Giám sát và cấu hình ngăn xếp mạng Linux: lấy dữ liệu. Thông tin thêm về trình điều khiển PCI cho Linux

Bộ giao thức Internet cung cấp khả năng truyền dữ liệu đầu cuối xác định cách dữ liệu được đóng gói, xử lý, truyền, định tuyến và nhận. Chức năng này được tổ chức thành bốn lớp trừu tượng phân loại tất cả các giao thức liên quan theo khối lượng mạng liên quan. Từ thấp nhất đến cao nhất cấp độ cao- Đây là tầng giao tiếp chứa các phương thức truyền thông đối với dữ liệu nằm trong cùng một đoạn mạng (liên kết); lớp Internet, cung cấp kết nối internet giữa các mạng độc lập; một lớp truyền tải xử lý giao tiếp giữa các máy chủ; và một lớp ứng dụng cung cấp giao tiếp giữa các quá trình cho các ứng dụng.

Việc phát triển kiến ​​trúc Internet và các giao thức trong mô hình TCP / IP là trách nhiệm của cộng đồng quốc tế mở của các nhà thiết kế IETF.

Môn lịch sử

Ngăn xếp giao thức TCP / IPđược tạo ra trên cơ sở NCP (Network Control Protocol) bởi một nhóm các nhà phát triển do Vinton Cerf dẫn đầu vào năm 1972. Vào tháng 7 năm 1976, Vint Cerf và Bob Kahn lần đầu tiên chứng minh khả năng truyền dữ liệu bằng TCP qua ba mạng khác nhau. Gói hàng đã đi theo lộ trình sau: San Francisco - London - University of Southern California. Đến cuối hành trình, gói tin đã đi được 150.000 km mà không bị mất một chút nào. Năm 1978 Cerf, John Postel và Danny Cohan quyết định phân biệt hai chức năng riêng biệt trong TCP: TCP và IP (Giao thức Internet tiếng Anh, Giao thức Internet). TCP chịu trách nhiệm chia nhỏ thông điệp thành các biểu đồ dữ liệu và kết nối chúng tại điểm gửi cuối cùng. IP chịu trách nhiệm về việc truyền (có kiểm soát việc nhận) các biểu đồ dữ liệu riêng lẻ. Đây là cách giao thức Internet hiện đại ra đời. Vào ngày 1 tháng 1 năm 1983, ARPANET chuyển sang một giao thức mới. Ngày này được coi là ngày chính thức ra đời của Internet.

Mức ngăn xếp TCP / IP

Ngăn xếp giao thức TCP / IP bao gồm bốn lớp:

Các giao thức của các lớp này thực hiện đầy đủ chức năng Các mô hình OSI. Tất cả tương tác của người dùng trong mạng IP được xây dựng trên ngăn xếp giao thức TCP / IP. Ngăn xếp độc lập với môi trường vật lý truyền dữ liệu, đặc biệt, cung cấp sự tương tác hoàn toàn minh bạch giữa mạng có dây và không dây.

Ngăn xếp TCP / IP đã được Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ phát triển hơn 20 năm trước. Ngăn xếp này đã được triển khai trong Hệ điều hành UNIX. Sự phổ biến của hệ thống này đã dẫn đến việc áp dụng rộng rãi TCP, IP và các giao thức khác trong ngăn xếp. Ngăn xếp này được sử dụng trên Internet.

Cấp IV - lớp giao diện mạng- tương ứng với các lớp liên kết vật lý và dữ liệu của mô hình OSI. Lớp này không được quy định trong các giao thức TCP / IP, nhưng nó hỗ trợ tất cả các tiêu chuẩn lớp liên kết vật lý và dữ liệu phổ biến. Đối với các liên kết cục bộ, đây là Ethernet, Token Ring, FDDI, cho kênh toàn cầu- các giao thức độc quyền để hoạt động trên quay số tương tự và các đường dây thuê riêng SLIP / PPP, các giao thức này thiết lập các kết nối điểm-điểm thông qua các mạng diện rộng nối tiếp và các giao thức của mạng lãnh thổ X.25 và ISDN. Một thông số kỹ thuật đặc biệt cũng đã được phát triển xác định việc sử dụng công nghệ ATM như một phương tiện truyền tải lớp liên kết dữ liệu.

Cấp III - cửa ngõ- gần tương ứng với lớp mạng của mô hình OSI. Trên đó, các gói dữ liệu được truyền qua các mạng cục bộ và toàn cầu khác nhau, việc định tuyến cần thiết được thực hiện. Là giao thức chính của lớp Internet, giao thức IP được sử dụng, giao thức này ban đầu được thiết kế như một giao thức để truyền các gói tin trong các mạng được nối bao gồm một số lượng lớn các mạng cục bộ, được thống nhất bởi cả cục bộ và kết nối toàn cầu... Do đó, giao thức IP hoạt động tốt trong các mạng có cấu trúc liên kết phức tạp, sử dụng hợp lý sự hiện diện của các hệ thống con trong đó và sử dụng tiết kiệm băng thông của đường truyền tốc độ thấp. IP là một giao thức datagram. Mức độ kết nối internet bao gồm tất cả các giao thức liên quan đến việc biên dịch và sửa đổi các bảng định tuyến, giao thức thông báo điều khiển kết nối mạng ICMP, giao thức phân giải phần cứng Địa chỉ ARP và các giao thức dịch vụ khác.

Cấp độ II - vận chuyển- tương ứng với tầng vận chuyển của mô hình OSI. Giao thức điều khiển truyền (TCP) và giao thức dữ liệu người dùng (UDP) hoạt động ở lớp này. TCP cung cấp một kết nối ảo liên tục giữa các quy trình ứng dụng từ xa. Giao thức UDP cung cấp cho việc truyền các gói ứng dụng bằng phương pháp datagram, tức là mà không cần thiết lập kết nối ảo và do đó yêu cầu ít chi phí hơn TCP.

Cấp độ I - lớp ứng dụng- tương ứng với ba lớp trên cùng của mô hình OSI. Mỗi năm dài sử dụng trong mạng, ngăn xếp TCP / IP đã tích lũy một số lượng lớn các giao thức và dịch vụ của lớp ứng dụng. Chúng bao gồm các giao thức thường được sử dụng như Giao thức sao chép tệp FTP, Giao thức mô phỏng đầu cuối TELNET, giao thức bưu điện SMTP, các dịch vụ siêu văn bản để truy cập thông tin từ xa như WWW và nhiều dịch vụ khác. Các giao thức dịch vụ của DNS hệ thống tên miền, các giao thức của mạng cục bộ Microsoft NetBIOS và các giao thức khác cũng hoạt động ở cấp ứng dụng.

