7). Сетевой интерфейс: понятие, функции. Физический адрес.
Сетевой интерфейс — физическое или виртуальное устройство, предназначенное для передачи данных между программами через компьютерную сеть.
Примеры сетевых интерфейсов: Физические интерфейсы сетевых карт и телекоммуникационных устройств (коммутаторов, маршрутизаторов и так далее) ; Петлевые интерфейсы для обмена данными между процессами на одном компьютере или управляемом сетевом устройстве. Для них выделена специальная подсеть 127.0.0.0/8 ; Туннели — для инкапсуляции протокола того же или более низкого уровня в другой протокол ; Интерфейсы виртуальных сетей (VLAN)
Каждый интерфейс в сети может быть однозначно идентифицирован по его адресу. Разные сетевые протоколы используют разные системы адресации, например MAC-адреса в Ethernet или IP-адреса в IP.
MAC-адрес— это уникальный идентификатор, присваиваемый каждой единице оборудования компьютерных сетей. Большинство сетевых протоколов канального уровня используют одно из трёх пространств MAC-адресов, управляемых IEEE: MAC-48, EUI-48 и EUI-64. Адреса в каждом из пространств теоретически должны быть глобально уникальными. Не все протоколы используют MAC-адреса, и не все протоколы, использующие MAC-адреса, нуждаются в подобной уникальности этих адресов.
В широковещательных сетях (таких, как сети на основе Ethernet) MAC-адрес позволяет уникально идентифицировать каждый узел сети и доставлять данные только этому узлу. Таким образом, MAC-адреса формируют основу сетей на канальном уровне, которую используют протоколы более высокого (сетевого) уровня. Для преобразования MAC-адресов в адреса сетевого уровня и обратно применяются специальные протоколы (например, ARP и RARP в сетях TCP/IP).
Адреса типа MAC-48 наиболее распространены; они используются в таких технологиях, как Ethernet, Token ring, FDDI, WiMAX и др. Они состоят из 48 бит, таким образом, адресное пространство MAC-48 насчитывает 248 (или 281 474 976 710 656) адресов. Согласно подсчётам IEEE, этого запаса адресов хватит по меньшей мере до 2100 года.
EUI-48 от MAC-48 отличается лишь семантически: в то время как MAC-48 используется для сетевого оборудования, EUI-48 применяется для других типов аппаратного и программного обеспечения.
Идентификаторы EUI-64 состоят из 64 бит и используются в FireWire, а также в IPv6 в качестве младших 64 бит сетевого адреса узла.
8).Кодирование-декодирование аналоговых и цифровых сигналов.
Преобразование двоичных символов в сигналы, передаваемые по линии, осуществляется в передатчике и называется модуляцией. Приемник осуществляет обратное преобразование – демодуляцию. Для оптимизации передачи сигналов следует учитывать их спектральные характеристики.
Типы адресов: физический (MAC-адрес), сетевой (IP-адрес) и символьный (DNS-имя)
Каждый компьютер в сети TCP/IP имеет адреса трех уровней:
1.Локальный адрес узла, определяемый технологией, с помощью которой построена отдельная сеть, в которую входит данный узел. Для узлов, входящих в локальные сети — это МАС-адрес сетевого адаптера или порта маршрутизатора, например, 11-А0-17-3D-BC-01. Эти адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными адресами, так как управляются централизовано. Для всех существующих технологий локальных сетей МАС-адрес имеет формат 6 байтов: старшие 3 байта — идентификатор фирмы производителя, а младшие 3 байта назначаются уникальным образом самим производителем. Для узлов, входящих в глобальные сети, такие как Х.25 или frame relay, локальный адрес назначается администратором глобальной сети.
2.IP-адрес, состоящий из 4 байт, например, 109.26.17.100. Этот адрес используется на сетевом уровне. Он назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер сети может быть выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения Internet (Network Information Center, NIC), если сеть должна работать как составная часть Internet. Обычно провайдеры услуг Internet получают диапазоны адресов у подразделений NIC, а затем распределяют их между своими абонентами.
Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. Деление IP-адреса на поле номера сети и номера узла — гибкое, и граница между этими полями может устанавливаться весьма произвольно. Узел может входить в несколько IP-сетей. В этом случае узел должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей. Таким образом IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.
3.Символьный идентификатор-имя, например, SERV1.IBM.COM. Этот адрес назначается администратором и состоит из нескольких частей, например, имени машины, имени организации, имени домена. Такой адрес, называемый также DNS-именем, используется на прикладном уровне, например, в протоколах FTP или telnet.
2. Понятие интерфейса и протокола компьютерных сетей
В общепринятом понимании интерфейс (interface) рассматривается как средство, обеспечивающее взаимодействие между (inter) объектами или лицами (face).
Существует множество различных интерфейсов: интерфейс пользователя, аппаратно — программный интерфейс, межпрограммный (межуровневый) интерфейс, интерфейс приложений и др.
При передаче сообщений в рамках сетевого обмена оба участника должны следовать множеству соглашений [3]. Например, они должны согласовать уровни и форму сигналов, способ определения длины сообщений, «договориться» о методах контроля и др. Совокупность правил и соглашений, которым должны следовать участники обмена называются протоколами. В рамках сетевого обмена различают два типа сетевых протоколов.
Протокол с установлением соединения CONS – Connection – Oriented Network Service предполагает, что перед началом обмена отправитель и получатель должны сначала установить соединение, а после завершения диалога – разорвать соединение.
Протокол без предварительного установления соединения CLNS – Connection-Less Network Service (дейтаграммный протокол) допускает передачу сообщений при их готовности.
3. Понятие «открытой» системы. Модель osi.
Как правило, обмен данными в сети осуществляется фиксированными по длине блоками, которые называются пакетами. Состав пакета показан на рис.4.2.
Приняв пакет, принимающая сторона, анализируя данные, осуществляет подсчет контрольной суммы принятых данных, а затем сравнивает полученную контрольную сумму с принятой, при совпадении контрольных сумм считается, что данные приняты без искажений.
Понятие «открытой» системы означает, что участники обмена информацией взаимодействуют между собой общаясь «на одном языке». Вместе с тем, в некоторых случаях может возникнуть ситуация, когда участники обмена не могут «понять» друг друга из-за различий аппаратных платформ, выполненных различными производителями. Под взаимодействием устройств подразумевается, что все устройства, участвующие в обмене, должны следовать общепризнанным принципам и быть понимаемы друг другом [3]. С этой целью в 1984г. Международная организация по стандартизации (International Organization of Standardization – ISO) предложила семиуровневую эталонную коммуникационную модель «Взаимодействие открытых систем» (Open System Interconnection – OSI) см.рис.4.3. Модель OSI стала основой для разработки стандартов на взаимодействие систем. Она определяет только схему выполнения необходимых задач, но не дает конкретного описания их выполнения. Это осуществляется конкретными протоколами или правилами, разработанными для определенной технологии с учетом модели OSI. Уровни OSI могут реализовываться как аппаратно, так и программно.
Рис.4.3. Протоколы и интерфейсы модели OSI.
Основная идея модели OSI состоит в том, что сторона отправителя должна преобразовать посредством последовательного перехода по семи уровням передаваемую информацию в форму, способную «пройти» по физическому каналу передачи данных, а принимающая сторона, выполнив обратные преобразования, представить информацию в виде воспринимаемом пользователем. При этом одинаковые уровни в разных системах, не имея возможности связываться непосредственно, должны иметь на своих выходах идентичное представление преобразованных данных, не зависимо от аппаратно-программной реализации процесса преобразования. Это обеспечивается формализованными правилами – протоколами, определяющими последовательность и формат сообщений на каждом из семи уровней. При этом на одном и том же узле протоколы соседних уровней взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами, называемыми интерфейсом [3]. Здесь интерфейс определяет набор услуг, которые нижележащий уровень предоставляет вышележащему уровню.
