Назначение и принцип работы маршрутизаторов. Типы маршрутизаторов.

Назначение и принцип работы маршрутизаторов. Типы маршрутизаторов.

Маршрутизаторы — это специализированные компьютеры, оборудованные следующими компонентами:

- Центральный процессор (ЦП);

- Операционная система (ОС) — Cisco IOS;

- Память и хранилище данных (ОЗУ, ПЗУ, энергонезависимое ОЗУ, флеш-память, жесткий диск).

При помощи маршрутизаторов можно соединить несколько сетей. Маршрутизаторы оборудованы несколькими интерфейсами, каждый из них предназначен для отдельной IP-сети.

Функции маршрутизатора:

- Определение оптимального пути для передачи пакетов

- Использование таблицы маршрутизации для определения пути

- Пересылка пакетов к месту назначения

- Пересылка пакетов на интерфейс, указанный в таблице маршрутизации

- Инкапсуляция пакетов и пересылка к месту назначения

- Статические маршруты и протоколы динамической маршрутизации используются маршрутизаторами для получения информации об удалённых сетях и построения таблиц маршрутизации.

Практика применения маршрутизаторов разделяет их по областям применения на три класса:

- Магистральные маршрутизаторы (backbone routers) предназначены для построения центральной сети корпорации и соединения их с помощью магистральных высокоскоростных и многопротокольных связей с сетями региональных отделений корпораций.

- Центральная сеть может состоять из большого количества локальных сетей, разбросанных по разным зданиям и использующих самые разнообразные сетевые технологии, типы компьютеров и операционных систем.

- Маршрутизаторы удавленных офисов соединяют как правило единственную локальную сеть удаленного офиса с центральной сетью или сетью регионального отделения.

Формат IPv6- адреса, способы записи, назначение основных полей IPv6 – адреса. Назначение основных полей заголовка пакета протокола IPv6.

Имеют длину 128 битов и записываются как строка шестнадцатеричных значений. В рамках протокола IPv6 4 бита представляют одно шестнадцатеричное число, 32 шестнадцатеричных значения составляют адрес IPv6

DB8: 0000: 1111: 0000: 0000: 0000: 0200

FE80: 0000: 0000: 0000: 0123: 4567: 89AB: CDEF

Для обозначения сегмента из 16 битов или четырёх шестнадцатеричных чисел используется хекстет. Может записываться символами в нижнем или верхнем регистре

Способ записи:

Первое правило, которое позволяет уменьшить объём обозначений в IPv6-адресах — это возможность пропуска всех начальных нулей во всех 16-битных разделах хекстета.

Второе правило: Двойное двоеточие (:: ) может заменять все единичные, непрерывные строки из одного или нескольких 16-битных сегментов (хекстетов), которые состоят только из нулей

Примеры полной и сокращенной(называется сжатым форматом ) записи:

Назначение полей

Глобальный префикс маршрутизации: префикс или сетевая часть адреса, назначенного поставщиком (например интернет-провайдером) клиенту или сайту.

Установка соединения

Процесс начала сеанса TCP состоит из трёх шагов.

1. Клиент, который намеревается установить соединение, посылает серверу сегмент с номером последовательности и флагом SYN.

Сервер получает сегмент, запоминает номер последовательности и пытается создать сокет (буферы и управляющие структуры памяти) для обслуживания нового клиента.

В случае успеха сервер посылает клиенту сегмент с номером последовательности и флагами SYN и ACK, и переходит в состояние SYN-RECEIVED.

В случае неудачи сервер посылает клиенту сегмент с флагом RST.

2. Если клиент получает сегмент с флагом SYN, то он запоминает номер последовательности и посылает сегмент с флагом ACK.

Если он одновременно получает и флаг ACK (что обычно и происходит), то он переходит в состояние ESTABLISHED.

Если клиент получает сегмент с флагом RST, то он прекращает попытки соединиться.

Если клиент не получает ответа в течение 10 секунд, то он повторяет процесс соединения заново.

3. Если сервер в состоянии SYN-RECEIVED получает сегмент с флагом ACK, то он переходит в состояние ESTABLISHED.