Những ưu điểm chính của ngăn xếp TCP / IP là:

· Khả năng phân mảnh gói tin;

· Hệ thống địa chỉ linh hoạt;

· Sử dụng tiết kiệm các chương trình phát sóng.

Nhược điểm:

· Yêu cầu chi phí tính toán tương đối cao;

· Sự phức tạp của quản trị.

Lớp liên kết.

Triển khai khái niệm truyền gói tin trong chế độ không kết nối, nghĩa là, theo cách thức dữ liệu. Đây là mức cung cấp khả năng di chuyển các gói trên mạng bằng cách sử dụng tuyến đường khoảnh khắc này là hợp lý nhất. Chức năng chính của nó là truyền dữ liệu qua mạng tổng hợp.

Giao thức lớp mạng chính (xét theo mô hình OSI) trong ngăn xếp là IP. Giao thức này ban đầu được thiết kế như một giao thức truyền gói tin trong các mạng nối, bao gồm một số lượng lớn các mạng cục bộ, được thống nhất bởi cả kết nối cục bộ và toàn cầu. Do đó, giao thức IP hoạt động tốt trong các mạng có cấu trúc liên kết phức tạp, sử dụng hợp lý sự hiện diện của các hệ thống con trong đó và sử dụng tiết kiệm băng thông của đường truyền tốc độ thấp. Vì IP là một giao thức datagram, nó không đảm bảo việc phân phối các gói đến đích, nhưng nó cố gắng làm như vậy.

Lớp kết nối internet bao gồm tất cả các giao thức liên quan đến việc biên dịch và sửa đổi các bảng định tuyến, chẳng hạn như giao thức thu thập thông tin định tuyến RIP và OSPF, và giao thức ICMP. Giao thức thứ hai nhằm mục đích trao đổi thông tin lỗi giữa các bộ định tuyến trên mạng và nút nguồn của gói. Bằng cách sử dụng gói đặc biệt ICMP báo cáo rằng một gói không thể được phân phối, thời gian tồn tại hoặc khoảng thời gian tập hợp một gói từ các phân mảnh đã vượt quá, các giá trị tham số bất thường, sự thay đổi trong tuyến chuyển tiếp và loại dịch vụ, trạng thái hệ thống, v.v.

Mức độ chính.

Vì không có kết nối nào được thực hiện ở lớp mạng, nên không có gì đảm bảo rằng tất cả các gói sẽ đến nơi an toàn và ổn định hoặc đến theo đúng thứ tự mà chúng đã được gửi đi. Nhiệm vụ này - đảm bảo giao tiếp thông tin đáng tin cậy giữa hai nút cuối - được giải quyết bằng cách cấp độ chính Ngăn xếp TCP / IP, còn được gọi là vận chuyển.

Ở cấp độ này, giao thức điều khiển truyền TCP và giao thức dữ liệu người dùng UDP hoạt động. TCP cung cấp khả năng truyền thông điệp đáng tin cậy giữa các quy trình ứng dụng từ xa thông qua việc hình thành các kết nối logic. Giao thức này cho phép các thực thể ngang hàng trên máy tính gửi và nhận giao tiếp chế độ song công... TCP làm cho nó có thể phân phối một dòng byte được hình thành trên một trong các máy tính mà không có lỗi đến bất kỳ máy tính nào khác trong mạng tổng hợp. TCP chia một dòng byte thành các phần: phân đoạn, và chuyển chúng đến lớp liên kết bên dưới. Sau khi các phân đoạn này được phân phối bởi lớp kết nối internet đến đích của chúng, TCP sẽ tập hợp lại chúng thành một dòng byte liên tục.

UDP cung cấp truyền dữ liệu gói tin ứng dụng, giống như IP giao thức lớp liên kết chính và chỉ đóng vai trò như một liên kết (bộ ghép kênh) giữa giao thức mạng và nhiều dịch vụ lớp ứng dụng hoặc các quy trình của người dùng.

Mức độ ứng dụng.

Tổng hợp tất cả các dịch vụ do hệ thống cung cấp ứng dụng tùy chỉnh... Qua nhiều năm sử dụng trên mạng Những đất nước khác nhau và các tổ chức, ngăn xếp TCP / IP đã tích lũy một số lượng lớn các giao thức và dịch vụ lớp ứng dụng. Lớp ứng dụng được triển khai hệ thống phần mềm, được xây dựng theo kiến ​​trúc máy khách-máy chủ, dựa trên các giao thức cấp thấp hơn. Không giống như các giao thức của ba lớp còn lại, các giao thức ứng dụng quan tâm đến các chi tiết của một ứng dụng cụ thể và "không quan tâm" đến cách dữ liệu được truyền qua mạng. Mức độ này không ngừng mở rộng do việc gia nhập các dịch vụ mạng cũ đã qua nhiều năm hoạt động, chẳng hạn như Telnet, FTP, TFTP, DNS, SNMP, các dịch vụ tương đối mới, chẳng hạn như Giao thức truyền siêu văn bản HTTP.

Internet - hệ thống toàn cầu máy tính được kết nối, mạng cục bộ và các mạng khác tương tác với nhau thông qua ngăn xếp giao thức TCP / IP (Hình 1).

Hình 1 - Sơ đồ tổng quát của Internet

Internet cung cấp trao đổi thông tin giữa tất cả các máy tính được kết nối với nó. Loại máy tính và hệ điều hành nó sử dụng không liên quan.

Các tế bào chính của Internet là mạng cục bộ (LAN - Khu vực địa phương mạng). Nếu một số mạng cục bộ được kết nối trực tiếp với Internet, thì mỗi trạm làm việc mạng này cũng có thể kết nối với nó. Ngoài ra còn có các máy tính tự kết nối Internet. Họ đã gọi máy tính chủ(host là người dẫn chương trình).

Mỗi máy tính được kết nối với mạng có địa chỉ riêng của nó, tại đó một thuê bao có thể tìm thấy nó từ bất kỳ nơi nào trên thế giới.

