Проблемы, связанные с осуществлением телефонных переговоров по сетям с пакетной передачей и коммутацией
Базовые понятия IР-телефонии и ее основные сценарии. Межсетевой протокол IP: структура пакета, правила прямой и косвенной маршрутизации, типы и классы адресов. Автоматизация процесса назначения IP-адресов узлам сети. Обобщенная модель передачи речи.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.04.2013 |
| Размер файла | 2,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введение
Наблюдаемый в мире стремительный рост объемов передаваемых данных
привел к резкому увеличению доли высокоскоростных транспортных сетей, строящихся с применением IP-технологий. Операторы и производители оборудования постоянно работают над увеличением их пропускной способности. Во многом это обусловлено популярностью сети Интернет и существенной экономией при построении универсальных транспортных сетей, ориентированных на передачу не только телефонного трафика, но и данных произвольного вида и структуры.
Организация передачи речевого трафика непосредственно через сеть IP сопряжена со множеством проблем. Часть из них до сих пор полностью не решена, чем можно объяснить более скромное внедрение услуг IP-телефонии по сравнению с прогнозами первых лет развития этой технологии.
Внедрение IP-телефонии достаточно трудоемкий процесс, требующий больших затрат.
Тем не менее, возможности, открывающиеся при использовании IP-технологий в системах передачи и мультиплексирования, весьма широки. В качестве возможного эволюционного пути перестройки сети на основе IP-телефонии можно представить сочетание традиционного телефонного оборудования и элементов оборудования IP-телефонии, выполняющего отдельные функции.
В данной работе рассматриваются некоторые проблемы, связанные с осуществлением телефонных переговоров по сетям с пакетной передачей и коммутацией. Эти проблемы многоплановы и захватывают широкий спектр вопросов научного, технического, юридического, экономического, организационного и др. характеров. Я коснусь лишь некоторых сторон, которые на мой взгляд требуют наиболее полного освещения.
Глава 1. Базовые понятия IР-телефонии
Развитие информационных услуг и инфраструктур происходит под воздействием многочисленных факторов. Потребители требуют лучших, более оперативных, надежных, гибких, дешевых и разнообразных услуг.
До недавнего времени казалось, что основное предназначение информационных услуг - речевое общение людей. Анализ показывает, что сейчас в мировых телекоммуникационных сетях до 70 % трафика приходится на передачу голоса, а 30 % - на передачу данных. При этом четко наблюдается тенденция к перераспределению в будущем этого соотношения в пользу передачи данных (см. табл. 1.1).
Таблица 1.1 Тенденции перераспределения потребностей в предоставляемых услугах связи
|
Классы предоставляемых услуг связи |
Приложения предоставляемых услуг связи |
Потребность в ближайшем будущем |
Потребность в отдаленной перспективе |
|
|
Интерактивная речь |
Телефония, аудиоконференции |
Высокая |
Высокая |
|
|
Передача изображений в реальном времени |
Факсимильная связь |
Высокая |
Низкая |
|
|
Электронная почта |
Текстовая почта, голосовая почта, факсимильная почта |
Низкая |
Средняя |
|
|
Поиск мультимедийных документов |
WWW, базы данных, изображений, видеотекст |
Низкая |
Высокая |
|
|
Видео, аудио- по требованию |
Фильмы по требованию, новости по требованию, аудио по требованию |
Низкая |
Средняя |
|
|
Интерактивное видео |
Видеотелефония, видеоконференции, интерактивные игры, телепродажа, телемедицина, телеобучение |
Низкая |
Высокая |
|
|
Распределенная обработка данных |
Распределенное делопроизводство, управление товарами в реальном времени |
Низкая |
Высокая |
Однако, несмотря ни на что, потребности в телефонной связи огромны. Мировой опыт показывает, что наибольшая экономическая эффективность телефонных сетей не может быть достигнута без учета и использования возможностей новых технологий.
В течение последних лет были разработаны устройства, обеспечивающие передачу голоса по сетям, изначально нацеленным на передачу данных, таким, как frame relay (FR) и IP-сети. Движущей силой при этом является стремление сократить расходы на использование арендуемых линий связи и повысить эффективность применения выделенных корпоративных коммуникаций. Новый импульс развитию телефонных сетей дало появление механизмов, обеспечивающих передачу голоса по сетям с асинхронным режимом передачи (ATM), которые предусматривают возможность подключения АТС к АТМ-коммутаторам, способным коммутировать как потоки данных, так и голоса.