Физический уровень – самый низкий в модели OSI. На данном уровне определяются электрические, механические, функциональные и иные параметры реализации физической связи. Физический уровень описывает процесс прохождения сигналов через среду передачи между сетевыми устройствами. Ею могут быть медный кабель (коаксиальный кабель, витая пара и т. д.), оптоволокно, радиоканал. На этом уровне определяются характеристики электрических сигналов: фронты импульсов, уровни напряжения или тока передаваемого сигнала, типы кодирования, скорости передачи сигналов. В компьютере физический уровень поддерживается сетевым адаптером. Единственным типом оборудования, которое работает только на физическом уровне, являются повторители.
Канальный уровень — обеспечивает надежную передачу данных через физический канал. Канальный уровень оперирует блоками данных, называемыми кадрами (frame). В локальных сетях используется разделяемая среда передачи. Основным назначением канального уровня является прием кадра из сети и отправка его в сеть. Функции канального уровня реализуются установленными в компьютерах сетевыми адаптерами и соответствующими драйверами, а также различным коммуникационным оборудованием. Эти устройства должны:
- формировать кадры;
- анализировать и обрабатывать кадры;
- принимать кадры из сети и отправлять их в сеть.
Канальный уровень обеспечивает правильность передачи каждого кадра, добавляя к кадру его контрольную сумму.
Сетевой уровень — решает вопросы объединения сетей с разными принципами передачи данных между конечными узлами для образования единой транспортной системы. Здесь сеть является не просто объединением компьютеров, а соединением по одной из типовых технологий, использующих для передачи данных один из протоколов канального уровня. На сетевом уровне происходит обмена данными между сетями. Обмен данными осуществляется порциями, которые формируются пакетами. Каждый пакет кроме адреса компьютера снабжается адресом сети, как получателя, так и отправителя. Для соединения сетей используется специальное устройство маршрутизатор, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и выбирает наилучший маршрут по критерию время передачи пакета или надежность передачи. На сетевом уровне выделяются два вида протоколов – это сетевые протоколы, с помощью которых осуществляется продвижение пакетов через сеть. К ним можно отнести и так называемые протоколы маршрутизации, с помощью которых маршрутизаторы обмениваются маршрутной информацией. Второй вид протокола – протокол разрешения адресов, который отвечает за преобразование адреса узла, используемого на сетевом уровне, в локальный адрес сети.
Транспортный уровень. На транспортном уровне решаются вопросы обеспечения надежности передачи данных, обнаружения и исправления ошибок передачи (искажение, потеря и дублирование пакетов). Модель OSI предполагает пять классов сервиса, которые определяются качеством предоставляемых услуг по надежности. Протоколы транспортного уровня и выше реализуются программными средствами узлов сети, компонентами сетевых систем.
Сеансовый уровень. На сеансовом уровне реализуются средства синхронизации, при помощи которых в длинных передачах устанавливаются специальные контрольные точки для возможного отката в случае сбоя не в начало, а на последнюю контрольную точку. Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом между конечными узлами.
Представительский уровень. Функции уровня представления заключаются в преобразовании формы представления данных, полученных от прикладного уровня одной системы, в форму, необходимую для восприятия прикладным уровнем другой системы. На этом уровне преодолеваются синтаксические различия в представлении и кодировке данных, а также обеспечивается секретность обмена данными для всех служб прикладного уровня.
Прикладной уровень. Протоколы прикладного уровня обеспечивают доступ пользователей к разделяемым ресурсам сети (файлы, принтеры, факсы, сканеры, гипертекстовые страницы). К ним относятся протоколы электронной почты и другие протоколы совместной работы. В качестве единицы информации протоколы этого уровня используют сообщение.