Một đặc điểm quan trọng của Internet là nó không tạo ra bất kỳ hệ thống phân cấp nào khi nó hợp nhất các mạng khác nhau - tất cả các máy tính được kết nối với mạng đều bình đẳng.

Một tính năng đặc biệt khác của Internet là độ tin cậy cao. Nếu một số máy tính và đường truyền liên lạc bị lỗi, mạng sẽ tiếp tục hoạt động. Độ tin cậy này được đảm bảo bởi thực tế là Internet không một trung tâm duy nhất ban quản lý. Nếu một số đường liên lạc hoặc máy tính bị lỗi, thì các thông điệp có thể được truyền qua các đường liên lạc khác, vì luôn có một số cách truyền thông tin.

Internet không phải là một tổ chức thương mại và không thuộc về bất kỳ ai. Có người sử dụng Internet ở hầu hết các quốc gia trên thế giới.

Người dùng kết nối mạng thông qua các máy tính tại các tổ chức đặc biệt được gọi là nhà cung cấp dịch vụ Internet. Kết nối Internet có thể là vĩnh viễn hoặc tạm thời. ISP có nhiều đường để kết nối người dùng và đường truyền tốc độ cao để giao tiếp với phần còn lại của Internet. Thông thường, các nhà cung cấp nhỏ hơn được kết nối với các nhà cung cấp lớn hơn, các nhà cung cấp này sẽ được kết nối với các nhà cung cấp khác.

Các tổ chức, được kết nối với nhau bằng đường truyền thông tin nhanh nhất, tạo thành xương sống của mạng hoặc xương sống của Internet Backbon. Nếu nhà cung cấp được kết nối trực tiếp với sườn núi, thì tốc độ truyền thông tin sẽ là tối đa.

Trên thực tế, sự khác biệt giữa người dùng và nhà cung cấp dịch vụ Internet là khá tùy tiện. Bất kỳ ai đã kết nối máy tính hoặc mạng cục bộ của mình với Internet và cài đặt chương trình yêu cầu, có thể cung cấp dịch vụ kết nối mạng cho những người dùng khác. Về nguyên tắc, một người dùng duy nhất có thể kết nối với đường truyền tốc độ cao trực tiếp đến đường trục của Internet.

Nói chung, Internet trao đổi thông tin giữa hai máy tính bất kỳ được kết nối với mạng. Máy tính kết nối với Internet thường được gọi là trang Internet, hoặc trang , từ trang web từ tiếng Anh, được dịch là địa điểm, địa điểm. Các trang web được cài đặt tại ISP cung cấp cho người dùng quyền truy cập Internet. Ngoài ra còn có các nút chuyên cung cấp thông tin. Ví dụ, nhiều công ty tạo ra các trang web trên Internet, thông qua đó họ phổ biến thông tin về các sản phẩm và dịch vụ của họ.

Thông tin được truyền đi như thế nào? Có hai khái niệm chính được sử dụng trên Internet: địa chỉ và giao thức... Bất kỳ máy tính nào kết nối với Internet đều có địa chỉ duy nhất của riêng nó. Cũng như địa chỉ gửi thư xác định duy nhất vị trí của một người, địa chỉ Internet xác định duy nhất vị trí của máy tính trên mạng. Địa chỉ Internet là phần quan trọng nhất và chúng sẽ được mô tả chi tiết bên dưới.

Dữ liệu được gửi từ máy tính này sang máy tính khác bằng Internet được chia nhỏ thành các gói. Chúng di chuyển giữa các máy tính tạo nên các nút mạng. Các gói của cùng một thông điệp có thể đi theo các tuyến đường khác nhau. Mỗi gói có nhãn riêng của nó, đảm bảo lắp ráp chính xác tài liệu trên máy tính mà thư được gửi đến.

Giao thức là gì? Như đã nêu trước đó, một giao thức là một quy tắc cho giao tiếp. Ví dụ, nghi thức ngoại giao quy định những việc phải làm khi gặp khách nước ngoài hoặc khi tổ chức tiệc chiêu đãi. Ngoài ra, giao thức mạng quy định các quy tắc cho hoạt động của các máy tính được kết nối với mạng. Lực lượng giao thức tiêu chuẩn máy tính khác nhau"nói cùng một ngôn ngữ". Do đó, có thể kết nối Internet với nhiều loại máy tính chạy hệ điều hành khác nhau.

Các giao thức cơ bản Internet là ngăn xếp giao thức TCP / IP. Trước hết, cần phải làm rõ rằng, theo nghĩa kỹ thuật của TCP / IP - nó không phải là một giao thức mạng, mà là hai giao thức nằm ở các cấp độ khác nhau mô hình mạng(đây là cái gọi là giao thức ngăn xếp). Giao thức TCP - giao thức lớp vận chuyển. Anh ấy kiểm soát điều đó dữ liệu được truyền như thế nào. Giao thức IP - Địa chỉ. Nó thuộc về lớp mạng và xác định chuyển đi đâu vậy.

Giao thức TCP. Theo giao thức TCP , dữ liệu được gửi đi được “cắt nhỏ” thành các gói nhỏ, sau đó mỗi gói được đánh dấu để chứa dữ liệu cần thiết cho việc lắp ráp chính xác tài liệu trên máy tính của người nhận.

Để hiểu bản chất của giao thức TCP, bạn có thể tưởng tượng một trò chơi cờ vua qua thư từ, khi hai người tham gia chơi hàng chục ván cùng một lúc. Mỗi nước đi được ghi trên một bưu thiếp riêng cho biết số trò chơi và số nước đi. Trong trường hợp này, giữa hai đối tác thông qua cùng một kênh thư, có thể có hàng tá kết nối (một kết nối mỗi đợt). Hai máy tính được kết nối bởi một kết nối vật lý, tương tự có thể hỗ trợ nhiều kết nối TCP cùng lúc. Vì vậy, ví dụ, hai máy chủ mạng trung gian có thể truyền đồng thời nhiều gói TCP từ nhiều máy khách trên một đường truyền thông cho nhau theo cả hai hướng.

Khi chúng ta làm việc trên Internet, thì một và chỉ đường dây điện thoại chúng tôi có thể đồng thời chấp nhận các tài liệu từ Mỹ, Úc và Châu Âu. Các gói của mỗi tài liệu được nhận riêng biệt, tách biệt trong thời gian và khi nhận được, chúng được tập hợp trong các tài liệu khác nhau.