Технология ATM позволяет передавать данные со скоростью десятков Мбит/с и выше, но как показывает петербургская практика, пока только единичные клиенты обладают реальной потребностью в подобных скоростях и готовностью за них платить.
1.1 Общее понятие IP-телефонии
Под IP-телефонией понимается технология, позволяющая использовать сеть с коммутацией IP-пакетов, например - Internet, в качестве средства организации и ведения телефонных разговоров и передачи факсов между удаленными абонентами. IP-телефония является одним из наиболее сложных и системных приложений компьютерной телефонии. Термин IP-телефония буквально - обеспечение телефонных переговоров с использованием протокола межсетевого взаимодействия (Internet Protocol).
Внедрение IP-телефонии существенно изменяет подход к обеспечению телефонной связи. Для телефонии с начала века используются коммутируемые каналы с гарантированной полосой пропускания, чем и обеспечивается непрерывная связь. В IP-телефонии используется коммутация пакетов. Принципиально разница состоит в следующем. В традиционно обеспечиваемой телефонной связи каждому абоненту в монопольное распоряжение выделяется линия связи. При коммутации пакетов несколько пользователей одновременно используют один и тот же канал. Уплотняя трафик путем разбиения на пакеты непрерывного разговора и эффективно заполняя ими доступный канал, можно существенно понизить стоимость использования дорогого цифрового канала для каждого отдельного пользователя. В этом смысле стоимость переговоров для абонента IP-телефонии значительно ниже соединения через сеть связи общего пользования.
1.2 Основные сценарии IP- телефонии
В настоящее время под IP-телефонией понимают в первую очередь такую технологию, в которой голосовой трафик частично передается через телефонную сеть общего пользования, а частично - через сети с IP-коммутацией.
Ключевым элементом IP-телефонии является связка Шлюз - Сеть - Шлюз. Шлюз представляет собой компьютер-сервер, дополненный специальными платами расширения и соответствующим программным обеспечением. Он служит интерфейсом между передающим звук устройством пользователя (телефоном, компьютером и т. п.) и сетью с коммутацией пакетов. Шлюз обеспечивает прием и преобразование данных в форму, пригодную для пересылки по сети (и обратное преобразование). Абоненту всего лишь нужно связаться с ним тем или иным способом. Шлюз, имеющий выход в Internet, передаст по сети данные на другой такой же шлюз, ближайший к вызываемому абоненту. После этого, претерпев обратное преобразование, звук достигнет абонента и соединение осуществится.
Рассмотрим основные варианты организации связи между двумя абонентами IP-телефонии, их три:
· телефон - телефон;
· компьютер - компьютер;
· компьютер - телефон.
Для связи в режиме «телефон - телефон» не нужен ни компьютер, ни модем. Подключение к сети с коммутацией пакетов и связанные с этим расходы тоже не потребуются. До шлюза сигнал идет по телефонной сети связи общего пользования (рис. 1.1). При этом в него (как и в любой другой телефонный сигнал) могут добавляться помехи. С другой стороны, любые задержки на «последней миле» полностью отсутствуют.
Рис. 1.1 Организация соединения «телефон - телефон»
На уровень задержек, а следовательно, на комфортность и качество разговора в режиме «телефон - телефон» влияние оказывает лишь пропускная способность линий связи провайдера IP-телефонии и загруженность сети на маршруте следования пакетов. Подробнее о задержках смотри пункт 3.5.
Проблема качества звука может решаться путем оптимизации задержек на пути следования сигнала. Из нескольких возможных маршрутов система выбирает наименее загруженные, а там, где это допустимо, повышает приоритет голосовых пакетов. За счет этих мер паузы в разговоре удается сделать практически незаметными даже в часы максимальной загрузки. Если в непосредственной близости от абонента шлюза все-таки не оказалось, звонок отправляется по обычным телефонным маршрутам (на рис. 1.1 эта линия показана пунктиром).
Два компьютера, подключенные к сети с коммутацией пакетов (см. рис. 1.2), могут общаться без посредников: из общей схемы исчез шлюз, поскольку необходимость преобразования сигнала отпала (в качестве шлюза выступает некая программа - «IP-телефон», запущенная на обоих компьютерах). Данные сразу передаются по стандартным протоколам сети с коммутацией пакетов, поэтому помехи проникнуть в пакет данных не могут. Все, на что помехи способны, -- это задержать пакеты в пути.
