Сетевые протоколы в телекоммуникациях

МИНИСТЕРСТВО  СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ  ОБРАЗОВАНИЯ

«ВЫСШИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  КОЛЛЕДЖ СВЯЗИ»

ФАКУЛЬТЕТ ЗАОЧНОГО ОБУЧЕНИЯ

УРОВЕНЬ ВЫСШЕГО  ОБРАЗОВАНИЯ

 

Контрольная работа №1

Дисциплина:  «Сетевые протоколы в телекоммуникациях»

 

 

Преподаватель 

Студент                                                         

Номер студенческого  билета      

Группа 

Специальность 

 

 

 

 

 

 

____________________________         _________________________________       ______________________

          ( оценка )                                                   ( Ф.И.О преподавателя) (подпись)

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2012

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Протоколы сети Internet TCP, UDP, IP……………………………..………4

2. Интерфейсы в опорных  точках цифровой абонентской  линии………….13

3. Протокол ТФОП. Информационные элементы сообщений протокола ТФОП.   Привести пример…………………………………………………………………

4. Протокол TCP. Назначение, функции и структура заголовка….….……...16

5. Литература……………………………………………………………19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Протоколы сети Internet TCP, UDP, IP

Протокол управления передачей TCP

Протокол управления передачей (TCP — Transmission Control Protocol) приблизительно соответствует транспортному уровню модели OSI, но содержит и некоторые функции сеансового уровня. С его помощью реализуется организация сеанса связи между двумя пользователями в сети. Кроме того, в его функции включается исправление ошибок и, что очень важно, преобразование информации к виду дейтаграмм, передача дейтаграмм и отслеживание их прохождения по сети. TCP служит также для организации повторной передачи потерянных дейтаграмм и обеспечения их надежности. Наконец, в компьютере-адресате TCP извлекает сообщение из дейтаграммы и направляет его прикладной программе-адресату. Протокол TCP, как и протокол дейтаграммы пользователя UDP, считаются протоколами поставщика услуг, причем TCP является протоколом, ориентированным на соединение, в то время как UDP — не ориентированный на соединение протокол.. Для создания дейтаграммы протокол TCP добавляет к поступающим от прикладного уровня данным заголовок, содержащий управляющую информацию. Протокол IP добавляет к дейтаграмме свой заголовок, содержащий дополнительные инструкции. Локальная сеть вводит в дейтаграмму свою управляющую информацию в виде еще одного заголовка. Таким образом, дейтаграмма включает в себя три отдельных заголовка, каждый из которых содержит управляющую информацию различного назначения: Ethernet-заголовок, IP-заголовок и TCP-заголовок. Структура TCP-заголовка изображена на рис. 1.

Поля порта источника (source port) и порта назначения (destination port) содержат номера портов взаимодействующих программ. Это связано с тем, что адресация на уровне протокола TCP предназначена, скорее, для передачи дейтаграмм между логическими объектами внутри компьютера, чем для фактического соединения пользователя с сетью. Более того, адрес IP тоже не является физическим адресом, а характеризует соединение с сетью и идентифицирует пользователя. Поэтому номера портов назначения и источника представляют собой числа длиной 16 битов, идентифицирующие приложения, которые используют услуги TCP (например, FTP, TELNET, протоколы электронной почты SMTP, POP3 и т.п.). Номера порта от 0 до 255 определены заранее и не могут задаваться операторами, а номера после 255 могут произвольно определяться для каждой конкретной сети. Примеры фиксированных номеров портов, определяемые протоколом TCP: данные FTP — 20; управление FTP — 21; TELNET — 23; протокол SMTP — 25; сервер имен главного компьютера — 42; сервер имен домена— 53; почтовый протокол РОР2 - 109.

Рис. 1. Заголовок TCP

 

Порядковый номер блока данных (sequence number) длиной 32 бита используется для проверки того, что все блоки данных получены. Если принятый порядковый номер не соответствует очередности и срабатывает таймер TCP, все неподтвержденные блоки данных должны быть переданы повторно. Следует отметить, что предусматривается только положительное подтверждение, а отрицательных подтверждений не существует. Номер подтверждения (acknowledgement number) следует за порядковым номером и идентифицирует следующий ожидаемый порядковый номер.

Поле смещения данных (4 бита) определяет, где начинаются данные заголовка TCP, т.е. сколько 32-битовых слов находится в заголовке, предшествующем полю данных пользователя.