Giao thức IP . Bây giờ chúng ta hãy xem xét giao thức địa chỉ - IP (Internet Protocol). Bản chất của nó nằm ở chỗ mỗi người tham gia World Wide Web phải có địa chỉ duy nhất (địa chỉ IP) của riêng mình. Nếu không có điều này, không thể nói về việc phân phối chính xác các gói TCP đến nơi làm việc mong muốn. Địa chỉ này được thể hiện rất đơn giản - với bốn số, ví dụ: 195.38.46.11. Chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn cấu trúc của địa chỉ IP sau. Nó được tổ chức theo cách mà mỗi máy tính, qua đó gói TCP đi qua, có thể sử dụng bốn số này để xác định xem "hàng xóm" nào gần nhất sẽ chuyển tiếp gói tin đến để nó "gần hơn" với người nhận. Kết quả của một số bước nhảy hữu hạn, gói TCP sẽ đến đích.

Từ "gần hơn" được đặt trong dấu ngoặc kép là có lý do. Trong trường hợp này, không phải đánh giá “độ gần” về địa lý. Điều kiện giao tiếp và công suất đường dây được tính đến. Hai máy tính đặt tại các lục địa khác nhau, nhưng được kết nối bằng một đường dây liên lạc không gian hiệu suất cao, được coi là gần nhau hơn hai máy tính từ các làng lân cận, được kết nối bằng một dây điện thoại đơn giản. Giải pháp cho các vấn đề được coi là "gần hơn" và "tiếp theo" được giải quyết bằng các biện pháp đặc biệt - bộ định tuyến. Vai trò của bộ định tuyến trong mạng thường được thực hiện bởi các máy tính chuyên dụng, nhưng nó cũng có thể là các chương trình đặc biệt chạy trên các máy chủ nút của mạng.

Ngăn xếp giao thức TCP / IP

Ngăn xếp giao thức TCP / IP- một tập hợp các giao thức truyền dữ liệu mạng được sử dụng trong các mạng, bao gồm cả Internet. Tên gọi TCP / IP xuất phát từ hai giao thức quan trọng nhất của họ - Giao thức điều khiển truyền (TCP) và Giao thức Internet (IP), được phát triển và mô tả đầu tiên trong tiêu chuẩn này.

Các giao thức hoạt động với nhau trên ngăn xếp (eng. cây rơm, ngăn xếp) - điều này có nghĩa là giao thức nằm ở cấp cao hơn hoạt động "trên cùng" của cấp thấp hơn, sử dụng cơ chế đóng gói. Ví dụ: TCP chạy trên IP.

Ngăn xếp giao thức TCP / IP bao gồm bốn lớp:

• lớp ứng dụng,
• lớp vận chuyển,
• lớp mạng (lớp internet),
• Lớp liên kết.

Các giao thức của các lớp này thực hiện đầy đủ chức năng của mô hình OSI (Bảng 1). Tất cả tương tác của người dùng trong mạng IP được xây dựng trên ngăn xếp giao thức TCP / IP. Ngăn xếp độc lập với môi trường truyền vật lý.

Bảng 1- So sánh ngăn xếp giao thức TCP / IP và mô hình tham chiếu OSI

Cấp độ ứng dụng

Hầu hết các ứng dụng mạng hoạt động ở lớp Ứng dụng.

Các chương trình này có các giao thức truyền thông riêng, ví dụ: HTTP cho WWW, FTP (truyền tệp), SMTP (email), SSH ( kết nối an toàn với một máy từ xa), DNS (chuyển đổi tên tượng trưng thành địa chỉ IP) và nhiều thứ khác.

Đối với hầu hết các phần, các giao thức này chạy trên TCP hoặc UDP và được gắn với một cổng cụ thể, ví dụ:

• HTTP đến cổng TCP 80 hoặc 8080,
• FTP đến cổng TCP 20 (để truyền dữ liệu) và 21 (cho các lệnh điều khiển),
• Truy vấn DNS cho cổng UDP (ít phổ biến hơn là TCP) 53,

Lớp vận chuyển

Các giao thức của lớp truyền tải có thể giải quyết vấn đề gửi thư không đảm bảo ("thư đã đến được người nhận chưa?"), Và cũng đảm bảo đúng trình tự dữ liệu đến. Trong ngăn xếp TCP / IP giao thức vận chuyển xác định dữ liệu dành cho ứng dụng nào.

Các giao thức định tuyến tự động được biểu diễn một cách logic ở lớp này (vì chúng hoạt động qua IP) thực sự là một phần của các giao thức lớp mạng; ví dụ OSPF (IP ID 89).

TCP (IP ID 6) là cơ chế truyền tải trước kết nối "được đảm bảo" cung cấp cho ứng dụng một luồng dữ liệu đáng tin cậy, đảm bảo rằng dữ liệu nhận được là chính xác, truy vấn lại dữ liệu trong trường hợp bị mất và loại bỏ sự trùng lặp dữ liệu. TCP cho phép bạn điều chỉnh tải trên mạng, cũng như giảm thời gian chờ đợi để chuyển dữ liệu đến khoảng cách xa... Hơn nữa, TCP đảm bảo rằng dữ liệu nhận được sẽ được gửi theo cùng một trình tự. Đây là điểm khác biệt chính của nó so với UDP.

UDP (IP ID 17) là một giao thức truyền dữ liệu không kết nối. Nó còn được gọi là giao thức truyền tải "không đáng tin cậy", theo nghĩa là không thể đảm bảo rằng thông điệp được chuyển đến người nhận địa chỉ, cũng như có thể có sự trộn lẫn các gói tin. Trong các ứng dụng yêu cầu truyền dữ liệu đảm bảo, giao thức TCP được sử dụng.

UDP thường được sử dụng trong các ứng dụng như phát trực tuyến video và trò chơi máy tính nơi cho phép mất gói và việc yêu cầu lại là khó hoặc không hợp lý hoặc trong các ứng dụng phản hồi yêu cầu (ví dụ: truy vấn DNS), nơi việc tạo kết nối tốn nhiều tài nguyên hơn là gửi lại.

Cả TCP và UDP đều được sử dụng để xác định giao thức cấp cao nhất một số được gọi là một cổng.