Рис. 1.2 Организация соединения «компьютер - компьютер»
Будучи многофункциональным устройством, компьютер легко снимает ограничения на способы общения, которые присущи обыкновенному телефону. При разговоре можно не только слышать собеседника, но и видеть его, обмениваться файлами и т. д. Связь «компьютер-компьютер» позволяет обойтись вовсе без услуг провайдера IP-телефонии. Однако в этом случае пользователь лишается ряда полезных функций. Например, ни абонент не сможет позвонить на обыкновенный телефон, ни ему невозможно будет позвонить с обычного телефона.
Установив на свой компьютер программу IP-телефонии, пользователь не утратит возможность связаться с человеком, у которого компьютера нет (см. рис. 1.3). Принципиально правила организации соединения в этом случае диктуются статусом участников соединения. Если терминал пользователя (компьютер) не использует услуги провайдера, то «позвонить» ему с обычного телефона невозможно. С другой стороны, возможности абонента, использующего терминал, ограничены только составом программного обеспечения.
Рис. 1.3 Организация соединения «компьютер-телефон» («телефон-компьютер»)
Последовательность установления соединения для абонентов, использующих компьютер и телефон сети связи общего пользования, различна. Если абонент, использующий телефон, набирает номер «доступа» - телефонный номер провайдера IP-телефонии и, следуя инструкциям, взаимодействует с программным обеспечением шлюза, вводя в тональном режиме набора цифр, необходимую информацию, то пользователь компьютера, как правило, либо выбирает из списка зарегистрированных абонентов, либо, используя интерфейсную часть программы IP-телефонии, указывает город, в который необходимо позвонить и номер телефона. Важно понимать, что именно сервер IP-телефонии обеспечивает преобразование номеров абонентов сети связи общего пользования в «электронные адреса» IP-телефонии и обратно. На шлюз провайдера возлагается сложная задача организации взаимодействия сети с коммутацией пакетов и АТС, обеспечивающих подключение абонентов.
1.3 IP-телефония: «за» и «против»
Следует разобраться, почему IP-телефония может оказываться как весьма недорогим решением, так и дорогостоящим. Все зависит от масштабов решения и целей его внедрения. Internet уже существует, стоимость канала по сравнению с другими технологиями весьма низка, а дополнительное оборудование (шлюзы, в первую очередь) обходится недорого, поскольку может базироваться на платформе ПК. Сравнительно невысокие инвестиции в оборудование и каналы, а также «обход» телефонных операторов позволяют сделать стоимость междугородных разговоров весьма низкой. К сожалению, таких результатов удается добиваться, только пока масштабы внедрения такой услуги невелики, а качество и другие характеристики услуги не имеют серьезного значения.
С переходом от предоставления недорогих звонков небольшому проценту абонентов небольшим процентом провайдеров к массовому внедрению таких услуг проблемы неизбежны. Это, кстати, не означает, что услуги IP-телефонии станут нерентабельными, поскольку, как и любое мультисервисное решение, IP-телефония обладает достаточной экономической эффективностью. Однако выход на новый уровень потребует немалых затрат на новое оборудование и каналы. Утверждения о высокой стоимости внедрения IP-телефонии основываются на оценке стоимости оборудования для корпоративных сетей, точнее, на стоимости полного IP-решения для корпоративной телефонной сети. В первую очередь критике за свою высокую стоимость подвергаются IP-телефоны, т. е. телефонные аппараты, подключаемые непосредственно к компьютерной сети. Понятно, что пока выпуск этих аппаратов только осваивается, поэтому и стоимость их крайне высока, в перспективе с ростом объема их производства и продаж цены должны снизиться, но не ясно, насколько.
С учетом стоимости остального оборудования, а также вероятных затрат на повышение производительности сети (или даже просто на увеличение количества портов сетевого оборудования) стоимость одного абонентского места оказывается весьма высокой, даже по сравнению с традиционной телефонией. Это также, хотя и в меньшей степени, относится и к стоимости массового оснащения компьютеров в организации платами компьютерной телефонии, гарнитурами и специальным программным обеспечением (ПО). Однако стоит помнить о том, что прямое сравнение стоимости корректно только в случае адекватных решений.
