физическом соединении между

компьютерами.

Очевидно, протокол TCP более надежен, так как дает

гарантию того, что соединение действительно установлено; протокол

UDP сам по себе не предоставляет никаких гарантий того, что

сообщение будет доставлено адресату. Поэтому при работе с

протоколом UDP компьютер-получатель посылает компьютеру-

отправителю сообщения с подтверждением того, что сообщение

получено. Если отправитель не получает такое подтверждение в

течение заданного промежутка времени после посылки сообщения, он

считает, что сообщение потеряно, и посылает его снова.

И протокол TCP, и протокол UDP добавляют к сообщению

свои заголовки. Хотя структура этих заголовков различна, они

содержат одну и ту же основную информацию (адрес отправителя,

адрес получателя, длину сообщения и т. д.). Заголовок TCP более

сложен, так как для поддержания физической связи между

компьютерами необходимо больше информации.

Порты и гнезда TCP. Для того чтобы приложения,

использующие для коммуникации протокол TCP, могли обращаться к

различным услугам TCP/IP, используются номера портов (port

number). Каждой функции TCP/IP назначается свой номер порта, так

что приложение, обратившись к этому порту, получает доступ к

соответствующей функции. Не следует путать порты TCP с портами

компьютера (такими, как параллельные или последовательные); порты

TCP - не физические устройства, а логические, номер порта TCP

соответствует определенной функции протокола TCP/IP, а не

физическому устройству.

Номера портов назначаются протоколом TCP/IP; при

необходимости администратор может изменить их. Полный список

существующих номером портов TCP публикуется организацией

Internet Assigned Numbers Authority.

Наиболее часто используются порты:

20 FTP Data (данные);

21 FTP Control (команды);

23 Telnet (Телекоммуникационная сеть);

25 протокол SMTP;

53 сервер DNS;

69 протокол TFTP.

Комбинация из IP-адреса компьютера и номер порта TCP

однозначно определяет каждый вход и выход уровня TCP. Эту

комбинацию из двух чисел называют номером гнезда (socket number).

Поскольку каждый компьютер имеет уникальный IP-адрес, номера

гнезд на компьютере однозначно соответствуют номерам портов TCP.

На каждом компьютере, использующем протокол TCP,

поддерживается таблица портов (port table) - список всех портов и их

назначения. При установлении нового соединения в эту таблицу

добавляется номер порта, используемого на другом конце соединения.

Таким образом, при соединении двух компьютеров таблица портов

каждого из них будет содержать номер порта другого компьютера.

Порт может быть использован для поддержания нескольких

соединений одновременно (это называется мультиплексированием -

multiplexing).

Протокол IP. Протокол под названием Internet Protocol (IP)

является базовым протоколом TCP/IP и используется во многих

операционных системах. Назначение этого протокола - адресация

датаграмм и определение наилучшего маршрута их передачи. Как в

UDP, он не устанавливает физического соединения. В этот протокол

входят средства подтверждения доставки сообщения и повторной

посылки, если сообщение не получено. Протокол IP имеет

собственный заголовок, который присоединяется к сообщению перед

заголовком, полученным с более высокого уровня (TCP или UDP).

Протокол IP также занимается разбиением длинных

датаграмм на небольшие пакеты при посылке и сборкой датаграмм при

приеме. Так как в сетях, как правило, имеются ограничения на размер

пакетов данных, датаграммы приходится разбивать на части, чтобы не

превысить это ограничение (в самом протоколе IP датаграмма может

иметь размер до 64 Кб). Для описания процесса разбиения и сборки

датаграмм используются специальные термины:

•Сегментация (Segmentation). Процесс разбиения

датаграммы на несколько датаграмм меньшего размера.

•Реассемблирование (Reassembly). Процесс сборки исходной

датаграммы из нескольких датаграмм меньшего размера.

•Конкатенация (Concatenation). Процесс соединения

нескольких датаграмм в одну.

•Сепарация (Separation). Процесс, обратный конкатенации:

разделение одной датаграммы на несколько отдельных, полученных от

разных приложений.

Все эти процессы происходят внутри приложения,

использующего протокол IP, и совершенно незаметны для

пользователя.

Протокол ICMP. В любой сети возможна потеря или

повреждение датаграмм при пересылке, а также другие сбои в работе.