В противном случае после тайм-аута он закрывает сокет и переходит в состояние CLOSED.

Процесс называется «трёхэтапным согласованием» (англ. three way handshake), так как несмотря на то что возможен процесс установления соединения с использованием четырёх сегментов (SYN в сторону сервера, ACK в сторону клиента, SYN в сторону клиента, ACK в сторону сервера), на практике для экономии времени используется три сегмента.

Передача данных

При обмене данными приемник использует номер последовательности, содержащийся в получаемых сегментах, для восстановления их исходного порядка. Приемник уведомляет передающую сторону о номере последовательности, до которой он успешно получил данные, включая его в поле «номер подтверждения». Все получаемые данные, относящиеся к промежутку подтвержденных последовательностей, игнорируются. Если полученный сегмент содержит номер последовательности больший, чем ожидаемый, то данные из сегмента буферизируются, но номер подтвержденной последовательности не изменяется. Если впоследствии будет принят сегмент, относящийся к ожидаемому номеру последовательности, то порядок данных будет автоматически восстановлен исходя из номеров последовательностей в сегментах.

Для того, чтобы передающая сторона не отправляла данные интенсивнее, чем их может обработать приемник, TCP содержит средства управления потоком. Для этого используется поле «окно». В сегментах, направляемых от приемника передающей стороне, в поле «окно» указывается текущий размер приемного буфера. Передающая сторона сохраняет размер окна и отправляет данных не более, чем указал приемник. Если приемник указал нулевой размер окна, то передача данных в направлении этого узла не происходит, пока приемник не сообщит о большем размере окна.

В некоторых случаях передающее приложение может явно затребовать протолкнуть данные до некоторой последовательности принимающему приложению, не буферизируя их. Для этого используется флаг PSH. Если в полученном сегменте обнаруживается флаг PSH, то реализация TCP отдает все буферизированные на текущий момент данные принимающему приложению. «Проталкивание» используется, например, в интерактивных приложениях. В сетевых терминалах нет смысла ожидать ввода пользователя после того, как он закончил набирать команду. Поэтому последний сегмент, содержащий команду, обязан содержать флаг PSH, чтобы приложение на принимающей стороне смогло начать её выполнение.

Завершение соединения

Завершение соединения можно рассмотреть в три этапа:

1. Посылка серверу от клиента флага FIN на завершение соединения.

2. Сервер посылает клиенту флаги ответа ACK, FIN, что соединение закрыто.

3. После получения этих флагов клиент закрывает соединение и в подтверждение отправляет серверу ACK, что соединение закрыто.

Управление потоком

Для ускорения и оптимизации процесса передачи больших объемов данных протокол TCP определяет метод управления потоком, называемый методом скользящего окна, который позволяет отправителю посылать очередной сегмент, не дожидаясь подтверждения о получении в пункте назначения предшествующего сегмента.

Протокол TCP формирует подтверждения не для каждого конкретного успешно полученного пакета, а для всех данных от начала посылки до некоторого порядкового номера ACK SN (Acknowledge Sequence Number) исключительно. В качестве подтверждения успешного приема, например первых 2000 байт, высылается ACK SN = 2001: это означает, что все данные в байтовом потоке под номерами от ISN+1=1 до данного ACK SN -1 (2000) успешно получены

Продвижение пакетов по сети

Основная функция маршрутизатора — пересылка пакетов до места назначения. Для этого используется функция коммутации, т.е. процесс, применяемый маршрутизатором для приёма пакета на одном интерфейсе и его пересылки из другого интерфейса. Основное назначение коммутации заключается в инкапсуляции пакетов в нужный тип кадра канала передачи данных для исходящего канала.

Примечание. В настоящем контексте термин «коммутация» означает перемещение пакетов от источника до места назначения; его не следует путать с работой коммутатора 2-го уровня.

После того, как маршрутизатор определил выходной интерфейс с помощью функции определения пути, маршрутизатор должен инкапсулировать пакет в кадр канала передачи данных исходящего интерфейса.