Если же абонента интересует только возможность получения входящего звонка и, соответственно, возможность звонка другому абоненту, то преимущество традиционной телефонии в цене становится неоспоримым. С этих позиций, чем проще телефонный аппарат, тем лучше. Но IP-телефония может предложить больше, чем просто возможность разговора двух абонентов. Очевидно, что на базе системы IP-телефонии (ядро которой составляет УАТС уровня предприятия, например) можно внедрять в телефонной сети организации самые различные сервисы, образно говоря, все, которые нужны в данный момент, а также те, что понадобятся потом.
При пересчете стоимости абонентского места с учетом предоставляемых сервисов даже сегодня ценовой отрыв IP-телефонии становится уже не таким пугающим. С этих позиций для организаций, потребности которых предполагают наличие в массовых количествах на рабочих местах сотрудников цифровых телефонных аппаратов с широкой функциональностью, некоторый избыток начальных расходов должен окупиться впоследствии.
Таким образом, крайности в оценке стоимости IP-телефонии и, соответственно, экономической отдачи от ее внедрения можно отбросить и рассмотреть приложения, в которых IP-телефония имеет спрос (или может его получить) уже сегодня, разумеется, применительно к отечественному рынку.
Помимо традиционных задач компьютерной телефонии в корпоративной среде есть еще ряд задач, которые внедрение IP-телефонии позволяет успешно решить.
Прежде всего, это реализация концепции «универсального почтового ящика», хотя в данном случае его уместней назвать «универсальным персональным коммуникатором». Возможность осуществлять все служебные контакты из одной точки, из единой адресной книги, очевидно, должна повысить продуктивность работы сотрудника, когда по долгу службы ему приходится контактировать с большим количеством людей. Например, сотрудник получает по электронной почте письмо, прочитав которое, он решает, что необходимо немедленно связаться с автором. Если имя корреспондента занесено в адресную книгу со всеми необходимыми атрибутами, то с такой же легкостью, как обычно, инициируется ответ на письмо, ему можно перезвонить в ответ нажатием одной кнопки в окне письма.
В IP-телефонии понятие «линия занята» теряет свой смысл. Если абонент говорит по телефону (точнее, осуществляет звонок, так как в качестве аппарата он использует ПК), то в отличие от обычного телефонного разговора технически он имеет возможность отслеживать и попытки до него дозвониться. По исходящему номеру ПО может автоматически определить, кто звонит, если этот номер фигурирует в адресной книге. (Впрочем, если звонящий абонент сам использует такое же рабочее место, то в запросе на звонок он может явным образом указать свое имя.) Если сотрудник видит, что кто-то дозванивается до него, то он может прервать текущий разговор (или временно его приостановить) и ответить другому собеседнику.
Концепция универсальной адресной книги и универсального коммуникатора также позволяет вести учет практически всех контактов сотрудника с каждым конкретным адресатом. При необходимости всю историю общения сотрудника с адресатом, включая письма, звонки и факсы по тому или иному вопросу с датами и временем, можно будет восстановить.
Немаловажную роль IP-телефония играет в обеспечении доступа мобильных и удаленных пользователей к корпоративным информационным и телекоммуникационным ресурсам. Помимо того, что удаленный пользователь имеет возможность совершать телефонные звонки в своей корпоративной сети (и через нее), где бы он ни находился (при условии, что он имеет подключение к Internet), он сам полностью доступен по стандартному корпоративному телефонному номеру. Если в случае мобильного рабочего места в отеле он может, в принципе, столкнуться с серьезными техническими проблемами с качеством обслуживания, то при командировке в удаленный офис своей организации (где, очевидно, имеется надежный канал связи с головным офисом) прозрачность будет практически полной.
Вторая ниша IP-телефонии на нашем рынке - дополнительные услуги провайдеров Internet. Это позволяет реализовать естественное стремление пользователей рынка одновременно иметь доступ в Internet и возможность говорить по телефону. На Западе проблема параллельного подключения жилых помещений к Internet и телефонной сети решается при помощи ISDN, ADSL или дополнительных каналов. В российской действительности не каждый может позволить себе такую роскошь. Хорошо, если вопрос решается за счет коллективного подключения, тогда можно идти западным путем, а как быть индивидуальному пользователю? Очевидно, что предлагаемая провайдером услуга IP-телефонии может решить этот вопрос.
