Стопка протоколов сетевого обмена Stack.

• Опубликовал Андрей MastersInc 27 февраля 2017 г. - #компьютер  #интернет  #транспорт  #протокол  #роутер  #OSI  - 3 893 просмотра

  

   

  Если кто либо, когда либо, пытался понять работу компьютерный сетей, читая техническую литературу, то непременным атрибутом любой книги о компьютерных сетях, является описание стека протоколов OSI. Всё дело в том, что не понимая этого, понять как работает компьютерная сеть, невозможно.

   

  Беда в том, что все объясняют по разному и чаще всего, не совсем корректно. Человеку не знакомому с этим практически, понять сложно, а чаще просто невозможно. Кстати специалистов, хорошо понимающих это, тоже весьма мало.

  А 90% «сетевых администраторов», просто путаются и не могут внятно объяснить, как это работает.

   

  Я сделаю попытку, насколько возможно, доступно и понятно, объяснить работу сетей на логическом уровне. Без технических подробностей, где это возможно.

   

  Итак, для передачи электронных сообщений необходима физическая среда. Например провода (кабель), луч лазера (оптоволокно), радиоволны (приемопередатчики, трансиверы). Каждая среда, требует своих, специфичных методов обработки сигнала (модуляция). Каждый сигнал, обладает определёнными характеристиками (параметрами). Изменяя какой либо параметр, в соответствии с передаваемой информацией, осуществляют ввод информации в сигнал. Процесс «закладывания» называется модуляция (кодирование), процесс извлечения — демодуляция (декодирование). Это справедливо абсолютно для всех типов передачи. Этот уровень связи называется физическим, то есть, он вполне реален и его можно «пощупать» с помощью приборов (осциллограф например).

  Как понимаете, без физического уровня, ни одна сеть функционировать не может.

   

  Несомненно есть исключения, звук, свет которые обрабатывает непосредственно наши органы чувств и мозг, но это не наша тема, хотя весьма интересная.

   

  Физический уровень, называется (Layer1) уровень 1. Он регламентирует физические параметры.

  Тип среды, уровни напряжений, токов и сопротивлений, нормы затухания сигналов и помехоустойчивость к шумам и помехам. Все эти параметры оцениваются физическими единицами, омы, амперы, вольты, децибелы, неперы и др. В физической сети, сигналы можно передавать по нескольким каналам одновременно. Такая передача называется паралельной, а можно последовательно (уплотнение по времени). Во всех без исключения случаях, необходимы специальные сигналы синхронизации СТАРТ, СТОП и т. д. Без них никак.

  Например для радиостанций FM, синхронизирующим сигналом, является основная частота передатчика (например 102.5 FM ), а информация кодируется и передаётся посредством изменения основной частоты "несущей". Поэтому этот способ так и называется, частотная модуляция (Frequency Modulation) Степень отклонения (девиация), зависит от самой высокой частоты полезного, модулирующего сигнала. Благодаря знанию частоты сигнала несущей (синхронизирующей), мы можем легко получить модулирующую (информационную) составляющую. Декодировать

   

  Способов модуляции, великое множество (AM, FM, SSB, ИКМ, ADSL). В телевидении, используют несколько стандартов кодирования цвета PAL, SECAM, NTSC.

  Текущим и основным, но не единственным, стандартом передачи в компьютерных сетях, является Ethernet XXXX. Фактически Ethernet, это логическое описание, каким образом, нужно передавать сигналы в физической среде сетей. Документ описывающий данный стандарт называется IEEE группы 802.3 .

  Передача информации поочерёдно (туда — сюда) называется полудуплексная передача. Одновременная передача в обе стороны, называется полнодуплексная, или просто дуплексная.

  Процесс разрешения физических споров и конфликтов (коллизий), непременный атрибут всех сетей и также описывается в стандарте (протокол разрешения коллизий).

  Как правило, коллизии возникают в радиосетях (WiFi, WiMAX, GSM) и когда на одну линию, параллельно подключены множество абонентов (множественный доступ). В современных проводных сетях, множественный доступ практически не используется, но протокол поддерживается. Реализуется старыми устройствами Хабами (HUB). Коммутаторы (SWITCH) коллизии не обрабатывают, там их просто нет.
  

