11. Интерфейс х.21. Процедура установления соединения.

Физический уровень в архитектуре открытых систем является нижним уровнем, который обеспечивает взаимодействие со средой передачи. Физический уровень описывает интерфейс между терминальным оборудованием DTE и оборудованием передачи данных DCE. К протоколам физического уровня относятся интерфейсы сопряжения физической среды с аппаратурой каналов данных. Согласование физической среды передачи с оконечным оборудованием задается различными видами стыков. Стык- место соединения устройств передачи сигналов данных ( например стык С2 – V24/RS232 ).

Интерфейс Х.21 определяет сопряжение между оконечным оборудование данных ( ООД ) и аппаратурой канала данных ( АКД ). В качестве ООД может выступать может выступать устройство сопряжения вычислительной машины с АКД. Через устройство сопряжения производится ввод-вывод данных. Состав и функции линий интерфейса определяются стандартом Х.24.

Интерфейс состоит из восьми соединительных линий. G и Ga – заземления, S – синхронизация элементов сигнала ( моментов передачи битов ), В – синхронизация байтов ( необязательна ), Т- линия передачи битов данных в АКД, R – линия приема битов данных от АКД, С – линия управления АКД со стороны ООД, I – индикация установления соединения и прекращения связи.

Взаимодействие через интерфейс Х.21 сводится к трем основным процедурам: установлению соединения по инициативе ООД или АКД, передаче данных и разъединению.

RS232.

Широко используемый последовательный интерфейс синхронной и асинхронной передачи данных, определяемый стандартом EIA RS-232-C и рекомендациями V.24 CCITT. Изначально создавался для связи компьютера с терминалом. В настоящее время используется в самых различных применениях.  

Интерфейс RS-232-C соединяет два устройства: терминальное DTE ( ПК ) и связное DCE ( модем ). Линия передачи первого устройства соединяется с линией приема второго и наоборот (полный дуплекс) Для управления соединенными устройствами используется программное подтверждение (введение в поток передаваемых данных соответствующих управляющих символов). Возможна организация аппаратного подтверждения путем организации дополнительных RS-232 линий для обеспечения функций определения статуса и управления.  

Максимальная скорость передачи составляет 115 Кбит/с на расстояние до 15 метров.

Определяет 25 рабочих цепей. Одновременно могут использоваться от 12 до 16 цепей интерфейса. Наиболее важные цепи интерфейса – это 8 цепей:

1. Обнаружение несущей частоты ( DCD )

2. Прием последовательных данных ( RXD ).

3. Передача последовательных данных ( TXD ).

4. Готовность терминала ( DTR ).

5. Связь установлена ( DSR ).

6. Запрос на отправку ( RTS ).

7. Готовность приема ( CTS ).

8. Индикатор вызова ( RI ). Прием модемом сигнала вызова по телефонной сети.

Сигналы интерфейса RS-232С подразделяются на классы:

1. Последовательные данные ( например TXD, RXD ). Интерфейс RS-232 С два независимых последовательных канала данных: первичный и вторичный. Оба канала могут работать в дуплексном режиме т.е. одновременно осуществляют передачу и прием информации.

2. Управляющие сигналы квитирования ( например RTS, CTS ). Сигналы квитирования – это средство при помощи которого обмен сигналами позволяет DTE начать диалог c DCE до фактической передачи или приема данных по последовательной линии связи.

3. Сигналы синхронизации ( например TC, RC ). В синхронном режиме ( в отличии от наиболее распространенного асинхронного) между устройствами необходимо передавать сигналы синхронизации, которые упрощают синхронизм принимаемого сигнала в целях его декодирования.

Все сигналы RS-232C передаются специально выбранными уровнями, обеспечивающими высокую помехоустойчивость связи. Отметим, что данные передаются в инверсном коде (логической единице соответствует низкий уровень, логическому нулю - высокий уровень).  Формат данных состоит из стартового бита, 8 бит данных, бита честности и 2 стоповых бит. Получив стартовый бит, приемник выбирает из линии биты данных через определенные интервалы времени. Очень важно, чтобы тактовые частоты приемника и передатчика были одинаковыми, допустимое расхождение - не более 10%). 

