Говорить о важности сетевых технологий на страницах сетевого издания немного странно, однако мы считаем, что даже среди сетевой публики, многие с трудом знакомы с важностью, особенно в современных условиях, объединения компьютеров в сеть. Статья повествует о важнейших элементах локальной сети, настройки под Windows XP и о наиболее часто задаваемых вопросах, связанных с построением, конфигурированием и администрированием локальных сетей.
Итак, напомним, что сети бывают локальные и глобальные. Локальные сети объединяют некоторое количество компьютеров в пределах одного или нескольких зданий. Такие сети иногда называют интранет. Глобальные сети подразумевают соединение различных локальных сетей в одну общую сеть, называемую Интернет.
Существует мнение, что если ты хоть раз поработал в составе сети, то работа без подключения к сети становиться болезненно тяжело. Да действительно, так, например наши компьютеры объединены в локальную сеть, подключенную с Интернет. Стоит произойти какой-нибудь неприятности с Интернетом, как работать становиться значительно тяжелее. Казалось бы, почему? Ведь по большому счету в сети мы видим просто чужие диски, иногда пользуемся вычислительными ресурсами удаленного процессора. Почему бы ни воспользоваться собственными дисками и мощностью собственного процессора. Все дело в информации. Ведь сегодня сеть это огромная база знаний, созданная усилиями каждого имеющего желание поделиться с другими своими знаниями и умениями. С одной стороны, это превращает сеть в некую «помойку» где из огромного объема информации приходится извлекать полезную информацию, с другой стороны нет ни одного другого электронного или любого off-line источника, способного дать ответ на абсолютно любой вопрос.
Сеть – развращает!
После длительной работы в сети иногда пользователь частично теряет возможность решать многие, простые вопросы обычными средствами. Так, например, поиск какой-либо информации без сети становиться просто невозможной. Единственным, доступным и действенным средством общения является e-mail или Интернет-пейджеры. С одной стороны «жители» сети являются достаточно сильными людьми, однако это касается только сети. В реальной ситуации, «сетевой житель» может быть достаточно слабым и беззащитным существом. Именно поэтому потеря доступа в сеть хотя бы на несколько дней, является достаточно тяжелой потерей для таких людей.
О чем эта статья?
Без сомнения, с точки зрения организации сети Windows XP самая простая операционная система от Microsoft. Точнее сказать, эта операционная система позволяет быстро и эффективно создавать небольшие сети для дома или небольшого офиса.
В этой статье мы расскажем о трех главных составляющих небольшой сети: совместное подключение к Интернет, совместное использование принтера, файлов и каталогов. В первую очередь мы нацеливаем эту статью на людей, только начинающих вникать во все тонкости «жизни» компьютера в сети. Однако и подготовленные пользователи смогут найти для себя не мало интересного.
Несмотря на наличие русской версии Windows XP, мы решили, что все примеры, приведенные в статье, будут для англоязычной версии Windows XP. Это значительно упростит создание сети для неопытных пользователей, использующих англоязычную версию.
Немного истории
Для того, что бы лучше понять превосходство сетевых решений в Windows XP давайте совершим краткий экскурс в историю развития операционных систем Windows. Для некоторых из Вас это отступление может быть раздражающим, однако нам было даже приятно вспомнить, чему мы радовались еще несколько лет назад. Давайте начнем с Windows 3.1.
Операционная система Windows 3.1 имела очень ограниченный инструментарий для организации даже самой простой сети и требовала использование программного обеспечения сторонних разработчиков. Возможно для операционной системы, выпущенной 10-12 лет назад, это было нормально. Специально для рабочих групп Microsoft выпустила Windows 3.11 for Workgroups, которая имела только протокол совместного использования файлов. Позднее в августе 1995 года была выпущена операционная система Windows 95. Несмотря на свою “глючность”, эта операционная система имела более продвинутые сетевые средства, однако по современным меркам все было очень сложно и недостаточно для требований современного пользователя. Через год была выпущена операционная система Windows NT 4.0, с дополнительными патчами и сервис паками. Windows NT 4.0 использовала интерфейс и принципы Windows 95. Главным отличием являлись наличие расширенных особенностей защиты, лучшие средства многозадачности, администрирование пользователей и больший упор на сетевую организацию для бизнес пользователей. Однако реализация сетевых особенностей оказалась еще сложнее, и недоступной для неподготовленного пользователя.
Через 2-3 года после Windows 95 были выпущены операционные системы Windows 98 и Millennium. Windows 98, за исключением NT, была первой настоящей 32-bit версией Windows с полностью 32-bit кодом. В то время как Windows 98 имела некоторые усовершенствование сетевого инструментария и возможностей, они все еще были похожи на Windows 95. Дополнительно Microsoft выпустила “Special Edition” Windows 98, известную как Windows 98 SE, в которой исправлены ошибки в сетевых протоколах. В феврале 2000 Microsoft выпустила Windows 2000. Эта система основана на ядре Windows NT и поэтому ее иногда называют Windows NT 5.0. Windows 2000 имеет очень продвинутые сетевые возможности, однако их реализация пока не проста, и напоминает Windows NT.
И наконец, сегодня мы стали свидетелями выпуска и развития операционной системы Windows XP. Обе версии (Professional и Home) являются очень красивым сочетанием сетевых возможностей NT, 2000 и простого и понятного пользовательского интерфейса.
Теперь, когда мы вспомнили, как развивались сетевые возможности операционной системы Windows, давайте переходить к нашей главной теме.
Физическая установка сети
Для упрощения, предположим, что мы используем в сети три компьютера – два “клиентских компьютера” и один «сервера». Для организации, даже такой маленькой сети нам понадобятся сетевые карты, которые устанавливаются в каждый компьютер, свич или хаб, а так же специальный сетевой кабель, называемый витая пара.
Выбор сетевой карты
В прошлом сетевая карта представляла собой отдельную ISA (для тех, кто не знает это такой старый стандарт слота расширения) или PCI плату. Причем их цена превышала 100$, что несколько ограничивало развития сетей в небольших организациях. Сегодня сетевая карта стала настолько доступной, что частенько ее интегрируют на системную плату. В случае, если Ваша плата не имеет интегрированного сетевого контроллера, то Вам придется воспользоваться внешней PCI платой. Карта должна соответствовать стандарту Realtek 10/100. Она стоит около 10$. Более дорогие карточки имеют множество дополнительных функций, обеспечивающих большую стабильность при передаче данных. Ниже на фотографии показан внешний вид типичной сетевой карты.
При выборе сетевой карты, необходимо обратить внимание на максимальную поддерживаемую скорость передачи 10/100. Это означает, что карта может передавать данные на скорости 10mbps и 100mbps в зависимости от сетевой архитектуры. Дополнительно необходимо, что бы карточка имела разъем RJ-45 (современный стандарт CAT5), поддерживающий скорость передачи 100mbps и обратно совместимый с 10mbps стандартом (именно такой разъем показан на фотографии). Самый последний стандарт “CAT6”, (пока находится в разработке) будет поддерживать скорости от 300mbps до 1gbps. Это означает, что Вы сможете копировать файлы в сети со скоростью 125 мегабайт в секунду. Это быстрее скорости современных жестких дисков. CAT5-E или категория 5 UTP Enhanced так же обратно совместима с 10, 100 и 1000Mbit Ethernet. Использование RJ-45 предпочтительнее, чем RJ-58, или больше известные как BNC. Этот разъем предназначен для подключения на более низких скоростях (ограничена 10mbps) коаксиальным кабелем.
Хаб против свича
Для управления всеми транзакциями (передача блоков информации) в сети используется устройство называемой хаб или свич. В чем отличие между этими двумя устройствами?. Во время передачи пакета данных хаб отправляет их сразу на все компьютеры, что значительно уменьшает пропускную способность канала. Свич, имеет встроенную память, в которой храниться информация о том, к какому порту подключен какой компьютер. Поэтому во время передачи пакета, он отправляется на определенный порт. Кроме того, свич позволяет использовать в сети контроллеры с разной скоростью передачи, при этом общая пропускная способность не будет опускаться до уровня контроллера с минимальной скоростью. Учитывая незначительное ценовое отличие мы настоятельно рекомендуем приобрести именно свич. На сегодняшний день впускаются свичи с 5, 8, 16, 24 или 32 портами. Цена устройства напрямую зависит от количества портов.
802.11a и 802.11b
Говоря об организации сети мы считаем необходимым затронуть вопрос беспроводных сетей, т.е. передающих информацию по радиоканалу. Такие сети становятся все популярнее, т.к. позволяют сделать размещение компьютеров более гибким, а пользователям использующим карманные компьютеры или ноутбуки, получить доступ к сети в любой точке офиса и даже за пределами. На сегодняшний день существует два стандарта 802.11a и 802.11b. Для реализации такого подключения необходимо использовать специальные хабы и сетевые карточки.
Как выбрать свич?
В принципе, любой. Например, мы используем 8-портовый свич от CNET, но другие брэнды, такие как Kingmax, Netgear, Dlink, 3COM так же имеют очень хорошее качество. В общем, в этом вопросе можно довериться компании, которая будет проводить у Вас сеть. Они обычно ставят то, что хорошо работает.
Рекомендации по конфигурированию сервера
Если Ваш сервер не планируется использовать для игр, нет необходимости использовать самый последний процессор Pentium 4 или Athlon XP с большим объемом оперативной памяти и емким жестким диском, а так же с самой последней графической картой GeForce 4. Главное, чего необходимо добиться, это стабильной круглосуточной работой. Так. Как сервер будет использовать Windows XP, он должен быть оснащен минимум 128MB RAM.
В идеале, Вы можете использовать процессор Pentium 2, III или Athlon 500MHz, при этом система будет достаточно хорошо работать в нашей среде.
Конфигурация сети в Windows XP
Установить сетевые параметры в Windows XP Вы можете несколькими способами. Во-первых, вручную. Этот метода предпочтительнее, т.к. позволяет контролировать все настройки. Во-вторых, для тех, кто ничего не понимает в сетевых терминах Microsoft включила мастер установки сети (Network Setup Wizard). Для запуска мастера, необходимо войти в “My Network Places” и нажать на “set up a home or small office network”. Нажмите Next, на втором экране будут описаны некоторые рекомендации по правильной установке. Фактически здесь Вы найдете полное руководство к действию. Нажимаем Next. Теперь для всех клиентских компьютеров Вы должны выбрать вторую опцию (The computer connects to the Internet through another computer on my network or through a residential gateway) и нажмите Next. На следующем экране Вы можете ввести или изменить имя компьютера. Теперь переходим к следующему окну, где мы сможем изменить название рабочей группе. Следующий экран резюмирует сделанные изменения и применяет их. На следующем экране Вам будет предложено создать диск установки сети. Так как мы делаем меленькую домашнюю сеть этот диск можно не создавать. Просто нажмите «Wizard and then Finish».
Мы просим извинить нас за нескончаемые переходы к следующему экрану, однако по другому описать действия мастера невозможно. В дальнейшем мы будем использовать первый, ручной режим.
[pagebreak]
Мастер сетевой идентификации
Теперь необходимо установить имя Вашего компьютера в рабочей группе, к которой он принадлежит. Для этого нажмите Start -> Settings -> Control Panel -> System -> и выберите закладку Computer Name. Сначала нажмите “Network ID”, что позволит активизировать мастер сетевой идентификации (Network Identification Wizard). На первом экране просто нажмите Next. На следующем экране нужно выбрать первую опцию (This computer is part of a business network, and I use it to connect to other computers at work), на следующем экране выберете вторую опцию (My company uses a network without a domain), Это приведет Вас к экрану показанном ниже...
Здесь Вы должны установить название рабочей группы. Эти действия Вы должны повторить на всех компьютерах Вашей сети.
Обращаем Ваше внимание, что некоторые broadband провайдеры используют свою собственную рабочую группу. В этом случае они должны Вас проинструктировать об использовании имени рабочей группы.
IP адресация
Прежде всего вы должны идентифицировать каждый компьютер в сети. Для этого служит так называемая IP (Internet Protocol) адресация. IP адрес – это уникальный номер Вашего компьютера в Вашей сети. IP адрес может быть “статическим” или “динамическим”. В своей внутренней сети Вы можете использовать IP адреса класса C, т.е. в диапазоне 192.168.0.1 до 192.168.0.254. Другими словами в одной рабочей группе может работать до 254 компьютеров. Обычно серверу назначают адрес 192.168.0.1. Когда Вы активизируете совместный доступ к сети (Internet Connection Sharing) по умолчанию Вашему серверу будет автоматически назначен этот адрес.
Конфигурация сервера
Примечание: Под XP и Windows NT для установки сетевых параметров Вы должны войти с правами администратора. OK – установив на все компьютеры сетевые карты, Вам необходимо назначить каждому компьютеру IP адрес. Для этого нажмите Start -> Settings -> Network Connections. Теперь кликните правой кнопкой мышки на “Local Area Connection” и выберите меню Properties. Затем укажите на протокол TCP/IP и нажмите Properties. Перед Вами откроется окно, позволяющее установить все необходимые сетевые параметры...
На скриншоте выше мы показываем настройку IP адреса для сервера. Пока этого достаточно. Ниже мы покажем, как конфигурировать клиентские компьютеры. Для того, что бы Вы лучше понять, как работает сервер в сети, мы приводим примерную схему подключения компьютеров рабочей группы к Интернет, через один компьютер.
Конфигурирование клиентских машин
Выше на скриншоте мы видим, что одному из клиентских компьютеров установлен IP адрес 192.168.0.5. Маска подсети устанавливается автоматически, по этому поводу Вам волноваться не стоит. Обратите внимание, что IP адрес должен быть уникальным, и не может повторяться внутри одной сети. В случае повторного использования IP адреса, Windows сообщит о возникновении проблемы с повторяющимся IP адресом. Ниже на рисунке, показано, что такое клиентский компьютер и его роль в сети.
Совместное использование Интернет
Как мы сказали в начале статьи, современная сеть должна решать три основные задачи: Совместный доступ к Интернет, совместное использование принтера и совместное использование файлов и папок. В принципе, все три задачи уже, так или иначе, решены в некоторых предыдущих версиях Windows. Однако в Windows XP они решены лучше и проще. Итак, в первую очередь давайте рассмотрим реализацию совместного доступа в Интернет. В нашем примере настройки клиентского компьютера мы устанавливаем обращение к серверу с IP адресом 192.168.0.1. Этот адрес указан как адрес шлюза, т.е. компьютера, через который все остальные будут обращаться в Интернет. Тот же адрес мы указываем в качестве первичного DNS (DNS – это сервис который позволяет по символьному имени узла, определить его физический IP адрес). Теперь, зайдите нажмите OK, что вернет Вас в первоначальное меню свойств сетевого соединения. Здесь откройте закладку Advanced и проверьте опцию Internet Connection Firewall. На клиентских машинах эта опция должна быть отключена.
Включение совместного доступа к Интернет
После завершения настройки всех клиентских машин, Вам необходимо активизировать доступ в Интернет на серверной машине. Для этого нужно войти в меню сетевых соединений (Start -> Settings -> Network Connections), выбрать иконку, через которую подключаетесь к провайдеру (по модему или быстрому каналу). В меню свойств учетной записи необходимо выбрать закладку Advanced, где Вы найдете все опции, необходимые для организации совместного доступа …
В первую очередь обратите внимание на включение Internet Connection Firewall для Internet соединения. Firewall – это система защиты, которая работает как защитный щит между внутренней сетью и внешним миром. Internet Connection Firewall (ICF) – это программный продукт, который используется для установки ограничений передачи информации от и к вашей рабочее группе. Мы рекомендуем разрешить эту опцию. В то время как мощность такого программного «щита» не может сравниваться с подобными аппаратными межсетевыми экранами, это сможет в некоторой степени защитить Ваши данные от различных сетевых неприятностей. Теперь обратите внимание на включении опции “Allow other network users to connect through this computer’s Internet connection”, которая позволит другим пользователям входить в Интернет через сервер. Если Вы хотите управлять различными установками учетных записей Интернет с других, клиентских компьютеров, включите опцию “Allow other network users to control or disable the shared Internet connection”. И последняя опция - “Establish a dial-up connection whenever a computer on my network attempts to access the Internet”. Ее включение позволит серверу в случае получения запроса к Интернет с любого клиентского компьютера автоматически установить соединение. Теперь нажмите OK для применения всех сделанных изменений. В принципе, Windows XP не требует перезагрузки при изменении сетевых настроек, однако мы настоятельно рекомендуем это сделать не только на сервере, но и на всех клиентских компьютерах. Теперь, Вы можете попробовать войти в Интернет с любого компьютера в Вашей сети, причем в случае с Windows XP Вы можете спокойно, без необходимости делать дополнительные настройки, использовать программы, подобные ICQ.
В случае если доступа к сети нет, попробуйте сначала проветрить правильность подключения всех кабелей, и включение концентратора или свича. Если все сделано правильно то при подключении сетевого кабеля к Вашей сетевой карте, на экране в tray области (рядом с часами, появиться сообщение о подключении сетевого кабеля на скорости 100 или 10Mb). В случае если этого не происходит, необходимо проверить включение опции отображения индикатора в сетевых настройках и проверить правильность и целостность кабеля. Далее попробуйте в окне DOS набрать команду ping 192.168.0.1, которая проверит соединение с серверной машиной. Если пинг не прошел, необходимо проверить работоспособность и настройку сетевых карт и свича. Кроме того, одной из причин имеющихся проблем может быть установка Windows XP поверх другой операционной системы имеющей настроенную сеть, либо компьютер использовал собственное подключение к Интернет. После неоднократной установки различных, предлагаемых на рынке, версий и вариаций Windows XP, мы пришли к выводу, что для полной работоспособности необходимо устанавливать новую ОС на чистый диск, или раздел.
Статус Интернет соединения
Теперь необходимо коснуться вопроса контроля состояние подключения к Интернет. Особенно это касается случая использования операционных систем отличных от Windows XP. Для доступа к этой опции нажмите Start -> Network Connections. Как Вы можете видеть Windows XP достаточно подробно показывает параметры соединения, такие как скорость соединения и трафик на Вашей клиентской машине. Кроме того, здесь Вы можете отключить Интернет соединение.
Совместное использование принтера
Теперь, когда Вы установили ICS, пришло время настроить принтер для совместного использования в рабочей группе. Эта возможность очень полезна для небольших компаний или отделов. Установив совместный доступ к одному или нескольким принтерам, Вы сможете значительно сэкономить не только на принтерах, но и на времени. Если на Вашем сервере еще не установлен принтер, сделать это можно с помощью меню Printers and Faxes, открыть которое можно так: Start -> Settings -> Printers and Faxes. Как только принтер будет установлен, кликните по его иконке правой клавишей мышки и выберете пункт Sharing...
В открывшемся окне просто нажмите “Share this printer” и наберите имя, под которым принтер будет виден в сети.
Совместное использование и доступ к файлам
И наконец, мы переходим к последнему наиболее частому использованию сети – совместному использования файлов и папок. Эта особенность позволит создавать в компании библиотеку документов, шаблонов и т.д. Открывать и ограничивать доступ к документам различных сотрудников. В общем, полностью организовать документооборот в компании. Честно сказать, с полным документооборотом мы преувеличили. На самом деле для этого необходимо использовать специальные продукты, способные индексировать и архивировать документы, осуществлять быстрый поиск и т.д. Однако Windows XP частично позволяет решить эти задачи, и позволяет сэкономить на приобретении программ третьи разработчиков.
Для того, что бы разрешить сетевой доступ к файлам и папкам нужно в My Computer выбрать диск, к которому нужно открыть доступ, и правой кнопкой войти в свойства диска, где выберите закладку Sharing как показано ниже...