Lớp mạng

Lớp Internet ban đầu được thiết kế để truyền dữ liệu từ mạng (con) này sang mạng khác. Với sự phát triển của khái niệm mạng toàn cầu, mức độ đã được giới thiệu Tính năng bổ sungđể truyền từ bất kỳ mạng nào đến bất kỳ mạng nào, bất kể giao thức lớp dưới, cũng như khả năng yêu cầu dữ liệu từ phía từ xa, ví dụ, trong giao thức ICMP (được sử dụng để truyền thông tin chẩn đoán từ kết nối IP) và IGMP ( dùng để điều khiển các luồng phát đa hướng).

ICMP và IGMP nằm trên IP và phải chuyển sang lớp tiếp theo, nhưng về mặt chức năng chúng là các giao thức lớp mạng và do đó chúng không thể phù hợp với mô hình OSI.

Gói giao thức mạng IP có thể chứa mã cho biết giao thức lớp tiếp theo sẽ sử dụng để trích xuất dữ liệu từ gói. Con số này là duy nhất Số giao thức IP... ICMP và IGMP lần lượt được đánh số 1 và 2.

Lớp liên kết

Lớp Liên kết mô tả cách các gói dữ liệu được truyền qua lớp vật lý, bao gồm mã hóa(nghĩa là, các chuỗi bit đặc biệt xác định phần đầu và phần cuối của gói dữ liệu). Ethernet, chẳng hạn, trong các trường tiêu đề gói tin chứa chỉ báo về máy hoặc các máy nào trên mạng mà gói tin này dành cho.

Ví dụ về giao thức lớp liên kết là Ethernet, Wi-Fi, Frame Relay, Token Ring, ATM, v.v.

Lớp liên kết đôi khi được chia thành 2 lớp con - LLC và MAC.

Ngoài ra, lớp liên kết mô tả phương tiện truyền dữ liệu (liệu cáp đồng trục, cặp xoắn, cáp quang hoặc kênh vô tuyến), các đặc tính vật lý của phương tiện đó và nguyên tắc truyền dữ liệu (tách kênh, điều chế, biên độ tín hiệu, tần số tín hiệu, phương pháp đồng bộ truyền, thời gian chờ phản hồi và khoảng cách tối đa).

Đóng gói

Encapsulation - đóng gói hoặc lồng vào các gói mức cao (có thể thuộc một giao thức khác) thành các gói của cùng một giao thức (mức thấp hơn), bao gồm cả địa chỉ.

Ví dụ: khi một ứng dụng cần gửi tin nhắn bằng TCP, chuỗi hành động sau được thực hiện (Hình 2):

Hình 2 - Quy trình đóng gói

• trước hết, ứng dụng điền vào một cấu trúc dữ liệu đặc biệt, trong đó nó chỉ ra thông tin về người nhận (giao thức mạng, địa chỉ IP, Cổng TCP);
• chuyển thông điệp, độ dài và cấu trúc của nó với thông tin về người nhận đến trình xử lý giao thức TCP (tầng vận chuyển);
• trình xử lý TCP tạo thành một phân đoạn trong đó thư hoạt động như dữ liệu và cổng TCP của người nhận (cũng như dữ liệu khác) nằm trong tiêu đề;
• Trình xử lý TCP chuyển phân đoạn đã hình thành sang trình xử lý IP (lớp mạng);
• trình xử lý IP xem xét việc truyền Phân đoạn TCP dưới dạng dữ liệu và đứng trước chúng bằng tiêu đề riêng (đặc biệt, chứa địa chỉ IP của người nhận, được lấy từ cùng một cấu trúc dữ liệu ứng dụng và số giao thức trên;
• gói đã nhận được truyền bởi trình xử lý IP đến lớp liên kết dữ liệu, lớp này lại xem xét Gói hiện tại dưới dạng dữ liệu "thô";
• trình xử lý lớp liên kết, tương tự như các trình xử lý trước, thêm tiêu đề của nó vào đầu (cũng cho biết số lượng của giao thức lớp trên, trong trường hợp của chúng tôi là 0x0800 (IP)) và trong hầu hết các trường hợp, thêm phần cuối cùng tổng kiểm tra, từ đó tạo thành một khung;
• sau đó khung nhận được sẽ được truyền đến lớp vật lý, lớp này sẽ chuyển các bit thành tín hiệu điện hoặc quang và gửi chúng đến môi trường truyền dẫn.

Về phía người nhận, quy trình ngược lại (từ dưới lên), được gọi là giải mã, được sử dụng để giải nén dữ liệu và trình bày nó cho ứng dụng.

Thông tin tương tự.

V thế giới hiện đại thông tin lan truyền chỉ trong vài giây. Tin tức vừa xuất hiện, trong giây lát đã có mặt trên bất kỳ trang web nào trên Internet. Internet được coi là một trong những phát triển hữu ích nhất trong tâm trí con người. Để tận hưởng tất cả những lợi ích mà Internet mang lại, bạn cần kết nối với mạng này.

Ít ai biết rằng một quá trình truy cập một trang web đơn giản bao hàm một hệ thống hành động phức tạp mà người dùng không thể nhận thấy. Mỗi lần nhấp vào một liên kết sẽ kích hoạt hàng trăm hoạt động tính toán khác nhau ở trung tâm của máy tính. Chúng bao gồm gửi yêu cầu, nhận phản hồi và hơn thế nữa. Các giao thức được gọi là TCP / IP chịu trách nhiệm cho mọi hành động trên mạng. Họ là ai?

Bất kỳ giao thức Internet nào TCP / IP đều hoạt động ở cấp độ riêng của nó. Nói cách khác, mọi người đều đang làm việc của riêng họ. Toàn bộ dòng giao thức TCP / IP đang thực hiện một công việc to lớn cùng một lúc. Và người dùng tại thời điểm này chỉ nhìn thấy những bức ảnh sáng và những dòng văn bản dài.

Hiểu ngăn xếp giao thức

Ngăn xếp giao thức TCP / IP là một tập hợp các giao thức mạng cơ bản có tổ chức được phân chia theo thứ bậc thành bốn lớp và là một hệ thống vận chuyển các gói qua mạng máy tính.

TCP / IP là ngăn xếp giao thức mạng nổi tiếng nhất đang được sử dụng ngày nay. Các nguyên tắc của ngăn xếp TCP / IP áp dụng cho cả mạng LAN và WAN.