Какую операцию выполняет маршрутизатор с пакетом, полученным из одной сети и адресованным для другой? Маршрутизатор выполняет три основных шага:

Шаг 1. Деинкапсуляция пакета 3-го уровня путём удаления заголовка и концевика (trailer) кадра 2-го уровня.

Шаг 2. Поиск оптимального пути в таблице маршрутизации в соответствии с IP-адресом места назначения.

Шаг 3. Если маршрутизатор находит путь до места назначения, он инкапсулирует пакет 3-го уровня в новый кадр 2-го уровня и пересылает кадр из выходного интерфейса.

Как показано на рисунке, устройства имеют IPv4-адреса 3-го уровня, в то время как интерфейсы Ethernet имеют адреса каналов передачи данных 2-го уровня. Например, на компьютере PC1 настроен IPv4-адрес 192.168.1.10 и пример МАС-адреса 0A-10. По мере прохождения пакета от устройства-источника до устройства назначения IP-адреса 3-го уровня не меняются. Однако адреса каналов передачи данных 2-го уровня меняются на каждом переходе, т. к. каждый маршрутизатор деинкапсулирует и повторно инкапсулирует пакет в новый кадр. Вполне вероятно, что пакет может быть инкапсулирован в кадр 2-го уровня иного типа, нежели тот, в котором он был получен. Например, маршрутизатор может получить инкапсулированный кадр Ethernet на интерфейсе FastEthernet, а затем обработать его для пересылки из последовательного интерфейса в виде инкапсулированного кадра протокола «точка-точка» (PPP).

Электронная почта

Электронная почта — технология и предоставляемые ею услуги по пересылке и получению электронных сообщений (называемых «письма» или «электронные письма») по распределённой (в том числе глобальной) компьютерной сети.

1. Марк решает отправить почту на [email protected], он пишет его в почтовой программе

2. Почтовая программа пересылает письмо на почтовый сервер Марка (relay.example.net)

3. Сервер relay.example.net ищет данные о DNS-зоне org

4. relay.example.net ищет данные о зоне example.org

5. Он узнаёт у ns.example.org, что почту надо слать на smtp.example.org и узнаёт его IP-адрес

6. Сервер relay.example.net соединяется с сервером smtp.example.org и передаёт письмо

7. smtp.example.org видит, что письмо для локального пользователя и помещает его в почтовый ящик

8. Билл приходит, включает компьютер, запускает почтовую программу

9. Почтовая программа обращается к серверу smtp.example.org

10. Программа находит письмо я ящике, скачивает его - письмо доставлено Биллу

POP 3

Предназначен для работы с удаленным почтовым ящиком.

Клиент начинает работать с установки TCP-соединения на порт №110. На этом порту должен быть сервер, который прослушивает соединение. Когда соединение установлено, сервер посылает клиенту приглашение. После этого клиент и сервер обмениваются информацией, пока соединение не будет закрыто или прервано.

Клиент посылает команды, состоящие из ключевых слов, и через пробел идут аргументы.

Длина ключевых слов – 3-4 символа. Длина аргументов – не более 40 каждый. Каждая команда должна завершаться символами CRLF. Ответы на некоторые команды могут состоять из нескольких строк. В этом случае каждая строка разделена символом CRLF, а весь ответ - точкой и CRLF.

Когда отвечает сервер, команды бывают в двух формах:

+ OK текст – успешно

- ERR текст – ошибка

IMAP

IMAP (Internet Message Access Protocol — «Протокол доступа к электронной почте Интернета») — протокол прикладного уровня для доступа к электронной почте.

Аналогично POP3, служит для работы с входящими письмами, однако обеспечивает дополнительные функции, в частности, возможность поиска по ключевому слову без сохранения почты в локальной памяти.

IMAP предоставляет пользователю обширные возможности для работы с почтовыми ящиками, находящимися на центральном сервере. Почтовая программа, использующая этот протокол, получает доступ к хранилищу корреспонденции на сервере так, как будто эта корреспонденция расположена на компьютере получателя. Электронными письмами можно манипулировать с компьютера пользователя (клиента) без постоянной пересылки с сервера и обратно файлов с полным содержанием писем.