В целом здесь все понятно, однако необходимо обратить внимание, на то, что в случае включения опции “Allow network users to change my files” Вы даете им полный доступ к своим файлам, т.е. не только редактирование, но и удаление. В случае совместной работы с Windows 2000 и NT с точки зрения защиты Вы можете отключить простой режим совместного использования файлов через меню View->Folder Options->[X]Use Simple File Sharing.
Добавление сетевых дисков
Для упрощения доступа к часто используемым сетевым дискам, ВЫ можете добавить их в свое окно My Computer и использовать как обычный диск на Вашем компьютере. Для этого Вам необходимо правой кнопкой мышки кликнуть на сетевое окружение, и в открывшемся контекстном меню выбрать “Map Network Drive...” .
Здесь выберите букву для нового диска, и укажите путь к нему. Если Вы не знаете точного пути, то можете воспользоваться кнопкой “Brouse…”.
Заключение
Конечно же эта статья не может претендовать на звание энциклопедии сетевых возможностей Windows, однако она позволила решить две важные задачи. Те кто достаточно хорошо разбирается в сетях, наверное смогли найти для себя некоторые дополнительные особенности, которые было просто лень искать самостоятельно без особой надобности. Те, кто вообще не разбирается в сетях, смогли понять, что для реализации достаточно эффективной сети вполне достаточно использовать Windows XP.
Однако, для реализации сети в Вашем офисе мы настоятельно рекомендуем обратиться к специалистам. Поверьте нашему опыту, что как только «технический специалист» Вашей компании начинает делать сеть, это становиться в непрекращающийся ремонт в квартире. Постоянно, что-то доделывается, возникают различные «подводные камни» и т.д. Лучше всего обратиться к сетевым специалистам. Причем совсем необязательно обращаться к большим сетевым интеграторам, привыкшим работать в масштабе большого предприятия, использующего несколько сотен компьютеров с различными серверами. Вполне достаточно обратиться к компаниям, имеющим опыт создания небольших сетей, имеющих монтажников, программистов, настройщиков и, что самое главное, службу сервиса. Такая группа специалистов кроме установки сети, подключения к Интернет, сможет решить проблему с установками сетевых версий программ (например, бухгалтерских, дизайнерских, инженерных продуктов). В конце концов, каждый должен заниматься своим делом.
Модель безопасности Windows XP Professional основана на понятиях аутентификации и авторизации. При аутентификации проверяются идентификационные данные пользователя, а при авторизации - наличие у него прав доступа к ресурсам компьютера или сети. В Windows XP Professional также имеются технологии шифрования, которые защищают конфиденциальные данные на диске и в сетях: например, EFS (Encrypting File System), технология открытого ключа.
Аутентификация
Регистрируясь на компьютере для получения доступа к ресурсам локального компьютера или сети, пользователь должен ввести свое имя и пароль. В Windows XP Professional возможна единая регистрация для доступа ко всем сетевым ресурсам. Таким образом, пользователь может войти в систему с клиентского компьютера по единому паролю или смарт-карте и получить доступ к другим компьютерам домена без повторного ввода идентификационных данных. Главный протокол безопасности в доменах Windows 2000 - Kerberos версии 5. Для аутентификации на серверах под управлением Windows NT 4.0 и доступа к ресурсам доменов Windows NT клиенты Windows XP Professional используют протокол NTLM. Компьютеры с Windows XP Professional, не принадлежащие к домену, также применяют для аутентификации протокол NTLM. Используя Windows XP Professional в сети с активным каталогом (Active Directory), можно управлять безопасностью регистрации с помощью параметров политики групп, например, ограничивать доступ к компьютерам и принудительно завершать сеансы работы пользователей спустя заданное время. Можно применять предварительно сконфигурированные шаблоны безопасности, соответствующие требованиям к безопасности данной рабочей станции или сети. Шаблоны представляют собой файлы с предварительно сконфигурированными параметрами безопасности, которые можно применять на локальном компьютере или импортировать в групповые политики активного каталога. Эти шаблоны используются в неизменном виде или настраиваются для определенных нужд.
Авторизация
Авторизация позволяет контролировать доступ пользователей к ресурсам. Применение списков управления доступом (access control list, ACL) и прав доступа NTFS гарантирует, что пользователь получит доступ только к нужным ему ресурсам, например, к файлам, дискам (в том числе сетевым), принтерам и приложениям. С помощью групп безопасности, прав пользователей и прав доступа можно одновременно управлять безопасностью как на уровне ресурсов, так и на уровне файлов, папок и прав отдельных пользователей.
Группы безопасности
Группы безопасности упрощают управление доступом к ресурсам. Можно приписывать пользователей к группам безопасности, а затем предоставлять этим группам права доступа. Можно добавлять пользователей к группам безопасности и удалять их оттуда в соответствии с потребностями этих пользователей. Оснастка MMC Computer Management позволяет создавать учетные записи пользователей и помещать их в локальные группы безопасности. Можно предоставлять пользователям права доступа к файлам и папкам и определять действия, которые пользователи могут выполнять над ними. Можно разрешить и наследование прав доступа. При этом права доступа, определенные для каталога, применяются ко всем его подкаталогам и находящимся в них файлам. Среди групп безопасности, локальных для домена и компьютера, имеется ряд предварительно сконфигурированных групп, в которые можно включать пользователей.
Администраторы (Administrators) обладают полным контролем над локальным компьютером и правами на совершение любых действий. При установке Windows XP Professional для этой группы создается и назначается встроенная учетная запись Администратор (Administrator). Когда компьютер присоединяется к домену, по умолчанию к группе Администраторы добавляется группа Администраторы домена (Domain Administrators).
Опытные пользователи (Power Users) обладают правами на чтение и запись файлов не только в личных папках, но и за их пределами. Они могут устанавливать приложения и выполнять многие административные действия. У членов этой группы такой же уровень прав доступа, что и у групп Пользователи (Users) и Опытные пользователи (Power Users) в Windows NT 4.0.
Пользователи (Users) в отношении большей части системы имеют только право на чтение. У них есть право на чтение и запись только файлов их личных папок. Пользователи не могут читать данные других пользователей (если они не находятся в общей папке), устанавливать приложения, требующие модификации системных каталогов или реестра, и выполнять административные действия. Права пользователей в Windows XP Professional более ограниченны по сравнению с Windows NT 4.0.
Гости (Guests) могут регистрироваться по встроенной учетной записи Guest и выполнять ограниченный набор действий, в том числе выключать компьютер. Пользователи, не имеющие учетной записи на этом компьютере, или пользователи, чьи учетные записи отключены (но не удалены), могут зарегистрироваться на компьютере по учетной записи Guest. Можно устанавливать права доступа для этой учетной записи, которая по умолчанию входит во встроенную группу Guests. По умолчанию учетная запись Guest отключена. Можно сконфигурировать списки управления доступом (ACL) для групп ресурсов или групп безопасности и по мере необходимости добавлять/удалять из них пользователей или ресурсы, что облегчает управление правами доступа и их аудит. Это также позволяет реже изменять ACL. Можно предоставить пользователям права на доступ к файлам и папкам и указать действия, которые можно выполнять с ними. Можно также разрешить наследование прав доступа; при этом права доступа к некоторой папке применяются и к ее подкаталогам и находящимся в них файлам. При работе с Windows XP Professional в составе рабочей группы или в изолированном режиме вам предоставляются права администратора, и у вас есть все права по отношению ко всем функциям безопасности ОС. Если компьютер под управлением Windows XP Professional включен в сеть, параметры безопасности определяет сетевой администратор.
Политика групп
Параметры политики групп позволяют назначать ресурсам права доступа, а также предоставлять права доступа пользователям. Это нужно для того, чтобы требовать запуска определенных приложений только в заданном контексте безопасности (тем самым снижая риск воздействия на компьютер нежелательных приложений, например, вирусов) и конфигурировать различные права доступа для множества клиентских компьютеров. Можно сконфигурировать права доступа на эталонном компьютере, который будет использован как базовый образ для установки на другие рабочие станции, гарантируя, таким образом, стандартизованное управление безопасностью даже в отсутствие Active Directory. Функции аудита позволяют обнаруживать попытки отключить или обойти защиту ресурсов. Можно задействовать предварительно сконфигурированные шаблоны безопасности, соответствующие требованиям безопасности для данной рабочей станции или сети. Шаблоны безопасности - это файлы с предварительно установленными параметрами безопасности, которые применяют к локальному компьютеру или импортируют в групповые политики активного каталога (Active Directory). Шаблоны безопасности используются в неизменном виде или настраиваются в соответствии с определенными задачами.
Шифрование
EFS (Encrypting File System) позволяет зашифровать данные на жестком диске. Риск кражи портативных компьютеров особенно велик, а с помощью EFS можно усилить безопасность путем шифрования данных на жестких дисках портативных компьютеров компании. Эта предосторожность защищает информацию и идентификационные данные от несанкционированного доступа.
2. Корпоративная безопасность
Windows XP Professional поддерживает ряд функций защиты избранных файлов, приложений и других ресурсов. В их числе списки управления доступом (ACL), группы безопасности и групповая политика, а также средства конфигурирования и управления этими функциями. В совокупности они обеспечивают мощную, но гибкую инфраструктуру управления доступом в корпоративных сетях. Windows XP поддерживает тысячи относящихся к безопасности параметров конфигурации, которые можно применять и по отдельности. В Windows XP также есть предопределенные шаблоны безопасности, обычно используемые без изменений или как основа для особой настройки конфигурации безопасности. Эти шаблоны безопасности применяются при: создании ресурса, такого как общая папка или файл; при этом вы вправе воспользоваться заданными по умолчанию ACL или настроить их в соответствии со своими потребностями; распределении пользователей по стандартным группам безопасности, таким как Users, Power Users и Administrators, и принятии заданных по умолчанию параметров ACL; использовании предоставляемых ОС шаблонов групповой политики - Basic (основной), Compatible (совместимый), Secure (безопасный) или Highly Secure (высокобезопасный). Каждая из особенностей системы безопасности Windows XP - списки ACL, группы безопасности и групповая политика - имеет параметры по умолчанию, которые разрешается изменять в соответствии с требованиями организации. Предприятия также вправе применять соответствующие средства для реализации и настройки управления доступом. Многие из этих средств, такие как оснастки Microsoft Management Console, представляют собой компоненты Windows XP Professional, другие поставляются в составе комплекта ресурсов Windows XP Professional Resource Kit.
3. Управляемый доступ к сети
Windows XP содержит встроенную подсистему безопасности для предотвращения вторжений. Ее работа базируется на ограничении прав любого, кто пытается получить доступ к компьютеру из сети до привилегий гостевой учетной записи. Взломщикам или вообще не удастся получить доступ к компьютеру и перебором паролей получить дополнительные привилегии, или они получат только ограниченный гостевой доступ.
Управление сетевой проверкой подлинности
Все большее число систем под управлением Windows XP Professional подключается к Интернету напрямую, а не через домены. Поэтому продуманная система управления доступом (в том числе устойчивыми паролями и разрешениями, сопоставленными учетными записями) важна как никогда ранее. Для обеспечения безопасности следует избегать анонимных параметров управления доступом, обычно связанных с открытыми средами, подобными Интернету. Вот почему в Windows XP Professional по умолчанию все пользователи, вошедшие по сети, работают под учетной записью Guest. Это исключает для злоумышленника возможность войти в систему через Интернет под локальной учетной записью Администратор (Administrator), у которой нет пароля.
4. Упрощенное совместное использование ресурсов
Модель совместного использования и безопасности для локальных учетных записей позволяет выбрать модель безопасности на основе применения исключительно гостевой учетной записи (Guest) либо классическую (Classic) модель безопасности. В гостевой модели при любых попытках войти в систему локального компьютера через сеть применяется только гостевая учетная запись. В классической модели пользователи при доступе через сеть входят в систему локального компьютера под своими учетными записями. На компьютерах в составе домена эта политика не применяется, а по умолчанию используется гостевая учетная запись. Если гостевая учетная запись существует и ей назначен пустой пароль, сетевые пользователи смогут войти в систему и получить доступ к любому ресурсу, разрешенному для доступа учетной записи Guest. При включенной политике "force network logons using local accounts to authenticate as Guest" локальные учетные записи должны аутентифицироваться как учетная запись Guest при доступе через сеть. Эта политика служит для ограничения разрешений локальной учетной записи, обращающейся к системным ресурсам на другом сетевом компьютере. Кроме того, на компьютерах, поддерживающих модель упрощенной защиты общих ресурсов, диалоговое окно Security Properties заменено упрощенным диалоговым окном Shared Documents Properties.
5. Ограничение на учетные записи с пустыми паролями
Для безопасности пользователей, не защитивших свою учетную запись паролем, в Windows XP Professional такие учетные записи разрешено применять только для входа в систему компьютера с его консоли. По умолчанию учетные записи с пустыми паролями запрещено применять для входа в систему удаленно по сети и вообще для любых других действий по входу в систему, кроме как с физической консоли компьютера. Например, нельзя задействовать службу вторичного входа в систему (RunAs - запуск от имени) для запуска программ под учетной записью с пустым паролем локального пользователя. Назначение пароля локальной учетной записи устраняет указанное ограничение на вход через сеть, а также предоставляет ей доступ по сети к любым ресурсам, на которые у нее есть права. Если ваш компьютер не расположен в физически защищенном помещении, рекомендуется назначать пароли всем локальным учетным записям пользователей. Несоблюдение этого требования ведет к тому, что любой пользователь, получивший физический доступ к компьютеру, может войти в систему под учетной записью без пароля. Это особенно важно для переносных компьютеров, на которых следует предусмотреть устойчивые пароли для всех локальных учетных записей пользователей. Указанное ограничение не относится к доменным учетным записям, а также к локальной гостевой учетной записи. Если учетная запись Guest с пустым паролем существует, под ней можно войти в систему и обратиться к любому ресурсу, разрешенному ей для доступа. Если требуется отключить ограничение на вход через сеть без пароля, надо соответствующим образом настроить локальную политику безопасности (Local Security Policy).
Шифрованная файловая система
Дополнительные функции шифрованной файловой системы (Encrypting File System, EFS) существенно обогатили Windows XP Professional, обеспечив дополнительную гибкость для корпоративных пользователей при развертывании решений безопасности, основанных на шифровании файлов с данными. Любой злоумышленник, имеющий физический доступ к компьютеру, может загрузить на нем другую ОС, обойти защиту основной ОС и получить доступ к конфиденциальным данным. Шифрование конфиденциальных файлов средствами EFS обеспечивает дополнительную защиту. Данные зашифрованного файла останутся недоступными, даже если атакующий получит полный доступ к среде хранения данных компьютера. Только полномочные пользователи и назначенные агенты восстановления данных в состоянии расшифровывать файлы. Пользователи с другими учетными записями, обладающие разрешениями для файла - даже разрешением на передачу прав владения (Take Ownership), не в состоянии открыть его. Администратору доступ к содержимому файла также закрыт, если только он не назначен агентом восстановления данных. При попытке несанкционированного доступа к зашифрованному файлу система откажет в доступе.
Архитектура EFS
EFS базируется на технологии шифровании с открытым ключом и использует архитектуру CryptoAPI. Стандартная (по умолчанию) конфигурация EFS не требует никакого административного вмешательства: вы вправе выполнять шифрование файлов сразу же после установки системы. EFS автоматически создает пару ключей шифрования и сертификат пользователя, если они не были созданы ранее. В качестве алгоритма шифрования EFS использует DESX (Expanded Data Encryption Standard) или 3DES (Triple-DES). Поставщики услуг криптографии поддерживают два алгоритма: RSA Base и RSA Enhanced - для создания сертификатов EFS и для шифрования симметричных ключей шифрования. Если зашифровать папку, все файлы и подпапки в ней шифруются автоматически. Рекомендуется шифрование именно на уровне папок, чтобы в процессе работы не появлялись незашифрованные временные файлы.
[pagebreak]
EFS и NTFS
Шифрованная файловая система (EFS) защищает конфиденциальные данные в файлах на томах NTFS. EFS - основная технология шифрования и расшифровки файлов на томах NTFS. Открывать файл и работать с ним может только пользователь, его зашифровавший. Это чрезвычайно важно для пользователей переносных компьютеров: даже если взломщик получит доступ к потерянному или украденному компьютеру, он не сможет открыть зашифрованные файлы. В Windows XP шифрованная файловая система также поддерживает автономные файлы и папки (Offline Files and Folders). Зашифрованный файл останется недоступным для просмотра в исходном виде, даже если атакующий обойдет системную защиту, например, загрузив другую ОС. EFS обеспечивает устойчивое шифрование по стандартным алгоритмам и тесно интегрирована с NTFS. EFS в Windows XP Professional предоставляет новые возможности совместного использования зашифрованных файлов или отключения агентов восстановления данных, а также облегчает управление посредством групповой политики и служебных программ командной строки.
Как работает EFS
EFS позволяет сохранить конфиденциальность информации на компьютере в условиях, когда люди, имеющие физический доступ к компьютеру, могут преднамеренно или неумышленно скомпрометировать ее. EFS чрезвычайно удобна для обеспечения конфиденциальности данных на мобильных компьютерах или на компьютерах, на которых работают несколько пользователей, т. е. таких системах, которые могут подвергаться атакам, предусматривающим обход ограничений списков ACL. В совместно используемой системе атакующий обычно получает несанкционированный доступ, загружая другую ОС. Злоумышленник также может захватить компьютер, вынуть жесткий диск, поместить его на другой компьютер и получить доступ к файлам. Однако если у него нет ключа расшифровки, зашифрованный средствами EFS файл будет выглядеть как бессмысленный набор символов. Поскольку EFS тесно интегрирована с NTFS, шифрование и расшифровка выполняются незаметно ("прозрачно") для пользователя. При открытии файла EFS автоматически расшифровывает его по мере чтения данных с диска, а при записи - шифрует данные при записи на диск. Работая с зашифрованным файлом, вы можете даже не догадываться, что он зашифрован (при условии, что у вас есть соответствующие права). В стандартной конфигурации EFS позволяет зашифровать файл прямо из Проводника Windows без какого-либо вмешательства администратора. С точки зрения пользователя шифрование файла или папки - это просто назначение ему определенного атрибута.
Конфигурирование EFS
По умолчанию система поддерживает работу EFS. Разрешается шифровать файлы, для которых имеется разрешение на изменение. Поскольку в EFS для шифрования файлов применяется открытый ключ, нужно создать пару ключей открытый/закрытый и сертификат с открытым ключом шифрования. В EFS разрешены сертификаты, подписанные самим владельцем, поэтому вмешательство администратора для нормальной работы не требуется. Если применение EFS не соответствует требованиям организации или если есть файлы, которые нельзя шифровать, существует много способов отключить EFS или нужным образом конфигурировать ее. Для работы с EFS всем пользователям требуются сертификаты EFS. Если в организации нет инфраструктуры открытого ключа (Public Key Infrastructure, PKI), применяются подписанные самим владельцем сертификаты, которые автоматически создаются ОС. При наличии центров сертификации сертификаты EFS обычно выпускают именно они. Если вы используете EFS, обязательно предусмотрите план восстановления данных при сбое системы.
Что разрешается шифровать
На томах NTFS атрибут шифрования разрешается назначать отдельным файлам и папкам с файлами (или подпапками). Хотя папку с атрибутом шифрования и называют "зашифрованной", сама по себе она не шифруется, и для установки атрибута пары ключей не требуется. При установленном атрибуте шифрования папки EFS автоматически шифрует: все новые файлы, создаваемые в папке; все незашифрованные файлы, скопированные или перемещенные в папку; все вложенные файлы и подпапки (по особому требованию); автономные файлы.
