Сетевые протоколы в телекоммуникациях

Наличие поля флагов (flags) и поля смещения (fragmentation) связано с тем, что, учитывая ограничения на длину кадра в конкретной реализации сети, протокол IP разбивает большой исходный блок данных на фрагменты и упаковывает их в пакеты. Для определения принадлежности пакетов — фрагментов одному блоку данных и обеспечения его правильной сборки, в поле флагов устанавливается специальный признак, а величины смещения помещаются в поле смещения. Поле флага содержит 3 бита: первый бит этого поля всегда имеет значение ноль, второй бит определяет, разрешена или нет фрагментация для блока данных. Величина поля смещения задает смещение в 64-битовых блоках. Первый фрагмент имеет нулевое смещение.

Поле «период жизни» (TTL - Time to live) содержит сведения о том, в течение какого времени дейтаграмме разрешено находиться в сети, и фактически представляет собой счетчик транзитов. Указанное в поле значение уменьшается на 1 на каждом этапе обработки дейтаграммы в процессе ее следования по сети, а при достижении нуля дейтаграмма уничтожается в целях экономии ресурсов сети. Таким же образом предотвращаются зацикленные маршруты в сети, когда группа маршрутизаторов может «гонять» блок данных по кругу из-за какой-то неисправности сети. Когда маршрутизатор обнаруживает, что значение параметра «период жизни» достигло нуля, он немедленно удаляет блок данных и передает сообщение источнику об ошибке с помощью протокола ICMP.

Поле «протокол» (protocol, 8 битов) содержит указание, какой протокол следует за IP. Каждый протокол, относящийся к TCP/IP, идентифицируется фиксированным номером. В таблице 1 содержатся номера, назначенные стандартами для наиболее распространенных протоколов. Если имеется TCP-заголовок, то в этом поле будет стоять его номер.

 

 

 

 

Таблица 1. Значения поля протокола

№	Протокол
1	Протокол сообщений  управления Интернет (ICMP)
2	Протокол управления группами Интернет (IGMP)
3	Межшлюзовой протокол (GGP)
6	Протокол управления передачей (TCP)
8	Протокол внешнего шлюза (EGP)
9	Протокол внутреннего  шлюза (IGP)
17	Протокол дейтаграммы  пользователя (UDP)

 

Поле контрольной суммы (Header checksum, 16 битов) служит для проверки правильности информации заголовка дейтаграммы. Контрольная сумма заголовка проверяет только данные заголовка, которые включают в себя адреса IP источника и пункта назначения. При проверке заголовка IP контрольная сумма анализирует правильность номера версии IP и подтверждает отличие поля «времени жизни» от нуля. Она также позволяет проверить отсутствие искажения заголовка IP и допустимость длины сообщения.

Поле опций содержит информацию о различных задачах, например, спецификации маршрутизации, и обычно используется сетевым управлением или для целей отладки. Данные, которые обеспечивают опции IP, варьируются и зависят от конкретного приложения, использующего их. Когда требуется услуга «записать маршрут», поле опции указывает и это.

Как это имело место в других протоколах, заголовок IP содержит поле выравнивания (padding), состоящее из нулей и выравнивающее 32-битовую границу

Поля адресов IP-источника и IP-назначения используются маршрутизаторами и шлюзами в рамках сети для маршрутизации блока данных. Эти адреса остаются неизменными все время жизни блока данных и не преобразуются промежуточными сетями.

Первый уровень адресации определяет имя конкретного пользователя для приема данных. Например, при передаче кому-то сообщения по электронной почте нет необходимости задавать машинный адрес или индивидуальный IP-адрес. Все, что необходимо, — это адрес электронной почты, который может быть преобразован приемным сервером в имя пользователя и имя машины. Приложение уровня сети взаимодействия определит порт, который надо использовать для передачи, т.е. внутренний логический адрес. Транспортный уровень определит адрес для протокола, который должен использоваться при передаче данных, и предоставит его приложению. Сетевой уровень будет, в зависимости от адресов IP, маршрутизировать блоки данных через разные сети, чтобы они достигли назначения. Маршрутизаторы будут считывать IP адреса, чтобы определить, через какой физический порт следует передать блок данных. Адреса, которые мы уже упоминали, прозрачны для уровня IP и обрабатываются только резидентным программным обеспечением хост-компьтера.

Согласно некоторым расчетам, последний доступный IP-адрес будет занят где-то между 2005 и 2010 годами. Однако кризис нехватки IP-адресов может проявиться еще раньше, если бум в отношении Интернет, наблюдаемый в Северной Америке и Западной Европе, охватит Индию, Китай и другие перенаселенные страны. Проблема еще более усугубляется распространением кабельных модемов. Ее решение возможно путем расширения текущей четвертой версии протокола IP (IPv4) с помощью межсетевого протокола следующего поколения (IPng), также известного как Интернет Protocol version 6 (IPv6).

