TCP/IP и DNS

Связь уровней

Как правило, внутри структуры архитектурной модели создается группа взаимодействующих протоколов. Эти группы протоколов называются стеками. Для реализации сетевого соединения данные должны преодолеть все уровни модели по направлению вниз, после чего в конечной точке доставки переместиться по уровням в обратном направлении.

Инкапсуляция

При перемещении данных вниз по стеку протоколов каждый уровень добавляет свою информацию и инкапсулирует данные своим заголовком и концевой частью (трейлером). Каждый уровень имеет свою собственную структуру данных, терминологию и механизм адресации. Это похоже на складывание одной коробки во вторую, второй – в третью и т.д. На противоположной стороне коробки распаковываются в обратном порядке – данные обрабатываются и отправляются на следующий уровень, расположенный выше в стеке. Этот процесс называется декапсуляцией и продолжается до тех пор, пока не произойдет доставка данных.

Давайте проследим, каким образом данные передаются от одного компьютера к другому. Три верхних уровня обеспечивают представление информации транспортному уровню, на котором начинается непосредственный процесс сетевого соединения; с него-то мы и начнем. На рисунке 8.3 показан путь, по которому данные передаются от одного компьютера к другому.

Рис. 8.3. Путь, по которому данные передаются от одного компьютера к другому

На транспортном уровне компьютера 1 данные инкапсулируются в дейтаграмму и передаются на сетевой уровень. На сетевом уровне дейтаграмма помещается в пакет, причем дейтаграмма является той частью пакета, в которой содержатся данные. Пакет передается на канальный уровень, где он помещается в сегмент данных кадра. Этот кадр передается на физический уровень. На физическом уровне происходит кодирование кадра в биты и передача по каналу связи компьютеру 2.

На компьютере 2 биты принимаются по каналу связи на физическом уровне и передаются на канальный уровень. На канальном уровне из информации заголовка кадра считывается MAC-адрес. При его соответствии процесс продолжается, и данные (пакет уровня 3) передаются на сетевой уровень. Если MAC-адрес не совпадает, данные аннулируются. На сетевом уровне считывается IP-адрес, и при его совпадении дейтаграмма передается на транспортный уровень. На транспортном уровне считываются номер порта и протокол для определения получателя данных. Данные передаются на сеансовый уровень для непосредственного представления приложению.

Адресация в TCP/IP

В стеке протоколов TCP/IP важное значение имеют два типа адресов: MAC-адреса и IP-адреса. Об информации транспортного уровня (TCP и UPD) речь пойдет в разделе "Протоколы TCP, UDP и ICMP" далее в лекции.

MAC-адреса

MAC-адреса располагаются на канальном уровне модели OSI. Эти адреса присваиваются Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE). Каждое сетевое устройство имеет MAC-адрес, и каждый MAC-адрес является полностью уникальным (теоретически).

MAC-адреса используют 48-битное адресное пространство, что позволяет использовать миллионы MAC-адресов по всей сети интернет. MAC-адреса состоят из двух частей: первые 24 бита являются идентификатором производителя. Каждый производитель имеет свой собственный префикс. Производитель присваивает адреса, называемые идентификаторами станции, использующие оставшиеся 24 бита.

IP-адреса

IP-адреса занимают сетевой уровень модели OSI. Эти адреса присваивает Агентство по выделению имен и уникальных параметров протоколов интернета (IANA), которое распределило свои функции между несколькими различными ведомствами.

IP является маршрутизируемым протоколом, поэтому IP-адреса состоят из двух частей.

• Идентификатор сети. Первая часть IP-адреса, идентифицирующая адрес устройств сети, являющихся частью единой группы устройств.
• Идентификатор узла. Вторая часть IP-адреса, определяющая отдельное устройство в сети.

Версии протокола IP

В настоящее время используются две версии протокола IP: версия 4 и версия 6. IPv4 представляет собой стандарт, созданный в конце 70-х годов. IPv6 является новым стандартом.

IPv4

При настройке соединения с помощью IPv4 используются IP-адрес, маска подсети и шлюз по умолчанию.

IP-адрес

IPv4 состоит из 32-битных адресов, представляющих собой разделенные точками 8-битные блоки, например: 192.168.0.1. Протокол IPv4 имеет ряд недостатков, поскольку обеспечиваемое им адресное пространство недостаточно велико и не соответствует спросу на адреса. Частично причиной этому является неэффективное назначение адресов. Многие используют частные адреса и прокси-серверы для ограничения общих адресов. Число компьютеров, подключенных к интернету, постоянно растет, поэтому в определенный момент времени ресурсы адресного пространства IPv4 будут исчерпаны. Для решения этой проблемы разработан протокол IPv6, обеспечивающий большее адресное пространство.

