Основы технологии TCP/IP и IP-сети. Модель протоколов TCP-IP. Уровни элементов IP-сети.

Основные понятия IP-телефонии и технологии пакетной коммутации. Принцип статистического мультиплексирования. Понятие мультисервисной сети.

Системы с коммутацией каналов вытесняются системами с коммутацией пакетов. Одна из главных причин состоит в том, что в сетях с пакетной коммутацией ресурсы сети используются значительно лучше, что объясняется применением статистического мультиплексирования. Последнее означает, что по одному и тому же каналу сети передаются пакеты множества пользователей, участвующих в разных соединениях. В этом случае говорят о системе с распределенными между пользователями ресурсами сети. В результате статистического мультиплексирования в сети с пакетной коммутацией появляются задержки[1] в получении переданной информации. В сетях с коммутацией пакетов задержки речи могут достигать нескольких сот миллисекунд. В системах с коммутацией каналов задержки возникают в коммутационных полях и в линейных интерфейсах цифровых АТС, однако эти задержки очень малы (обычно до нескольких миллисекунд) и всегда фиксированы.

Другой причиной перехода на коммутацию пакетов стала возможность передавать по сети разнородный трафик: речь, видео и данные едиными средствами и по единой технологии. Такая сеть, предоставляющая пользователям неограниченный набор услуг, получила название – мультисервисная. В сети ISDN как известно также можно передавать речь, видео и данные, но при этом средства передачи не будут едиными – для предоставления каждой из услуг необходимо иметь отдельные каналы связи, а также использовать разные технологии: на каналах В – коммутацию каналов, а на каналах D – коммутацию пакетов. Применение в сети коммутации пакетов единых средств и единой технологии позволяет пропускать разнородный трафик через одни и те же узлы коммутации и по одним и тем же каналам связи..

Основными элементами сети коммутации пакетов являются узлы коммутации и терминальное (оконечное) оборудование. Узлы коммутации распределяют информацию на сети. Здесь на основе адресной информации выбираются маршруты передачи пакетов: либо к другому узлу сети, либо к терминальному оборудованию.

На сетях с пакетной коммутацией могут использоваться разные технологии, к основным из которых относятся: TCP/IP, АТМ и Frame Relay. Эти технологии отличаются разными возможностями. Мультисервисные сети можно строить с применением технологии TCP/IP или АТМ.

Указанные технологии отличаются по следующим показателям:

- длина пакета: постоянная или переменная;

- установление соединения: с установлением соединения или без установления соединения

- способ доставки сообщений: надежный или ненадежный.

Надежный способ доставки сообщений означает, что сеть обеспечивает достоверную передачу сообщений. При ненадежном способе доставки сообщений на сети нет достоверной передачи сообщений. В пункте доставки на уровне приложения сообщение может быть доставлено с ошибками или/и с потерей части сообщения.

Обе технологии, АТМ и TCP/IP, могут работать как с надежной, так и ненадежной доставкой сообщений. В этих технологиях протокол восстановления сообщений работает в терминальном оборудовании пунктов отправления и доставки сообщения на транспортном уровне модели ВОС. В узлах сети для всех пакетов производится контроль над ошибками и при их обнаружении пакет удаляется.

В технологии АТМ предусмотрено установление соединений, в IP-сетях применяется способ без установления соединения.

При сравнении технологий АТМ и TCP/IP можно отметить, что технология АТМ более сложная и поэтому системы АТМ более дорогие. Это стало одной из причин более широкого распространения технологии TCP/IP.

Основы технологии TCP/IP и IP-сети. Модель протоколов TCP-IP. Уровни элементов IP-сети.

Технология TCP/IP предназначена для построения IP-сетей. Обозначение TCP/IP указывает на стек протоколов, используемых в IP-сетях, где основными являются протоколы: IP (Internet Protocol – Интернет протокол) и TCP (Transfer (or transport) Control Protocol – протокол управления передачей). По этой технологии работают сети Интернет и Интранет. Изначально IP-сети создавались только для передачи данных. Но вскоре IP-сети приобрели свойства мультимедийных.

Основная идея построения IP-сети состоит в объединении между собой отдельных сетей в единую сеть. Объединяться могут локальные (LAN) и глобальные (WAN) сети. В каждой точке соединения сетей устанавливается маршрутизатор, выполняющий роль межсетевого узла. Таким образом IP-сеть представляет собой составную сеть, в которую входит множество отдельных сетей.

Рассмотрим модель протоколов TCP/IP.

Модель включает в себя 4 уровня: сетевых интерфейсов, межсетевого взаимодействия, транспортный и прикладной.( счет уровней идет сверху вниз).

На уровне сетевых интерфейсов (уровень 4 TCP/IP) происходит взаимодействие с физической средой передачи потоков битов, а также выполняются функции канального уровня по передаче кадров. Количество интерфейсов, взаимодействующих с уровнем 4 протоколов TCP/IP, не ограничено.

На уровне межсетевого взаимодействия(уровень 3 TCP/IP) регламентировано несколько протоколов, из которых главным является протокол IP. Он выполняет основные сетевые функции: выбор маршрута для каждого пакета, пересылку пакета с входа на выход (коммутация) узла. В терминале этот протокол формирует и вставляет (инкапсулирует) в каждый пакет адрес сетевого узла назначения (IP-адрес). Этот уровень характеризуется негарантированной доставкой пакетов получателю.

Протокол RIP относится к дистанционно-векторным внутренним протоколам. Принцип его работы состоит в том, что каждый маршрутизатор периодически широковещательно рассылает информацию о расстоянии от себя до всех известных ему подсетей (вектор расстояний), входящих в данную составную сеть. Протокол RIP применяется для относительно небольших сетей.

Протокол OSPF относится к протоколам состояния связей, использующий алгоритм SPF поиска кратчайшего пути в графе. Каждая вершина графа соответствует одному маршрутизатору сети, а ребра – связям между маршрутизаторами.Алгоритм SPF, основываясь на базе данных состояния связей, вычисляет кратчайшие пути между заданной вершиной графа и всеми остальными вершинами. Результатом работы этого алгоритма является таблица маршрутизации.

ПротоколICMP предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизаторами сети и узлом, являющимся источником пакетов. С помощью специальных пакетов протокола ICMP источник извещается о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни пакета, о недопустимых величинах параметров и об иных событиях.

Протокол ARP служит для того, чтобы по IP-адресу можно было бы найти МАС-адрес. Поиск происходит либо внутри узла сети, либо путем обращения к ARP-серверу.

Транспортный уровень (уровень 2 TCP/IP) также называется основным. На этом уровне функционируют протокол управления передачейTCP и протокол дейтаграмм пользователя UDP(User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между приложениями пользователей за счет образования виртуальных соединений. протокол UDP используется при передаче речи и видео в реальном масштабе времени. Этот протокол выполняет только функции связующего звена между протоколом IP и приложениями.

Прикладной уровень (уровень 1 TCP/IP) включает в себя множество протоколов, обеспечивающих взаимодействие с приложениями пользователей. Чаще всего здесь используются протоколы: HTTP - протокол доставки гипертекстовых сообщений; TELNET - протокол удаленного доступа; FTP и TFTP - протоколы передачи файлов; SMTP - протокол почтового обмена; SNMP - протокол сетевого управления.

В IP-сетях протоколы всех четырех уровней модели TCP/IP выполняются только в оконечном оборудовании, к которому чаще всего относятся компьютеры пользователей, IP-телефоны и шлюзы. В маршрутизаторах работают только протоколы двух нижних уровней.