Лекция по теме Сетевые протоколы

Лекция по теме Сетевые протоколы

Сетевые протоколы

Сетевой протокол — набор правил, позволяющий осуществлять обмен данными между составляющими сеть устройствами, например, между двумя сетевыми картами (рис. 1).

Рисунок 1 - Иллюстрация к понятию Сетевой протокол

TCP/IP

Стек протоколов TCP/IP — это набор протоколов, его название происходит от двух наиболее важных протоколов, являющиеся основой связи в сети Интернет. Протокол TCP разбивает передаваемую информацию на порции (пакеты) и нумерует их. С помощью протокола IP все пакеты передаются получателю. Далее с помощью протокола TCP проверяется, все ли пакеты получены. При получении всех порций TCP располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое. В сети Интернет используются две версии этого протокола:

·                 Маршрутизируемый сетевой протокол IPv4. В протоколе этой версии каждому узлу сети ставится в соответствие IP-адрес длиной 32 бита (т.е. 4 октета или 4 байта).

·                 IPv6 позволяет адресовать значительно большее количество узлов, чем IPv4. Протокол Интернета версии 6 использует 128-разрядные адреса, и может определить значительно больше адресов.

Примечание

IP-адреса стандарта IPv6 имеют длину 128 бит и поэтому в четыре раза длиннее, чем IP-адреса четвертой версии. IP-адреса версии v6 записываются в следующем виде:X:X:X:X:X:X:X:X, где X является шестнадцатеричным числом, состоящим из 4-х знаков(16 бит), а каждое число имеет размер 4 бит. Каждое число располагается в диапазоне от 0 до F. Вот пример IP-адреса шестой версии: 1080:0:0:0:7:800:300C:427A. В подобной записи незначащие нули можно опускать, поэтому фрагмент адреса: 0800: записывается, как 800:.

ARP

Для взаимодействия сетевых устройств друг с другом необходимо, чтобы у передающего устройства был IP- и MAC-адреса получателя. Набор протоколов TCP/IP имеет в своем составе специальный протокол, называемый ARP (Address Resolution Protocol — протокол преобразования адресов), который позволяет автоматически получить MAC-адрес по известным IP-адресам

DHCP-протокол

Распределением IP-адресов для подключения к сети Интернет занимаются провайдеры, а в локальных сетях – сисадмины. Назначение IP-адресов узлам сети при большом размере сети представляет для администратора очень утомительную процедуру. Поэтому для автоматизации процесса разработан протокол Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) , который освобождает администратора от этих проблем, автоматизируя процесс назначения IP-адресов всем узлам сети.

HTTP протокол

HTTP протокол служит для передачи гипертекста, т.е. для пересылки Web-страниц с одного компьютера на другой. Основой HTTP является технология "клиент-сервер", то есть предполагается существование потребителей (клиентов), которые инициируют соединение и посылают запрос, и поставщиков (серверов), которые ожидают соединения для получения запроса, производят необходимые действия и возвращают обратно сообщение с результатом.

FTP протокол

FTP протокол передачи файлов со специального файлового сервера на компьютер пользователя. Установив связь с удаленным компьютером, пользователь может скопировать файл с удаленного компьютера на свой или скопировать файл со своего компьютера на удаленный.

POP протокол

POP стандартный протокол получения почтового соединения. Серверы POP обрабатывают входящую почту, а протокол POP предназначен для обработки запросов на получение почты от клиентских почтовых программ.

SMTP протокол

SMTP-протокол, который задает набор правил для отправки почты. Сервер SMTP возвращает либо подтверждение о приеме, либо сообщение об ошибке, либо запрашивает дополнительную информацию.

IP адрес по протоколу IPv4

Одной из самых важных тем при рассмотрении TCP/IP является адресация IP. Адрес IP — числовой идентификатор, приписанный каждому компьютеру в сети IP и обозначающий местонахождение в сети устройства, которому он приписан. Адрес IP - это адрес программного, а не аппаратного обеспечения. IP-адрес узла идентифицирует точку доступа модуля IP к сетевому интерфейсу, а не всю машину.

IP-адрес — сетевой (программный) адрес узла в компьютерной сети, построенной по протоколу IP.

Каждый из 4х октет десятичной записи IP адреса может принимать значение в диапазоне от 0 до 255 и в теории такой адрес в десятичной форме записи может быть в диапазоне от 0.0.0.0 до 255.255.255.255. IP адрес - двоичное число, но для человека вместо записи в 32 бит 11000000.10101000.00000000.00000001 удобнее запись в 4 байта вида 192.168.0.1.

Задание 1. Определить IP адрес вашего ПК

Узнать свой собственный IP адрес вы можете, если запустите в ОС Windows XP на выполнение команду Пуск – Программы – Стандартные – Командная Строка и наберете в ней ipconfig (рис. 2).

Рисунок 2 - IP адрес вашего ПК в десятичной системе счисления

Ту же команду можно выполнить в командной строке Windows 7 (рис. 3).