Маска подсети

Маска подсети определяет, какие части IP-адресов идентифицируют сеть, а какие – узлы. Маска подсети представляет собой разделенный точками адрес, состоящий из четырех частей (октетов) и "маскирующий" часть IP-адреса для определения того, в каком месте находится граница части идентификатора сети и идентификатора хоста. Маска подсети обычно выглядит так: 255.255.255.0. Первые три октета представляют номер сети, а последний октет является номером узла. Применительно к IP-адресу в нашем примере верно следующее:

IP-адрес		192.168.0.1

Маска подсети	255.255.255.0

Сравниваем IP-адрес и маску подсети и выявляем, что номером сети
является 192.168.0, а номером узла – 1.

В рамках этой книги мы не будет рассматривать процесс IP-адресации, поскольку приведенного материала достаточно для дальнейшей работы. Вот еще немного технических сведений, которые могут быть интересны читателю. Наилучшим способом представления IP-адресов и масок подсети, а также самым удобным способом понимания принципов их работы является представление IP-адресов в виде двоичных чисел (1 и 0):

• IP-адрес 192.168.0.1 в двоичном виде выглядит следующим образом: 11000000.10101000.00000000.00000001
• Маска подсети 255.255.255.0 в двоичном виде выглядит следующим образом: 11111111.11111111.11111111.00000000

Маску подсети также обозначают /24, поскольку она содержит 24 бита (единицы). Запись 192.168.0.0 /24 означает, что маска относится к блоку адресов с 192.168.0.0 по 192.168.0.255, а сама маска подсети имеет вид 255.255.255.0. В данном случае можно применить более точную маску подсети, поскольку для всех устройств одной и той же сети она должна быть одинакова. Здесь работает правило: "Другая маска подсети – другая сеть".

Шлюз по умолчанию

Подключение ко всем устройствам с одним и тем же сетевым номером реализовать довольно просто: нужно лишь отправить пакет, и он попадет именно туда, куда нужно. Связь в подсетях реализуется несколько сложнее, и здесь появляется понятие стандартного шлюза. Стандартным шлюзом является IP-адрес устройства, находящегося в той же подсети. Это устройство поддерживает несколько сетевых соединений и может "маршрутизировать" пакеты из одной подсети в другую, так как ему известны параметры различных соединений.

IPv6

Протокол IPv6 имеет 128-битное адресное пространство. Это достаточный размер для того, чтобы каждый квадратный метр земной поверхности имел свой собственный IP-адрес. Протокол IPv6 должен пройти долгий путь, прежде чем завоевать всеобщее признание, поскольку IPv4 глубоко интегрирован с каждым элементом сетевой структуры. Поддержка IPv6 в Windows Server 2003 (WS03) ограничена.

Адреса IPv6 представляют собой восемь блоков 16-разрядных адресов (например, FEAD:D8F1:FFA0:FAB7:1234:5678:9012:FF1A ). Вы видите, что этот адрес гораздо больше адреса IPv4, и его использование повышает значение системы DNS, осуществляющей присвоение IP-адресов именам доменов. Достаточно трудно запоминать 4-октетные IP-адреса, запомнить же 16-битный шестнадцатеричный адрес практически невозможно.

IPv6 можно настраивать автоматически или вручную. Автоматически настраиваются следующие параметры.

• Неадаптивная. Неадаптивная настройка осуществляется через анонсы маршрутизатора. Этот процесс отличается от работы DHCPv6. Анонсы маршрутизатора содержат данные, необходимые клиенту для задания IP-адреса и стандартного шлюза. Это единственный тип автоматической конфигурации, поддерживаемый WS03.
• Адаптивная. Адаптивная настройка использует конфигурационный протокол, такой как DHCPv6, для получения информации, необходимой для настройки интерфейса.
• Обе. Данная опция использует как протокол конфигурации, так и анонсы маршрутизатора для настройки интерфейса.

В IPv6 имеется встроенная функция обнаружения дублированных адресов. После получения конфигурационных данных клиентом из анонсов маршрутизатора обнаруживаются дублированные адреса. Если эта операция заканчивается неудачей, то интерфейс нужно настраивать вручную. В случае успешного завершения операции клиент использует этот IP-адрес.

IPv6 является быстро развивающимся протоколом, поэтому для него часто разрабатываются новые запросы на комментарии (RFC). В WS03 имеется поддержка IPv6, однако это не основной протокол, для работы с которым она разрабатывалась.