Интерфейс RS-232C предназначен для подключения к компьютеру стандартных внешних устройств (принтера, сканера, модема, мыши и др.), а также для связи компьютеров между собой. Основными преимуществами использования RS-232C по сравнению с Centronics являются возможность передачи на значительно большие расстояния и гораздо более простой соединительный кабель. В то же время работать с ним несколько сложнее. Данные в RS-232C передаются в последовательном коде побайтно. Каждый байт обрамляется стартовым и стоповыми битами. Данные могут передаваться как в одну, так и в другую сторону (дуплексный режим– данные в обе стороны могут передаваться одновременно).  

12. Структура пакета протокола IP. Логическая структура. Адресация. Характеристика протокола. Указать состояние таблиц маршрутизации при пересылке сообщений из одной подсети в другую. 31. Маршрутизация IP протокола. 35. Пояснить IP протокол, его структуру, адресацию. Указать состояние таблиц маршрутизации при пересылке сообщения из одной подсети в другую.

Основные функции протокола IP.

Основу транспортных средств стека протоколов TCP/IP составляет протокол межсетевого взаимодействия IP. Он обеспечивает передачу дейтаграмм от отправителя к получателям через объединенную систему компьютерных сетей.

Он должен передавать пакеты между сетями. В каждой очередной сети, лежащей на пути перемещения пакета, протокол IP вызывает средства транспортировки, принятые в этой сети, чтобы с их помощью передать этот пакет на маршрутизатор, ведущий к следующей сети, или непосредственно на узел-получатель.

Протокол IP относится к протоколам без установления соединений. Перед IP не ставится задача надежной доставки сообщений от отправителя к получателю. Протокол IP обрабатывает каждый IP-пакет как независимую единицу, не имеющую связи ни с какими другими IP-пакетами. В протоколе IP нет механизмов, обычно применяемых для увеличения достоверности конечных данных: отсутствует квитирование - обмен подтверждениями между отправителем и получателем, нет процедуры упорядочивания, повторных передач или других подобных функций. Если во время продвижения пакета произошла какая-либо ошибка, то протокол IP по своей инициативе ничего не предпринимает для исправления этой ошибки. Все вопросы обеспечения надежности доставки данных по составной сети в стеке TCP/IP решает протокол TCP, работающий непосредственно над протоколом IP. Именно TCP организует повторную передачу пакетов, когда в этом возникает необходимость.

Важной особенностью протокола IP, отличающей его от других сетевых протоколов является его способность выполнять динамическую фрагментацию пакетов при передаче их между сетями с различными, максимально допустимыми значениями поля данных кадров MTU.

Структура IP-пакета

IP-пакет состоит из заголовка и поля данных. Заголовок, как правило, имеющий длину 20 байт.

Формат дейтограммы Интернет

Версия - характеризует версию IP-протокола (например, 4 или 6). Формат пакета определяется программой и, вообще говоря, может быть разным для разных значений поля версия. Только размер и положение этого поля незыблемы.

Длина заголовка ( Hlen ), измеряемая в 32-разрядных словах, обычно содержит 20 октетов.

Полная длина определяет полную длину IP-дейтограммы (до 65535 октетов), включая заголовок и данные.

Тип сервиса - (TOS ) характеризует то, как должна обрабатываться дейтограмма. Имеет 6 субполей:

Приоритет

D

T

R

C

Не используется

Формат поля TOS.

Субполе «приоритет» (3 бита) предоставляет возможность присвоить код приоритета каждой дейтограмме (в настоящее время это поле не используется).

Биты C, D, T, R характеризуют пожелания относительно способа доставки дейтограммы. Так D=1 требует минимальной задержки, T=1 – высокую пропускную способность, R=1 – высокую надежность, а C=1 – низкую стоимость. TOS играет важную роль в маршрутизации пакетов.

Идентификатор, флаги и указатель фрагмента. Поля управляют процессом фрагментации и последующей "сборки" дейтограммы. Идентификатор представляет собой уникальный код дейтограммы, позволяющий идентифицировать принадлежность фрагментов и исключить ошибки при "сборке" дейтограмм. Бит 0 поля «флаги» является резервным, бит 1 служит для управления фрагментацией пакетов (0 – фрагментация разрешена; 1 – запрещена), бит 2 определяет, является ли данный фрагмент последним (0 – последний фрагмент; 1 – следует ожидать продолжения). Указатель фрагмента используется при сборке/разборке фрагментов пакетов при передачах их между сетями с различными величинами MTU.