Шифрование базы данных автономных файлов
В Windows XP можно шифровать базу данных автономных файлов для локальной защиты кэшируемых документов от воровства компьютера, а также обеспечения дополнительной безопасности локально кэшируемых данных. В Windows 2000 этой функции не было - она предусматривает шифрование кэшируемых файлов. Например, вы вправе активно использовать автономные файлы, при этом конфиденциальность данных обеспечивается автоматически. Как администратор отдела технической поддержки вы можете задействовать эту возможность, чтобы обезопасить все локально кэшируемые документы. Автономные файлы - превосходная защита от потери конфиденциальных данных при захвате мобильного компьютера. Указанная функция поддерживает шифрование и расшифровку всей автономной базы данных. Для конфигурирования порядка шифрования автономных файлов нужны административные привилегии. Чтобы зашифровать автономные файлы, откройте папку Мой компьютер (My Computer) и в меню Сервис (Tools) выберите команду Свойства папки (Folder Options), в открывшемся окне свойств на вкладке Автономные файлы (Offline Files) установите флажок Шифровать автономные файлы для защиты данных (Encrypt Offline Files To Secure Data) .
Удаленные операции EFS на общих файлах и Web-папках
Можно шифровать и расшифровывать файлы, расположенные в Web-папках Web Distributed Authoring and Versioning (распределенная система хранения файлов с доступом через Web), или WebDAV. У Web-папок много преимуществ по сравнению с общими файлами, и Microsoft рекомендует максимально широко применять их для удаленного хранения шифрованных файлов. Web-папки требуют меньше внимания от администраторов и безопаснее, чем общие файлы. Web-папки также обеспечивают безопасное хранение и доставку шифрованных файлов через Интернет средствами стандартного протокола HTTP. Чтобы использовать общие файлы для удаленных операций EFS, требуется доменная среда Windows 2000 или более поздних версия Windows, так как при шифровании и расшифровке пользовательских файлов EFS работает от имени пользователя посредством протокола делегирования полномочий в Kerberos. Основное отличие удаленных операций EFS с общими файлами и файлами в Web-папках - то, в каком месте эти операции выполняются. Если файлы хранятся в общих файлах, все операции EFS выполняются на компьютере, где расположен файл. Так, если вы подключились к общему сетевому файлу и пытаетесь открыть ранее зашифрованный файл, он расшифровывается на компьютере, где хранится, а затем передается открытым текстом по сети на ваш компьютер. При хранении файла на Web-папках все операции EFS выполняются на локальном компьютере. Скажем, при подключении к Web-папке и попытке открыть зашифрованный файл последний пересылается по сети в зашифрованном виде на локальный компьютер и уже там расшифровывается системой EFS. Входящий и исходящий трафик Web-папок - это необработанные данные, которые, даже перехваченные атакующим, остаются зашифрованными и совершенно для него бесполезны. Такое различие в выполнении операций EFS объясняет, почему общие файлы требуют больших усилий со стороны администраторов, чем Web-папки. EFS с Web-папками устраняет необходимость в специализированном ПО для безопасного совместного использования зашифрованных файлов пользователями и организациями. Файл может храниться в свободном доступе на файловых серверах в интрасети или в Интернете и при этом оставаться надежно защищенным средствами EFS.
6. Службы сертификации
Службы сертификации - это компонент базовой ОС, позволяющий ей выполнять функции центра сертификации (certification authority, CA), или ЦС, в том числе выпускать цифровые сертификаты и управлять ими. Windows XP Professional поддерживает многоуровневые иерархии ЦС и сети ЦС с перекрестными доверительными отношениями, а также изолированные и интерактивные ЦС.
Хранилища сертификатов с открытыми ключами
Windows XP Professional хранит сертификаты с открытыми ключами в личном (Personal) хранилище сертификатов. Они хранятся открытым текстом, так как это общедоступная информация. Сертификаты имеют цифровую подпись ЦС для предотвращения изменения. Сертификаты пользователя расположены в папке Documents and Settings<имя_пользователя>ApplicationDataMicrosoft SystemCertificatesMyCertificates профиля пользователя. Эти сертификаты записываются в локальном реестре при каждом входе в систему компьютера. Для перемещаемых профилей сертификаты обычно хранятся в определенном месте (не на компьютере) и "следуют" за пользователем при его входе в систему любого компьютера в домене.
Хранение закрытых ключей
Поставщики услуг криптографии (cryptographic service provider, CSP) - как Base CSP, так и Enhanced CSP, хранят закрытые ключи в профиле пользователя в папке %SystemRoot%Documents and Settings<имя_пользователя> Application DataMicrosoftCryptoRSA. В перемещаемых профилях пользователей закрытый ключ располагается в папке RSA на контроллере домена и загружается на компьютер только на время его работы. Поскольку закрытые ключи надо защищать, все файлы в папке RSA автоматически шифруются случайным симметричным ключом - основным ключом пользователя (user's master key). Ключ длиной в 64 символа создается надежным генератором случайных чисел. На базе основного ключа создаются ключи 3DES, используемые для шифрования закрытых ключей. Основной ключ автоматически генерируется и периодически возобновляется. При хранении на диске основной ключ защищается по алгоритму Triple DES с применением ключа, созданного на основе вашего пароля. Основной ключ применяется для автоматического шифрования всех файлов в папке RSA по мере их создания.
Автоматический запрос сертификата пользователя
В Windows 2000 имелась функция автоматического запроса сертификата пользователя. Автоматический запрос сертификата компьютера и контроллера домена поддерживается и групповой политикой Microsoft Active Directory. Автоматический запрос сертификата компьютера чрезвычайно полезен для упрощения подключений по IPSec или L2TP/IPSec VPN к серверам с Windows XP со службой Routing и Remote Access и другим серверам. Эта функция снижает совокупную стоимость владения и упрощает управление жизненным циклом сертификатов для пользователей и администраторов. Автоматический запрос сертификата смарт-карты и ЦС с самоподписанными сертификатами обеспечивают дополнительную защиту пользователям предприятий, где требуется усиленная безопасность.
Запросы в ожидании и обновление сертификатов
Автоматический запрос сертификата пользователя в Windows XP Professional обеспечивает также запросы в ожидании и обновление сертификатов. После запроса сертификата вручную или автоматически на сервере сертификации Windows .NET Server CA ожидается разрешение администратора на выпуск сертификата или завершение процесса верификации. После одобрения и выпуска сертификата механизм автоматического запроса автоматически установит сертификат. В процессе обновления сертификатов пользователя с истекшим сроком действия также применяется механизм автоматического запроса. Сертификаты автоматически обновляются от имени пользователя, причем процедура определяется параметрами шаблонов сертификатов в Active Directory. По умолчанию сертификаты и ключи защищены. Для дополнительной защиты вы вправе применить дополнительные меры безопасности, в том числе выполнять экспорт закрытых ключей и хранить их в защищенном месте.
7. Управление реквизитами
Управление реквизитами в Windows XP состоит из трех компонентов: интерфейс пользователя для ввода реквизитов, хранилище имен и паролей пользователя и связка ключей (keyring).
Интерфейс пользователя для ввода реквизитов
Приложение отображает интерфейс пользователя для ввода реквизитов, если компонент аутентификации возвратил ошибку проверки подлинности. (Это касается только приложений, в которых такой интерфейс реализован.) Вам предлагается ввести имя пользователя и пароль в соответствующем диалоговом окна или выбрать сертификат X.509 из хранилища My Store. Приложение также может предусматривать флажок Remember my password (Запомнить пароль), при установке которого реквизиты запоминаются. Сохранение реквизитов поддерживают только интегрированные с Windows XP компоненты проверки подлинности (например, Kerberos, NTLM, SSL). Для базовой проверки подлинности отображается интерфейс пользователя для ввода реквизитов, но возможности сохранения реквизитов нет.
Хранилище реквизитов пользователя
Реквизиты перемещаемых профилей хранятся в защищенном хранилище Stored User Names and Passwords (Сохраненные имя и пароль пользователя). Порядок доступа к реквизитам определяют параметры локальной защиты (Local Security Settings). Реквизиты хранятся на основе целевой информации, возвращенной ресурсом. Когда установлен флажок Remember my password в интерфейсе запроса реквизитов, реквизиты сохраняются в наиболее общей форме. Скажем, после обращения к определенному серверу в домене реквизиты сохраняются в форме *.domain.com. При сохранении разных реквизитов для разных серверов в этом домене указанная запись не перезаписывается, а создаются более конкретные записи о целевой информации. При обращении к ресурсу с применением интегрированного компонента проверки подлинности последний выберет среди сохраненных реквизитов пользователей наиболее близко соответствующие целевой информации, возвращенной ресурсом. Найдя нужные реквизиты, компонент ничего не будет спрашивать у пользователя. В случае неудачи поиска реквизитов приложению, которое пыталось обращаться к ресурсу, возвращается ошибка аутентификации. Приложение, обращающееся к ресурсу, не обязательно должно реализовывать интерфейс пользователя для ввода реквизитов. Если оно взаимодействует с интегрированным компонентом проверки подлинности, последний и выполняет поиск реквизитов. В действительности сохраненные реквизиты сможет получить только компонент проверки подлинности. Для Windows XP Professional в составе домена используется классический интерфейс пользователя для ввода реквизитов, а в Windows XP Home Edition и Windows XP Professional в рабочей группе - новый дружественный интерфейс пользователя.
Связка ключей
Связка ключей (keyring) позволяет вручную управлять сохраненными реквизитами. Для работы с ней служит элемент User Accounts Панели управления. В связке ключей отображается список сохраненных реквизитов. При выделении реквизита в поле описания в нижней части окна отображается его краткое описание. Можно добавлять новые реквизиты, редактировать и удалять существующие. При добавлении реквизитов система представит диалоговое окно, похожее на интерфейс пользователя для ввода реквизитов, и попросит указать целевую информацию. В целевой информации разрешается использовать символы подстановки в виде звездочки (*). Редактирование реквизитов позволяет самостоятельно изменить целевую информацию или сами реквизиты. Здесь можно изменить имя пользователя и пароль на сервере. Не разрешается применять интерфейс пользователя для ввода реквизитов и редактирования реквизитов, созданных конкретным приложением. Например, не удастся отредактировать реквизиты паспорта. Но вы вправе удалять любые реквизиты. Возможность сохранять реквизиты обычно определяется в групповой политике. Чтобы разработчики могли использовать механизм сохранения реквизитов, API запроса реквизитов и другие базовые API описаны в соответствующем комплекте Platform Software Development Kit (SDK).
8. Быстрое переключение пользователей
Быстрое переключение пользователей в Windows XP Professional доступно, только когда компьютер работает в составе рабочей группы или изолированно. Если компьютер присоединен к домену, параметры входа в систему компьютера определяются политикой, заданной администратором. На компьютерах с Windows XP Professional, которые не работают в составе домена, разрешается переключаться между сессиями разных пользователей без выхода из системы и закрытия приложений. Названные возможности обеспечивает технология поддержки и хранения пользовательских сессий, аналогичная той, что применяется в терминальной службе Microsoft Windows 2000 Terminal Services. Смена пользователя выполняется буквально в мгновение ока "горячими клавишами" я+L или через меню выключения компьютера. В результате не будет закрыто ни одно приложение, а значит, не нужно ломать голову над тем, сохранять ли файлы другого пользователя - вся рабочая обстановка будет сохранена такой, какая она есть. Очередному пользователю Windows выведет окно приглашения, которое, кстати, легко настроить и оформить картинками по своему вкусу.
Разумеется, на сохранение каждого рабочего сеанса потребуется столько оперативной памяти, сколько нужно для хранения приложений, выполняемых в сеансах, плюс еще дополнительно 2 Мбайт на каждый сеанс. Поэтому для надежной поддержки нескольких пользователей рекомендуется компьютер с объемом ОЗУ не менее 128 Мбайт. Приложения, сохраняемые в фоновых сессиях, продолжают работать - скажем, почтовая программа другого пользователя будет продолжать принимать почту! Если система настроена на переход в "спящий" режим (hibernation mode) после приостановки работы, то все сеансы будут сохранены на жестком диске и восстановятся после включения компьютера. Быстрое переключение пользователей разрешено для версий Windows XP Home Edition или Windows XP Professional на изолированном компьютере или компьютере в составе рабочей группы. При присоединении компьютера под управлением Windows XP Professional к домену эта функция отключается.
[pagebreak]
9. Личная конфиденциальность
Возможности обеспечения личной конфиденциальности в Windows XP Professional такие же, как и в Windows XP Home Edition. Они различаются при работе в домене или в составе рабочей группы и в изолированном режиме. В домене применяется назначенная администратором политика.
10. Доступ к Интернету - Internet Connection Firewall
Межсетевой экран Internet Connection Firewall в Windows XP Professional обеспечивает защиту настольных и переносных компьютеров при подключении к Интернету - особенно в случае постоянных подключений, таких как кабельные модемы и DSL.
Групповая политика в ICF
Характерная функция ICF в Windows XP Professional - зависящая от места групповая политика. Это удобно для мобильных пользователей, желающих обеспечить безопасность при работе на переносных компьютерах в местах общественного подключения к Интернету: в гостиницах, аэропортах и т. п. Когда компьютер с Windows XP Professional работает в составе домена, администратор домена обычно создает групповую политику, запрещающую поддержку ICF в корпоративной сети. Это облегчает работу как пользователя, так и администратора. Когда пользователь вернется домой или подключится к Интернету в общественном месте, межсетевой экран ICF снова заработает, так как указанная политика в той сети не действует.
Как работает межсетевой экран
Такую технологию, как фильтры пакетов на основании полной информации о пакете, межсетевой экран ICF использует совместно с компонентом ICS. Хотя ICF обычно и применяется только в изолированном режиме работы компьютера, его иногда используют для защиты общего адаптера и обеспечения безопасности домашней сети. По умолчанию фильтры пакетов межсетевого экрана ICF блокируют все незапрошенные пакеты из открытого сетевого интерфейса. Для этого ICF обращается к таблице трафика в Network Address Translation (NAT) и проверяет весь входящий трафик на соответствие своим правилам. Входные потоки данных пропускаются только при наличии соответствующей записи в таблице трафика NAT, созданной межсетевым экраном или другими средствами из внутренней защищенной сети. Иначе говоря, если источник сетевого сообщения находится вне защищенной сети, входящие данные отбрасываются. Межсетевой экран ICF в Windows XP Professional дает уверенность, что хакеры не смогут просканировать вашу систему или подключиться к ее ресурсам. Однако здесь имеется определенный компромисс: межсетевой экран затрудняет конфигурирование системы для работы в качестве сервера в Интернете. Межсетевой экран ICF в Windows XP Professional доступен, только когда компьютер включен в рабочую группу или в изолированную конфигурацию. В домене параметры ICF определяются политиками, назначенными администратором.
Параметры групповой политики, относящиеся к безопасности
С Windows XP поставляются шаблоны защиты, представляющие собой заранее сконфигурированные наборы политик безопасности, которые разрешается применять для обеспечения определенного уровня защиты пользовательских компьютеров. Шаблоны предусматривают несколько уровней защиты: низкий (low), средний (medium) и высокий (high). Существуют также определенные политики управления паролями: определение минимальной длины пароля; настройка интервала между обязательной сменой пароля; управление доступом к ресурсам и данным.
9. Политика ограничения используемых приложений
Эта политика предоставляет администраторам механизм определения и управления ПО, работающим в домене. Она позволяет ограничить круг приложений только разрешенным к выполнению ПО и запрещает р
Напомним, что IP относится к группе протоколов TCP/IP. Протокол TCP реализует транспортные функции модели OSI (Open Systems Interconnection), ее четвертого уровня. Его основная обязанность - обеспечение надежной связи между начальной и конечной точками пересылки данных. IP располагается в OSI на сетевом, или третьем, уровне; он должен поддерживать передачу маршрутизаторам адресов отправителя и получателя каждого пакета на всем пути его следования.
Маршрутизаторы и коммутаторы третьего уровня считывают записанную в пакетах по правилам IP и других протоколов третьего уровня информацию и используют ее совместно с таблицами маршрутизации и некоторыми другими интеллектуальными средствами поддержки работы сети, пересылая данные по сетям TCP/IP любого масштаба - от "комнатной" до глобальной, охватывающей всю планету.
Процесс маршрутизации начинается с определения IP-адреса, уникального для станции-отправителя (адреса источника), который может быть постоянным или динамическим. Каждый пакет содержит такой адрес, длина которого, в соответствии с современной спецификацией IPv4, составляет 32 бита.
Кроме того, в заголовке пакета записан IP-адрес его места назначения. Если отправляющая станция определяет, что адрес доставки не локальный, пакет направляется маршрутизатору первого сетевого сегмента. Этот маршрутизатор определяет IP-адрес пакета и проверяет по своей таблице, не расположена ли станция получателя в локальной физически подключенной к нему сети, которая называется IP-подсетью (обычно она назначается для всех сетевых интерфейсов маршрутизатора). Если же выясняется, что IP-адрес получателя локальный, маршрутизатор начинает искать внутреннее хранилище IP- и MAC-адресов локальных устройств - ARP-кэш (Adress Resolution Protocol), позволяющий сопоставлять IP- и MAC-адреса.
При обнаружении нужного MAC-адреса маршрутизатор помещает его в заголовок пакета (удаляя собственный MAC-адрес, который больше не нужен) и направляет пакет по месту назначения. Если MAC-адрес получателя не найден в ARP-кэше, маршрутизатор пересылает ARP-запрос в подсеть, соответствующую IP-адресу получателя пакета, где конечная станция с этим IP-адресом передает ответ на запрос, содержащий необходимый MAC-адрес. Затем маршрутизатор обновляет содержимое кэша, устанавливает новый MAC-адрес в заголовке пакета и отправляет его. Если пакет не предназначен для локальной подсети, маршрутизатор направляет его на маршрутизатор следующего сегмента по MAC-адресу последнего.
Процесс построения и обновления таблиц маршрутизации практически непрерывен. Он осуществляется средствами, использующими интеллектуальные протоколы обнаружения, например RIP или OSPF. В таблице каждого маршрутизатора указан оптимальный маршрут до адреса назначения или до маршрутизатора следующего сегмента (если адрес не принадлежит локальной подсети). Последовательно просматривая собственные таблицы маршрутизации, соответствующие устройства передают пакет "по этапу", запрашивая, при необходимости, MAC-адрес конечной станции. Этот процесс продолжается до тех пор, пока пакет не доберется до пункта назначения.
Однако при пересылке пакета через множество сетевых сегментов существует опасность образования "петель": неправильно сконфигурированный маршрутизатор постоянно возвращает пакет тому маршрутизатору, через который данный пакет уже проходил. Во избежание этого в IP предусмотрена TTL-функция (time-to-live), позволяющая задать предел времени путешествия пакета по сети. Значение TTL устанавливается заранее и уменьшается на единицу при каждом прохождении любого сегмента. Если величина TTL становится равной нулю, пакет удаляется, а маршрутизатор отсылает отправителю сообщение ICMP.
Механизм IP- маршрутизации
1. Маршрутизатор проверяет IP-адрес входящего пакета и просматривает т аблицу, определяя, не является ли пунктом назначения локальная сеть.
2. Если IP-адрес назначения локальный, то маршрутизатор находит во внутреннем хранилище IP- и MAC-адресов локальных устройств MAC-адрес места назначения, помещает его в заголовок пакета и направляет пакет получателю.
3. Если MAC-адрес получателя не обнаруживается, маршрутизатор должен послать запрос о нем по IP-адресу получателя. Если после просмотра таблицы выясняется, что пакет не предназначен для локальной сети, маршрутизатор переправляет его маршрутизатору следующего сетевого сегмента, используя MAC-адрес последнего.
Технология стека TCP/IP сложилась в основном в конце 1970-х годов и с тех пор основные принципы работы базовых протоколов, таких как IP, TCP, UDP и ICMP, практически не изменились. Однако, сам компьютерный мир за эти годы значительно изменился, поэтому долго назревавшие усовершенствования в технологии стека TCP/IP сейчас стали необходимостью.