Nguyên tắc sử dụng địa chỉ trong ngăn xếp giao thức

Ngăn xếp giao thức mạng TCP / IP mô tả các đường dẫn và hướng gửi các gói tin. Đây là nhiệm vụ chính của toàn bộ ngăn xếp, được thực hiện ở bốn cấp, các cấp này tương tác với nhau bằng một thuật toán đã ghi. Vì công văn chính xác và việc phân phối gói tin đến chính xác điểm đã yêu cầu, địa chỉ IP đã được giới thiệu và chuẩn hóa. Điều này là do sự hiện diện của các nhiệm vụ sau:

• Địa chỉ các loại khác nhau phải nhất quán. Ví dụ: chuyển đổi miền của trang web thành địa chỉ IP của máy chủ và ngược lại hoặc chuyển đổi tên máy chủ thành địa chỉ và ngược lại. Bằng cách này, có thể truy cập điểm không chỉ với sự trợ giúp của địa chỉ IP mà còn bằng tên trực quan.
• Địa chỉ phải là duy nhất.Điều này là do thực tế là trong một số trường hợp đặc biệt, gói chỉ nên đến một điểm cụ thể.
• Sự cần thiết phải cấu hình mạng cục bộ.

Trong các mạng nhỏ, nơi có vài chục nút được sử dụng, tất cả các tác vụ này được thực hiện theo cách cơ bản, sử dụng các giải pháp đơn giản nhất: biên dịch bảng mô tả quyền sở hữu của máy và địa chỉ IP tương ứng hoặc bạn có thể phân phối địa chỉ IP theo cách thủ công cho tất cả mạng. bộ điều hợp. Tuy nhiên, đối với các mạng lớn với một nghìn hoặc hai nghìn máy, nhiệm vụ cấp địa chỉ theo cách thủ công dường như không khả thi.

Đó là lý do tại sao một cách tiếp cận đặc biệt được phát minh cho các mạng TCP / IP, đã trở thành dấu hiệu giao thức ngăn xếp. Khái niệm được giới thiệu - khả năng mở rộng.

Các lớp ngăn xếp giao thức TCP / IP

Có một hệ thống phân cấp nhất định ở đây. Ngăn xếp giao thức TCP / IP có bốn lớp, mỗi lớp xử lý một bộ giao thức khác nhau:

Cấp độ ứng dụng: được thiết kế để cung cấp cho người dùng mạng Ở cấp độ này, mọi thứ mà người dùng thấy và làm đều được xử lý. Mức độ cho phép người dùng truy cập các dịch vụ mạng khác nhau, ví dụ: truy cập vào cơ sở dữ liệu, khả năng đọc danh sách các tệp và mở chúng, gửi tin nhắn điện tử hoặc mở một trang web. Cùng với dữ liệu và hành động của người dùng, thông tin dịch vụ được truyền ở cấp độ này.

Lớp vận chuyển: nó là một cơ chế truyền gói tin thuần túy. Ở cấp độ này, cả nội dung của gói, hay thuộc về bất kỳ hành động nào của nó đều không quan trọng. Ở mức này, chỉ có địa chỉ của nút để gửi gói và địa chỉ của nút mà gói sẽ được chuyển đến là quan trọng. Theo quy luật, kích thước của các đoạn được truyền bằng các giao thức khác nhau có thể thay đổi, do đó, ở cấp độ này, các khối thông tin có thể được tách ở đầu ra và được thu thập thành một tổng thể duy nhất ở đích. Điều này là do mất mát có thể xảy ra dữ liệu, nếu tại thời điểm truyền phân đoạn tiếp theo có sự ngắt kết nối ngắn hạn.

Lớp truyền tải bao gồm nhiều giao thức, được chia thành các lớp, từ những giao thức đơn giản nhất chỉ truyền dữ liệu đến những giao thức phức tạp, được trang bị chức năng xác nhận việc nhận hoặc yêu cầu lặp lại đối với một khối dữ liệu bị thiếu.

Cấp độ này cung cấp hai loại dịch vụ cao cấp (áp dụng):

• Cung cấp phân phối đảm bảo bằng giao thức TCP.
  
• Cung cấp qua UDP bất cứ khi nào có thể .

Để đảm bảo việc giao hàng được đảm bảo, theo Giao thức TCP một kết nối được thiết lập cho phép bạn đánh số các gói ở đầu ra và xác nhận sự chấp nhận của chúng ở đầu vào. Đánh số gói và xác nhận là cái gọi là thông tin dịch vụ. Giao thức này hỗ trợ truyền song công. Ngoài ra, do các quy tắc giao thức được suy nghĩ kỹ lưỡng, nó được coi là rất đáng tin cậy.

Giao thức UDP dành cho những thời điểm không thể định cấu hình truyền qua giao thức TCP hoặc bạn phải lưu trên phân đoạn truyền dữ liệu mạng. Cũng Giao thức UDP có thể tương tác với các giao thức lớp cao hơn để cải thiện độ tin cậy của việc truyền gói.

Lớp mạng hoặc "lớp Internet": một mức độ cơ bản của cho tất cả các mô hình TCP / IP. Chức năng chính của lớp này giống với lớp cùng tên trong mô hình OSI và mô tả chuyển động của các gói trong một mạng tổng hợp bao gồm một số mạng con nhỏ hơn. Nó liên kết các lớp liền kề của giao thức TCP / IP.

Lớp mạng là liên kết giữa lớp vận chuyển ngược dòng và lớp hạ lưu của các giao diện mạng. Lớp mạng sử dụng các giao thức nhận yêu cầu từ lớp truyền tải và thông qua việc định địa chỉ theo quy định, truyền yêu cầu đã xử lý tới giao thức giao diện mạng, cho biết địa chỉ nào sẽ gửi dữ liệu.

Ở cấp độ này, những điều sau đây được sử dụng giao thức mạng TCP / IP: ICMP, IP, RIP, OSPF. Tất nhiên, chính và phổ biến nhất ở cấp độ mạng là Giao thức Internet (IP). Nhiệm vụ chính của nó là chuyển các gói tin từ bộ định tuyến này sang bộ định tuyến khác cho đến khi một đơn vị dữ liệu được giao diện mạng nút đích. IP không chỉ được triển khai trên máy chủ mà còn trên thiết bị mạng: bộ định tuyến và bộ chuyển mạch được quản lý. IP hoạt động trên nguyên tắc không bảo đảm là cố gắng tốt nhất. Có nghĩa là, không cần thiết lập kết nối trước để gửi một gói tin. Tùy chọn này dẫn đến tiết kiệm lưu lượng và thời gian dành cho việc di chuyển các gói dịch vụ không cần thiết. Gói tin đang được chuyển hướng đến đích của nó, và rất có thể nút vẫn không khả dụng. Trong trường hợp này, một thông báo lỗi sẽ được trả về.