Не факт, правда, что она всегда может быть реализована абсолютно прозрачно (т. е. абонент будет доступен по своему домашнему телефону независимо от того, работает он в Internet или нет). Прозрачность возможна, только если провайдер тесно интегрирован с телефонным оператором или же совмещает оба статуса в одном лице. Однако просто наличие дополнительного «интернетовского» номера уже будет достаточным удобством.
Хорошие перспективы IP-телефония имеет на рынке так называемого «кабельного» Internet, т. е. при подключении пользователей по сетям кабельного телевидения. Наилучшие перспективы такие сети имеют в населенных пунктах типа районных центров или городов-сателлитов Областных центров. В таких населенных пунктах нередко очень хорошо развито кабельное телевидение, а с телефонами и тем более связью с областными центрами явные проблемы.
Операторы КТВ (они же по совместительству провайдеры) получают возможность предложить при помощи IP-телефонии своим подписчикам услуг Internet стандартный набор телефонных сервисов. Учитывая, что в подобных населенных пунктах возможности развития бизнеса "вширь" ограничены достаточно небольшим населением, интерес к внедрению подобных услуг (дополнительных для оператора при той же клиентской базе) должен быть встречным.
Глава 2. Межсетевой протокол IP
В настоящее время наиболее эффективная передача потока любых дискретных (цифровых) сигналов, в том числе и несущих речь (голос), обеспечивается цифровыми сетями электросвязи, в которых реализована пакетная технология IP (Internet Protocol).
Следует подчеркнуть, что протокол IP реализуется не только в глобальной сети Интернет, для которой он был первоначально разработан, но может быть применен и в других цифровых телекоммуникационных сетях.
Протокол IP относится к протоколам без установления соединений. Перед IP не ставится задача надежной доставки сообщений от отправителя к получателю. Протокол IP обрабатывает каждый IP-пакет как независимую единицу, не имеющую связи ни с какими другими IP-пакетами. В протоколе IP нет механизмов, обычно применяемых для увеличения достоверности конечных данных: отсутствует квитирование - обмен подтверждениями между отправителем и получателем, нет процедуры упорядочения, повторных передач или других подобных функций. Если во время продвижения пакета произошла какая-либо ошибка, то протокол IP по своей инициативе ничего не предпринимает для исправления этой ошибки. Например, если на промежуточном маршрутизаторе пакет был отброшен по причине истечения времени жизни или из-за ошибки в контрольной сумме, то модуль IP не пытается заново послать испорченный или потерянный пакет. Все вопросы обеспечения надежности доставки данных по составной сети в стеке TCP/IP решает протокол TCP, работающий непосредственно над протоколом IP.
2.1 Структура IP-пакета
IP-пакет состоит из заголовка и поля данных. Заголовок, как правило, имеющий длину 20 байт, имеет следующую структуру (рис. 2.1).
Рис. 2.1 Структура заголовка IP-пакета
Поле Номер версии (Version), занимающее 4 бит, указывает версию протокола IP. Сейчас повсеместно используется версия 4 (IPv4) и готовится переход на версию 6 (IPv6). Протоколу IPv6 посвещен пункт 2.4.
Поле Длина заголовка (IHL) IP-пакета занимает 4 бит и указывает значение длины заголовка, измеренное в 32-битовых словах. Обычно заголовок имеет длину в 20 байт (пять 32-битовых слов), но при увеличении объема служебной информации эта длина может быть увеличена за счет использования дополнительных байт в поле Опции (IP Options). Наибольший заголовок занимает 60 октетов.
Поле Тип сервиса (Type of Service) занимает один байт и задает приоритетность пакета и вид критерия выбора маршрута. Первые три бита этого поля образуют подполе приоритета пакета (Precedence).
Приоритет может иметь значения от самого низкого - 0 (нормальный пакет) до самого высокого - 7 (пакет управляющей информации). Маршрутизаторы и компьютеры могут принимать во внимание приоритет пакета и обрабатывать более важные пакеты в первую очередь. Поле Тип сервиса содержит также три бита, определяющие критерий выбора маршрута. Установленный бит D (delay) говорит о том, что маршрут должен выбираться для минимизации задержки доставки данного пакета, бит Т - для максимизации пропускной способности, а бит R - для максимизации надежности доставки. Во многих сетях улучшение одного из этих параметров связано с ухудшением другого, кроме того, обработка каждого из них требует дополнительных вычислительных затрат. Поэтому редко, когда имеет смысл устанавливать одновременно хотя бы два из этих трех критериев выбора маршрута. Зарезервированные биты имеют нулевое значение.