Основными обстоятельствами, из-за которых требуется модификация базовых протоколов стека TCP/IP, являются следующие.
* Повышение производительности компьютеров и коммуникационного оборудования. За время существования стека производительность компьютеров возросла на два порядка, объемы оперативной памяти выросли более чем в 30 раз, пропускная способность магистрали Internet в Соединенных Штатах выросла в 800 раз.
* Появление новых приложений. Коммерческий бум вокруг Internet и использование ее технологий при создании intranet привели к появлению в сетях TCP/IP, ранее использовавшихся в основном в научных целях, большого количества приложений нового типа, работающих с мультимедийной информацией. Эти приложения чувствительны к задержкам передачи пакетов, так как такие задержки приводят к искажению передаваемых в реальном времени речевых сообщений и видеоизображений. Особенностью мультимедийных приложений является также передача очень больших объемов информации. Некоторые технологии вычислительных сетей, например, frame relay и ATM, уже имеют в своем арсенале механизмы для резервирования полосы пропускания для определенных приложений. Однако эти технологии еще не скоро вытеснят традиционные технологии локальных сетей, не поддерживающие мультимедийные приложения (например, Ethernet). Следовательно, необходимо компенсировать такой недостаток средствами сетевого уровня, то есть средствами протокола IP.
* Бурное расширение сети Internet. В начале 90-х годов сеть Internet расширялась очень быстро, новый узел появлялся в ней каждые 30 секунд, но 95-й год стал переломным - перспективы коммерческого использования Internet стали отчетливыми и сделали ее развитие просто бурным. Первым следствием такого развития стало почти полное истощение адресного пространства Internet, определяемого полем адреса IP в четыре байта.
* Новые стратегии администрирования. Расширение Internet связано с его проникновением в новые страны и новые отрасли промышленности. При этом в сети появляются новые органы администрирования, которые начинают использовать новые методы администрирования. Эти методы требуют появления новых средств в базовых протоколах стека TCP/IP.
Сообщество Internet уже несколько лет работает над разработкой новой спецификации для базового протокола стека - протокола IP. Выработано уже достаточно много предложений, от простых, предусматривающих только расширения адресного пространства IP, до очень сложных, приводящих к существенному увеличению стоимости реализации IP в высокопроизводительных (и так недешевых) маршрутизаторах.
Основным предложением по модернизации протокола IP является предложение, разработанное группой IETF. Сейчас принято называть ее предложение версией 6 - IPv6, а все остальные предложения группируются под названием IP Next Generation, IPng.
В предложении IETF протокол IPv6 оставляет основные принципы IPv4 неизменными. К ним относятся дейтаграммный метод работы, фрагментация пакетов, разрешение отправителю задавать максимальное число хопов для своих пакетов. Однако, в деталях реализации протокола IPv6 имеются существенные отличия от IPv4. Эти отличия коротко можно описать следующим образом.
* Использование более длинных адресов. Новый размер адреса - наиболее заметное отличие IPv6 от IPv4. Версия 6 использует 128-битные адреса.
* Гибкий формат заголовка. Вместо заголовка с фиксированными полями фиксированного размера (за исключением поля Резерв), IPv6 использует базовый заголовок фиксированного формата плюс набор необязательных заголовков различного формата.
* Поддержка резервирования пропускной способности. В IPv6 механизм резервирования пропускной способности заменяет механизм классов сервиса версии IPv4.
* Поддержка расширяемости протокола. Это одно из наиболее значительных изменений в подходе к построению протокола - от полностью детализированного описания протокола к протоколу, который разрешает поддержку дополнительных функций.
Адресация в IPv6
Адреса назначения и источника в IPv6 имеют длину 128 бит или 16 байт. Версия 6 обобщает специальные типы адресов версии 4 в следующих типах адресов:
* Unicast - индивидуальный адрес. Определяет отдельный узел - компьютер или порт маршрутизатора. Пакет должен быть доставлен узлу по кратчайшему маршруту.
* Cluster - адрес кластера. Обозначает группу узлов, которые имеют общий адресный префикс (например, присоединенных к одной физической сети). Пакет должен быть маршрутизирован группе узлов по кратчайшему пути, а затем доставлен только одному из членов группы (например, ближайшему узлу).
* Multicast - адрес набора узлов, возможно в различных физических сетях. Копии пакета должны быть доставлены каждому узлу набора, используя аппаратные возможности групповой или широковещательной доставки, если это возможно.
Как и в версии IPv4, адреса в версии IPv6 делятся на классы, в зависимости от значения нескольких старших бит адреса.
Большая часть классов зарезервирована для будущего применения. Наиболее интересным для практического использования является класс, предназначенный для провайдеров услуг Internet, названный Provider-Assigned Unicast.
Каждому провайдеру услуг Internet назначается уникальный идентификатор, которым помечаются все поддерживаемые им сети. Далее провайдер назначает своим абонентам уникальные идентификаторы, и использует оба идентификатора при назначении блока адресов абонента. Абонент сам назначает уникальные идентификаторы своим подсетям и узлам этих сетей.
Абонент может использовать технику подсетей, применяемую в версии IPv4, для дальнейшего деления поля идентификатора подсети на более мелкие поля.
Описанная схема приближает схему адресации IPv6 к схемам, используемым в территориальных сетях, таких как телефонные сети или сети Х.25. Иерархия адресных полей позволит магистральным маршрутизаторам работать только со старшими частями адреса, оставляя обработку менее значимых полей маршрутизаторам абонентов.
Под поле идентификатора узла требуется выделения не менее 6 байт, для того чтобы можно было использовать в IP-адресах МАС-адреса локальных сетей непосредственно.
Для обеспечения совместимости со схемой адресации версии IPv4, в версии IPv6 имеется класс адресов, имеющих 0000 0000 в старших битах адреса. Младшие 4 байта адреса этого класса должны содержать адрес IPv4. Маршрутизаторы, поддерживающие обе версии адресов, должны обеспечивать трансляцию при передаче пакета из сети, поддерживающей адресацию IPv4, в сеть, поддерживающую адресацию IPv6, и наоборот.
Все протоколы обмена маршрутной информацией стека TCP/IP относятся к классу адаптивных протоколов, которые в свою очередь делятся на две группы, каждая из которых связана с одним из следующих типов алгоритмов:
* дистанционно-векторный алгоритм (Distance Vector Algorithms, DVA),
* алгоритм состояния связей (Link State Algorithms, LSA).
В алгоритмах дистанционно-векторного типа каждый маршрутизатор периодически и широковещательно рассылает по сети вектор расстояний от себя до всех известных ему сетей. Под расстоянием обычно понимается число промежуточных маршрутизаторов через которые пакет должен пройти прежде, чем попадет в соответствующую сеть. Может использоваться и другая метрика, учитывающая не только число перевалочных пунктов, но и время прохождения пакетов по связи между соседними маршрутизаторами.
Получив вектор от соседнего маршрутизатора, каждый маршрутизатор добавляет к нему информацию об известных ему других сетях, о которых он узнал непосредственно (если они подключены к его портам) или из аналогичных объявлений других маршрутизаторов, а затем снова рассылает новое значение вектора по сети. В конце-концов, каждый маршрутизатор узнает информацию об имеющихся в интерсети сетях и о расстоянии до них через соседние маршрутизаторы.
Дистанционно-векторные алгоритмы хорошо работают только в небольших сетях. В больших сетях они засоряют линии связи интенсивным широковещательным трафиком, к тому же изменения конфигурации могут отрабатываться по этому алгоритму не всегда корректно, так как маршрутизаторы не имеют точного представления о топологии связей в сети, а располагают только обобщенной информацией - вектором дистанций, к тому же полученной через посредников. Работа маршрутизатора в соответствии с дистанционно-векторным протоколом напоминает работу моста, так как точной топологической картины сети такой маршрутизатор не имеет.
Наиболее распространенным протоколом, основанным на дистанционно-векторном алгоритме, является протокол RIP.
Алгоритмы состояния связей обеспечивают каждый маршрутизатор информацией, достаточной для построения точного графа связей сети. Все маршрутизаторы работают на основании одинаковых графов, что делает процесс маршрутизации более устойчивым к изменениям конфигурации. Широковещательная рассылка используется здесь только при изменениях состояния связей, что происходит в надежных сетях не так часто.
Для того, чтобы понять, в каком состоянии находятся линии связи, подключенные к его портам, маршрутизатор периодически обменивается короткими пакетами со своими ближайшими соседями. Этот трафик также широковещательный, но он циркулирует только между соседями и поэтому не так засоряет сеть.
Протоколом, основанным на алгоритме состояния связей, в стеке TCP/IP является протокол OSPF.
Дистанционно-векторный протокол RIP
Протокол RIP (Routing Information Protocol) представляет собой один из старейших протоколов обмена маршрутной информацией, однако он до сих пор чрезвычайно распространен в вычислительных сетях. Помимо версии RIP для сетей TCP/IP, существует также версия RIP для сетей IPX/SPX компании Novell.
В этом протоколе все сети имеют номера (способ образования номера зависит от используемого в сети протокола сетевого уровня), а все маршрутизаторы - идентификаторы. Протокол RIP широко использует понятие "вектор расстояний". Вектор расстояний представляет собой набор пар чисел, являющихся номерами сетей и расстояниями до них в хопах.
Вектора расстояний итерационно распространяются маршрутизаторами по сети, и через несколько шагов каждый маршрутизатор имеет данные о достижимых для него сетях и о расстояниях до них. Если связь с какой-либо сетью обрывается, то маршрутизатор отмечает этот факт тем, что присваивает элементу вектора, соответствующему расстоянию до этой сети, максимально возможное значение, которое имеет специальный смысл - "связи нет". Таким значением в протоколе RIP является число 16.
При необходимости отправить пакет в сеть D маршрутизатор просматривает свою базу данных маршрутов и выбирает порт, имеющий наименьшее расстояния до сети назначения (в данном случае порт, связывающий его с маршрутизатором 3).
Для адаптации к изменению состояния связей и оборудования с каждой записью таблицы маршрутизации связан таймер. Если за время тайм-аута не придет новое сообщение, подтверждающее этот маршрут, то он удаляется из маршрутной таблицы.
При использовании протокола RIP работает эвристический алгоритм динамического программирования Беллмана-Форда, и решение, найденное с его помощью является не оптимальным, а близким к оптимальному. Преимуществом протокола RIP является его вычислительная простота, а недостатками - увеличение трафика при периодической рассылке широковещательных пакетов и неоптимальность найденного маршрута.
При обрыве связи с сетью 1 маршрутизатор М1 отмечает, что расстояние до этой сети приняло значение 16. Однако получив через некоторое время от маршрутизатора М2 маршрутное сообщение о том, что от него до сети 1 расстояние составляет 2 хопа, маршрутизатор М1 наращивает это расстояние на 1 и отмечает, что сеть 1 достижима через маршрутизатор 2. В результате пакет, предназначенный для сети 1, будет циркулировать между маршрутизаторами М1 и М2 до тех пор, пока не истечет время хранения записи о сети 1 в маршрутизаторе 2, и он не передаст эту информацию маршрутизатору М1.
Для исключения подобных ситуаций маршрутная информация об известной маршрутизатору сети не передается тому маршрутизатору, от которого она пришла.
Существуют и другие, более сложные случаи нестабильного поведения сетей, использующих протокол RIP, при изменениях в состоянии связей или маршрутизаторов сети.
Комбинирование различных протоколов обмена. Протоколы EGP и BGP сети Internet
Большинство протоколов маршрутизации, применяемых в современных сетях с коммутацией пакетов, ведут свое происхождение от сети Internet и ее предшественницы - сети ARPANET. Для того, чтобы понять их назначение и особенности, полезно сначала познакомится со структурой сети Internet, которая наложила отпечаток на терминологию и типы протоколов.
Internet изначально строилась как сеть, объединяющая большое количество существующих систем. С самого начала в ее структуре выделяли магистральную сеть (core backbone network), а сети, присоединенные к магистрали, рассматривались как автономные системы (autonomous systems). Магистральная сеть и каждая из автономных систем имели свое собственное административное управление и собственные протоколы маршрутизации. Далее маршрутизаторы будут называться шлюзами для следования традиционной терминологии Internet.
Шлюзы, которые используются для образования подсетей внутри автономной системы, называются внутренними шлюзами (interior gateways), а шлюзы, с помощью которых автономные системы присоединяются к магистрали сети, называются внешними шлюзами (exterior gateways). Непосредственно друг с другом автономные системы не соединяются. Соответственно, протоколы маршрутизации, используемые внутри автономных систем, называются протоколами внутренних шлюзов (interior gateway protocol, IGP), а протоколы, определяющие обмен маршрутной информацией между внешними шлюзами и шлюзами магистральной сети - протоколами внешних шлюзов (exterior gateway protocol, EGP). Внутри магистральной сети также может использоваться любой собственный внутренний протокол IGP.
Смысл разделения всей сети Internet на автономные системы в ее многоуровневом представлении, что необходимо для любой крупной системы, способной к расширению в больших масштабах. Внутренние шлюзы могут использовать для внутренней маршрутизации достаточно подробные графы связей между собой, чтобы выбрать наиболее рациональный маршрут. Однако, если информация такой степени детализации будет храниться во всех маршрутизаторах сети, то топологические базы данных так разрастутся, что потребуют наличия памяти гигантских размеров, а время принятия решений о маршрутизации непременно возрастет.
Поэтому детальная топологическая информация остается внутри автономной системы, а автономную систему как единое целое для остальной части Internet представляют внешние шлюзы, которые сообщают о внутреннем составе автономной системы минимально необходимые сведения - количество IP-сетей, их адреса и внутреннее расстояние до этих сетей от данного внешнего шлюза.
При инициализации внешний шлюз узнает уникальный идентификатор обслуживаемой им автономной системы, а также таблицу достижимости (reachability table), которая позволяет ему взаимодействовать с другими внешними шлюзами через магистральную сеть.
Затем внешний шлюз начинает взаимодействовать по протоколу EGP с другими внешними шлюзами и обмениваться с ними маршрутной информацией, состав которой описан выше. В результате, при отправке пакета из одной автономной системы в другую, внешний шлюз данной системы на основании маршрутной информации, полученной от всех внешних шлюзов, с которыми он общается по протоколу EGP, выбирает наиболее подходящий внешний шлюз и отправляет ему пакет.
Каждая функция работает на основе обмена сообщениями запрос-ответ.
Так как каждая автономная система работает под контролем своего административного штата, то перед началом обмена маршрутной информацией внешние шлюзы должны согласиться на такой обмен. Сначала один из шлюзов посылает запрос на установление соседских отношений (acquisition request) другому шлюзу. Если тот согласен на это, то он отвечает сообщением подтверждение установления соседских отношений (acquisition confirm), а если нет - то сообщением отказ от установления соседских отношений (acquisition refuse), которое содержит также причину отказа.
После установления соседских отношений шлюзы начинают периодически проверять состояние достижимости друг друга. Это делается либо с помощью специальных сообщений (привет (hello) и Я-услышал-тебя (I-heard-you)), либо встраиванием подтверждающей информации непосредственно в заголовок обычного маршрутного сообщения.
Обмен маршрутной информацией начинается с посылки одним из шлюзов другому сообщения запрос данных (poll request) о номерах сетей, обслуживаемых другим шлюзом и расстояниях до них от него. Ответом на это сообщение служит сообщение обновленная маршрутная информация (routing ). Если же запрос оказался некорректным, то в ответ на него отсылается сообщение об ошибке.
Все сообщения протокола EGP передаются в поле данных IP-пакетов. Сообщения EGP имеют заголовок фиксированного формата.
Поля Тип и Код совместно определяют тип сообщения, а поле Статус - информацию, зависящую от типа сообщения. Поле Номер автономной системы - это номер, назначенный той автономной системе, к которой присоединен данный внешний шлюз. Поле Номер последовательности служит для синхронизации процесса запросов и ответов.
[pagebreak]
Поле IP-адрес исходной сети в сообщениях запроса и обновления маршрутной информации обозначает сеть, соединяющую два внешних шлюза.
Сообщение об обновленной маршрутной информации содержит список адресов сетей, которые достижимы в данной автономной системе. Этот список упорядочен по внутренним шлюзам, которые подключены к исходной сети и через которые достижимы данные сети, а для каждого шлюза он упорядочен по расстоянию до каждой достижимой сети от исходной сети, а не от данного внутреннего шлюза. Для примера внешний шлюз R2 в своем сообщении указывает, что сеть 4 достижима с помощью шлюза R3 и расстояние ее равно 2, а сеть 2 достижима через шлюз R2 и ее расстояние равно 1 (а не 0, как если бы шлюз измерял ее расстояние от себя, как в протоколе RIP).
Протокол EGP имеет достаточно много ограничений, связанных с тем, что он рассматривает магистральную сеть как одну неделимую магистраль.
Развитием протокола EGP является протокол BGP (Border Gateway Protocol), имеющий много общего с EGP и используемый наряду с ним в магистрали сети Internet.
Протокол состояния связей OSPF
Протокол OSPF (Open Shortest Path Firs) является достаточно современной реализацией алгоритма состояния связей (он принят в 1991 году) и обладает многими особенностями, ориентированными на применение в больших гетерогенных сетях.
Протокол OSPF вычисляет маршруты в IP-сетях, сохраняя при этом другие протоколы обмена маршрутной информацией.
Непосредственно связанные (то есть достижимые без использования промежуточных маршрутизаторов) маршрутизаторы называются "соседями". Каждый маршрутизатор хранит информацию о том, в каком состоянии по его мнению находится сосед. Маршрутизатор полагается на соседние маршрутизаторы и передает им пакеты данных только в том случае, если он уверен, что они полностью работоспособны. Для выяснения состояния связей маршрутизаторы-соседи достаточно часто обмениваются короткими сообщениями HELLO.
Для распространения по сети данных о состоянии связей маршрутизаторы обмениваются сообщениями другого типа. Эти сообщения называются router links advertisement - объявление о связях маршрутизатора (точнее, о состоянии связей). OSPF-маршрутизаторы обмениваются не только своими, но и чужими объявлениями о связях, получая в конце-концов информацию о состоянии всех связей сети. Эта информация и образует граф связей сети, который, естественно, один и тот же для всех маршрутизаторов сети.
Кроме информации о соседях, маршрутизатор в своем объявлении перечисляет IP-подсети, с которыми он связан непосредственно, поэтому после получения информации о графе связей сети, вычисление маршрута до каждой сети производится непосредственно по этому графу по алгоритму Дэйкстры. Более точно, маршрутизатор вычисляет путь не до конкретной сети, а до маршрутизатора, к которому эта сеть подключена. Каждый маршрутизатор имеет уникальный идентификатор, который передается в объявлении о состояниях связей. Такой подход дает возможность не тратить IP-адреса на связи типа "точка-точка" между маршрутизаторами, к которым не подключены рабочие станции.
Маршрутизатор вычисляет оптимальный маршрут до каждой адресуемой сети, но запоминает только первый промежуточный маршрутизатор из каждого маршрута. Таким образом, результатом вычислений оптимальных маршрутов является список строк, в которых указывается номер сети и идентификатор маршрутизатора, которому нужно переслать пакет для этой сети. Указанный список маршрутов и является маршрутной таблицей, но вычислен он на основании полной информации о графе связей сети, а не частичной информации, как в протоколе RIP.
Описанный подход приводит к результату, который не может быть достигнут при использовании протокола RIP или других дистанционно-векторных алгоритмов. RIP предполагает, что все подсети определенной IP-сети имеют один и тот же размер, то есть, что все они могут потенциально иметь одинаковое число IP-узлов, адреса которых не перекрываются. Более того, классическая реализация RIP требует, чтобы выделенные линии "точка-точка" имели IP-адрес, что приводит к дополнительным затратам IP-адресов.