Поэтому важной составной частью TCP/IP является протокол,

позволяющий сообщать компьютеру, пославшему датаграмму, о

возникновении проблем.

Для этой цели в протокол IP встроен протокол коррекции

ошибок ICMP (Internet Control Message Protocol). В сущности, ICMP

использует специальные сообщения IP, специфические именно для

уровня IP. Поэтому часто ICMP считают просто коммуникационной

системой протокола IP. Его работа совершенно незаметна для

конечного пользователя; разработчики программного обеспечения и

аппаратуры могут использовать сообщения ICMP для диагностики.

Протокол SMTP. Протокол SMTP (Simple Mail Transfer

Protocol), как следует из его названия, предназначен для пересылки

электронной почты. Этот протокол используется в качестве базовой

системы пересылки сообщений электронной почты в Internet и многих

локальных сетях.

Программы электронной почты передают почтовые

сообщения программе рассылки, которая либо является резидентной

(TSR), либо запускается в нужный момент (daemon). Эта программа

создает пакеты данных в соответствии с протоколом SMTP и посылает

их в сеть.

Telnet. Протокол Telnet (Telecommunications network)

позволяет с помощью сети пользователю, работающему на одном

компьютере, подключиться к другому компьютеру сети и начать с ним

работу (точно так же, как если бы он сидел за терминалом этого

компьютера).

Протокол Telnet бывает полезен, например, в том случае,

если на удаленном компьютере имеется некоторая специальная

программа, к которой вам необходим доступ. Кроме того, Telnet

позволяет повысить быстродействие компьютера за счет подключения

к более мощному компьютеру и использования его процессора.

Telnet, как правило, запускает специальный процесс на

сервере (компьютере, к которому обращаются) для обработки запросов

от клиента (компьютера, обращающегося к серверу). Если клиенту

необходимо обратиться к серверу, на нем запускается программа

Telnet, которая устанавливает связь с сервером через определенный

порт TCP.

FTP. FTP (File Transfer Protocol) - это протокол, позволяющий

быстро передавать по сети файлы, без проведения сеансов связи с

помощью Telnet . Этот протокол предназначен для проведения сеансов

работы на удаленном компьютере.

FTP позволяет пересылать файлы в различных форматах,

обычно в текстовом или двоичном.

TFTP. Протокол TFTP (Trivial File Transfer Protocol) - один

из простейших протоколов пересылки файлов. Этот протокол

отличается от FTP тем, что он не подключается к удаленному

компьютеру; запросы на пересылку файлов обрабатываются

протоколом UDP.

DNS. Протокол DNS (Domain Name Server) обеспечивает

преобразование имен из доменной формы в формат адресов IP.

NFS. Приложения, нужные пользователю, часто находятся

на другом компьютере сети, поэтому необходим метод простого и

удобного доступа к ним. Для упрощения доступа к файлам на других

компьютерах, а также разделения периферийного оборудования

компания Sun Microsystems разработала сетевую файловую систему -

NFS (Network File System).

4. СЕТЕВЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

4.1 Определение операционной системы

Операционная система в наибольшей степени определяет

облик всей вычислительной системы в целом, выполняя две функции:

обеспечение пользователю-программисту удобств посредством

предоставления для него расширенной машины и повышение

эффективности использования компьютера путем рационального

управления его ресурсами.

4.1.1 Операционная система как расширенная машина

Использование компьютеров на уровне машинного языка

затруднительно, особенно это касается ввода-вывода. Например, для

организации чтения блока данных с гибкого диска программист может

использовать 16 различных команд, каждая из которых требует 13

параметров, таких как номер блока на диске, номер сектора на дорожке

и т. п. Когда выполнение операции с диском завершается, контроллер

возвращает 23 значения, отражающих наличие и типы ошибок,

которые надо анализировать. Программа, которая скрывает от

программиста все особенности аппаратуры и предоставляет

возможность простого, удобного доступа к ресурсам компьютера - это

операционная система. Точно так же, как ОС ограждает программистов

от аппаратуры дискового накопителя и предоставляет ему простой

файловый интерфейс, операционная система берет на себя все, что

связано с обработкой прерываний, управлением таймерами и