Время жизни (TTL). Задает время жизни дейтограммы в секундах, то есть предельно допустимое время пребывания дейтограммы в системе. При каждой обработке дейтограммы, например в маршрутизаторе, это время уменьшается в соответствии со временем пребывания в данном устройстве или согласно протоколу обработки. Если TTL=0, дейтограмма из системы удаляется.

Протокол - указывает, какому протоколу верхнего уровня принадлежит информация, размещенная в поле данных пакета ( например ТСР ).

Контрольная сумма заголовка - занимает 2 байта и рассчитывается только по заголовку. Вычисляется с использованием операций сложения 16-разрядных слов заголовка по модулю 1. Сама контрольная сумма является дополнением по модулю один полученного результата сложения.

Поля IP-адрес отправителя и IP-адресполучателя имеют одинаковую длину - 32 бита - и одинаковую структуру.

Опции не обязательно присутствует в каждой дейтограмме. Размер поля опции зависит от того, какие опции применены. Если используется несколько опций, они записываются подряд без каких-либо разделителей. Каждая опция содержит один октет кода опции, за которым может следовать октет длины и серия октетов данных. Если место, занятое опциями, не кратно 4 октетам, используется заполнитель ( состоит из нулей ).

IP-адреса представляют собой основной тип адресов, на основании которых сетевой уровень передает пакеты между сетями. Эти адреса состоят из 4 байт, например 109.26.17.100. IP-адрес назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. Номер сети может быть выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения Internet - InterNIC, если сеть должна работать как составная часть Internet. Обычно поставщики услуг Internet получают диапазоны адресов у подразделений InterNIC, а затем распределяют их между своими абонентами. Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. Маршрутизатор по определению входит сразу в несколько сетей. Поэтому каждый порт маршрутизатора имеет собственный IP-адрес. Конечный узел также может входить в несколько IP-сетей. В этом случае компьютер должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей. Таким образом, IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.

Адрес состоит из двух логических частей - номера сети и номера узла в сети. Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая - к номеру узла, определяется значениями первых бит адреса. Значения этих бит являются также признаками того, к какому классу относится тот или иной IP-адрес.

IP адрес класса А.

IP адрес класса В.

IP адрес класса С.

Если адрес начинается с 0, то сеть относят к классу А и номер сети занимает один байт, остальные 3 байта интерпретируются как номер узла в сети. Сети класса А имеют номера в диапазоне от 1 до 126.

Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В. В сетях класса В под номер сети и под номер узла отводится по 16 бит. Таким образом, сеть класса В является сетью средних размеров с максимальным числом узлов 2¹⁶, что составляет 65 536 узлов.

Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С. В этом случае под номер сети отводится 24 бита, а под номер узла - 8 бит.

Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса D и обозначает особый, групповой адрес - multicast. Если в пакете в качестве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес.

Если адрес начинается с последовательности 11110, то это значит, что данный адрес относится к классу Е, Адреса этого класса зарезервированы для будущих применений.

Адресация подсетей.

Сети могут быть разбиты на несколько подсетей.

Как и номера хост–машин в сетях класса A, класса B и класса C, адреса подсетей задаются локально. Обычно это выполняет сетевой администратор. Так же, как и другие IP - адреса, каждый адрес подсети является уникальным. Использование подсети никак не отражается на том, как внешний мир видит эту сеть, но в пределах организации подсети рассматриваются как дополнительные структуры. Для примера, сеть 172.16.0.0 разделена на 4 подсети: 172.16.1.0, 172.16.2.0, 172.16.3.0 и 172.16.4.0. Маршрутизатор определяет сеть назначения, используя адрес подсети, тем самым ограничивая объем трафика в других сегментах сети.

С точки зрения адресации, подсети являются расширением сетевого номера. Сетевые администраторы задают размеры подсетей, исходя из потребностей организации и роста.

Адрес подсети включает номера сети, подсети и хост–машины внутри подсети. Благодаря этим трем уровням адресации подсети обеспечивают сетевым администраторам повышенную гибкость настройки.

Чтобы создать адрес подсети, сетевой администратор "заимствует" биты из поля хост–машин и переопределяет их в качестве поля подсетей. Количество "заимствованных" битов можно увеличивать до тех пор, пока не останется 2 бита. Поскольку в поле хостов сетей класса B имеются только 2 октета, для создания подсетей можно заимствовать до 14 бит. Сети класса C имеют только один октет в поле хостов. Следовательно, в сетях класса C для создания подсетей можно заимствовать до 6 бит.

