1 д-ріс

1-дәріс. Кіріспе. Пакеттерді коммутациялау технологиясы – соңғы желілерді құру негізі. TCP/IP протоколдарының стекі. Интернет желісі және IP протоколы

Пакеттерді коммутациялайтын желілерге ауысу – ашық ақпараттық жүйелерді енгізудегі ең бір әсер етуші үрдістердің бірі болып табылады.

Пакеттерді коммутациялауды алғашқы қолданушы Х.25 және TCP/IP (IP технологиясы) технологиялары болды, және де Х.25 байланысты орнату арқылы мәліметтерді алмасуға бағытталған, ал IP технологиясында байланыс орнатылмай алмасулар жүзеге асырылуы мүмкін. Бұл технологиялар қазірде классикалық түрге жатады, әсіресе IP 4 нұсқасы.

TCP/IP протоколдарының стекі. IP протоколы және Интернет желісі.

Интернет желісі көп деңгейлі TCP/IP протоколдарымен жұмыс істейді. TCP/IP протоколының мағынасы келесідей: Transmission Control Protocol/Интернет Protocol (мәліметтерді таратуды басқару протоколы/ Интернет протоколы).

TCP/IP протоколдарының стекі 4 деңгейден тұрады (1.1 сурет).

IV деңгейі Ethernet, Token Ring, SLIP, PPP сияқты физикалық және арналық стандартты протоколдар негізінде жұмыс істейтін желілерге ену деңгейімен сәйкес келеді. Бұл деңгейдің протоколдары аппараттық деңгейдегі желілерде мәліметтердің пакеттік жіберілуіне жауап береді.

III деңгей - мәліметтердің пакеттерін бір желіден басқасына жіберу кезінде желіаралық қатынасты қамтамасыз етеді. Осы кезде IP протоколы жұмыс істейді.

1.1- сурет. TCP/IP стекі

II деңгей – негізгі деңгей болып табылады және TCP таратуын басқару протоколы негізінде жұмыс істейді. Бұл протокол хабарламаларды түрлі машиналарда орналасқан қолданбалы бағдарламалар арасында олардың арасында виртуалды байланыс орнату есебінен сенімді таратуға қажетті болып табылады.

I деңгей – қолданбалы болып табылады. TCP/IP стекі көптен қолданыста және ол қолданбалы деңгейдің көптеген қызметтері мен протоколдарынан тұрады. (FTP файлдарын тарату протоколы, Telnet протоколы, бүкіл әлемдік GopherSpace кеңістігі ресурсына енуге арналған Gopher протоколы, олардың ішінде ең танымал протоколдардың бірі HTTP, ол бүкіл әлемдік тордағы алшақ орналасқан (алыстатылған) гипермәтіндік мәліметтер базасына енуге арналған.

TCP протоколы. TCP протоколы тақырыпшасының форматы.

TCP протоколы: IP-датаграммасының жеткізілуін кепілдейді; сегменттерге бөліктеуді және бағдарламалармен жіберілген мәліметтердің үлкен топтамасын жинақтауды орындайды; мәліметтердің сегменттерін тиісті тәртіпте жеткізілуін қаматамысыз етеді; бақылау сомасы көмегімен жіберілген мәліметтердің түгелдігін тексереді; егер де мәліметтер сәтті қабылданса, оң растауды жібереді.

TCP протоколы желінің екі торабының арасындағы «нүкте-нүкте» байланысына негізделген. TCP мәліметтерді бағдарламадан алады және оларды байттар ағыны ретінде өңдейді. Байттар сегменттерге топталады. Мұнда TCP протоколы сегменттерге қабылдағыш түйіндемесінде сегменттердің дұрыс жинақталуына қажетті тізбектік нөмірлерді тағайындайды.

Транспорттық деңгейдің қызметтері: транспорттық адресті желілікке түрлендіру; желіліктегі транспоррттық байланысты желілікке түпкілерінің арасында мультиплексрлеу; транспорттық байланыстың орнатылуы және үзілуі мәліметтер топтамасының жеке байланыстар бойынша тәртіпке келуі; қателіктің табылуы және қызмет сапасына қажетті бақылау; қателіктен кейінгі қалыпқа келу; саралау; біріктіру және тіркеу; мәліметтер ағынын жеке байланыстар бойынша басқару; сыртқы қадағалау функциялары; мәліметтердің жедел транспорттық топтамасын тарату.