В OSPF такие требования отсутствуют: сети могут иметь различное число хостов и могут перекрываться. Под перекрытием понимается наличие нескольких маршрутов к одной и той же сети. В этом случае адрес сети в пришедшем пакете может совпасть с адресом сети, присвоенным нескольким портам.
Если адрес принадлежит нескольким подсетям в базе данных маршрутов, то продвигающий пакет маршрутизатор использует наиболее специфический маршрут, то есть адрес подсети, имеющей более длинную маску.
Например, если рабочая группа ответвляется от главной сети, то она имеет адрес главной сети наряду с более специфическим адресом, определяемым маской подсети. При выборе маршрута к хосту в подсети этой рабочей группы маршрутизатор найдет два пути, один для главной сети и один для рабочей группы. Так как последний более специфичен, то он и будет выбран. Этот механизм является обобщением понятия "маршрут по умолчанию", используемого во многих сетях.
Использование подсетей с различным количеством хостов является вполне естественным. Например, если в здании или кампусе на каждом этаже имеются локальные сети, и на некоторых этажах компьютеров больше, чем на других, то администратор может выбрать размеры подсетей, отражающие ожидаемые требования каждого этажа, а не соответствующие размеру наибольшей подсети.
В протоколе OSPF подсети делятся на три категории:
* "хост-сеть", представляющая собой подсеть из одного адреса,
* "тупиковая сеть", которая представляет собой подсеть, подключенную только к одному маршрутизатору,
* "транзитная сеть", которая представляет собой подсеть, подключенную к более чем одному маршрутизатору.
Транзитная сеть является для протокола OSPF особым случаем. В транзитной сети несколько маршрутизаторов являются взаимно и одновременно достижимыми. В широковещательных локальных сетях, таких как Ethernet или Token Ring, маршрутизатор может послать одно сообщение, которое получат все его соседи. Это уменьшает нагрузку на маршрутизатор, когда он посылает сообщения для определения существования связи или обновленные объявления о соседях.
Однако, если каждый маршрутизатор будет перечислять всех своих соседей в своих объявлениях о соседях, то объявления займут много места в памяти маршрутизатора. При определении пути по адресам транзитной подсети может обнаружиться много избыточных маршрутов к различным маршрутизаторам. На вычисление, проверку и отбраковку этих маршрутов уйдет много времени.
Когда маршрутизатор начинает работать в первый раз (то есть инсталлируется), он пытается синхронизировать свою базу данных со всеми маршрутизаторами транзитной локальной сети, которые по определению имеют идентичные базы данных. Для упрощения и оптимизации этого процесса в протоколе OSPF используется понятие "выделенного" маршрутизатора, который выполняет две функции.
Во-первых, выделенный маршрутизатор и его резервный "напарник" являются единственными маршрутизаторами, с которыми новый маршрутизатор будет синхронизировать свою базу. Синхронизировав базу с выделенным маршрутизатором, новый маршрутизатор будет синхронизирован со всеми маршрутизаторами данной локальной сети.
Во-вторых, выделенный маршрутизатор делает объявление о сетевых связях, перечисляя своих соседей по подсети. Другие маршрутизаторы просто объявляют о своей связи с выделенным маршрутизатором. Это делает объявления о связях (которых много) более краткими, размером с объявление о связях отдельной сети.
Для начала работы маршрутизатора OSPF нужен минимум информации - IP-конфигурация (IP-адреса и маски подсетей), некоторая информация по умолчанию (default) и команда на включение. Для многих сетей информация по умолчанию весьма похожа. В то же время протокол OSPF предусматривает высокую степень программируемости.
Интерфейс OSPF (порт маршрутизатора, поддерживающего протокол OSPF) является обобщением подсети IP. Подобно подсети IP, интерфейс OSPF имеет IP-адрес и маску подсети. Если один порт OSPF поддерживает более, чем одну подсеть, протокол OSPF рассматривает эти подсети так, как если бы они были на разных физических интерфейсах, и вычисляет маршруты соответственно.
Интерфейсы, к которым подключены локальные сети, называются широковещательными (broadcast) интерфейсами, так как они могут использовать широковещательные возможности локальных сетей для обмена сигнальной информацией между маршрутизаторами. Интерфейсы, к которым подключены глобальные сети, не поддерживающие широковещание, но обеспечивающие доступ ко многим узлам через одну точку входа, например сети Х.25 или frame relay, называются нешироковещательными интерфейсами с множественным доступом или NBMA (non-broadcast multi-access).
Они рассматриваются аналогично широковещательным интерфейсам за исключением того, что широковещательная рассылка эмулируется путем посылки сообщения каждому соседу. Так как обнаружение соседей не является автоматическим, как в широковещательных сетях, NBMA-соседи должны задаваться при конфигурировании вручную. Как на широковещательных, так и на NBMA-интерфейсах могут быть заданы приоритеты маршрутизаторов для того, чтобы они могли выбрать выделенный маршрутизатор.
Интерфейсы "точка-точка", подобные PPP, несколько отличаются от традиционной IP-модели. Хотя они и могут иметь IP-адреса и подмаски, но необходимости в этом нет.
В простых сетях достаточно определить, что пункт назначения достижим и найти маршрут, который будет удовлетворительным. В сложных сетях обычно имеется несколько возможных маршрутов. Иногда хотелось бы иметь возможности по установлению дополнительных критериев для выбора пути: например, наименьшая задержка, максимальная пропускная способность или наименьшая стоимость (в сетях с оплатой за пакет). По этим причинам протокол OSPF позволяет сетевому администратору назначать каждому интерфейсу определенное число, называемое метрикой, чтобы оказать нужное влияние на выбор маршрута.
Число, используемое в качестве метрики пути, может быть назначено произвольным образом по желанию администратора. Но по умолчанию в качестве метрики используется время передачи бита в 10-ти наносекундных единицах (10 Мб/с Ethernet'у назначается значение 10, а линии 56 Кб/с - число 1785). Вычисляемая протоколом OSPF метрика пути представляет собой сумму метрик всех проходимых в пути связей; это очень грубая оценка задержки пути. Если маршрутизатор обнаруживает более, чем один путь к удаленной подсети, то он использует путь с наименьшей стоимостью пути.
В протоколе OSPF используется несколько временных параметров, и среди них наиболее важными являются интервал сообщения HELLO и интервал отказа маршрутизатора (router dead interval).
HELLO - это сообщение, которым обмениваются соседние, то есть непосредственно связанные маршрутизаторы подсети, с целью установить состояние линии связи и состояние маршрутизатора-соседа. В сообщении HELLO маршрутизатор передает свои рабочие параметры и говорит о том, кого он рассматривает в качестве своих ближайших соседей. Маршрутизаторы с разными рабочими параметрами игнорируют сообщения HELLO друг друга, поэтому неверно сконфигурированные маршрутизаторы не будут влиять на работу сети.
Каждый маршрутизатор шлет сообщение HELLO каждому своему соседу по крайней мере один раз на протяжении интервала HELLO. Если интервал отказа маршрутизатора истекает без получения сообщения HELLO от соседа, то считается, что сосед неработоспособен, и распространяется новое объявление о сетевых связях, чтобы в сети произошел пересчет маршрутов.
Пример маршрутизации по алгоритму OSPF
Представим себе один день из жизни транзитной локальной сети. Пусть у нас имеется сеть Ethernet, в которой есть три маршрутизатора - Джон, Фред и Роб (имена членов рабочей группы Internet, разработавшей протокол OSPF). Эти маршрутизаторы связаны с сетями в других городах с помощью выделенных линий.
Пусть произошло восстановление сетевого питания после сбоя. Маршрутизаторы и компьютеры перезагружаются и начинают работать по сети Ethernet. После того, как маршрутизаторы обнаруживают, что порты Ethernet работают нормально, они начинают генерировать сообщения HELLO, которые говорят о их присутствии в сети и их конфигурации. Однако маршрутизация пакетов начинает осуществляться не сразу - сначала маршрутизаторы должны синхронизировать свои маршрутные базы.
На протяжении интервала отказа маршрутизаторы продолжают посылать сообщения HELLO. Когда какой-либо маршрутизатор посылает такое сообщение, другие его получают и отмечают, что в локальной сети есть другой маршрутизатор. Когда они посылают следующее HELLO, они перечисляют там и своего нового соседа.
Когда период отказа маршрутизатора истекает, то маршрутизатор с наивысшим приоритетом и наибольшим идентификатором объявляет себя выделенным (а следующий за ним по приоритету маршрутизатор объявляет себя резервным выделенным маршрутизатором) и начинает синхронизировать свою базу данных с другими маршрутизаторами.
[pagebreak]
С этого момента времени база данных маршрутных объявлений каждого маршрутизатора может содержать информацию, полученную от маршрутизаторов других локальных сетей или из выделенных линий. Роб, например, вероятно получил информацию от Мило и Робина об их сетях, и он может передавать туда пакеты данных. Они содержат информацию о собственных связях маршрутизатора и объявления о связях сети.
Базы данных теперь синхронизированы с выделенным маршрутизатором, которым является Джон. Джон суммирует свою базу данных с каждой базой данных своих соседей - базами Фреда, Роба и Джеффа - индивидуально. В каждой синхронизирующейся паре объявления, найденные только в какой-либо одной базе, копируются в другую. Выделенный маршрутизатор, Джон, распространяет новые объявления среди других маршрутизаторов своей локальной сети.
Например, объявления Мило и Робина передаются Джону Робом, а Джон в свою очередь передает их Фреду и Джеффри. Обмен информацией между базами продолжается некоторое время, и пока он не завершится, маршрутизаторы не будут считать себя работоспособными. После этого они себя таковыми считают, потому что имеют всю доступную информацию о сети.
Посмотрим теперь, как Робин вычисляет маршрут через сеть. Две из связей, присоединенных к его портам, представляют линии T-1, а одна - линию 56 Кб/c. Робин сначала обнаруживает двух соседей - Роба с метрикой 65 и Мило с метрикой 1785. Из объявления о связях Роба Робин обнаружил наилучший путь к Мило со стоимостью 130, поэтому он отверг непосредственный путь к Мило, поскольку он связан с большей задержкой, так как проходит через линии с меньшей пропускной способностью. Робин также обнаруживает транзитную локальную сеть с выделенным маршрутизатором Джоном. Из объявлений о связях Джона Робин узнает о пути к Фреду и, наконец, узнает о пути к маршрутизаторам Келли и Джеффу и к их тупиковым сетям.
После того, как маршрутизаторы полностью входят в рабочий режим, интенсивность обмена сообщениями резко падает. Обычно они посылают сообщение HELLO по своим подсетям каждые 10 секунд и делают объявления о состоянии связей каждые 30 минут (если обнаруживаются изменения в состоянии связей, то объявление передается, естественно, немедленно). Обновленные объявления о связях служат гарантией того, что маршрутизатор работает в сети. Старые объявления удаляются из базы через определенное время.
Представим, однако, что какая-либо выделенная линия сети отказала. Присоединенные к ней маршрутизаторы распространяют свои объявления, в которых они уже не упоминают друг друга. Эта информация распространяется по сети, включая маршрутизаторы транзитной локальной сети. Каждый маршрутизатор в сети пересчитывает свои маршруты, находя, может быть, новые пути для восстановления утраченного взаимодействия.
Сравнение протоколов RIP и OSPF по затратам на широковещательный трафик
В сетях, где используется протокол RIP, накладные расходы на обмен маршрутной информацией строго фиксированы. Если в сети имеется определенное число маршрутизаторов, то трафик, создаваемый передаваемой маршрутной информацией, описываются формулой (1):
(1) F = (число объявляемых маршрутов/25) x 528 (байтов в сообщении) x
(число копий в единицу времени) x 8 (битов в байте)
В сети с протоколом OSPF загрузка при неизменном состоянии линий связи создается сообщениями HELLO и обновленными объявлениями о состоянии связей, что описывается формулой (2):
(2) F = { [ 20 + 24 + 20 + (4 x число соседей)] x
(число копий HELLO в единицу времени) }x 8 +
[(число объявлений x средний размер объявления) x
(число копий объявлений в единицу времени)] x 8,
где 20 - размер заголовка IP-пакета,
24 - заголовок пакета OSPF,
20 - размер заголовка сообщения HELLO,
4 - данные на каждого соседа.
Интенсивность посылки сообщений HELLO - каждые 10 секунд, объявлений о состоянии связей - каждые полчаса. По связям "точка-точка" или по широковещательным локальным сетям в единицу времени посылается только одна копия сообщения, по NBMA сетям типа frame relay каждому соседу посылается своя копия сообщения. В сети frame relay с 10 соседними маршрутизаторами и 100 маршрутами в сети (подразумевается, что каждый маршрут представляет собой отдельное OSPF-обобщение о сетевых связях и что RIP распространяет информацию о всех этих маршрутах) трафик маршрутной информации определяется соотношениями (3) и (4):
(3) RIP: (100 маршрутов / 25 маршрутов в объявлении) x 528 x
(10 копий / 30 сек) = 5 632 б/с
(4) OSPF: {[20 + 24 + 20 + (4 x 10) x (10 копий / 10 сек)] +
[100 маршрутов x (32 + 24 + 20) + (10 копий / 30 x 60 сек]} x 8 = 1 170 б/с
Как видно из полученных результатов, для нашего гипотетического примера трафик, создаваемый протоколом RIP, почти в пять раз интенсивней трафика, создаваемого протоколом OSPF.
Использование других протоколов маршрутизации
Случай использования в сети только протокола маршрутизации OSPF представляется маловероятным. Если сеть присоединена к Internet'у, то могут использоваться такие протоколы, как EGP (Exterior Gateway protocol), BGP (Border Gateway Protocol, протокол пограничного маршрутизатора), старый протокол маршрутизации RIP или собственные протоколы производителей.
Когда в сети начинает применяться протокол OSPF, то существующие протоколы маршрутизации могут продолжать использоваться до тех пор, пока не будут полностью заменены. В некоторых случаях необходимо будет объявлять о статических маршрутах, сконфигурированных вручную.
В OSPF существует понятие автономных систем маршрутизаторов (autonomous systems), которые представляют собой домены маршрутизации, находящиеся под общим административным управлением и использующие единый протокол маршрутизации. OSPF называет маршрутизатор, который соединяет автономную систему с другой автономной системой, использующей другой протокол маршрутизации, пограничным маршрутизатором автономной системы (autonomous system boundary router, ASBR).
В OSPF маршруты (именно маршруты, то есть номера сетей и расстояния до них во внешней метрике, а не топологическая информация) из одной автономной системы импортируются в другую автономную систему и распространяются с использованием специальных внешних объявлений о связях.
Внешние маршруты обрабатываются за два этапа. Маршрутизатор выбирает среди внешних маршрутов маршрут с наименьшей внешней метрикой. Если таковых оказывается больше, чем 2, то выбирается путь с меньшей стоимостью внутреннего пути до ASBR.
Область OSPF - это набор смежных интерфейсов (территориальных линий или каналов локальных сетей). Введение понятия "область" служит двум целям - управлению информацией и определению доменов маршрутизации.
Для понимания принципа управления информацией рассмотрим сеть, имеющую следующую структуру: центральная локальная сеть связана с помощью 50 маршрутизаторов с большим количеством соседей через сети X.25 или frame relay. Эти соседи представляют собой большое количество небольших удаленных подразделений, например, отделов продаж или филиалов банка.
Из-за большого размера сети каждый маршрутизатор должен хранить огромное количество маршрутной информации, которая должна передаваться по каждой из линий, и каждое из этих обстоятельств удорожает сеть. Так как топология сети проста, то большая часть этой информации и создаваемого ею трафика не имеют смысла.
Для каждого из удаленных филиалов нет необходимости иметь детальную маршрутную информацию о всех других удаленных офисах, в особенности, если они взаимодействуют в основном с центральными компьютерами, связанными с центральными маршрутизаторами. Аналогично, центральным маршрутизаторам нет необходимости иметь детальную информацию о топологии связей с удаленными офисами, соединенными с другими центральными маршрутизаторами.
В то же время центральные маршрутизаторы нуждаются в информации, необходимой для передачи пакетов следующему центральному маршрутизатору. Администратор мог бы без труда разделить эту сеть на более мелкие домены маршрутизации для того, чтобы ограничить объемы хранения и передачи по линиям связи не являющейся необходимой информации. Обобщение маршрутной информации является главной целью введения областей в OSPF.
В протоколе OSPF определяется также пограничный маршрутизатор области (ABR, area border router). ABR - это маршрутизатор с интерфейсами в двух или более областях, одна из которых является специальной областью, называемой магистральной (backbone area). Каждая область работает с отдельной базой маршрутной информации и независимо вычисляет маршруты по алгоритму OSPF.
Пограничные маршрутизаторы передают данные о топологии области в соседние области в обобщенной форме - в виде вычисленных маршрутов с их весами. Поэтому в сети, разбитой на области, уже не действует утверждение о том, что все маршрутизаторы оперируют с идентичными топологическими базами данных.
Маршрутизатор ABR берет информацию о маршрутах OSPF, вычисленную в одной области, и транслирует ее в другую область путем включения этой информации в обобщенное суммарное объявление (summary) для базы данных другой области. Суммарная информация описывает каждую подсеть области и дает для нее метрику. Суммарная информация может быть использована тремя способами: для объявления об отдельном маршруте, для обобщения нескольких маршрутов или же служить маршрутом по умолчанию.
Дальнейшее уменьшение требований к ресурсам маршрутизаторов происходит в том случае, когда область представляет собой тупиковую область (stub area). Этот атрибут администратор сети может применить к любой области, за исключением магистральной. ABR в тупиковой области не распространяет внешние объявления или суммарные объявления из других областей. Вместо этого он делает одно суммарное объявление, которое будет удовлетворять любой IP-адрес, имеющий номер сети, отличный от номеров сетей тупиковой области. Это объявление называется маршрутом по умолчанию.
Маршрутизаторы тупиковой области имеют информацию, необходимую только для вычисления маршрутов между собой плюс указания о том, что все остальные маршруты должны проходить через ABR. Такой подход позволяет уменьшить в нашей гипотетической сети количество маршрутной информации в удаленных офисах без уменьшения способности маршрутизаторов корректно передавать пакеты.
Протокол обмена управляющими сообщениями ICMP (Internet Control Message Protocol) позволяет маршрутизатору сообщить конечному узлу об ошибках, с которыми машрутизатор столкнулся при передаче какого-либо IP-пакета от данного конечного узла.
Управляющие сообщения ICMP не могут направляться промежуточному маршрутизатору, который участвовал в передаче пакета, с которым возникли проблемы, так как для такой посылки нет адресной информации - пакет несет в себе только адрес источника и адрес назначения, не фиксируя адреса промежуточных маршрутизаторов.
Протокол ICMP - это протокол сообщения об ошибках, а не протокол коррекции ошибок. Конечный узел может предпринять некоторые действия для того, чтобы ошибка больше не возникала, но эти действия протоколом ICMP не регламентируются.
Каждое сообщение протокола ICMP передается по сети внутри пакета IP. Пакеты IP с сообщениями ICMP маршрутизируются точно так же, как и любые другие пакеты, без приоритетов, поэтому они также могут теряться. Кроме того, в загруженной сети они могут вызывать дополнительную загрузку маршрутизаторов. Для того, чтобы не вызывать лавины сообщения об ошибках, потери пакетов IP, переносящие сообщения ICMP об ошибках, не могут порождать новые сообщения ICMP.
Формат сообщений протокола ICMP
Существует несколько типов сообщений ICMP. Каждый тип сообщения имеет свой формат, при этом все они начинаются с общих трех полей: 8-битного целого числа, обозначающего тип сообщения (TYPE), 8-битного поля кода (CODE), который конкретизирует назначение сообщения, и 16-битного поля контрольной суммы (CHECKSUM). Кроме того, сообщение ICMP всегда содержит заголовок и первые 64 бита данных пакета IP, который вызвал ошибку.
