Обмен информацией между компьютерами — Введение в интернет
Представьте, что нам нужно отправить письмо по почте. В этот процесс вовлечено много людей, и у каждого свои обязанности: сортировка почты, регистрация письма, его отправка и доставка. У каждого звена в этой цепи свои правила работы.
В интернете тоже есть свои правила или соглашения — протоколы. Например, для выдачи адреса используется протокол IP. Он определяет, как именно даются адреса и какой у них вид. Для работы интернета используется много разных протоколов и они образуют стек TCP/IP.
В этом уроке рассмотрим, что такое стек TCP/IP и сколько в нем уровней. Также подробнее разберем транспортный уровень, который отвечает за передачу информации в сети, и познакомимся с протоколами TCP и UDP.
Стек протоколов TCP/IP
Чтобы интернет мог работать, используется сетевая модель или стек TCP/IP — набор правил, которые описывают, как компьютеры соединяются и передают информацию друг другу. Наименование модели состоит из названий двух главных протоколов:
- TCP — протокол, который описывает, как передается информация внутри сети
- IP — протокол, который описывает связь компьютеров друг с другом
Сетевая модель делится на 4 уровня, в каждом из которых применяются протоколы для работы той или иной функции:
- Канальный уровень или Link Layer — самый низкий уровень. На этом уровне описываются протоколы, которые обеспечивают связь компьютеров в сети, обработка данных устройствами. Проводное, спутниковое, беспроводное соединения, сетевые карты и свитчи — все это относится к канальному уровню
- Сетевой уровень или Network Layer — протоколы для взаимодействия сетей между собой. В модели TCP/IP на этом уровне используется протокол IP
- Транспортный уровень или Transport Layer — протоколы для передачи информации. В интернете на этом уровне используются протоколы TCP и UDP, которые мы рассмотрим в этом уроке
- Прикладной уровень или Application Layer — протоколы для связи сетевых приложений. Эти протоколы позволяют открывать сайты, смотреть онлайн-фильмы. Подробнее прикладной уровень разберем в следующих уроках
Передача информации в сети
Адресация устройств в сети
Физическое подключение устройств
Все протоколы зависят друг от друга. Нельзя использовать сетевой уровень, если отсутствует канальный. Например, между компьютерами нет подключения, но мы хотим дать им адреса. Поэтому модель называется стеком — все уровни наслаиваются друг на друга без возможности пропустить какой-то из уровней.
В этом курсе мы уже встречались с канальным и сетевым уровнями. На первом была построена связь компьютеров друг с другом с помощью проводного и беспроводного соединения. На сетевом уровне выдаются IP-адреса и обеспечивается связь нескольких локальных сетей друг с другом.
Для передачи информации используются протоколы UDP и TCP, которые находятся на третьем уровне модели TCP/IP — транспортном.
Транспортный уровень
Транспортный протокол отвечает за транспортировку информации между компьютерами. Когда между устройствами передается большое количество информации, она разбивается на небольшие части — пакеты, которые посылаются поочередно. Компьютер собирает все пакеты вместе и проверяет их целостность по соглашениям, если это определено в протоколе.
Представьте коробки с вещами при переезде. Если вещей много, то их не поместить внутрь одной коробки, поэтому нужно больше коробок. Пакеты в интернете работают по такому же принципу. Например, видео невозможно передать в один прием из-за ограничений на канальном уровне. Поэтому информацию разбивают на несколько пакетов и передают их последовательно.
Размер информации, который можно передать в пакете, зависит от разных обстоятельств, ограничений, соглашений. Например, от способа подключения, ограничений провайдера и особенностей оборудования. В среднем это значение составляет 1500-2000 байт или 1.5-1.9 килобайта. Например, если нам нужно передать музыкальную композицию весом 5120 килобайт, то понадобится
Лабораторная работа №2 Работа с протоколами сетевого уровня
Цель работы: Исследовать вероятностно-временные характеристики сети Internet с использованием утилиты ping. Провести анализ состояния фрагментов топологии Internet с использованием утилит tracert и pathping.
Краткие теоретические сведения
Утилита ping
Утилита ping (Packet Internet Groper) является одним из главных средств, используемых для отладки сетей, и служит для принудительного вызова ответа конкретной машины. Она позволяет проверять работу программ TCP/IP на удаленных машинах, адреса устройств в локальной сети, адрес и маршрут для удаленного сетевого устройства. В выполнении команды ping участвуют система маршрутизации, схемы разрешения адресов и сетевые шлюзы. Это утилита низкого уровня, которая не требует наличия серверных процессов на зондируемой машине, поэтому успешный результат при прохождении запроса вовсе не означает, что выполняются какие-либо сервисные программы высокого уровня, а говорит о том, что сеть находится в рабочем состоянии, питание зондируемой машины включено, и машина не отказала («не висит»).
Утилита ping имеется в большинстве реализаций TCP/IP для различных операционных систем. В Windows утилита ping имеется в комплекте поставки, но представляет собой программу, выполняющуюся в сеансе DOS из командной строки.