Как и POP3, протокол IMAP использует концепцию клиент-сервер с набором команд. С помощью команд осуществляется передача сообщений электронной почты от сервера клиенту. Клиент устанавливает для этой цели TCP-соединение с портом 143 на сервере. Далее сервер должен ответить специальным сообщением-приглашением.

Пример сеанса по протоколу IMAP:

1 [jessica@shadrach jessical$ telnet localhost 143

2 Trying 127.0.0.1...

3 Connected to localhost.

4 Escape character is '^]'.

5 * OK shadrach.smallorg.org IMAP4rev1 V12.250 server ready

6 a001 LOGOUT

7 * BYE shadrach.smallorg.org IMAP4rev1 server terminating connection

8 a001 OK LOGOUT completed

9 Connection closed by foreign host.

10 [jessica@snadrach jessica]$

В строке 1 показана команда на открытие сеанса с помощью telnet с портом 143 (порт IMAP по умолчанию). Строка 5 отображает приглашение, выданное сервером IMAP. В строке 6 клиентом задана команда закончить сеанс с сервером. Затем сервер посылает сообщение об окончании сеанса (строка 7) и закрывает соединение с клиентом.

Каждая команда, выдаваемая клиентом, предваряется уникальным идентификатором. Сервер может затем использовать этот идентификатор в своих ответах, что позволяет клиенту определить, к какой команде относится ответ сервера. Это особенно важно при выполнении сервером нескольких команд за сеанс. Идентификатор обычно представляет собой короткую строку алфавитно-цифровых символов, которая генерируется клиентом. Так, в строке 6 листинга клиентом был выбран идентификатор a001. Если бы клиенту потребовалось задавать и другие команды, то следующим идентификатором был бы a002 и т.д. Часто для упрощения идентификаторы команд в течение сеанса IMAP просто последовательно увеличивают один из своих разрядов.

После установления соединения клиент находится в состоянии ожидания проверки подлинности, так как для выполнения каких-либо операций со своим почтовым ящиком на сервере он должен идентифицировать себя. После идентификации на сервере клиент может использовать команды IMAP для управления сообщениями на сервере.

Протоколом IMAP предусмотрена возможность поддержки пользователем нескольких почтовых ящиков на одном сервере. При этом клиент может читать, отправлять и удалять сообщения в любом из принадлежащих ему почтовых ящиков. Это серьезный шаг вперед, по сравнению с протоколом POP3.

Основные команды pop 3:

C: USER Dmitry

S: +OK Dmitry is real user

C: PASS Surkov

S: +OK Dmitry’s maildrop has 2 messages

C: STAT

S: +OK 2 320

C: LIST

S: +OK 2 messages (320 octets)

S: 1 120

S: 2 200

C: RETR 1

S: +OK 120 octets

C: DELE 1

S: +OK message 1 deleted

C: RETR 2

S: +OK 200 octets

C: DELE 2

S: +OK message 2 deleted

C: QUIT

S: +OK desk POP3 server signing off

USER передает серверу имя пользователя. Сервер проверяет синтаксическую правильность логина.

PASS передает пароль пользователя. Если пользователь есть, пароль подошел, ящик не заблокирован другими соединениями, значит +OK.

STAT – статистика, выдает количество сообщений в ящике и их размер, помеченные для удаления не учитывает.

LIST выдает информацию о сообщении с указанным номером.

DELE удаляет сообщение с указанным номером.

RSET сбрасывает сообщение, помеченное к удалению, делая его непомеченным.

RETR извлекает содержание сообщения с указанным номером.

QUIT переводит POP3-сервер в состояние update (обновления). В этом режиме сервер удаляет сообщения, помеченные к удалению, и завершает POP3 сессию.

TOP выдает заголовки сообщений (сообщения с указанным номером), выдаются первые n строк.

38 Протокол HTTP. Принципы организации и функционирования. Основные команды и их формат.

HTTP — протокол прикладного уровня передачи данных (изначально — в виде гипертекстовых документов). 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.

HTTP используется в качестве «транспорта» для протоколов SOAP, XML-RPC.