Рисунок 3 - Здесь мы видим IP в двух версиях: IPv4 и IPv6

Задание 2 (скринкаст). Перевод чисел из двоичной системы в десятичную и наоборот

При работе с IP-адресами может возникнуть необходимость перевода двоичных чисел в десятичные и наоборот. Это можно сделать, например, так, как учат в школе:

10110110₂ = (1•2⁷)+(0•2⁶)+(1•2⁵)+(1•2⁴)+(0•2³)+(1•2²)+(1•2¹)+(0•2⁰) = 128+32+16+4+2 = 182₁₀ Но, удобнее это делать на Windows-калькуляторе. Выполните в Windows-7 команду Пуск-Программы-Стандартные-Калькулятор, потом Вид-Программист (рис. 4 и 5).

Рисунок 4 - Двоичный режим (Bin)

Рисунок 5 - Десятичный режим (Dec)

Пример: 1010101₂ = 85₁₀.

Задание 3. Определение маски сети (скринкаст)

Маской подсети (маской сети) называется битовая маска, определяющая, какая часть IP-адреса узла сети относится к адресу сети, а какая — к адресу узла. Например, узел с IP-адресом 12.34.56.78 и маской подсети 255.255.255.0 находится в сети 12.34.56.0/24 с длиной префикса 24 бита с числом узлов 254 (рис. 6).

Рисунок 6 - Пояснение к термину Маски подсети (расчеты выполнены в программеLAN Calculator)

Примечание

IP калькуляторов довольно много. Для ОС Windows 7 можно пользоваться, например, программой IP Subnet Calculator 3.2.1. К сожалению, этот вариант только англоязычный (рис. 7). Здесь также видно, что узел с IP-адресом 12.34.56.78 и маской подсети 255.255.255.0 находится в сети 12.34.56.0/24 с длиной префикса 24 бита с числом узлов 254. Другой вариант IP-калькулятора для Windows 7 – программа Advanced IP Address calculator (рис. 8).

Рисунок 7 - IP Subnet Calculator

Рисунок 8 - Advanced IP Address calculator

С точки зрения математики маска подсети накладывается на IP адрес и применяется логическая операция конъюнкции – "И". Если бит в маске подсети равен "1", то соответствующий бит IP-адреса является частью номера сети. Если бит в маске подсети равен "0", то соответствующий бит IP-адреса является частью идентификатора хоста. Пример логического И (1+1=1, а 1+0=0) приведен в таблице 1.

Пример выделения маской номера сети и хоста в IP-адресе

Классы сетей

Для того, чтобы как-то структурировать сети, их поделили на классы.

Класс A. Большие сети

В сети класса A для описания адреса сети используется первый октет, а остальная часть адреса - это адрес узла. Возможное кол-во узлов 16777214. Маска сети класса А - 11111111. 00000000. 00000000. 00000000 (255.0.0.0).

Класс B. Средние сети

В сети класса B для описания адреса сети используется первые два октета, а остальная часть - это адреса узлов. Возможное кол-во узлов 65534. Маска сети

класса В - 11111111. 11111111. 00000000. 00000000 (255.255.0.0).

Класс С. Малые сети

Адреса сетей класса C используют три первых октета для описания адреса сети, а последний октет обозначает адрес узла. Возможное кол-во узлов 254. Маска сети

класса С - 11111111.11111111.11111111.00000000 (255.255.255.0).

Итак, для стандартного деления IP-адресов на номер сети и номер узла, определенного классами A, B и C маски подсети имеют следующий вид:

В настоящее время классовая модель считается устаревшей и маршрутизация осуществляются по модели CIDR.

Маски при бесклассовой маршрутизации (CIDR)

Беcклассовая адресация CIDR (Classless InterDomain Routing) - метод IP-адресации, позволяющий гибко управлять пространством IP-адресов, не используя жёсткие рамки классовой адресации. Использование этого метода позволяет экономно использовать конечный ресурс IP-адресов. Пример записи IP-адреса с применением бесклассовой адресации: 10.1.2.33/27. По-другому такая запись называется запись IP-адреса не в классическом виде и стиле Cisco. При этом подходе маску подсети записывают вместе с IP-адресом в формате IP-адрес/количество единичных бит в маске. Число после слэша означает количество единичных разрядов в маске подсети. Рассмотрим пример записи диапазона IP-адресов в виде 10.96.0.0/11. В этом случае маска подсети будет иметь двоичный вид 11111111 11100000 00000000 00000000, или то же самое в десятичном виде: 255.224.0.0. 11 разрядов IP-адреса отводятся под номер сети, а остальные 32 - 11 = 21 разряд полного адреса - под локальный адрес в этой сети. Итого, 10.96.0.0/11 означает диапазон адресов от 10.96.0.1 до 10.127.255.255.

Задание 4 (скринкаст). Задание диапазона IP-адресов. IP калькуляторы

С помощью IP калькуляторов, расположенных в Интернет, можно легко и быстро рассчитать маску сети или подсети, посмотреть, сколько IP-адресов входит в заданный диапазон, узнать число хостов и получить ряд других полезных записей (рис. 9-11).