Запросы утилиты ping передаются по протоколу ICMP (Internet Control Message Protocol). Получив такой запрос, программное обеспечение, реализующее протокол IP у адресата, немедленно посылает эхо-ответ. Эхо-запросы посылаются заданное количество раз (ключ —n) или по умолчанию до тех пор, пока пользователь не введет команду прерывания (Ctrl+C или Ctrl+Break), после чего выводятся статистические данные.
Обратите внимание: поскольку с утилиты ping начинается хакерская атака, некоторые серверы в целях безопасности могут не посылать эхо-ответы (например, www.microsoft.com ) . Не ждите напрасно, введите команду прерывания. Формат команды:
ping [-t] [-a] [-n число] [-l размер] [-f] [-i TTL] [-v TOS][-r число] [-s число] [[- j списокУзлов]|[-k списокУзлов]][-w таймау т] конечноеИмя
Параметры утилиты ping
На практике большинство опций в формате команды можно опустить, тогда в командной строке может быть: ping конечноеИмя.
tracert
Утилита tracert предназначена для определения маршрута до точки назначения с помощью посылки в точку назначения эхо-запросов протокола Internet Control Message Protocol (ICMP) с различными значениями срока жизни — TTL (Time-To-Live). Таким образом, tracert позволяет выявлять последовательность шлюзов, через которые проходит IP-пакет на пути к пункту своего назначения.
Формат команды: tracert [-d] [-h максимальноеЧислоПереходов] [-j списокУзлов] [- w интервал] имяКонечногоКомпьютера
Параметры утилиты tracert
Выходная информация представляет собой список машин, начиная с первого шлюза и кончая пунктом назначения. Кроме того, фиксируется полное время прохождения каждого шлюза.
В следующем примере пакет должен пройти два маршрутизатора (10.0.0.1 и 192.168.0.1), чтобы достигнуть узла 172.16.0.99. Шлюз по умолчанию для узла имеет адрес 10.0.0.1, а IP-адресом маршрутизатора в сети 192.168.0.0 является адрес 192.168.0.1. C:\>tracert 172.16.0.99 -d
Трассировка маршрута к 172.16.0.99 с максимальным числом прыжков 30:
2. 75 мс 83 мс 88 мс 192.168.0.1
3. 73 мс 79 мс 93 мс 172.16.0.99 Трассировка завершена.
Каждый маршрутизатор, через который проходит путь, обязан перед дальнейшей пересылкой пакета уменьшить значение его поля TTL по меньшей мере на 1. Фактически, TTL — счетчик узлов. Предполагается, что когда параметр TTL становится равен 0, маршрутизатор посылает системе- источнику сообщение ICMP об истечении времени.
Команда tracert определяет маршрут, посылая первый эхо-запрос с полем TTL, равным 1, и увеличивая значение этого поля на единицу для каждого последующего отправляемого эхо-пакета до тех пор, пока конечный узел не ответит или пока не будет достигнуто максимальное значение поля TTL. Максимальное количество переходов по умолчанию равно 30 и может быть изменено с помощью параметра -h. Путь определяется из анализа сообщений ICMP об истечении времени, полученных от промежуточных маршрутизаторов, и эхо-ответов точки назначения. Однако некоторые маршрутизаторы не посылают сообщений об истечении времени для пакетов с нулевыми значениями TTL и не видны для команды tracert. В этом случае для перехода отображается ряд звездочек (*). Таким образом, каждое приращение поля времени жизни позволяет пакету пройти на один шлюз дальше.
Команда tracert посылает для каждого значения поля времени жизни три пакета. Если промежуточный шлюз распределяет трафик по нескольким маршрутам, то эти пакеты могут возвращаться разными машинами. В этом случае на печать выводятся они все. Даже если конкретный шлюз определить нельзя, tracert чаще всего сможет увидеть следующие за ним узлы маршрута.
Утилита pathping
Pathping — это средство трассировки маршрута, сочетающее функции программ ping и tracert и обладающее дополнительными возможностями, которых не имеют две эти программы.. Команда pathping в течение некоторого периода времени отправляет многочисленные сообщения с эхо- запросом каждому маршрутизатору, находящемуся между исходным пунктом и пунктом назначения, а затем на основании пакетов, полученных от каждого из них, вычисляет результаты. Поскольку pathping показывает степень потери пакетов для каждого маршрутизатора или связи, можно определить маршрутизаторы или подсети, имеющие проблемы с сетью.
Команда pathping выполняет эквивалентное команде tracert действие, идентифицируя маршрутизаторы, находящиеся на пути. Затем она периодически в течение заданного времени обменивается пакетами со всеми маршрутизаторами и на основании числа пакетов, полученных от каждого из них, обрабатывает статистику.
Запущенная без параметров, команда pathping выводит справку. Формат команды:
pathping [-n] [-h максимальноеЧислоПереходов] [-g списокУзлов] [— p период] [-q числоЗапросов [-w интервал] [-T] [-R]
[имяКонечногоКомпьютера]
Параметры утилиты pathping