Несколько однобитовых полей, следующих за полем смещения данных, используются для обработки блока данных TCP. Бит срочности URG обозначает, что указатель срочности сообщения содержит значащую информацию. Указатель срочности представляет собой поле 16 битов, идентифицирующее смещение в поле данных пользователя, которое содержит срочные данные. Бит подтверждения АСК указывает на присутствие подтверждения в поле номера подтверждения и уведомляет приемное устройство о том, что этот номер подтверждает ранее полученные последовательности. Бит внеочередной обработки PSH аналогичен биту срочности. Он уведомляет принимающий главный компьютер о том, что полученный блок данных должен обрабатываться немедленно. Бит восстановления RST вызывает восстановление сеанса. Обычно это означает, что все очереди, связанные с сеансом, отключаются и все присоединенные счетчики и таймеры устанавливаются в нуль. Бит синхронизации SYN используется, когда устанавливается логическое соединение, и указывает на то, что порядковые номера должны быть синхронизированы. Бит завершения FIN указывает на то, что данных для посылки больше нет и сеанс должен быть закрыт. Затем сеанс должен быть завершен, а ресурсы освобождены для другого сеанса.

Поле окна (16 битов) используется в течение установления сеанса. Стороны должны согласовывать, какое число блоков данных может быть послано до подтверждения. Это число называется размером окна и определяется размером очереди и объемом обработки данных, уже полученных от других сеансов. Размер окна не может быть изменен после того, как сеанс установлен.

Поле контрольной суммы (checksum), длиной 16 битов используется для контроля ошибок в заголовке, а также в пользовательских данных. В следующем параграфе будет показано, что в IP контрольная сумма не контролирует пользовательские данные IP, а проверяет только заголовок.

Поле опций может содержать  самую разную информацию, например, максимальный размер ТСР-дейтаграммы. В конце заголовок дополняется нулями до размера, кратного 32-битовому слову.

Соединение устанавливается с помощью команды OPEN с аргументами в виде IP-адреса и номера порта удаленного процесса. Команда OPEN используется в обоих случаях: когда процесс намерен передавать информацию и когда он ожидает поступления информации. Процедура установления соединения использует специальный флаг синхронизации SYN и состоит из трех тактов квитирующих сообщений, позволяющих синхронизировать потоки данных. Завершение соединения осуществляется обменом пакетами, содержащими команду FIN.

Для проверки того, что  все данные, переданные на уровень TCP, отправлены, существует функция «проталкивания пакета» — PUSH-функция. Назначение этой функции и PUSH-флага состоит только в «проталкивании» данных к пользователю, минуя механизм кэширования и не производя никаких дополнительных группировок или других действий над данными.

Протокол UDP

Протокол дейтаграмм пользователя UDP (user datagram protocol) относится к протоколам без установления логического соединения и предназначен для обмена дейтаграммами между процессами компьютеров, входящих в единую сеть с коммутацией пакетов.

В отличие от протокола TCP, в протоколе UDP отсутствует подтверждение приема блоков данных, что делает UDP намного проще, чем TCP, но относительно менее надежным. Данное обстоятельство не представляет опасности для таких применений как электронная почта и некоторые функции сетевого управления, когда мощные механизмы обеспечения надежности протокола TCP не требуются и когда протоколы верхнего уровня могут компенсировать недостатки UDP. Преимущество протокола UDP состоит в том, что он требует минимум установок и параметров для соединения двух процессов между собой и, если не требуется большого объема обработки, блоки данных могут быть посланы и приняты с очень малым временем задержки.

Структура заголовка UDP представлена на рис.2 и гораздо проще, чем в TCP. Отсутствие подтверждений исключает из заголовка порядковые номера и поля номера подтверждения или возможности обработки срочных данных.

 

Порт источника (16 битов)	Порт назначения (16 битов)
Длина сообщения UDP (16 битов)	Контрольная сумма UPD (16 битов)
Данные

Рис. 2 Заголовок UDP

 

Существуют номера порта-отправителя (source port) и порта назначения (destination port), поля длины (length) и контрольной суммы (checksum). Поле порта-отправителя может, если нужно, содержать номер порта, из которого был отправлен пакет (например, если отправитель ожидает ответа). Если это поле не используется, оно заполняется нулями. Поле длины содержит сведения о длине дейтаграммы (в байтах), включая заголовок и данные. Минимальная длина равна 8. Поле контрольной суммы UDP-пакета содержит побитное дополнение 16-битовой суммы 16-битовых слов (аналогично TCP).