Протокол IPv6 решает потенциальную проблему нехватки IP-адресов посредством использования 128-разрядных адресов вместо 32-разрядных адресов Ipv4, благодаря чему адресное пространство расширяется в 2⁹⁶ раз. Кроме того, в версии IPv6 предусмотрена возможность создания адресной иерархии со значительно большим количеством уровней. Добавление понятия зоны (scope) позволит при многопунктовой (multicast addressing) передаче отправлять дейтаграмму любому из группы адресов (anycast address). Некоторые поля заголовка IPv4, представленные на рис. 4, удалены или стали необязательными для использования. Введены также несколько новых функций, таких как поле метки идентификации пакетов, требующих специальной обработки; расширения заголовка для упрощения операций шифрования и идентификации, а также заголовок маршрутизации. 1Ру6-заголовок позволяет более эффективно использовать опции пересылки дейтаграмм по маршруту и предоставляет значительно больше возможностей для внесения изменений в опции и добавления новых параметров благодаря технологии «вложенных заголовков».

Поле «версия» (version, 4 бита) имеет значение, равное 6. Поле «приоритет» (prior, 4 бита) позволяет отправителю назначить дейтаграмме определенный уровень приоритета по отношению к другим отправляемым блокам данных. Возможные 16 значений этого поля разделены на две категории: значения поля от 0 до 7 используются для дейтаграмм, которые могут не передаваться при перегруженной линии, а значения от 8 до 15 назначаются пакетам, которые должны быть отправлены при любом состоянии линии. К первой категории относятся трафик TCP, передача e-mail, FTP, NFS, TELNET, X-interactive. Во второй категории приоритет 8 назначается пакетам, которые отправляются в последнюю очередь при перегруженной линии, а приоритет 15 — в первую.

Рис. 5. Заголовок IPv6

Поле «метка потока» (now label, 24 бита) используется отправителем для того, чтобы помечать пакеты, которые требуют специальной обработки сетевыми модулями IPv6. Хост-компьютеры или шлюзы, не поддерживающие этой опции, должны установить метку в 0 и игнорировать ее при обработке пакета. Поток представляет собой последовательность пакетов, отправляемых определенному получателю (или группе получателей), на пути к которым пакеты должны пройти специальную обработку. Таких потоков между одними и теми же хост-компьтерами может быть несколько, и значение этого поля позволяет идентифицировать определенный поток. Если значение этого поля установлено в 0, то считается, что дейтаграмма не принадлежит ни к какому потоку. Меткой потока служит случайно выбранное число в диапазоне 1 до FFFFFF. Все пакеты, принадлежащие одному потоку, должны отправляться по одному и тому же адресу назначения и с одним и тем же приоритетом. Кроме того, если одна из дейтаграмм потока содержит в своем заголовке какой-либо вложенный заголовок или опцию, все остальные пакеты потока тоже должны их содержать. Если шлюз, обрабатывающий пакет, заметил отклонение состава дейтаграммы от других дейтаграмм потока, он генерирует ошибку потока и уведомляет об этом отправителя.

Информация о потоке хранится в шлюзе в течение 6 с. Если за это время через шлюз не пройдет ни одна дейтаграмма потока, идентификатор данного потока освобождается. С другой стороны, хост-компьютер отправителя в случае перезапуска узла не сможет ранее чем через 6 с организовать новый поток.

Поле общей длины IPv4 было переименовано в протоколе IPv6 в поле «длина данных» («payload length»), т.к. оно содержит длину данных после заголовка, в то время как поле общей длины (total length) учитывает и длину заголовка. Поле «длина данных» (pay-load length, 16 бит) определяет количество байтов данных пакета, которые следуют за заголовком. Значение этого поля равное 0 означает, что размер дейтаграммы более 65535 и хранится в поле jumbo payload (сверх-длина).

Поле «следующий заголовок» (next header, 8 битов) содержит информацию типа заголовка, который следует за заголовком IPv6. Это поле представляет собой переименованное и измененное поле «протокол» (protocol) из IPv4 и позволяет вставлять дополнительные заголовки между данными IP и TCP или UDP. Оно также предоставляет информацию о наличии дополнительных заголовков, следующих за основным, и исключает необходимость в поле IHL (Internet header length).

Поле «ограничение пересылок» (hop limit, 8 битов) соответствует полю «времени жизни» (time to live) в IPv4. Величина этого поля уменьшается на 1 при прохождении дейтаграммой шлюза или хост-компьютера, а если величина этого поля равна 0, дейтаграмма уничтожается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Интерфейсы в опорных точках ( R , S , T , U ).

 

 

 

Рис.6 - Функциональная модель цифровой абонентской линии.

 

Интерфейс в точке R связывает несовместимое с ISDN оборудование с ТА. В этой точке могут функционировать синхронные и асинхронные интерфейсы.