Это делается для того, чтобы узел-отправитель смог более точно проанализировать причину ошибки, так как все протоколы прикладного уровня стека TCP/IP содержат наиболее важную информацию для анализа в первых 64 битах своих сообщений.
Поле типа может иметь следующие значения:
Значение | Тип сообщения
0_________Эхо-ответ (Echo Replay)
3_________Узел назначения недостижим (Destination Unreachable)
4_________Подавление источника (Source Quench)
5_________Перенаправление маршрута (Redirect)
8_________Эхо-запрос (Echo Request)
11________Истечение времени дейтаграммы (Time Exceeded for a Datagram)
12________Проблема с параметром пакета (Parameter Problem on a Datagram)
13________Запрос отметки времени (Timestamp Request)
14________Ответ отметки времени (Timestamp Replay)
17________Запрос маски (Address Mask Request)
18________Ответ маски (Address Mask Replay)
Как видно из используемых типов сообщений, протокол ICMP представляет собой некоторое объединение протоколов, решающих свои узкие задачи.
Эхо-протокол
Протокол ICMP предоставляет сетевым администраторам средства для тестирования достижимости узлов сети. Эти средства представляют собой очень простой эхо-протокол, включающий обмен двумя типами сообщений: эхо-запрос и эхо-ответ. Компьютер или маршрутизатор посылают по интерсети эхо-запрос, в котором указывают IP-адрес узла, достижимость которого нужно проверить. Узел, который получает эхо-запрос, формирует и отправляет эхо-ответ и возвращает сообщение узлу - отправителю запроса.
В запросе могут содержаться некоторые данные, которые должны быть возвращены в ответе. Так как эхо-запрос и эхо-ответ передаются по сети внутри IP-пакетов, то их успешная доставка означает нормальное функционирование всей транспортной системы интерсети.
Во многих операционных системах используется утилита ping, которая предназначена для тестирования достижимости узлов. Эта утилита обычно посылает серию эхо-запросов к тестируемому узлу и предоставляет пользователю статистику об утерянных эхо-ответах и среднем времени реакции сети на запросы.
Сообщения о недостижимости узла назначения
Когда маршрутизатор не может передать или доставить IP-пакет, он отсылает узлу, отправившему этот пакет, сообщение "Узел назначения недостижим" (тип сообщения - 3). Это сообщение содержит в поле кода значение, уточняющее причину, по которой пакет не был доставлен. Причина кодируется следующим образом:
Код - | - Причина
0________Сеть недостижима
1________Узел недостижим
2________Протокол недостижим
3________Порт недостижим
4________Требуется фрагментация, а бит DF установлен
5________Ошибка в маршруте, заданном источником
6________Сеть назначения неизвестна
7________Узел назначения неизвестен
8________Узел-источник изолирован
9________Взаимодействие с сетью назначения административно запрещено
10_______Взаимодействие с узлом назначения административно запрещено
11_______Сеть недостижима для заданного класса сервиса
12_______Узел недостижим для заданного класса сервиса
Маршрутизатор, обнаруживший по какой-либо причине, что он не может передать IP-пакет далее по сети, должен отправить ICMP-сообщение узлу-источнику, и только потом отбросить пакет. Кроме причины ошибки, ICMP-сообщение включает также заголовок недоставленного пакета и его первые 64 бита поля данных.
Узел или сеть назначения могут быть недостижимы из-за временной неработоспособности аппаратуры, из-за того, что отправитель указал неверный адрес назначения, а также из-за того, что маршрутизатор не имеет данных о маршруте к сети назначения.
Недостижимость протокола и порта означают отсутствие реализации какого-либо протокола прикладного уровня в узле назначения или же отсутствие открытого порта протоколов UDP или TCP в узле назначения.
Ошибка фрагментации возникает тогда, когда отправитель послал в сеть пакет с признаком DF, запрещающим фрагментацию, а маршрутизатор столкнулся с необходимостью передачи этого пакета в сеть со значением MTU меньшим, чем размер пакета.
Перенаправление маршрута
Маршрутные таблицы у компьютеров обычно являются статическими, так как конфигурируются администратором сети, а у маршрутизаторов - динамическими, формируемыми автоматически с помощью протоколов обмена маршрутной информации. Поэтому с течением времени при изменении топологии сети маршрутные таблицы компьютеров могут устаревать. Кроме того, эти таблицы обычно содержат минимум информации, например, только адреса нескольких маршрутизаторов.
Для корректировки поведения компьютеров маршрутизатор может использовать сообщение протокола ICMP, называемое "Перенаправление маршрута" (Redirect).
Это сообщение посылается в том случае, когда маршрутизатор видит, что компьютер отправляет пакет некоторой сети назначения нерациональным образом, то есть не тому маршрутизатору локальной сети, от которого начинается более короткий маршрут к сети назначения.
Механизм перенаправления протокола ICMP позволяет компьютерам содержать в конфигурационном файле только IP-адреса его локальных маршрутизаторов. С помощью сообщений о перенаправлении маршрутизаторы будут сообщать компьютеру всю необходимую ему информацию о том, какому маршрутизатору следует отправлять пакеты для той или иной сети назначения. То есть маршрутизаторы передадут компьютеру нужную ему часть их таблиц маршрутизации.
В сообщении "Перенаправление маршрута" маршрутизатор помещает IP-адрес маршрутизатора, которым нужно пользоваться в дальнейшем, и заголовок исходного пакета с первыми 64 битами его поля данных. Из заголовка пакета узел узнает, для какой сети необходимо пользоваться указанным маршрутизатором.
В стеке протоколов TCP/IP протокол TCP (Transmission Control Protocol) работает так же, как и протокол UDP, на транспортном уровне. Он обеспечивает надежную транспортировку данных между прикладными процессами путем установления логического соединения.
Сегменты TCP
Единицей данных протокола TCP является сегмент. Информация, поступающая к протоколу TCP в рамках логического соединения от протоколов более высокого уровня, рассматривается протоколом TCP как неструктурированный поток байт. Поступающие данные буферизуются средствами TCP. Для передачи на сетевой уровень из буфера "вырезается" некоторая непрерывная часть данных, называемая сегментом.
В протоколе TCP предусмотрен случай, когда приложение обращается с запросом о срочной передаче данных (бит PSH в запросе установлен в 1). В этом случае протокол TCP, не ожидая заполнения буфера до уровня размера сегмента, немедленно передает указанные данные в сеть. О таких данных говорят, что они передаются вне потока - out of band.
Не все сегменты, посланные через соединение, будут одного и того же размера, однако оба участника соединения должны договориться о максимальном размере сегмента, который они будут использовать. Этот размер выбирается таким образом, чтобы при упаковке сегмента в IP-пакет он помещался туда целиком, то есть максимальный размер сегмента не должен превосходить максимального размера поля данных IP-пакета. В противном случае пришлось бы выполнять фрагментацию, то есть делить сегмент на несколько частей, для того, чтобы он вместился в IP-пакет.
Аналогичные проблемы решаются и на сетевом уровне. Для того, чтобы избежать фрагментации, должен быть выбран соответствующий максимальный размер IP-пакета. Однако при этом должны быть приняты во внимание максимальные размеры поля данных кадров (MTU) всех протоколов канального уровня, используемых в сети. Максимальный размер сегмента не должен превышать минимальное значение на множестве всех MTU составной сети.
Порты и установление TCP-соединений
В протоколе TCP также, как и в UDP, для связи с прикладными процессами используются порты. Номера портам присваиваются аналогичным образом: имеются стандартные, зарезервированные номера (например, номер 21 закреплен за сервисом FTP, 23 - за telnet), а менее известные приложения пользуются произвольно выбранными локальными номерами.
Однако в протоколе TCP порты используются несколько иным способом. Для организации надежной передачи данных предусматривается установление логического соединения между двумя прикладными процессами. В рамках соединения осуществляется обязательное подтверждение правильности приема для всех переданных сообщений, и при необходимости выполняется повторная передача. Соединение в TCP позволяет вести передачу данных одновременно в обе стороны, то есть полнодуплексную передачу.
Соединение в протоколе TCP идентифицируется парой полных адресов обоих взаимодействующих процессов (оконечных точек). Адрес каждой из оконечных точек включает IP-адрес (номер сети и номер компьютера) и номер порта. Одна оконечная точка может участвовать в нескольких соединениях.
Установление соединения выполняется в следующей последовательности:
* При установлении соединения одна из сторон является инициатором. Она посылает запрос к протоколу TCP на открытие порта для передачи (active open).
* После открытия порта протокол TCP на стороне процесса-инициатора посылает запрос процессу, с которым требуется установить соединение.
* Протокол TCP на приемной стороне открывает порт для приема данных (passive open) и возвращает квитанцию, подтверждающую прием запроса.
* Для того чтобы передача могла вестись в обе стороны, протокол на приемной стороне также открывает порт для передачи (active port) и также передает запрос к противоположной стороне.
* Сторона-инициатор открывает порт для приема и возвращает квитанцию. Соединение считается установленным. Далее происходит обмен данными в рамках данного соединения.
Концепция квитирования
В рамках соединения правильность передачи каждого сегмента должна подтверждаться квитанцией получателя. Квитирование - это один из традиционных методов обеспечения надежной связи. Идея квитирования состоит в следующем.
Для того, чтобы можно было организовать повторную передачу искаженных данных отправитель нумерует отправляемые единицы передаваемых данных (далее для простоты называемые кадрами). Для каждого кадра отправитель ожидает от приемника так называемую положительную квитанцию - служебное сообщение, извещающее о том, что исходный кадр был получен и данные в нем оказались корректными. Время этого ожидания ограничено - при отправке каждого кадра передатчик запускает таймер, и если по его истечению положительная квитанция на получена, то кадр считается утерянным. В некоторых протоколах приемник, в случае получения кадра с искаженными данными должен отправить отрицательную квитанцию - явное указание того, что данный кадр нужно передать повторно.
Существуют два подхода к организации процесса обмена положительными и отрицательными квитанциями: с простоями и с организацией "окна".
Метод с простоями требует, чтобы источник, пославший кадр, ожидал получения квитанции (положительной или отрицательной) от приемника и только после этого посылал следующий кадр (или повторял искаженный). В этом случае производительность обмена данными существенно снижается - хотя передатчик и мог бы послать следующий кадр сразу же после отправки предыдущего, он обязан ждать прихода квитанции. Снижение производительности для этого метода коррекции особенно заметно на низкоскоростных каналах связи, то есть в территориальных сетях.
Во втором методе для повышения коэффициента использования линии источнику разрешается передать некоторое количество кадров в непрерывном режиме, то есть в максимально возможном для источника темпе, без получения на эти кадры ответных квитанций. Количество кадров, которые разрешается передавать таким образом, называется размером окна. Обычно кадры при обмене нумеруются циклически, от 1 до W. При отправке кадра с номером 1 источнику разрешается передать еще W-1 кадров до получения квитанции на кадр 1. Если же за это время квитанция на кадр 1 так и не пришла, то процесс передачи приостанавливается, и по истечению некоторого тайм-аута кадр 1 считается утерянным (или квитанция на него утеряна) и он передается снова.
Если же поток квитанций поступает более-менее регулярно, в пределах допуска в W кадров, то скорость обмена достигает максимально возможной величины для данного канала и принятого протокола.
Этот алгоритм называют алгоритмом скользящего окна. Действительно, при каждом получении квитанции окно перемещается (скользит), захватывая новые данные, которые разрешается передавать без подтверждения.
[pagebreak]
Реализация скользящего окна в протоколе TCP
В протоколе TCP реализована разновидность алгоритма квитирования с использованием окна. Особенность этого алгоритма состоит в том, что, хотя единицей передаваемых данных является сегмент, окно определено на множестве нумерованных байт неструктурированного потока данных, поступающих с верхнего уровня и буферизуемых протоколом TCP.
Квитанция посылается только в случае правильного приема данных, отрицательные квитанции не посылаются. Таким образом, отсутствие квитанции означает либо прием искаженного сегмента, либо потерю сегмента, либо потерю квитанции.
В качестве квитанции получатель сегмента отсылает ответное сообщение (сегмент), в которое помещает число, на единицу превышающее максимальный номер байта в полученном сегменте. Если размер окна равен W, а последняя квитанция содержала значение N, то отправитель может посылать новые сегменты до тех пор, пока в очередной сегмент не попадет байт с номером N+W. Этот сегмент выходит за рамки окна, и передачу в таком случае необходимо приостановить до прихода следующей квитанции.
Выбор тайм-аута
Выбор времени ожидания (тайм-аута) очередной квитанции является важной задачей, результат решения которой влияет на производительность протокола TCP.
Тайм-аут не должен быть слишком коротким, чтобы по возможности исключить избыточные повторные передачи, которые снижают полезную пропускную способность системы. Но он не должен быть и слишком большим, чтобы избежать длительных простоев, связанных с ожиданием несуществующей или "заблудившейся" квитанции.
При выборе величины тайм-аута должны учитываться скорость и надежность физических линий связи, их протяженность и многие другие подобные факторы. В протоколе TCP тайм-аут определяется с помощью достаточно сложного адаптивного алгоритма, идея которого состоит в следующем. При каждой передаче засекается время от момента отправки сегмента до прихода квитанции о его приеме (время оборота).
Получаемые значения времен оборота усредняются с весовыми коэффициентами, возрастающими от предыдущего замера к последующему. Это делается с тем, чтобы усилить влияние последних замеров. В качестве тайм-аута выбирается среднее время оборота, умноженное на некоторый коэффициент. Практика показывает, что значение этого коэффициента должно превышать 2. В сетях с большим разбросом времени оборота при выборе тайм-аута учитывается и дисперсия этой величины.
Реакция на перегрузку сети
Варьируя величину окна, можно повлиять на загрузку сети. Чем больше окно, тем большую порцию неподтвержденных данных можно послать в сеть. Если сеть не справляется с нагрузкой, то возникают очереди в промежуточных узлах-маршрутизаторах и в конечных узлах-компьютерах.
При переполнении приемного буфера конечного узла "перегруженный" протокол TCP, отправляя квитанцию, помещает в нее новый, уменьшенный размер окна. Если он совсем отказывается от приема, то в квитанции указывается окно нулевого размера. Однако даже после этого приложение может послать сообщение на отказавшийся от приема порт. Для этого, сообщение должно сопровождаться пометкой "срочно" (бит URG в запросе установлен в 1). В такой ситуации порт обязан принять сегмент, даже если для этого придется вытеснить из буфера уже находящиеся там данные.
После приема квитанции с нулевым значением окна протокол-отправитель время от времени делает контрольные попытки продолжить обмен данными. Если протокол-приемник уже готов принимать информацию, то в ответ на контрольный запрос он посылает квитанцию с указанием ненулевого размера окна.
Другим проявлением перегрузки сети является переполнение буферов в маршрутизаторах. В таких случаях они могут централизовано изменить размер окна, посылая управляющие сообщения некоторым конечным узлам, что позволяет им дифференцировано управлять интенсивностью потока данных в разных частях сети.
Формат сообщений TCP
Сообщения протокола TCP называются сегментами и состоят из заголовка и блока данных. Заголовок сегмента имеет следующие поля:
* Порт источника (SOURS PORT) занимает 2 байта, идентифицирует процесс-отправитель;
* Порт назначения (DESTINATION PORT) занимает 2 байта, идентифицирует процесс-получатель;
* Последовательный номер (SEQUENCE NUMBER) занимает 4 байта, указывает номер байта, который определяет смещение сегмента относительно потока отправляемых данных;
* Подтвержденный номер (ACKNOWLEDGEMENT NUMBER) занимает 4 байта, содержит максимальный номер байта в полученном сегменте, увеличенный на единицу; именно это значение используется в качестве квитанции;
* Длина заголовка (HLEN) занимает 4 бита, указывает длину заголовка сегмента TCP, измеренную в 32-битовых словах. Длина заголовка не фиксирована и может изменяться в зависимости от значений, устанавливаемых в поле Опции;
* Резерв (RESERVED) занимает 6 битов, поле зарезервировано для последующего использования;
* Кодовые биты (CODE BITS) занимают 6 битов, содержат служебную информацию о типе данного сегмента, задаваемую установкой в единицу соответствующих бит этого поля:
* URG - срочное сообщение;
* ACK - квитанция на принятый сегмент;
* PSH - запрос на отправку сообщения без ожидания заполнения буфера;
* RST - запрос на восстановление соединения;
* SYN - сообщение используемое для синхронизации счетчиков переданных данных при установлении соединения;
* FIN - признак достижения передающей стороной последнего байта в потоке передаваемых данных.
* Окно (WINDOW) занимает 2 байта, содержит объявляемое значение размера окна в байтах;
* Контрольная сумма (CHECKSUM) занимает 2 байта, рассчитывается по сегменту;
* Указатель срочности (URGENT POINTER) занимает 2 байта, используется совместно с кодовым битом URG, указывает на конец данных, которые необходимо срочно принять, несмотря на переполнение буфера;
* Опции (OPTIONS) - это поле имеет переменную длину и может вообще отсутствовать, максимальная величина поля 3 байта; используется для решения вспомогательных задач, например, при выборе максимального размера сегмента;
* Заполнитель (PADDING) может иметь переменную длину, представляет собой фиктивное поле, используемое для доведения размера заголовка до целого числа 32-битовых слов.
Типы адресов: физический (MAC-адрес), сетевой (IP-адрес) и символьный (DNS-имя).
Каждый компьютер в сети TCP/IP имеет адреса трех уровней:
* Локальный адрес узла, определяемый технологией, с помощью которой построена отдельная сеть, в которую входит данный узел. Для узлов, входящих в локальные сети - это МАС-адрес сетевого адаптера или порта маршрутизатора, например, 11-А0-17-3D-BC-01. Эти адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными адресами, так как управляются централизовано. Для всех существующих технологий локальных сетей МАС-адрес имеет формат 6 байтов: старшие 3 байта - идентификатор фирмы производителя, а младшие 3 байта назначаются уникальным образом самим производителем. Для узлов, входящих в глобальные сети, такие как Х.25 или frame relay, локальный адрес назначается администратором глобальной сети.
* IP-адрес, состоящий из 4 байт, например, 109.26.17.100. Этот адрес используется на сетевом уровне. Он назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер сети может быть выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения Internet (Network Information Center, NIC), если сеть должна работать как составная часть Internet. Обычно провайдеры услуг Internet получают диапазоны адресов у подразделений NIC, а затем распределяют их между своими абонентами.
Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. Деление IP-адреса на поле номера сети и номера узла - гибкое, и граница между этими полями может устанавливаться весьма произвольно. Узел может входить в несколько IP-сетей. В этом случае узел должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей. Таким образом IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.
* Символьный идентификатор-имя, например, SERV1.IBM.COM. Этот адрес назначается администратором и состоит из нескольких частей, например, имени машины, имени организации, имени домена. Такой адрес, называемый также DNS-именем, используется на прикладном уровне, например, в протоколах FTP или telnet.
Три основных класса IP-адресов
IP-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме, и разделенных точками, например:
128.10.2.30 - традиционная десятичная форма представления адреса,
10000000 00001010 00000010 00011110 - двоичная форма представления этого же адреса.
Адрес состоит из двух логических частей - номера сети и номера узла в сети. Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая к номеру узла, определяется значениями первых битов адреса:
* Если адрес начинается с 0, то сеть относят к классу А, и номер сети занимает один байт, остальные 3 байта интерпретируются как номер узла в сети. Сети класса А имеют номера в диапазоне от 1 до 126. (Номер 0 не используется, а номер 127 зарезервирован для специальных целей, о чем будет сказано ниже.) В сетях класса А количество узлов должно быть больше 216 , но не превышать 224.
* Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В и является сетью средних размеров с числом узлов 28 - 216. В сетях класса В под адрес сети и под адрес узла отводится по 16 битов, то есть по 2 байта.
* Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С с числом узлов не больше 28. Под адрес сети отводится 24 бита, а под адрес узла - 8 битов.
* Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса D и обозначает особый, групповой адрес - multicast. Если в пакете в качестве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес.
* Если адрес начинается с последовательности 11110, то это адрес класса Е, он зарезервирован для будущих применений.
В таблице приведены диапазоны номеров сетей, соответствующих каждому классу сетей.
Класс | Наименьший адрес | Наибольший адрес
A _________01.0.0 ___________126.0.0.0
B _________128.0.0.0_________191.255.0.0
C _________192.0.1.0._________223.255.255.0
D _________224.0.0.0__________239.255.255.255
E _________240.0.0.0 _________247.255.255.255
Уже упоминавшаяся форма группового IP-адреса - multicast - означает, что данный пакет должен быть доставлен сразу нескольким узлам, которые образуют группу с номером, указанным в поле адреса. Узлы сами идентифицируют себя, то есть определяют, к какой из групп они относятся. Один и тот же узел может входить в несколько групп. Такие сообщения в отличие от широковещательных называются мультивещательными. Групповой адрес не делится на поля номера сети и узла и обрабатывается маршрутизатором особым образом.
В протоколе IP нет понятия широковещательности в том смысле, в котором оно используется в протоколах канального уровня локальных сетей, когда данные должны быть доставлены абсолютно всем узлам. Как ограниченный широковещательный IP-адрес, так и широковещательный IP-адрес имеют пределы распространения в интерсети - они ограничены либо сетью, к которой принадлежит узел - источник пакета, либо сетью, номер которой указан в адресе назначения. Поэтому деление сети с помощью маршрутизаторов на части локализует широковещательный шторм пределами одной из составляющих общую сеть частей просто потому, что нет способа адресовать пакет одновременно всем узлам всех сетей составной сети.
Отображение физических адресов на IP-адреса: протоколы ARP и RARP
В протоколе IP-адрес узла, то есть адрес компьютера или порта маршрутизатора, назначается произвольно администратором сети и прямо не связан с его локальным адресом, как это сделано, например, в протоколе IPX. Подход, используемый в IP, удобно использовать в крупных сетях и по причине его независимости от формата локального адреса, и по причине стабильности, так как в противном случае, при смене на компьютере сетевого адаптера это изменение должны бы были учитывать все адресаты всемирной сети Internet (в том случае, конечно, если сеть подключена к Internet'у).
Локальный адрес используется в протоколе IP только в пределах локальной сети при обмене данными между маршрутизатором и узлом этой сети. Маршрутизатор, получив пакет для узла одной из сетей, непосредственно подключенных к его портам, должен для передачи пакета сформировать кадр в соответствии с требованиями принятой в этой сети технологии и указать в нем локальный адрес узла, например его МАС-адрес. В пришедшем пакете этот адрес не указан, поэтому перед маршрутизатором встает задача поиска его по известному IP-адресу, который указан в пакете в качестве адреса назначения. С аналогичной задачей сталкивается и конечный узел, когда он хочет отправить пакет в удаленную сеть через маршрутизатор, подключенный к той же локальной сети, что и данный узел.
Для определения локального адреса по IP-адресу используется протокол разрешения адреса Address Resolution Protocol, ARP. Протокол ARP работает различным образом в зависимости от того, какой протокол канального уровня работает в данной сети - протокол локальной сети (Ethernet, Token Ring, FDDI) с возможностью широковещательного доступа одновременно ко всем узлам сети, или же протокол глобальной сети (X.25, frame relay), как правило не поддерживающий широковещательный доступ. Существует также протокол, решающий обратную задачу - нахождение IP-адреса по известному локальному адресу. Он называется реверсивный ARP - RARP (Reverse Address Resolution Protocol) и используется при старте бездисковых станций, не знающих в начальный момент своего IP-адреса, но знающих адрес своего сетевого адаптера.
В локальных сетях протокол ARP использует широковещательные кадры протокола канального уровня для поиска в сети узла с заданным IP-адресом.
Узел, которому нужно выполнить отображение IP-адреса на локальный адрес, формирует ARP запрос, вкладывает его в кадр протокола канального уровня, указывая в нем известный IP-адрес, и рассылает запрос широковещательно. Все узлы локальной сети получают ARP запрос и сравнивают указанный там IP-адрес с собственным. В случае их совпадения узел формирует ARP-ответ, в котором указывает свой IP-адрес и свой локальный адрес и отправляет его уже направленно, так как в ARP запросе отправитель указывает свой локальный адрес. ARP-запросы и ответы используют один и тот же формат пакета. Так как локальные адреса могут в различных типах сетей иметь различную длину, то формат пакета протокола ARP зависит от типа сети.
В поле типа сети для сетей Ethernet указывается значение 1. Поле типа протокола позволяет использовать пакеты ARP не только для протокола IP, но и для других сетевых протоколов.
Длина локального адреса для протокола Ethernet равна 6 байтам, а длина IP-адреса - 4 байтам. В поле операции для ARP запросов указывается значение 1 для протокола ARP и 2 для протокола RARP.
Узел, отправляющий ARP-запрос, заполняет в пакете все поля, кроме поля искомого локального адреса (для RARP-запроса не указывается искомый IP-адрес). Значение этого поля заполняется узлом, опознавшим свой IP-адрес.
В глобальных сетях администратору сети чаще всего приходится вручную формировать ARP-таблицы, в которых он задает, например, соответствие IP-адреса адресу узла сети X.25, который имеет смысл локального адреса. В последнее время наметилась тенденция автоматизации работы протокола ARP и в глобальных сетях. Для этой цели среди всех маршрутизаторов, подключенных к какой-либо глобальной сети, выделяется специальный маршрутизатор, который ведет ARP-таблицу для всех остальных узлов и маршрутизаторов этой сети.
При таком централизованном подходе для всех узлов и маршрутизаторов вручную нужно задать только IP-адрес и локальный адрес выделенного маршрутизатора. Затем каждый узел и маршрутизатор регистрирует свои адреса в выделенном маршрутизаторе, а при необходимости установления соответствия между IP-адресом и локальным адресом узел обращается к выделенному маршрутизатору с запросом и автоматически получает ответ без участия администратора.
[pagebreak]
Отображение символьных адресов на IP-адреса: служба DNS
DNS (Domain Name System) - это распределенная база данных, поддерживающая иерархическую систему имен для идентификации узлов в сети Internet. Служба DNS предназначена для автоматического поиска IP-адреса по известному символьному имени узла. Спецификация DNS определяется стандартами RFC 1034 и 1035. DNS требует статической конфигурации своих таблиц, отображающих имена компьютеров в IP-адрес.
Протокол DNS является служебным протоколом прикладного уровня. Этот протокол несимметричен - в нем определены DNS-серверы и DNS-клиенты. DNS-серверы хранят часть распределенной базы данных о соответствии символьных имен и IP-адресов. Эта база данных распределена по административным доменам сети Internet. Клиенты сервера DNS знают IP-адрес сервера DNS своего административного домена и по протоколу IP передают запрос, в котором сообщают известное символьное имя и просят вернуть соответствующий ему IP-адрес.
Если данные о запрошенном соответствии хранятся в базе данного DNS-сервера, то он сразу посылает ответ клиенту, если же нет - то он посылает запрос DNS-серверу другого домена, который может сам обработать запрос, либо передать его другому DNS-серверу. Все DNS-серверы соединены иерархически, в соответствии с иерархией доменов сети Internet. Клиент опрашивает эти серверы имен, пока не найдет нужные отображения. Этот процесс ускоряется из-за того, что серверы имен постоянно кэшируют информацию, предоставляемую по запросам. Клиентские компьютеры могут использовать в своей работе IP-адреса нескольких DNS-серверов, для повышения надежности своей работы.
База данных DNS имеет структуру дерева, называемого доменным пространством имен, в котором каждый домен (узел дерева) имеет имя и может содержать поддомены. Имя домена идентифицирует его положение в этой базе данных по отношению к родительскому домену, причем точки в имени отделяют части, соответствующие узлам домена.
Корень базы данных DNS управляется центром Internet Network Information Center. Домены верхнего уровня назначаются для каждой страны, а также на организационной основе. Имена этих доменов должны следовать международному стандарту ISO 3166. Для обозначения стран используются трехбуквенные и двухбуквенные аббревиатуры, а для различных типов организаций используются следующие аббревиатуры:
* com - коммерческие организации (например, microsoft.com);
* edu - образовательные (например, mit.edu);
* gov - правительственные организации (например, nsf.gov);
* org - некоммерческие организации (например, fidonet.org);
* net - организации, поддерживающие сети (например, nsf.net).
Каждый домен DNS администрируется отдельной организацией, которая обычно разбивает свой домен на поддомены и передает функции администрирования этих поддоменов другим организациям. Каждый домен имеет уникальное имя, а каждый из поддоменов имеет уникальное имя внутри своего домена. Имя домена может содержать до 63 символов. Каждый хост в сети Internet однозначно определяется своим полным доменным именем (fully qualified domain name, FQDN), которое включает имена всех доменов по направлению от хоста к корню.
Автоматизация процесса назначения IP-адресов узлам сети - протокол DHCP
Как уже было сказано, IP-адреса могут назначаться администратором сети вручную. Это представляет для администратора утомительную процедуру. Ситуация усложняется еще тем, что многие пользователи не обладают достаточными знаниями для того, чтобы конфигурировать свои компьютеры для работы в интерсети и должны поэтому полагаться на администраторов.
Протокол Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) был разработан для того, чтобы освободить администратора от этих проблем. Основным назначением DHCP является динамическое назначение IP-адресов. Однако, кроме динамического, DHCP может поддерживать и более простые способы ручного и автоматического статического назначения адресов.
В ручной процедуре назначения адресов активное участие принимает администратор, который предоставляет DHCP-серверу информацию о соответствии IP-адресов физическим адресам или другим идентификаторам клиентов. Эти адреса сообщаются клиентам в ответ на их запросы к DHCP-серверу.
При автоматическом статическом способе DHCP-сервер присваивает IP-адрес (и, возможно, другие параметры конфигурации клиента) из пула наличных IP-адресов без вмешательства оператора. Границы пула назначаемых адресов задает администратор при конфигурировании DHCP-сервера. Между идентификатором клиента и его IP-адресом по-прежнему, как и при ручном назначении, существует постоянное соответствие. Оно устанавливается в момент первичного назначения сервером DHCP IP-адреса клиенту. При всех последующих запросах сервер возвращает тот же самый IP-адрес.
При динамическом распределении адресов DHCP-сервер выдает адрес клиенту на ограниченное время, что дает возможность впоследствии повторно использовать IP-адреса другими компьютерами. Динамическое разделение адресов позволяет строить IP-сеть, количество узлов в которой намного превышает количество имеющихся в распоряжении администратора IP-адресов.
DHCP обеспечивает надежный и простой способ конфигурации сети TCP/IP, гарантируя отсутствие конфликтов адресов за счет централизованного управления их распределением. Администратор управляет процессом назначения адресов с помощью параметра "продолжительности аренды" (lease duration), которая определяет, как долго компьютер может использовать назначенный IP-адрес, перед тем как снова запросить его от сервера DHCP в аренду.
Примером работы протокола DHCP может служить ситуация, когда компьютер, являющийся клиентом DHCP, удаляется из подсети. При этом назначенный ему IP-адрес автоматически освобождается. Когда компьютер подключается к другой подсети, то ему автоматически назначается новый адрес. Ни пользователь, ни сетевой администратор не вмешиваются в этот процесс. Это свойство очень важно для мобильных пользователей.
Протокол DHCP использует модель клиент-сервер. Во время старта системы компьютер-клиент DHCP, находящийся в состоянии "инициализация", посылает сообщение discover (исследовать), которое широковещательно распространяется по локальной сети и передается всем DHCP-серверам частной интерсети. Каждый DHCP-сервер, получивший это сообщение, отвечает на него сообщением offer (предложение), которое содержит IP-адрес и конфигурационную информацию.
Компьютер-клиент DHCP переходит в состояние "выбор" и собирает конфигурационные предложения от DHCP-серверов. Затем он выбирает одно из этих предложений, переходит в состояние "запрос" и отправляет сообщение request (запрос) тому DHCP-серверу, чье предложение было выбрано.
Выбранный DHCP-сервер посылает сообщение DHCP-acknowledgment (подтверждение), содержащее тот же IP-адрес, который уже был послан ранее на стадии исследования, а также параметр аренды для этого адреса. Кроме того, DHCP-сервер посылает параметры сетевой конфигурации. После того, как клиент получит это подтверждение, он переходит в состояние "связь", находясь в котором он может принимать участие в работе сети TCP/IP. Компьютеры-клиенты, которые имеют локальные диски, сохраняют полученный адрес для использования при последующих стартах системы. При приближении момента истечения срока аренды адреса компьютер пытается обновить параметры аренды у DHCP-сервера, а если этот IP-адрес не может быть выделен снова, то ему возвращается другой IP-адрес.
В протоколе DHCP описывается несколько типов сообщений, которые используются для обнаружения и выбора DHCP-серверов, для запросов информации о конфигурации, для продления и досрочного прекращения лицензии на IP-адрес. Все эти операции направлены на то, чтобы освободить администратора сети от утомительных рутинных операций по конфигурированию сети.
Однако использование DHCP несет в себе и некоторые проблемы. Во-первых, это проблема согласования информационной адресной базы в службах DHCP и DNS. Как известно, DNS служит для преобразования символьных имен в IP-адреса. Если IP-адреса будут динамически изменятся сервером DHCP, то эти изменения необходимо также динамически вносить в базу данных сервера DNS. Хотя протокол динамического взаимодействия между службами DNS и DHCP уже реализован некоторыми фирмами (так называемая служба Dynamic DNS), стандарт на него пока не принят.
Во-вторых, нестабильность IP-адресов усложняет процесс управления сетью. Системы управления, основанные на протоколе SNMP, разработаны с расчетом на статичность IP-адресов. Аналогичные проблемы возникают и при конфигурировании фильтров маршрутизаторов, которые оперируют с IP-адресами.
Наконец, централизация процедуры назначения адресов снижает надежность системы: при отказе DHCP-сервера все его клиенты оказываются не в состоянии получить IP-адрес и другую информацию о конфигурации. Последствия такого отказа могут быть уменьшены путем использовании в сети нескольких серверов DHCP, каждый из которых имеет свой пул IP-адресов.
Сетевой уровень в первую очередь должен предоставлять средства для решения следующих задач:
* доставки пакетов в сети с произвольной топологией,
* структуризации сети путем надежной локализации трафика,
* согласования различных протоколов канального уровня.
Локализация трафика и изоляция сетей
Трафик в сети складывается случайным образом, однако в нем отражены и некоторые закономерности. Как правило, некоторые пользователи, работающие над общей задачей, (например, сотрудники одного отдела) чаще всего обращаются с запросами либо друг к другу, либо к общему серверу, и только иногда они испытывают необходимость доступа к ресурсам компьютеров другого отдела.
Желательно, чтобы структура сети соответствовала структуре информационных потоков. В зависимости от сетевого трафика компьютеры в сети могут быть разделены на группы (сегменты сети). Компьютеры объединяются в группу, если большая часть порождаемых ими сообщений, адресована компьютерам этой же группы.
Для разделения сети на сегменты используются мосты и коммутаторы. Они экранируют локальный трафик внутри сегмента, не передавая за его пределы никаких кадров, кроме тех, которые адресованы компьютерам, находящимся в других сегментах. Тем самым, сеть распадается на отдельные подсети. Это позволяет более рационально выбирать пропускную способность имеющихся линий связи, учитывая интенсивность трафика внутри каждой группы, а также активность обмена данными между группами.
Однако локализация трафика средствами мостов и коммутаторов имеет существенные ограничения.
С одной стороны, логические сегменты сети, расположенные между мостами, недостаточно изолированы друг от друга, а именно, они не защищены от, так называемых, широковещательных штормов. Если какая-либо станция посылает широковещательное сообщение, то это сообщение передается всем станциям всех логических сегментов сети. Защита от широковещательных штормов в сетях, построенных на основе мостов, имеет количественный, а не качественный характер: администратор просто ограничивает количество широковещательных пакетов, которое разрешается генерировать некоторому узлу.
С другой стороны, использование механизма виртуальных сегментов, реализованного в коммутаторах локальных сетей, приводит к полной локализации трафика - такие сегменты полностью изолированы друг от друга, даже в отношении широковещательных кадров. Поэтому в сетях, построенных только на мостах и коммутаторах, компьютеры, принадлежащие разным виртуальным сегментам, не образуют единой сети.
Приведенные недостатки мостов и коммутаторов связаны с тем, что они работают по протоколам канального уровня, в которых в явном виде не определяется понятие части сети (или подсети, или сегмента), которое можно было бы использовать при структуризации большой сети. Вместо того, чтобы усовершенствовать канальный уровень, разработчики сетевых технологий решили поручить задачу построения составной сети новому уровню - сетевому.
Согласование протоколов канального уровня
Современные вычислительные сети часто строятся с использованием нескольких различных базовых технологий - Ethernet, Token Ring или FDDI. Такая неоднородность возникает либо при объединении уже существовавших ранее сетей, использующих в своих транспортных подсистемах различные протоколы канального уровня, либо при переходе к новым технологиям, таким, как Fast Ethernet или 100VG-AnyLAN.
Именно для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с различными принципами передачи информации между конечными узлами, и служит сетевой уровень. Когда две или более сетей организуют совместную транспортную службу, то такой режим взаимодействия обычно называют межсетевым взаимодействием (internetworking). Для обозначения составной сети в англоязычной литературе часто также используется термин интерсеть (internetwork или internet).
Создание сложной структурированной сети, интегрирующей различные базовые технологии, может осуществляться и средствами канального уровня: для этого могут быть использованы некоторые типы мостов и коммутаторов. Однако возможностью трансляции протоколов канального уровня обладают далеко не все типы мостов и коммутаторов, к тому же возможности эти ограничены. В частности, в объединяемых сетях должны совпадать максимальные размеры полей данных в кадрах, так как канальные протоколы, как правило, не поддерживают функции фрагментации пакетов.
Маршрутизация в сетях с произвольной топологией
Среди протоколов канального уровня некоторые обеспечивают доставку данных в сетях с произвольной топологией, но только между парой соседних узлов (например, протокол PPP), а некоторые - между любыми узлами (например, Ethernet), но при этом сеть должна иметь топологию определенного и весьма простого типа, например, древовидную.
При объединении в сеть нескольких сегментов с помощью мотов или коммутаторов продолжают действовать ограничения на ее топологию: в получившейся сети должны отсутствовать петли. Действительно, мост или его функциональный аналог - коммутатор - могут решать задачу доставки пакета адресату только тогда, когда между отправителем и получателем существует единственный путь. В то же время наличие избыточных связей, которые и образуют петли, часто необходимо для лучшей балансировки нагрузки, а также для повышения надежности сети за счет существования альтернативного маршрута в дополнение к основному.
Сетевой уровень позволяет передавать данные между любыми, произвольно связанными узлами сети.
Реализация протокола сетевого уровня подразумевает наличие в сети специального устройства - маршрутизатора. Маршрутизаторы объединяют отдельные сети в общую составную сеть. Внутренняя структура каждой сети не показана, так как она не имеет значения при рассмотрении сетевого протокола. К каждому маршрутизатору могут быть присоединены несколько сетей (по крайней мере две).
В сложных составных сетях почти всегда существует несколько альтернативных маршрутов для передачи пакетов между двумя конечными узлами. Задачу выбора маршрутов из нескольких возможных решают маршрутизаторы, а также конечные узлы.