Lớp giao diện mạng: chịu trách nhiệm đảm bảo rằng các mạng con với các công nghệ khác nhau có thể tương tác với nhau và truyền thông tin theo cùng một chế độ. Điều này được thực hiện trong hai bước đơn giản:

• Mã hóa gói tin thành một đơn vị dữ liệu của mạng trung gian.
• Chuyển đổi thông tin đích sang các tiêu chuẩn mạng con được yêu cầu và gửi đơn vị dữ liệu.

Cách tiếp cận này cho phép chúng tôi không ngừng mở rộng số lượng các công nghệ mạng được hỗ trợ. Ngay sau khi một công nghệ mới xuất hiện, nó ngay lập tức đi vào ngăn xếp thủng TCP / IP và cho phép các mạng có công nghệ cũ truyền dữ liệu đến các mạng được xây dựng bằng cách sử dụng nhiều tiêu chuẩn hiện đại và cách thức.

Đơn vị dữ liệu đã truyền

Trong thời gian tồn tại hiện tượng như các giao thức TCP / IP, các thuật ngữ tiêu chuẩn đã được thiết lập cho các đơn vị dữ liệu được truyền. Dữ liệu trong quá trình truyền có thể bị phân mảnh theo nhiều cách khác nhau, tùy thuộc vào công nghệ được sử dụng bởi mạng đích.

Để có ý tưởng về điều gì và tại thời điểm nào đang xảy ra với dữ liệu, cần phải đưa ra các thuật ngữ sau:

• Dòng dữ liệu- dữ liệu đến lớp truyền tải từ các giao thức của lớp ứng dụng cao hơn.
• Phân đoạn là một phần dữ liệu mà luồng được phân chia theo các tiêu chuẩn giao thức TCP.
• Datagram(đặc biệt là người mù chữ được phát âm là "Datagram") - đơn vị dữ liệu thu được bằng cách tách luồng sử dụng giao thức không kết nối (UDP).
• Túi nhựa- một đơn vị dữ liệu được tạo ra bằng giao thức IP.
• Các giao thức TCP / IP đóng gói các gói IP thành các khối dữ liệu được truyền qua các mạng tổng hợp được gọi là nhân viên hoặc khung.

Các loại địa chỉ ngăn xếp giao thức TCP / IP

Bất kỳ giao thức truyền dữ liệu TCP / IP nào đều sử dụng một trong các loại địa chỉ sau để xác định các nút:

• Địa chỉ cục bộ (phần cứng).
• Địa chỉ mạng (địa chỉ IP).
• Tên miền.

Địa chỉ cục bộ (địa chỉ MAC) - được sử dụng trong hầu hết các công nghệ cục bộ mạng máy tínhđể xác định các giao diện mạng. Theo từ ngữ cục bộ, nói về TCP / IP, nó phải được hiểu là một giao diện không hoạt động trong một mạng nối, mà trong một mạng con duy nhất. Ví dụ: mạng con của một giao diện được kết nối với Internet sẽ là mạng cục bộ và Internet sẽ là một mạng con tổng hợp. Một mạng cục bộ có thể được xây dựng trên bất kỳ công nghệ nào, và bất kể điều này, theo quan điểm của một mạng tổng hợp, một máy nằm trong một mạng con được phân bổ riêng biệt sẽ được gọi là một mạng cục bộ. Do đó, khi một gói tin đi vào mạng cục bộ, thì địa chỉ IP của nó được liên kết với địa chỉ cục bộ và gói tin đó được gửi đến địa chỉ MAC của giao diện mạng.

Địa chỉ mạng (địa chỉ IP). Công nghệ TCP / IP cung cấp địa chỉ toàn cầu của riêng nó cho các nút, để giải quyết một vấn đề đơn giản - kết hợp các mạng với công nghệ khác nhau thành một cấu trúc truyền dữ liệu lớn. Địa chỉ IP hoàn toàn độc lập với công nghệ được sử dụng trên mạng cục bộ, nhưng địa chỉ IP cho phép giao diện mạng biểu diễn một máy trên mạng nối.

Kết quả là, một hệ thống đã được phát triển trong đó các nút được gán một địa chỉ IP và một mặt nạ mạng con. Mặt nạ mạng con cho biết có bao nhiêu bit được dành riêng cho số mạng và bao nhiêu cho số nút. Một địa chỉ IP bao gồm 32 bit, được chia thành các khối 8 bit.

Khi một gói được truyền đi, nó sẽ được gán thông tin về số mạng và số nút mà gói đó sẽ được gửi đến. Đầu tiên, bộ định tuyến định tuyến gói đến đúng mạng con và sau đó máy chủ được chọn đang đợi nó. Quá trình này được thực hiện bởi Giao thức phân giải địa chỉ (ARP).

Địa chỉ miền trên mạng TCP / IP được quản lý bởi Hệ thống tên miền (DNS) được thiết kế đặc biệt. Để làm điều này, có các máy chủ khớp với tên miền, được trình bày dưới dạng chuỗi văn bản, với địa chỉ IP và gửi gói tin đã phù hợp với địa chỉ chung. Không có sự tương ứng giữa tên máy tính và địa chỉ IP, do đó, để phân giải tên miền thành địa chỉ IP, thiết bị truyền phải tham chiếu đến bảng định tuyến được tạo trên máy chủ DNS. Ví dụ: chúng tôi viết địa chỉ của một trang web trong trình duyệt, máy chủ DNS khớp nó với địa chỉ IP của máy chủ có trang web đó và trình duyệt đọc thông tin, nhận phản hồi.

Ngoài Internet, có thể cấp tên miền cho máy tính. Do đó, quá trình làm việc trong một mạng cục bộ được đơn giản hóa. Không cần thiết phải nhớ tất cả các địa chỉ IP. Thay vào đó, bạn có thể đặt tên bất kỳ cho mỗi máy tính và sử dụng nó.