Больше ничего не требуется. Очевидно, именно это позволяет принимающим главным компьютерам обрабатывать блоки данных гораздо быстрее, так как все, что требуется — это передать принятые блоки данных соответствующему приложению, идентифицируемому номером порта.

Могут возникать ситуации, когда  при передаче дейтаграммы возникают  ошибки, о которых необходимо сообщить отправителю или другому хост-компьютеру. Для передачи этих сообщений или информации служебного характера предназначен протокол передачи управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol). Как и протоколы TCP и UDP, протокол ICMP использует IP в качестве протокола нижнего уровня, однако по своей структуре и назначению ICMP является частью IP.

Межсетевой  протокол IP

 Протокол IP вовсе не обязателен для TCP. Протокол TCP может использовать для доставки данных почти любой протокол сетевого уровня, если тот способен обеспечить услуги маршрутизации и поддерживает интерфейс между двумя уровнями. Тем не менее, информация маршрутизации для данных от TCP, которые должны транспортироваться через сети, в подавляющем большинстве приложений обеспечивается протоколом IP. И это притом, что сам протокол не исправляет ошибки, а только сообщает об ошибках в исходящие хост-компьютеры с помощью рассмотренного в предыдущем параграфе протокола ICMP, размещаемого на том же уровне 3 в хост-компьютере.

Структура IP-заголовка и его поля представлены на рис. 3. Поле «версия» (version, 4 бита) в заголовке IP предназначено для идентификации версии IP, использованной для создания заголовка. Если заголовок IP был создан в сети, использующей более новую версию IP, он может содержать информацию, которая не распознается более старой версией IP. В этом случае принимающая сеть, работающая со старой версией IP, уведомляется о необходимости пропустить нераспознаваемые поля.

Рис. 3. Заголовок IP

Поле «длина заголовка» (IHL — Internet Header Length, 4 бита) содержит длину заголовка IP-пакета в 32-разрядных словах. Значение этого поля не может быть меньше 5.

В поле «тип обслуживания» (TOS — Type of Service, 8 битов) указывается требуемое качество обслуживания данных. В других протоколах это поле часто называют качеством обслуживания (QoS). Данное поле включает четыре параметра, содержащих информацию о приоритете дейтаграммы, о возможности поступления последовательности таких дейтаграмм с регулярными интервалами, о критичности ошибок, о важности скорости доставки дейтаграммы и, наконец, об относительной важности скорости по сравнению с надежностью на случай конфликта между двумя этими критериями. Введены следующие обозначения: РРР — приоритет, D — атрибуты задержки, Т — атрибуты пропускной способности, R — атрибуты надежности. Трехбитовый код РРР указывает уровень приоритета блока данных, применяемый для управления перегрузкой (блоки данных с меньшим приоритетом могут быть отброшены, в то время как блокам данных с более высоким приоритетом разрешается прохождение) и для управления потоком. Поле задержки D указывает, какова допустимая задержка при передаче пакета. Данное поле может принимать два значения: нормальная задержка и малая задержка. Значение 1 соответствует малой задержке. Поле пропускной способности Т указывает, какова должна быть пропускная способность средств доставки данного блока данных. Например, если блок данных сгенерирован приложением реального времени (интерактивный режим), приложение может запросить ускоренную доставку блоков данных, что требует высокой пропускной способности средств доставки. Допустимые значения — нормальная или высокая пропускная способность. Поле надежности R используется аналогичным образом, указывая, требует ли этот блок данных высокой или обычной надежности обслуживания.

Поле «общая длина» (Total length, 16 битов), аналогичное полю длины TCP-заголовка, содержит измеряемую в байтах суммарную длину дейтаграммы, включая длину IP-заголовка и данных. Этот параметр позволяет узлам определять длину поля данных путем вычитания из его значения длины заголовка. Максимально допустимая длина всей дейтаграммы целиком, считая байты, входящие в заголовок дейтаграммы, и данные, составляет 65535 байтов, т. е. длина дейтаграммы может достигать 2¹⁶— 1 байтов. Однако длинные дейтаграммы не используются при работе IP-протокола. Все хост-компьютеры и шлюзы сети, как правило, работают с длинами до 576 байтов. Число 576 выбрано из тех соображений, что этой длины пакета вполне достаточно для того, чтобы передать заголовок (64 байта) и блок данных (длиной 512 байтов).

Поле «идентификатор» (Identification, 16 битов) представляет собой уникальный номер, характеризующий конкретную дейтаграмму, и используется для связи фрагментов блока данных. Значение этого поля устанавливается отправителем и служит идентификатором дейтаграммы, например, в случае ее фрагментации.