   

  ПАКЕТЫ и КАДРЫ

  Теперь поговорим о ключевой концепции сети - пакет. Однако в стандарте Ethernet пакет именуют как кадр, что логически одно и то же. Пакет, это логическая единица информации в сети. В физической сети, он имеет служебные сигналы, старт (начало), стоп (конец), синхронизация(согласование передачи - приёма) и контрольная сумма (защита от ошибок). В разных протоколах, это реализуется по разному, но логический смысл у всех один.

  Пакет имеет «фиксированный размер», в пределах передаваемого блока данных и разделен на две части, заголовок и «хвост». Это также закреплено стандартом. О длине пакета (64 - 1518 бит), «договаривается» программа работающая с оборудованием. Сделано это для экономии места в пакете и соответственно, снижении нагрузки на сеть. Заголовок, несёт всю служебную информацию, «хвост» - всё остальное. По мере формирования и продвижения пакетов по сети, они обрастают заголовками но сам размер пакета, не изменяется. Перераспределяется «хвост» кадра (служебная информация — полезная информация). В конечной точке пакет «раздевают» догола, удалив всю служебную информацию.
  

   

  Что такое «контрольная сумма».

  Контрольная сумма, это способ защиты информации от различных потерь и искажений. Самый надёжный способ, это метод CRC. Полное описание, требует хороших знаний математики, поэтому мы ограничимся ключевой концепцией. Специальным способом производится подсчёт всех байтов передаваемого блока информации и вычисляется, всего один код, длиной кратной 16 бит (16,32,64). Весь фокус заключается в математическом способе обработки.

  После обработки, блок передаётся вместе с контрольной суммой, и если произойдёт изменение, одного или более бит при передаче, то после такого же преобразования на приёмной стороне, результат вызовет несовпадение с контрольной суммой. Таким образом, если данные достоверны, то всё должно совпадать, и посчитанная сумма, и контрольная сумма. Это самый распространённый и надёжный технический метод. Используется также в дисководах при записи и считывании. Поэтому в пределах пакета, информация достоверно проходит до любой точки мировой сети.

   

  Ethernet пакет «раздевают и одевают» каждый раз, когда он проходит через сетевые «пограничные» устройства , шлюз(ы) (пограничный маршрутизатор). А точнее говоря преобразуют. В локальных сетях, пакет «гуляет» без изменений. Локальные сетевые устройства, называемые коммутаторы (свичи) просто переключают гнёзда, согласно своим таблицам соответствия сетевых адресов. Таблицы составляют сами коммутаторы, используя служебный протокол внутренних сетей ARP.

  Таким образом, физически повсюду в сети циркулируют Ethernet пакеты, в «хвост» которых, закладывается логика сетевых протоколов. Ethernet, как бы приклеивает - передаёт, принимает - отклеивает, свой заголовок и контрольную сумму. Таким образом минимально в сети существуют три уровня вложенности – 1 - Физический, 2 - транспортный (TCP/IP, UDP) и 3- логика высокого уровня (прикладные протоколы). Транспортные протоколы находятся в середине сетевого сэндвича и обеспечивают работу глобальной сети INTERNET. Под транспортными, лежат протоколы внутренних сетей. Выше транспортных, прикладные протоколы разрабатываемые прикладными программистами.

  То есть «хвост» обеспечивает логику работы всех сетевых протоколов поверх Ethernet, путём сокращения полезных пользовательских данных.

  
  

  Во внешних сетях, есть служебные протоколы маршрутизации и обработки транспортных коллизий с функциями ГИБДД и ПДД. Эти протоколы, реализуются изготовителями роутеров.

  А также имеются сервисы поиска узлов сети - службы DNS, DDNS. Протокол+ сервер.

   

  МАС адрес.

  При проектировании стандарта Ethernet было предусмотрено, что каждая сетевая карта (равно как и встроенный сетевой интерфейс) должна иметь уникальный шестибайтный номер (MAC-адрес), прошитый в ней при изготовлении. Этот номер используется для идентификации отправителя и получателя Ethernet кадра. Уникальность MAC-адресов достигается тем, что каждый производитель сетевого оборудования получает в координирующем комитете IEEE Registration Authority пул из диапазона шестнадцати миллионов (2²⁴) адресов и по мере исчерпания, выделенных адресов, может запросить новый диапазон.

   

  Любой протокол, это программа реализующая логику протокола.

   

  

   

  Посмотреть анатомию пакетов, можно с помощью бесплатной программы NetMON компании Microsoft. Как работают транспортные протоколы (TCP/IP, UDP) смотрите здесь. http://publizist.ru/blogs/107917/17188/inter-net.