Địa chỉ IP. Sự sắp xếp. Các thành phần. Mặt nạ mạng con

Địa chỉ IP là một số 32 bit, trong cách biểu diễn truyền thống được viết dưới dạng số, từ 1 đến 255, được phân tách bằng dấu chấm.

Nhập địa chỉ IP vào các định dạng khác nhau Hồ sơ:

• Dạng thập phân của địa chỉ IP: 192.168.0.10.
• Chế độ xem nhị phân của cùng một địa chỉ IP: 11000000.10101000.00000000.00001010.
• Viết địa chỉ cho hệ thập lục phân tính toán: C0.A8.00.0A.

Không có mục nhập nào giữa ID mạng và số điểm trong bản ghi. dấu phân cách nhưng máy tính có thể tách chúng ra. Có ba cách để làm điều này:

1. Đường viền cố định. Với phương pháp này, toàn bộ địa chỉ được chia có điều kiện thành hai phần có độ dài byte cố định. Do đó, nếu chúng ta cho một byte cho số mạng, thì chúng ta sẽ nhận được 2 mạng 8 với 2 24 nút mỗi mạng. Nếu đường viền được dịch chuyển thêm một byte sang bên phải, thì sẽ có nhiều mạng hơn - 2 16, và số lượng nút sẽ giảm - 2 16. Ngày nay phương pháp này được coi là lỗi thời và không được sử dụng.
2. Mặt nạ mạng con. Mặt nạ được ghép nối với một địa chỉ IP. Mặt nạ có một chuỗi các giá trị "1" trong các chữ số đó được dành riêng cho số mạng và một số tiền nhất định của số không ở những vị trí đó của địa chỉ IP được gán cho số nút. Ranh giới giữa số một và số không trong mặt nạ là ranh giới giữa ID mạng và ID máy chủ trong địa chỉ IP.
3. Phương pháp của các lớp địa chỉ. Phương pháp thỏa hiệp. Khi sử dụng nó, người dùng không thể chọn kích thước của mạng, tuy nhiên, có năm lớp - A, B, C, D, E. Ba lớp - A, B và C - dành cho các mạng khác nhau và D và E được dành riêng cho các mạng mục đích đặc biệt... Trong hệ thống lớp, mỗi lớp có ranh giới số mạng và ID nút riêng.

Các loại địa chỉ IP

ĐẾN hạng Ađề cập đến các mạng trong đó mạng được xác định bởi byte đầu tiên và ba phần còn lại là số nút. Tất cả các địa chỉ IP có giá trị của byte đầu tiên từ 1 đến 126 trong phạm vi của chúng là mạng lớp A. Về mặt định lượng, có rất ít mạng lớp A, nhưng trong mỗi mạng có thể có tới 2 24 điểm.

Hạng B- mạng trong đó hai bit cao nhất bằng 10. Trong đó, 16 bit được phân bổ cho số mạng và định danh điểm. Kết quả là số lượng mạng lớp B trong mặt lớn khác với số lượng mạng loại A về mặt định lượng, nhưng chúng có số lượng nút nhỏ hơn - lên đến 65.536 (2 16) chiếc.

Trong các mạng lớp C- rất ít nút - mỗi nút có 2 nút, nhưng số lượng mạng rất lớn, do số nhận dạng mạng trong cấu trúc như vậy chiếm tới ba byte.

Mạng hạng D- đã thuộc về mạng đặc biệt... Nó bắt đầu với chuỗi 1110 và được gọi là địa chỉ đa hướng. Các giao diện với địa chỉ lớp A, B và C có thể được đưa vào một nhóm và nhận, ngoài một địa chỉ nhóm riêng lẻ.

Địa chỉ lớp E- dự trữ cho tương lai. Các địa chỉ này bắt đầu bằng dãy số 11110. Nhiều khả năng, các địa chỉ này sẽ được sử dụng làm địa chỉ phát đa hướng khi thiếu địa chỉ IP trong mạng WAN.

Định cấu hình TCP / IP

Cấu hình giao thức TCP / IP có sẵn trên tất cả các hệ điều hành. Đây là Linux, CentOS, Mac OS X, BSD miễn phí, Windows 7. Giao thức TCP / IP chỉ yêu cầu bộ điều hợp mạng. Tất nhiên, phía máy chủ Hệ điều hành có khả năng hơn thế nữa. Giao thức TCP / IP được định cấu hình rất rộng bằng cách sử dụng các dịch vụ phía máy chủ. Địa chỉ IP bình thường máy tính để bànđược đặt trong cài đặt kết nối mạng. Ở đó nó được cấu hình địa chỉ mạng, gateway - địa chỉ IP của điểm có lối ra mạng toàn cầu và địa chỉ của các điểm đặt máy chủ DNS.

Giao thức Internet TCP / IP có thể được định cấu hình trong chế độ thủ công... Mặc dù điều này không phải lúc nào cũng cần thiết. Có thể lấy các tham số giao thức TCP / IP từ địa chỉ máy chủ phân phối động trong chế độ tự động... Phương pháp này được sử dụng trong mạng công ty... Trên DHCP server có thể được so sánh địa chỉ địa phương vào mạng và ngay khi một máy có địa chỉ IP được chỉ định xuất hiện trên mạng, máy chủ sẽ ngay lập tức cấp cho máy đó một địa chỉ IP đã chuẩn bị trước đó. Quá trình này được gọi là đặt trước.

Giao thức phân giải địa chỉ TCP / IP

Cách duy nhất để thiết lập mối quan hệ giữa địa chỉ MAC và địa chỉ IP là duy trì một bảng. Nếu có một bảng định tuyến, mỗi giao diện mạng sẽ biết về các địa chỉ của nó (cục bộ và mạng), nhưng câu hỏi đặt ra là làm thế nào để tổ chức đúng cách việc trao đổi gói giữa các nút bằng giao thức TCP / IP 4.

Tại sao Giao thức phân giải địa chỉ (ARP) được phát minh? Để liên kết họ giao thức TCP / IP và các hệ thống địa chỉ khác. Một bảng ánh xạ ARP được tạo tại mỗi nút và được điền bằng cách thăm dò toàn bộ mạng. Điều này xảy ra sau mỗi lần tắt máy tính.

Bảng ARP

Đây là một ví dụ về bảng ARP đã biên dịch.