Протоколы вычислительных сетей: Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Информационные технологии в экономике»

Методические указания к выполнению лабораторной работы

«Протоколы вычислительных сетей»

по курсу   «Информационные технологии  в экономике»

Цель работы: знакомство с протоколами TCP/IP, изучение форматов пакетов.

Протокол IP (Internet Protocol, межсетевой протокол).

Протокол IP работает на сетевом уровне модели взаимодействия открытых систем.  Он относится к протоколам без установления соединения и поэтому является ненадежным. Основными функциями протокола являются следующие действия:

-  адресация, определение системы, которой адресовано сообщение;

-  упаковка данных транспортного уровня в дейтаграммы IP протокола;

-  фрагментация, разбиение дейтаграмм на фрагменты при передачи в сети, в которой допустимый размер пакета меньше, чем размер исходной дейтаграммы;

-  маршрутизация, определение пути следования пакета через сеть до места назначения.

IP-адрес

Длина IP-адреса равняется 32 битам (4 байта). Значения каждого байта отделяются точками. Минимально возможный адрес равен 0.0.0.0, а максимально возможный – 255.255.255.255. IP-адрес состоит из 2 частей. Первая определяет номер сети, а вторая – номер компьютера в этой сети. В зависимости от того, сколько бит выделяется на адрес сети и начальных бит, выделяют классы IP-адресов (см. таблицу 1): A, B, C, D, E. Чтобы определить, где начинается номер узла, используют маску, которая является 32-битным двоичным числом. В единицу устанавливаются биты маски, которые соответствуют IP-адресу сети.

Классы IP-адресов

Таблица 1.

	Класс А	Класс B	Класс C	Класс D	Класс E
Количество бит для адреса сети	8	16	24	-	-
Количество бит для адреса узла	24	16	8	-	-
Маска подсети	255.0.0.0	255.255.0.0	255.255.255.0	-	-
Начало адреса (двоичн.)	0	10	110	1110	1111
Значение первого байта (дес.)	0-127	128-191	192-223	224-239	240-255
Число сетей	127	16384	2097151	-	-
Число узлов	16777214	65534	254	-	-

Формат IP пакета

В таблице 2 представлен формат IP-пакета. Данные приведены не полностью. Пропущенные поля отмечены звездочками. Стандартная длина заголовка равняется 20 байтам.

Таблица 2

***	Общая длина дейтаграммы, байт		Идентификатор дейтаграммы	***	Флаг «дальнейшие фрагменты»
Смещение фрагмента, байт		***	IP-адрес источника	IP-адрес назначения		Данные

Функции полей IP-пакета:

-  Общая длина дейтаграммы. Содержит длину всей дейтаграммы (заголовок и данные);

-  Идентификатор дейтаграммы. Уникальное для каждой дейтаграммы число, используемое при сборке фрагментов одной дейтаграммы;

-  Флаг «дальнейшие фрагменты», 1 бит. Флаг равен нулю, если передается последний фрагмент дейтаграммы, иначе флаг равен единице;

-  Смещение фрагмента. Определяет позицию (в байтах) текущего пакета относительно начала дейтаграммы;

-  IP-адрес источника. Содержит IP-адрес системы, создавшей дейтаграмму;

-  IP-адрес назначения. Определяет систему – получателя дейтаграммы;

-  Данные. Содержит данные, полученные от протокола транспортного уровня.

Маршрутизатор выполняет фрагментацию в том случае, если требуется передать данные в сеть с меньшей максимальной длиной пакета. При этом изменяются следующие поля IP-пакета: общая длина; флаг «дополнительные фрагменты» устанавливается в 1 для не последнего фрагмента, поле «смещение фрагмента»   для первого фрагмента равно 0, для каждого последующего фрагмента увеличивается на длину предыдущего.

Протокол TCP (Transmission Control Protocol, протокол управления передачей)

Это надежный протокол с установлением соединения. Он обеспечивает приложения транспортными услугами, которые включают подтверждение приема пакетов, контроль и исправление ошибок, управление потоком. Исходные данные (файлы) могут иметь достаточно большой объем, поэтому протокол разбивает их на сегменты меньшей длины. Каждый сегмент данных оформляется в виде TCP пакета и передается на нижний (сетевой) уровень, на котором TCP пакет заключается в IP пакет.

Весь процесс обмена разделен на три этапа: установление соединения, непосредственно передача данных, разрыв соединения. Во всех случаях используется один и тот же формат пакета, отличаются только значения полей.

 Перед началом передачи данных системы обмениваются служебными сообщениями для установления соединения. Во время передачи данных получатель периодически посылает подтверждения о приеме пакетов.

Формат TCP пакета

В таблице 3 представлен формат TCP-пакета. Данные приведены не полностью. Пропущенные поля отмечены звездочками. Стандартная длина заголовка равняется 20 байтам.

Таблица 3

***	Порядковый номер сегмента, байт			Подтвержденный номер		***		Флаг ACK
***		Флаг SYN	Флаг FIN		***		Данные

Функции полей TCP-пакета:

-  Порядковый номер сегмента. Содержи начальный порядковый номер.

-  Подтвержденный номер. Равен увеличенному на 1 максимальному номеру байта в сегменте, который получатель ждет от отправителя. Используется совместно с флагом ACK;

-  Флаг ACK. Отмечает, что сообщение является подтверждением ранее полученных данных и активирует поле номера подтверждения;

-  Флаг SYN. Используется во время установления соединения для синхронизации;