Маршрут - это последовательность маршрутизаторов, которые должен пройти пакет от отправителя до пункта назначения.
Маршрутизатор выбирает маршрут на основании своего представления о текущей конфигурации сети и соответствующего критерия выбора маршрута. Обычно в качестве критерия выступает время прохождения маршрута, которое в локальных сетях совпадает с длиной маршрута, измеряемой в количестве пройденных узлов маршрутизации (в глобальных сетях принимается в расчет и время передачи пакета по каждой линии связи).
[pagebreak]
Сетевой уровень и модель OSI
В модели OSI, называемой также моделью взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection - OSI) и разработанной Международной Организацией по Стандартам (International Organization for Standardization - ISO), средства сетевого взаимодействия делятся на семь уровней, для которых определены стандартные названия и функции.
Сетевой уровень занимает в модели OSI промежуточное положение: к его услугам обращаются протоколы прикладного уровня, сеансового уровня и уровня представления. Для выполнения своих функций сетевой уровень вызывает функции канального уровня, который в свою очередь обращается к средствам физического уровня.
Рассмотрим коротко основные функции уровней модели OSI.
Физический уровень выполняет передачу битов по физическим каналам, таким, как коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель. На этом уровне определяются характеристики физических сред передачи данных и параметров электрических сигналов.
Канальный уровень обеспечивает передачу кадра данных между любыми узлами в сетях с типовой топологией либо между двумя соседними узлами в сетях с произвольной топологией. В протоколах канального уровня заложена определенная структура связей между компьютерами и способы их адресации. Адреса, используемые на канальном уровне в локальных сетях, часто называют МАС-адресами.
Сетевой уровень обеспечивает доставку данных между любыми двумя узлами в сети с произвольной топологией, при этом он не берет на себя никаких обязательств по надежности передачи данных.
Транспортный уровень обеспечивает передачу данных между любыми узлами сети с требуемым уровнем надежности. Для этого на транспортном уровне имеются средства установления соединения, нумерации, буферизации и упорядочивания пакетов.
Сеансовый уровень предоставляет средства управления диалогом, позволяющие фиксировать, какая из взаимодействующих сторон является активной в настоящий момент, а также предоставляет средства синхронизации в рамках процедуры обмена сообщениями.
Уровень представления. В отличии от нижележащих уровней, которые имеют дело с надежной и эффективной передачей битов от отправителя к получателю, уровень представления имеет дело с внешним представлением данных. На этом уровне могут выполняться различные виды преобразования данных, такие как компрессия и декомпрессия, шифровка и дешифровка данных.
Прикладной уровень - это в сущности набор разнообразных сетевых сервисов, предоставляемых конечным пользователям и приложениям. Примерами таких сервисов являются, например, электронная почта, передача файлов, подключение удаленных терминалов к компьютеру по сети.
При построении транспортной подсистемы наибольший интерес представляют функции физического, канального и сетевого уровней, тесно связанные с используемым в данной сети оборудованием: сетевыми адаптерами, концентраторами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами. Функции прикладного и сеансового уровней, а также уровня представления реализуются операционными системами и системными приложениями конечных узлов. Транспортный уровень выступает посредником между этими двумя группами протоколов.
Функции сетевого уровня
Протоколы канального уровня не позволяют строить сети с развитой структурой, например, сети, объединяющие несколько сетей предприятия в единую сеть, или высоконадежные сети, в которых существуют избыточные связи между узлами. Для того, чтобы, с одной стороны, сохранить простоту процедур передачи пакетов для типовых топологий, а с другой стороны, допустить использование произвольных топологий, вводится дополнительный сетевой уровень.
Прежде, чем приступить к рассмотрению функций сетевого уровня , уточним, что понимается под термином "сеть". В протоколах сетевого уровня термин "сеть" означает совокупность компьютеров, соединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для передачи пакетов общую базовую сетевую технологию. Внутри сети сегменты не разделяются маршрутизаторами, иначе это была бы не одна сеть, а несколько сетей. Маршрутизатор соединят несколько сетей в интерсеть.
Основная идея введения сетевого уровня состоит в том, чтобы оставить технологии, используемые в объединяемых сетях в неизменном в виде, но добавить в кадры канального уровня дополнительную информацию - заголовок сетевого уровня, на основании которой можно было бы находить адресата в сети с любой базовой технологией. Заголовок пакета сетевого уровня имеет унифицированный формат, не зависящий от форматов кадров канального уровня тех сетей, которые могут входить в объединенную сеть.
Заголовок сетевого уровня должен содержать адрес назначения и другую информацию, необходимую для успешного перехода пакета из сети одного типа в сеть другого типа. К такой информации может относиться, например:
* номер фрагмента пакета, нужный для успешного проведения операций сборки-разборки фрагментов при соединении сетей с разными максимальными размерами кадров канального уровня,
* время жизни пакета, указывающее, как долго он путешествует по интерсети, это время может использоваться для уничтожения "заблудившихся" пакетов,
* информация о наличии и о состоянии связей между сетями, помогающая узлам сети и маршрутизаторам рационально выбирать межсетевые маршруты,
* информация о загруженности сетей, также помогающая согласовать темп посылки пакетов в сеть конечными узлами с реальными возможностями линий связи на пути следования пакетов,
* качество сервиса - критерий выбора маршрута при межсетевых передачах - например, узел-отправитель может потребовать передать пакет с максимальной надежностью, возможно в ущерб времени доставки.
В качестве адресов отправителя и получателя в составной сети используется не МАС-адрес, а пара чисел - номер сети и номер компьютера в данной сети. В канальных протоколах поле "номер сети" обычно отсутствует - предполагается, что все узлы принадлежат одной сети. Явная нумерация сетей позволяет протоколам сетевого уровня составлять точную карту межсетевых связей и выбирать рациональные маршруты при любой их топологии, используя альтернативные маршруты, если они имеются, что не умеют делать мосты.
Таким образом, внутри сети доставка сообщений регулируется канальным уровнем. А вот доставкой пакетов между сетями занимается сетевой уровень.
Существует два подхода к назначению номера узла в заголовке сетевого пакета. Первый основан на использовании для каждого узла нового адреса, отличного от того, который использовался на канальном уровне. Преимуществом такого подхода является его универсальность и гибкость - каков бы ни был формат адреса на канальном уровне, формат адреса узла на сетевом уровне выбирается единым. Однако, здесь имеются и некоторые неудобства, связанные с необходимостью заново нумеровать узлы, причем чаще всего вручную.
Второй подход состоит в использовании на сетевом уровне того же адреса узла, что был дан ему на канальном уровне. Это избавляет администратора от дополнительной работы по присвоению новых адресов, снимает необходимость в установлении соответствия между сетевым и канальным адресом одного и того же узла, но может породить сложную задачу интерпретации адреса узла при соединении сетей с разными форматами адресов.
Протоколы передачи данных и протоколы обмена маршрутной информацией
Для того, чтобы иметь информацию о текущей конфигурации сети, маршрутизаторы обмениваются маршрутной информацией между собой по специальному протоколу. Протоколы этого типа называются протоколами обмена маршрутной информацией (или протоколами маршрутизации). Протоколы обмена маршрутной информацией следует отличать от, собственно, протоколов сетевого уровня. В то время как первые несут чисто служебную информацию, вторые предназначены для передачи пользовательских данных, также, как это делают протоколы канального уровня.
Для того, чтобы доставить удаленному маршрутизатору пакет протокола обмена маршрутной информацией, используется протокол сетевого уровня, так как только он может передать информацию между маршрутизаторами, находящимися в разных сетях. Пакет протокола обмена маршрутной информацией помещается в поле данных пакета сетевого уровня, поэтому с точки зрения вложенности пакетов протоколы маршрутизации следует отнести к более высокому уровню, чем сетевой. Но функционально они решают общую задачу с пакетами сетевого уровня - доставляют кадры адресату через разнородную составную сеть.
С помощью протоколов обмена маршрутной информацией маршрутизаторы составляют карту межсетевых связей той или иной степени подробности и принимают решение о том, какому следующему маршрутизатору нужно передать пакет для образования рационального пути.
На сетевом уровне работают протоколы еще одного типа, которые отвечают за отображение адреса узла, используемого на сетевом уровне, в локальный адрес сети. Такие протоколы часто называют протоколами разрешения адресов - Address Resolution Protocol, ARP. Иногда их относят не к сетевому уровню, а к канальному, хотя тонкости классификации не изменяют их сути.
Задачей протокола транспортного уровня UDP (User Datagram Protocol) является передача данных между прикладными процессами без гарантий доставки, поэтому его пакеты могут быть потеряны, продублированы или прийти не в том порядке, в котором они были отправлены.
Зарезервированные и доступные порты UDP
В то время, как задачей сетевого уровня является передача данных между произвольными узлами сети, задача транспортного уровня заключается в передаче данных между любыми прикладными процессами, выполняющимися на любых узлах сети. Действительно, после того, как пакет средствами протокола IP доставлен в компьютер-получатель, данные необходимо направить конкретному процессу-получателю. Каждый компьютер может выполнять несколько процессов, более того, прикладной процесс тоже может иметь несколько точек входа, выступающих в качестве адреса назначения для пакетов данных.
Пакеты, поступающие на транспортный уровень, организуются операционной системой в виде множества очередей к точкам входа различных прикладных процессов. В терминологии TCP/IP такие системные очереди называются портами. Таким образом, адресом назначения, который используется на транспортном уровне, является идентификатор (номер) порта прикладного сервиса. Номер порта, задаваемый транспортным уровнем, в совокупности с номером сети и номером компьютера, задаваемыми сетевым уровнем, однозначно определяют прикладной процесс в сети.
Локальное присвоение номера порта заключается в том, что разработчик некоторого приложения просто связывает с ним любой доступный, произвольно выбранный числовой идентификатор, обращая внимание на то, чтобы он не входил в число зарезервированных номеров портов. В дальнейшем все удаленные запросы к данному приложению от других приложений должны адресоваться с указанием назначенного ему номера порта.
Мультиплексирование и демультиплексирование прикладных протоколов с помощью протокола UDP
Протокол UDP ведет для каждого порта две очереди: очередь пакетов, поступающих в данный порт из сети, и очередь пакетов, отправляемых данным портом в сеть.
Процедура обслуживания протоколом UDP запросов, поступающих от нескольких различных прикладных сервисов, называется мультиплексированием.
Распределение протоколом UDP поступающих от сетевого уровня пакетов между набором высокоуровневых сервисов, идентифицированных номерами портов, называется демультиплексированием.
Хотя к услугам протокола UDP может обратиться любое приложение, многие из них предпочитают иметь дело с другим, более сложным протоколом транспортного уровня TCP. Дело в том, что протокол UDP выступает простым посредником между сетевым уровнем и прикладными сервисами, и, в отличие от TCP, не берет на себя никаких функций по обеспечению надежности передачи. UDP является дейтаграммным протоколом, то есть он не устанавливает логического соединения, не нумерует и не упорядочивает пакеты данных.
С другой стороны, функциональная простота протокола UDP обуславливает простоту его алгоритма, компактность и высокое быстродействие. Поэтому те приложения, в которых реализован собственный, достаточно надежный, механизм обмена сообщениями, основанный на установлении соединения, предпочитают для непосредственной передачи данных по сети использовать менее надежные, но более быстрые средства транспортировки, в качестве которых по отношению к протоколу TCP и выступает протокол UDP. Протокол UDP может быть использован и в том случае, когда хорошее качество каналов связи обеспечивает достаточный уровень надежности и без применения дополнительных приемов типа установления логического соединения и квитирования передаваемых пакетов.
Формат сообщений UDP
Единица данных протокола UDP называется UDP-пакетом или пользовательской дейтаграммой (user datagram). UDP-пакет состоит из заголовка и поля данных, в котором размещается пакет прикладного уровня. Заголовок имеет простой формат и состоит из четырех двухбайтовых полей:
* UDP source port - номер порта процесса-отправителя,
* UDP destination port - номер порта процесса-получателя,
* UDP message length - длина UDP-пакета в байтах,
* UDP checksum - контрольная сумма UDP-пакета
Не все поля UDP-пакета обязательно должны быть заполнены. Если посылаемая дейтаграмма не предполагает ответа, то на месте адреса отправителя могут помещаться нули. Можно отказаться и от подсчета контрольной суммы, однако следует учесть, что протокол IP подсчитывает контрольную сумму только для заголовка IP-пакета, игнорируя поле данных.
Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) - это промышленный стандарт стека протоколов, разработанный для глобальных сетей.
Стандарты TCP/IP опубликованы в серии документов, названных Request for Comment (RFC). Документы RFC описывают внутреннюю работу сети Internet. Некоторые RFC описывают сетевые сервисы или протоколы и их реализацию, в то время как другие обобщают условия применения. Стандарты TCP/IP всегда публикуются в виде документов RFC, но не все RFC определяют стандарты.
Стек был разработан по инициативе Министерства обороны США (Department of Defence, DoD) более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сателлитными сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Сеть ARPA поддерживала разработчиков и исследователей в военных областях. В сети ARPA связь между двумя компьютерами осуществлялась с использованием протокола Internet Protocol (IP), который и по сей день является одним из основных в стеке TCP/IP и фигурирует в названии стека.
Большой вклад в развитие стека TCP/IP внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей версии ОС UNIX. Широкое распространение ОС UNIX привело и к широкому распространению протокола IP и других протоколов стека. На этом же стеке работает всемирная информационная сеть Internet, чье подразделение Internet Engineering Task Force (IETF) вносит основной вклад в совершенствование стандартов стека, публикуемых в форме спецификаций RFC.
Если в настоящее время стек TCP/IP распространен в основном в сетях с ОС UNIX, то реализация его в последних версиях сетевых операционных систем для персональных компьютеров (Windows NT 3.5, NetWare 4.1, Windows 95) является хорошей предпосылкой для быстрого роста числа установок стека TCP/IP.
Итак, лидирующая роль стека TCP/IP объясняется следующими его свойствами:
* Это наиболее завершенный стандартный и в то же время популярный стек сетевых протоколов, имеющий многолетнюю историю.
* Почти все большие сети передают основную часть своего трафика с помощью протокола TCP/IP.
* Это метод получения доступа к сети Internet.
* Этот стек служит основой для создания intranet- корпоративной сети, использующей транспортные услуги Internet и гипертекстовую технологию WWW, разработанную в Internet.
* Все современные операционные системы поддерживают стек TCP/IP.
* Это гибкая технология для соединения разнородных систем как на уровне транспортных подсистем, так и на уровне прикладных сервисов.
* Это устойчивая масштабируемая межплатформенная среда для приложений клиент-сервер.
Структура стека TCP/IP. Краткая характеристика протоколов
Так как стек TCP/IP был разработан до появления модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI, то, хотя он также имеет многоуровневую структуру, соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI достаточно условно.
Протоколы TCP/IP делятся на 4 уровня.
Самый нижний (уровень IV) соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. Этот уровень в протоколах TCP/IP не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня: для локальных сетей это Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, для глобальных сетей - протоколы соединений "точка-точка" SLIP и PPP, протоколы территориальных сетей с коммутацией пакетов X.25, frame relay. Разработана также специальная спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта канального уровня. Обычно при появлении новой технологии локальных или глобальных сетей она быстро включается в стек TCP/IP за счет разработки соответствующего RFC, определяющего метод инкапсуляции пакетов IP в ее кадры.
Следующий уровень (уровень III) - это уровень межсетевого взаимодействия, который занимается передачей пакетов с использованием различных транспортных технологий локальных сетей, территориальных сетей, линий специальной связи и т. п.
В качестве основного протокола сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке используется протокол IP, который изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Протокол IP является дейтаграммным протоколом, то есть он не гарантирует доставку пакетов до узла назначения, но старается это сделать.
К уровню межсетевого взаимодействия относятся и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol). Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизаторами сети и узлом - источником пакета. С помощью специальных пакетов ICMP сообщается о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п.
Следующий уровень (уровень II) называется основным. На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между удаленными прикладными процессами за счет образования виртуальных соединений. Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным способом, как и IP, и выполняет только функции связующего звена между сетевым протоколом и многочисленными прикладными процессами.
Верхний уровень (уровень I) называется прикладным. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил большое количество протоколов и сервисов прикладного уровня. К ним относятся такие широко используемые протоколы, как протокол копирования файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной информации, такие как WWW и многие другие. Остановимся несколько подробнее на некоторых из них.
Протокол пересылки файлов FTP (File Transfer Protocol) реализует удаленный доступ к файлу. Для того, чтобы обеспечить надежную передачу, FTP использует в качестве транспорта протокол с установлением соединений - TCP. Кроме пересылки файлов протокол FTP предлагает и другие услуги. Так, пользователю предоставляется возможность интерактивной работы с удаленной машиной, например, он может распечатать содержимое ее каталогов. Наконец, FTP выполняет аутентификацию пользователей. Прежде, чем получить доступ к файлу, в соответствии с протоколом пользователи должны сообщить свое имя и пароль. Для доступа к публичным каталогам FTP-архивов Internet парольная аутентификация не требуется, и ее обходят за счет использования для такого доступа предопределенного имени пользователя Anonymous.
Протокол telnet обеспечивает передачу потока байтов между процессами, а также между процессом и терминалом. Наиболее часто этот протокол используется для эмуляции терминала удаленного компьютера. При использовании сервиса telnet пользователь фактически управляет удаленным компьютером так же, как и локальный пользователь, поэтому такой вид доступа требует хорошей защиты. Поэтому серверы telnet всегда используют как минимум аутентификацию по паролю, а иногда и более мощные средства защиты, например, систему Kerberos.
Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) используется для организации сетевого управления. Изначально протокол SNMP был разработан для удаленного контроля и управления маршрутизаторами Internet, которые традиционно часто называют также шлюзами. С ростом популярности протокол SNMP стали применять и для управления любым коммуникационным оборудованием - концентраторами, мостами, сетевыми адаптерами и т.д. и т.п. Проблема управления в протоколе SNMP разделяется на две задачи.
Первая задача связана с передачей информации. Протоколы передачи управляющей информации определяют процедуру взаимодействия SNMP-агента, работающего в управляемом оборудовании, и SNMP-монитора, работающего на компьютере администратора, который часто называют также консолью управления. Протоколы передачи определяют форматы сообщений, которыми обмениваются агенты и монитор.
Вторая задача связана с контролируемыми переменными, характеризующими состояние управляемого устройства. Стандарты регламентируют, какие данные должны сохраняться и накапливаться в устройствах, имена этих данных и синтаксис этих имен. В стандарте SNMP определена спецификация информационной базы данных управления сетью. Эта спецификация, известная как база данных MIB (Management Information Base), определяет те элементы данных, которые управляемое устройство должно сохранять, и допустимые операции над ними.
Эта задача возникает для PHP-скриптов вызываемых без параметров или являющимися индексами директорий, однако формирующих данные персонально под пользователя (например на основе cookies или user agent) или работающих на основе быстро изменяющихся данных.
По спецификации HTTP/1.1 мы можем управлять следующими полями:
Expires
Задает дату истечения срока годности документа. Задание ее в прошлом определяет запрет кэш для данной страницы.
Cache-control: no-cache
Управление кэш. Значение no-cache определяет запрет кэш данной страницы. Для версии протокола HTTP/1.0 действует "Pragma: no-cache".
Last-Modified
Дата послднего изменения содержимого. Поле актуально только для статических страниц. Apache заменяет это поле значением поля Date для динамически генерируемых страниц, в том числе для страниц содержащих SSI.
На сайте www.php.net дается следующий код для запрета кеширования.
Однако, я считаю, что данный заголовок избыточен. В большинстве случаев достаточно:
Чтобы пометить документ как "уже устаревший" следует установить Expires равным полю Date.
Ну и не следует забывать, что формы, запрошенные по POST также не подлежат кэшированию.
Поиск