Рисунок 9 - IP калькулятор на http://ip.waldimord.ru/

Рисунок 10 - IP калькулятор на http://azbukaweb.ru/ip-calc

Рисунок 11 - IP калькулятор на http://ip-calculator.ru/

Путем ввода в калькулятор вашего IP и маски вы можете рассчитать диапазоны IP-адресов от начального (минимального) до конечного (максимального). Диапазон IP адресов записывают в виде префикса. Иначе говоря, если вам встречается запись IP-адресов вида 10.96.0.0/11, то здесь 11 это префикс. Он означает количество единичных разрядов в маске подсети. Для приведённого примера маска подсети будет иметь 11 единиц, потом нули, т.е. двоичный вид 11111111 11100000 00000000 00000000 или то же самое в десятичном виде: 255.224.0.0. 11 разрядов IP-адреса отводятся под номер сети, а остальные из 32 бит, т.е. 32 - 11 = 21 разряд полного адреса — под локальный адрес в этой сети. Итого, 10.96.0.0/11 означает диапазон адресов от 10.96.0.1 до 10.127.255.254. Для автоматизации подобных расчетов воспользуйтесь программой LanCalculator для Windows XP. Просто введите IP и Маску и нажмите на кнопку Рассчитать. Тот же результат вы получите проще и быстрее (рис. 12).

Рисунок 12 -  Расчет диапазона IP адресов по IP адресу и Маске подсети

Задание 5. Определить MAC-адрес ПК (Скринкаст)

Помимо IP адреса, есть еще и такое понятие, как MAC адрес.

MAC-адрес (или аппаратный адрес) - это цифровой код длиной 6 байт, устанавливаемый производителем сетевого адаптера и однозначно идентифицирующий данный адаптер. Согласно стандартам на сеть Ethernet, не может быть двух сетевых адаптеров с одинаковым MAC-адресом. Пример записи MAC-адреса: 00:E0:18:C3:11:89.

Для того, чтобы узнать MAC-адрес сетевой карты в ОС Windows XP нужно выполнить следующие действия: Пуск-Выполнить-cmd и нажимаем OK;

В командной строке набираем ipconfig /all и нажимаем Enter (рис. 13).

Рисунок 13 - Показан аппаратный адрес ПК

Находим пункт "физический адрес" — это и есть MAC-адрес. Если на компьютере установлено несколько сетевых карт, то пунктов "физический адрес" может быть несколько. В Widows XP можно MAC адрес определять специальными утилитами (рис. 14).

Рисунок 14 - Окно утилиты IP config

DNS-сервер (Скринкаст)

DNS-сервер служит для преобразования доменных имен в IP-адреса, либо наоборот - IP-адресов в доменные имена.

Пример

Доменное имя:  www.site.ru

IP-адрес сервера:   194.226.215.67

Например, если выполните в командной строке команду ping на какой-либо веб-сервер, то вы увидите, что его доменное имя транслируется в его IP адрес (рис. 15). Эту трансляцию и осуществляет DNS-сервер.

Рисунок 15 - Доменное имя (yandex.ru) преобразуется в IP адрес

Настройка IPv4 адресов

В Windows 7 выполните команду Панель управления-Сеть и Интернет-Сетевые подключения (рис. 16).

Рисунок 16 - На этом ПК существует несколько сетевых подключений

В окне сетевых подключений выберите то подключение, которое вам нужно отконфигурировать и для открытия диалогового окна свойств конкретного сетевого подключения, из контекстного меню выберите команду Свойства (рис. 17).

Рисунок 17 - Окно свойств сетевого подключения

В диалоговом окне выберите компонент Протокол Интернета версии 4 (TCP/IPv4) и нажмите на кнопку Свойства (рис. 18).

Рисунок 18 - Диалоговое окно свойств Протокола Интернета версии 4 (TCP/IPv4)

Как видно на иллюстрации, по умолчанию сетевые подключения автоматически получают IP-адрес и адрес DNS-сервера. Для того чтобы настроить статический адрес, установите переключатель на опцию Использовать следующий IP-адрес, а затем укажите IP-адрес, маску подсети и при необходимости адрес основного шлюза. Для ручной настройки DNS-сервера, установите переключатель на опцию Использовать следующие адреса DNS-серверов и укажите адрес предпочтительного DNS-сервера и, по необходимости, адрес альтернативного DNS-сервера.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Задание 1. Рассчитайте номер сети и узла:

Задание 2. Определите адрес сети и адрес узла, если:

IP-адрес:      00001100 00100010 00111000 01001110 (12.34.56.78)

Маска подсети: 11111111 11111111 11100000 00000000 (255.255.224.0)

Задание 3. Подтвердите или опровергните следующие вычисления путем выполнения логического И:

Задание 4. Поясните картинку ниже:

Выводы:

В лекции мы познакомились с различными сетевыми протоколами (TCP/IP, ARP, DHCP, http, FTP, POP, SMTP), а также классами сетей и другой терминологией, связанной с компьютерными сетями.

Скачано с www.znanio.ru