UDP протоколы дейтаграммалық протокол бола отырып, мүмкіндігінше қызметті ұйымдастырады, яғни хабарламаларының жіберілуіне кепілдік бермейді, сондай-ақ ешбір жағдайда да IP дейтаграммалық протоколының сенімсіздігін теңелтпейді. UDP протоколының мәліметтер бірлігі болып UDP-пакеті(дестесі) немесе қолданыстық дейтаграмма табылады. UDP дейтаграммасының ұзындығы өз кезегінде төменгі деңгей технологиясының кадр өлшемімен шектелген, IP протоколының мәләметтер өрісі ұзындығынан аса алмайды. Егер де UDP-буфер қайта толатын болса, қосымшаның мәліметтері лақырылып тасталынады. Төрт 2-байттық өрістен тұратын UDP-дестесінің тақырыпшасы қорек көзі порты өрісін, қабылдағыш портын, UDP ұзындығынан және бақылау сомасын қамтиды.

IP-дестесі мәліметтер өрісінен және тақырыпшадан тұрады. Тақырыпша әдеттегідей 20 байт ұзындыққа ие, және де құрылымы келесідей (1.2 сурет).

(Version) нұсқаның Нөмір өрісі 4 биттен тұрады, IP протоколының құсқасын көресетеді. Қазірде (IPv4) 4 нұсқа бірге қолданыста жүр, сондай-ақ (IPv6) 6 нұсқасына ауысуға дайындалуда.

IP-дестенің (IHL) тақырыпшасының ұзындығы өрісі 4 битті құрайды, 32-биттік сөздерде өлшенген тақырыпша ұзыныдығының өлшемін көрсетеді. Әдетте тақырыпша 20 байт ұзындыққа ие, бірақ та қызметтік ақпараттың көлемінің ұлғаюына байланысты бұл ұзындық Опциялар өрісіндегі қосымша байттарды қолдану есебінен 60 октетке дейін өсуі мүмкін.

(Type of Service) Қызметтің Тип өрісі 1 байттан тұрады, және жол бағытын(маршрут) таңдау өлшемінің түрі мен дестенің басымдылығын белгілейді. Алдымен бұл өрістің үш биті десте басымдылығының астыңғы өрісін құрайды, басымдылық ең төменгі мәнге – 7-ге (басқарылатын ақпарат дестесі) ие болуы мүмкін. Маршрутизаторлар мен компьютерлер десте приоритетіне мін беріп, бірінші кезекте біршама маңызды дестелерді өңдеуі мүмкін.

1.2 - сурет. IP пакетінің (дестесінің) форматы

Қызметтің Тип өрісі маршрут таңдау өлшемін анықтайтын 3 биттен тұрады. Нақты таңдау мынадай үш балама негізінде жүзеге асады: аз кідіріс, жоғары сенімділік және жоғары өткізгіштік қабілеті. Орнатылған D биті- жол бағыты сол дестенің жіберілуінің кідіріс минимизациясы үшін таңдалуы, ал Т биті – өткізгіштік қабілетінің барынша көбейтілуі, сондай-ақ R биті – жіберілу сенміділігін арттыру қажеттігін хабарламалауы тиіс.

(Total Length) Жалпы Ұзындық өрісі 2 байтты құрайды және мәліметтер өрісі мен тақырышаны есептегендегі дестенің жалпы ұзындығын білдіреді. Дестенің максималды ұзындығы осы мәнді анықтайтын өріс разрядтылығымен шектелген және 65535 байтты құрайды, бірақ та көп желілерде көптеген дестелер қолданылмайды. Түрлі желілер бойынша тарату кезінде десте ұзыдығы IP-дестесін тасымалдайтын төменгі деңгей пртоколының пакетінің максималды ұзындығы есебінен таңдалады. Егер бұл кадрлар Ethernet болса, онда пакеттер Ethernet кадрының мәліметтер өрісіндегі 1500 байтты максималды ұзындықпен таңдалады.

Идентификатор өрісі 2 байтты құрайды және бастапқы дестені бөлу жолымен пайда болатын дестелерді ажырату үшін қолданылады. Бүкіл бөліктері осы өрістің бірдей мәндеріне ие болуы тиіс.

Флагтар (Flags) өрісі 3 биттен және бөліктеумен байланысты белгілерден тұрады. Орнатылған DF (Do not Fragment) биті маршрутизаторға осы дестелерді бөліктеуге тыйым салады, ал орнатылған MF (More Fragments) биті осы десте аралық(соңғы емес)фрагмент екендігін хабарламалайды. Қалған бит сақталған.