Основным объектом манипуляции в HTTP является ресурс, на который указывает URI (англ. Uniform Resource Identifier) в запросе клиента. Обычно такими ресурсами являются хранящиеся на сервере файлы, но ими могут быть логические объекты или что-то абстрактное. Особенностью протокола HTTP является возможность указать в запросе и ответе способ представления одного и того же ресурса по различным параметрам: формату, кодировке, языку и т. д. Именно благодаря возможности указания способа кодирования сообщения клиент и сервер могут обмениваться двоичными данными, хотя данный протокол является текстовым.

HTTP — протокол прикладного уровня. Обмен сообщениями идёт по обыкновенной схеме «запрос-ответ». Для идентификации ресурсов HTTP использует глобальные URI. В отличие от многих других протоколов, HTTP не сохраняет своего состояния. Это означает отсутствие сохранения промежуточного состояния между парами «запрос-ответ».

Компоненты, использующие HTTP, могут самостоятельно осуществлять сохранение информации о состоянии, связанной с последними запросами и ответами. Браузер, посылающий запросы, может отслеживать задержки ответов. Сервер может хранить IP-адреса и заголовки запросов последних клиентов. Однако сам протокол не осведомлён о предыдущих запросах и ответах, в нём не предусмотрена внутренняя поддержка состояния.

Достоинства:

Простота

Расширяемость

Распространённость

Недостатки:

Большой размер сообщений

Отсутствие «навигации»

Структура протокола

Каждое HTTP-сообщение состоит из трёх частей, которые передаются в указанном порядке:

1. Стартовая строка — определяет тип сообщения;

2. Заголовки — характеризуют тело сообщения, параметры передачи и прочие сведения;

3. Тело сообщения — непосредственно данные сообщения. Обязательно должно отделяться от заголовков пустой строкой.

Заголовки и тело сообщения могут отсутствовать, но стартовая строка является обязательным элементом, так как указывает на тип запроса/ответа.

Стартовая строка

Стартовые строки различаются для запроса и ответа. Строка запроса выглядит так:

1. GET URI — для версии протокола 0.9.

2. Метод URI HTTP/Версия — для остальных версий.

Метод — название запроса, одно слово заглавными буквами.

URI определяет путь к запрашиваемому документу.

Версия — пара разделённых точкой арабских цифр. Например: 1.0.

Стартовая строка ответа сервера имеет следующий формат:

HTTP/Версия КодСостояния Пояснение

Здесь:

Версия — пара разделённых точкой арабских цифр как в запросе.

КодСостояния — три арабские цифры. По коду статуса определяется дальнейшее содержимое сообщения и поведение клиента.

Пояснение — текстовое короткое пояснение к коду ответа для пользователя. Никак не влияет на сообщение и является необязательным.

Пример:

HTTP/1.0 200 OK

Методы

Метод HTTP — последовательность из любых символов, кроме управляющих и разделителей, указывающая на основную операцию над ресурсом. Название метода чувствительно к регистру.

Кроме методов GET и HEAD, часто применяется метод POST.

GET

Используется для запроса содержимого указанного ресурса. С помощью метода GET можно также начать какой-либо процесс. В этом случае в тело ответного сообщения следует включить информацию о ходе выполнения процесса.

Клиент может передавать параметры выполнения запроса в URI целевого ресурса после символа «? »:

GET /path/resource? param1=value1& param2=value2 HTTP/1.1

Согласно стандарту HTTP, запросы типа GET считаются идемпотентными — многократное повторение одного и того же запроса GET должно приводить к одинаковым результатам (при условии, что сам ресурс не изменился за время между запросами). Это позволяет кэшировать ответы на запросы GET.

HEAD

Аналогичен методу GET, за исключением того, что в ответе сервера отсутствует тело. Запрос HEAD применяется для извлечения метаданных, проверки наличия ресурса и чтобы узнать, не изменился ли он с момента последнего обращения.

POST

Применяется для передачи пользовательских данных заданному ресурсу. При этом передаваемые данные включаются в тело запроса. С помощью метода POST обычно загружаются файлы на сервер.

POST не считается идемпотентным.