Маскирование подсетей.

Подсети скрыты от внешнего мира с помощью масок, называемых масками подсети, функцией которых является сообщить устройствам, в какой части адреса содержится номер подсети, а в какой - номер "хост-машины".

Маски подсетей используют тот же формат, что и IP – адресация. Другими словами, маска имеет длину 32 бита и разделена на 4 октета. Маски подсетей имеют все единицы в части, отвечающей сети и подсети, и все нули в части, отвечающей хост – машине. По умолчанию, если нет заимствованных битов, маска подсети сети класса B будет иметь вид 255.255.0.0. Если же заимствовано 8 бит, маской подсети той же сети класса B будет 255.255.255.0.

Существует жесткая маршрутизация и свободная маршрутизация.

Жесткая маршрутизация означает, что адреса определяют точный маршрут дейтограммы. Проход от одного адреса к другому может включать только одну сеть.

Свободная маршрутизация отличается от предшествующей возможностью прохода между двумя адресами списка более чем через одну сеть.

IP-слой имеет маршрутные таблицы, которые просматриваются каждый раз, когда IP получает дейтограмму для отправки. Когда дейтограмма, получается, от сетевого интерфейса, IP первым делом проверяет, принадлежит ли IP-адрес места назначения к списку локальных адресов, или является широковещательным адресом. Если имеет место один из этих вариантов, дейтограмма передается программному модулю в соответствии с кодом в поле протокола. IP-процессор может быть сконфигурирован как маршрутизатор, в этом случае дейтограмма может быть переадресована в другой узел сети. Маршрутизация на IP-уровне носит пошаговый характер. IP не знает всего пути, он владеет лишь информацией – какому маршрутизатору послать дейтограмму с конкретным адресом места назначения.

Просмотр маршрутной таблицы происходит в три этапа:

1) Ищется полное соответствие адресу места назначения. В случае успеха, пакет посылается соответствующему маршрутизатору или непосредственно интерфейсу адресата. Связи точка-точка выявляются именно на этом этапе.

2) Ищется соответствие адресу сети места назначения. В случае успеха система действует так же, как и в предшествующем пункте. Одна запись в таблице маршрутизации соответствует всем ЭВМ, входящим в данную сеть.

3) Осуществляется поиск маршрута по умолчанию и, если он найден, дейтограмма посылается в соответствующий маршрутизатор.

Таблицы маршрутизации в IP-сетях.

Программные модули протокола IP устанавливаются на всех конечных станциях и маршрутизаторах сети. Для продвижения пакетов они используют таблицы маршрутизации.

Вид таблицы IP-маршрутизации зависит от конкретной реализации стека TCP/IP. Приведем пример таблицы маршрутизации, с которыми мог бы работать маршрутизатор M1 в сети.

Пример маршрутизируемой сети.

Если на месте маршрутизатора М1 установить аппаратный маршрутизатор NetBuilder II компании 3 Com, то его таблица маршрутизации для этой же сети может выглядеть так:

Адрес сети назначения «Destination».

Адрес следующего маршрутизатора «Gateway».

Адрес порта, на который нужно направить пакет в маршрутизаторе NetBuilder II отсутствует. Это объясняется тем, что адрес выходного порта всегда можно косвенно определить по адресу следующего маршрутизатора.

Остальные параметры, которые можно найти в представленных версиях таблицы маршрутизации, являются необязательными для принятия решения о пути следования пакета.

Наличие или отсутствие поля маски в таблице говорит о том, насколько современен данный маршрутизатор.

Метрика используется только в качестве признака непосредственно подключенной сети. Однако существуют ситуации, когда маршрутизатор должен обязательно хранить значение метрики для записи о каждой удаленной сети. Эти ситуации возникают, когда записи в таблице маршрутизации являются результатом работы некоторых протоколов маршрутизации, например протокола RIP. В таких протоколах новая информация о какой-либо удаленной сети сравнивается с имеющейся в таблице, и если метрика новой информации лучше имеющейся, то новая запись вытесняет имеющуюся.

Поле «Status» описывает характеристики записи: например Uр - показывает, что маршрут активен и работоспособен.

Поле времени жизни «TTL» имеет смысл для динамических записей, которые имеют ограниченный срок жизни. Текущее значение поля показывает оставшийся срок жизни записи в секундах.

Поле «Source» отражает источник появления записи в таблице маршрутизации. Например протокол RIP.