(Fragment Offset) Фрагменттің Жылжыту өрісі 13 биттен тұрады және жылжытылған бөліктеудің бастапқы дестесінің мәліметтерінің жалпы өрісінің басынан осы дестені мәліметтер өрісіндегі байттарда жылжуын тапсырады. Олар дестелердің бөліктерін түрлі MTU мәндерімен желілер арасында бөлшектеу/жинақтау кездерінде қолданылады. Жылжыту қысқы ғана 8 байт болуы қажет.

(Time to Live) Өмір сүру Уақыты өрісі 1 байттан тұрады және десте желі бойынша ауысатындай шектік уақытты көрсетеді. Бұл дестенің өмір сүру Уақыты секундпен өлшенеді және тарату көзімен белгіленеді. Маршрутизаторларда және де желінің басқа тораптарында ағымдық уақыттың әр секунды өткен сайын бірлік саналады, бірлік кідіріс уақыты бір секундтан аз болған жағдайда ғана саналады. Соңғы маршрутизаторлар пакетті бір секундтан көп өңдесе, онда өмір сүру уақытын пакеттен беліленген орынға жеткенше өтуге рұқсат етілген максималды торап санына тең деп санауға болады. Егер Өмір сүру Уақыты параметрі десте қабылдағышқа жеткенше нөлге жететін болса, бұл десте жойылады. Өмір сүру Уақытын өзін жоюдың сағаттық механизмі ретінде есептеуге болады. Бұл өрістің мәні IP-десте тақырыпшасын өңдеу кезінде өзгереді.

Жоғарғы деңгейдің Протокол идентификаторы 1 байттан тұрады және дестенің мәліметтер өрісінде орналасқан ақпарат жоғарғы деңгейдің қай протоколына тиісті екендігін көрсетеді. (мысалы, бұл TCP протоколының сегменттері(бөліктері), UDP дейтаграммалары, ICMP немесе OSPF дестелері болуы мүмкін.

(Header Checksum) бақылау сомасы 2 байтты құрайды және тек тақырыпша бойынша есептеледі. Тақырыпшаның кей өрістері өзінің мәндерін желі бойынша (мысалы, Өмір сүру Уақыты) дестелерді жіберу кезінде өзгерткенімен де, бақылау сомасы тексеріледі және IP-тақырыпшаның әр бір өңделуінде қайта есептелінеді. Бақылау сомасы – тақырыпшаның барлық 16 биттік сөздерінің сомасына қосымша ретінде саналады. Бақылау сомасын есептеу кезінде «бақылау сомасы» өрісінің өзінің мәні нөлге теңеледі. Егер бақылау сомасы дұрыс емес болса, онда десте лақтырылып тасталады, солай қателік табылады.

(Source IP Address) Қорек көзінің IP-адрес өрісі және (Destination IP Address) тағайындау IP-адресі бірдей 32 биттік ұзындыққа ие.

Опциялар өрісі міндетті емес өріс болып табылады және әдетте желіні қалыпқа келтіру кезінде қолданылады.

(Padding) Түзеу өрісі IP-тақырыпша 32-биттік шекте аяқталатынына көз жеткізу үшін қолданылады.

IP-технология. Қазіргі таңда IP технлогия көп қолданысқа ие бола бастады, басқалармен салыстырғанда Интернетте қолданылатын TCP/IP протоколдарының стекі үнемі жетілдіріліп отырылады, барлық тип (LAN, MAN, WAN) желілерін құруда қолданылады. IP технологияның бірден бір ерекшелілігі оның ашықтығында, басқа кез келген желілік технологияны біріктіруге қабілеттілігінде, сондай-ақ кейінге қалдырға қабілеттілігінде, сенімділігінде және үлкеюге қабілеттілігінде. IP-протоколы жақсы біріктіру қабілеттілігінің арқасында әмбебап қатырғыш есебінде Интернетке ене алады. Ол көптеген түрлі желілерді ғаламдық желіге біріктіреді, себебі жеке (жергілікті) желілер әр түрлі технологияларда жұмыс істейді.

Негізгі әдебиеттер: 1[8-11], 4[4 – 9].

Қосымша әдебиеттер: 12[4 – 10].

Бақылау сұрақтары:

1. Коммутациялық дестелердің артықшылығы неде?

2. Интернет дегеніміз не? Интернет желісінің құрылымы қандай?

3. TSP/IP хаттамаларының стегі OSI-дің қай деңгейінде жұмыс істейді?

4. TSP, UDP, IP хаттамалары.

5. IP технологиясының артықшылықтары мен кемшіліктері?