Интерфейс в точке S – “пользователь-сеть” – соединяет совместимое с ISDN оборудование с сетевым оконечным. Стандартизирован по 3-м уровням : 1 ур. – рекомендация I.430 ; 2 ур. – Q.921 ; 3 ур. – Q.931. Стандартизация S-интерфейса имеет первостепенное значение , т. к. именно здесь требуется совместимость с терминалом и определенная независимость от изготовления.

На ур.1 стандартизируются след. атрибуты (параметры) интерфейса:

- электрические –  описывают уровни , емкость , скорости , временные параметры электрического  сигнала ;

- функциональные –  функции , которые должны обеспечить  физический интерфейс , т. е.  управление , синхронизацию и передачу  данных ;

- механические – размеры  разъемов , количество и типы проводов  для интерфейса ;

- процедурные – что  должен выполнять интерфейс и последовательность событий , связанную с передачей сигналов через интерфейс.

Через интерфейс в  точке S происходит непрерывная передача битов в обоих направлениях  со скоростью 192 кбит/с , которая составляет первичный канал 2b + d и 48кбит ресурсов , необходимых для синхронизации потока. Структура цикла меняется в зависимости от направления передачи. Циклы имеют длину 48 бит и продолжаются 250мкс каждый. В каждом цикле имеется 12 служебных битов , поэтому скорость передачи данных пользователя 144 кбит/с.

  Интерфейс в точке  Т связывает оборудование пользователя  с находящимся в помещении  пользования сетевым окончанием NT1. Если функции NT2 отсутствуют , то точка S и точка Т совпадают. В обратном случае интерфейсы для точек S и Т идентичны на 1 и 2 уровнях и различны на уровне 3, т. е. протоколы интерфейса S являются протоколами ведомственных либо частных сетей , в то время как в точке Т действуют протоколы сигнализации сети общего пользования.

Интерфейс в точке U является интерфейсом между оборудованием NT1 и оборудованием АТС. Пока точка U не определена в рекомендациях ITUT , т. е. форма сигнала в интерфейсе U должна быть согласована с физическими характеристиками линии, которые в разных странах отличны др. от др.

 
     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

Плодотворная дебютная идея интерфейса V5 с самого начала была обращена лицом в будущее. Действительно, что может быть перспективнее идеи собрать рассмотренные в предыдущей главе три источника (речь, данные и видео) и три составные части (металлический кабель, оптоволокно и радиоканал), охватывающие все многообразие задач и средств сети доступа, в единый интерфейс, являющийся своего рода шлюзом к не менее многообразной сети узлов коммутации. Помимо этого, важная особенность протокола ТфОП связана с тем, что сообщения уровня 3 для управления соединениями ТфОП вырабатываются и принимаются в самой сети доступа. Сообщения ISDN, как было показано в предыдущей главе, могут транслироваться кадрами от АТС в пользовательский порт и в обратном направлении без их интерпретации сетью доступа. Порты же ТфОП не обрабатывают сообщения уровня 3, и, следовательно, конвертировать эти сообщения в сигналы пользовательского порта и обратно должна сеть доступа.

Тем не менее, с целью  сохранения для протокола ТфОП того же принципа прозрачности, который  используется для сигнализации ISDN, сделано так, что сигналы, генерируемые терминалом ТфОП (т.е. шлейф замкнут, шлейф разомкнут), отображаются непосредственно на сообщения протокола ТфОП, а для идентификации порта ТфОП, от которого поступают сигналы, в эти сообщения вводится адрес уровня 3. Затем сообщения передаются на станцию через интерфейс V5. В сообщениях, принимаемых от станции, также имеется адрес уровня 3, используемый для идентификации пользовательского порта, куда адресовано сообщение. Принятое сообщение преобразуется в соответствующий сигнал (посылка вызова, переполюсовка и т.п.), который подается в идентифицированный этим адресом порт ТФОП.

Главная функция протокола  ТфОП — поддержка национального протокола управления созданием и нарушением соединений ТфОП. С этой целью для каждого вызова абонента ТфОП (как исходящего, так и входящего) протокол ТфОП предусматривает создание в интерфейсе V5 логического соединения, использующего ресурс того С-пути в интерфейсе V5, который предназначен для сигнализации ТфОП, и называемого сигнальным путем (signalling path). Кроме того, протокол ТфОП может использовать этот же С-путь и без создания в нем сигнального пути, когда возникает необходимость в передаче информации, не связанной с управлением соединениями ТфОП (например, для передачи со стороны сети доступа к стороне АТС данных о линии пользователя). Сигнальный путь существует в течение всех фаз соединения ТфОП и обеспечивает прозрачный обмен сообщениями уровня 3 между логическими объектами протокола ТфОП, расположенными по разные стороны интерфейса.