PUT

Применяется для загрузки содержимого запроса на указанный в запросе URI. Если по заданному URI не существовало ресурса, то сервер создаёт его и возвращает статус 201 (Created). Если же был изменён ресурс, то сервер возвращает 200 (Ok) или 204 (No Content). Сервер не должен игнорировать некорректные заголовки Content-* передаваемые клиентом вместе с сообщением. Если какой-то из этих заголовков не может быть распознан или не допустим при текущих условиях, то необходимо вернуть код ошибки 501 (Not Implemented).

Фундаментальное различие методов POST и PUT заключается в понимании предназначений URI ресурсов. Метод POST предполагает, что по указанному URI будет производиться обработка передаваемого клиентом содержимого. Используя PUT, клиент предполагает, что загружаемое содержимое соответствует находящемуся по данному URI ресурсу.

PATCH – аналогично PUT, но применяется только к фрагменту ресурса.

DELETE – удаляет указанный ресурс.

TRACE – возвращает полученный запрос так, что клиент может увидеть, какую информацию промежуточные сервера добавляют или изменяют в запросе.

LINK – устанавливает связь указанного ресурса с другими.

UNLINK – убирает связь указанного ресурса с другими.

CONNECT – преобразует соединение запроса в прозрачный TCP/IP туннель, обычно чтобы содействовать установлению защищенному SSL соединению через не шифрованный прокси.

Коды состояния

1xx Informational (русск. Информационный)

2xx Success (русск. Успешно)

3xx Redirection (русск. Перенаправление)

4xx Client Error (русск. Ошибка клиента)

5xx Server Error (русск. Ошибка сервера)

Заголовки

Заголовки HTTP (Headers) — это строки в HTTP-сообщении, содержащие разделённую двоеточием пару параметр-значение. Заголовки должны отделяться от тела сообщения хотя бы одной пустой строкой.

Примеры заголовков:

Server: Apache/2.2.11 (Win32) PHP/5.3.0

Last-Modified: Sat, 16 Jan 2010 21: 16: 42 GMT

Content-Type: text/plain; charset=windows-1251

Content-Language: ru

Каждая строка представляет собой один заголовок. До первого двоеточия имя, после — значением.

Все заголовки разделяются на четыре основных группы:

General Headers (русск. Основные заголовки) — должны включаться в любое сообщение клиента и сервера.

Request Headers (русск. Заголовки запроса) — используются только в запросах клиента.

Response Headers (русск. Заголовки ответа) — только для ответов от сервера.

Entity Headers (русск. Заголовки сущности) — сопровождают каждую сущность сообщения.

GET-запрос

Запрос клиента:

GET /wiki/страница HTTP/1.1

Host: ru.wikipedia.org

User-Agent: Mozilla/5.0

Accept: text/html

Connection: close

Int closesocket (s)

int s_new;

s _ new - задает дескриптор ранее созданного socket'а.

В режиме с установлением логического соединения внутрисистемные механизмы обмена будут пытаться передать/принять данные, оставшиеся в канале передачи на момент закрытия socket'а. На это может потребоваться значительный интервал времени, неприемлемый для некоторых приложений. Для этого необходимо предварительно использовать системный вызов shutdown.

42. Схема взаимодействия между клиентом и сервером по протоколу TCP (последовательность API - функций).

Для получения адреса узла сети TCP/IP по его символическому имени используется библиотечная функция

struct hostent *gethostbyname (name)

char *name;

Аргумент name задает адрес последовательности литер, образующих символическое имя узла сети. При успешном завершении функция возвращает указатель на структуру hostent, имеющую следующий вид

struct hostent {

char *h_name;

char **h_aliases;

int h_addrtype;

int h_lenght;

char *h_addr; };

Поле h_name указывает на официальное (основное) имя узла.

Поле h_aliases указывает на список дополнительных имен узла (синонимов), если они есть.

Поле h_addrtype содержит идентификатор используемого набора протоколов, для сетей TCP/IP это поле будет иметь значение AF_INET.

Поле h_lenght содержит длину адреса узла.

Поле h_addr указывает на область памяти, содержащую адрес узла в том виде, в котором его используют системные вызовы и функции socket-интерфейса.