Поле Общая длина (Total Length) занимает 2 байта и означает общую длину пакета с учетом заголовка и поля данных. Максимальная длина пакета ограничена разрядностью поля, определяющего эту величину, и составляет 65535 байт, однако в большинстве хост-компьютеров и сетей столь большие пакеты не используются. При передаче по сетям различного типа длина пакета выбирается с учетом максимальной длины пакета протокола нижнего уровня, несущего IP-пакеты. Если это кадры Ethernet, то выбираются пакеты с максимальной длиной в 1500 байт, умещающиеся в поле данных кадра Ethernet. Хостам рекомендуется отправлять пакеты размером более чем 576 байт, только если они уверены, что принимающий хост или промежуточная сеть готовы обслуживать пакеты такого размера.
Поле Идентификатор пакета (Identification) занимает 2 байта и используется для распознавания пакетов, образовавшихся путем фрагментации исходного пакета. Все фрагменты должны иметь одинаковое значение этого поля.
Поле Флаги (Flags) занимает 3 бита и содержит признаки, связанные с фрагментацией. Установленный бит DF (Do not Fragment) запрещает маршрутизатору фрагментировать данный пакет, а установленный бит MF (More Fragments) говорит о том, что данный пакет является промежуточным (не последним) фрагментом. Оставшийся бит зарезервирован.
Поле Смещение фрагмента (Fragment Offset) занимает 13 бит и задает смещение в байтах поля данных этого пакета от начала общего поля данных исходного пакета, подвергнутого фрагментации. Используется при сборке/разборке фрагментов пакетов при передачах их между сетями с различными величинами MTU. Смещение должно быть кратно 8 байт.
Поле Время жизни (Time to Live) занимает один байт и означает предельный срок, в течение которого пакет может перемещаться по сети. Время жизни данного пакета измеряется в секундах и задается источником передачи. На маршрутизаторах и в других узлах сети по истечении каждой секунды из текущего времени жизни вычитается единица; единица вычитается и в том случае, когда время задержки меньше секунды. Если параметр времени жизни станет нулевым до того, как пакет достигнет получателя, этот пакет будет уничтожен. Значение этого поля изменяется при обработке заголовка IP-пакета.
Идентификатор Протокол верхнего уровня (Protocol) занимает один байт и указывает, какому протоколу верхнего уровня принадлежит информация, размещенная в поле данных пакета (например, это могут быть сегменты протокола TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol), пакеты ICMP (Internet Control Message Protocol)).
Контрольная сумма (Header Checksum) занимает 2 байта и рассчитывается только по заголовку. Поскольку некоторые поля заголовка меняют свое значение в процессе передачи пакета по сети (например, время жизни), контрольная сумма проверяется и повторно рассчитывается при каждой обработке IP-заголовка. Если контрольная сумма неверна, то пакет будет отброшен, как только ошибка будет обнаружена.
Поля IP-адрес источника (Source IP Address) и IP-адрес назначения (Destination IP Address) имеют одинаковую длину - 32 бита - и одинаковую структуру.
Поле Опции (IP Options) является необязательным и используется обычно только при отладке сети. Это поле состоит из нескольких подполей, каждое из которых может быть одного из восьми предопределенных типов. В этих подполях можно указывать точный маршрут прохождения маршрутизаторов, регистрировать проходимые пакетом маршрутизаторы, помещать данные системы безопасности, а также временные отметки. Так как число подполей может быть произвольным, то в конце поля Опции должно быть добавлено несколько байт для выравнивания заголовка пакета по 32-битной границе.
Поле Выравнивание (Padding) используется для того, чтобы убедиться в том, что IP-заголовок заканчивается на 32-битной границе. Выравнивание осуществляется нулями.
Программные модули протокола IP устанавливаются на всех конечных станциях и маршрутизаторах сети.
2.2 Правила маршрутизации в протоколе IP
Для отправляемых IP-пакетов, поступающих от верхнего уровня иерархии эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМВОС), протокол IP должен определить способ доставки - прямой или косвенный -- и выбрать сетевой интерфейс. Этот выбор делается на основании результатов поиска в таблице маршрутов.
Для принимаемых IP-пакетов, поступающих от сетевых драйверов, протокол IP должен решить, нужно ли ретранслировать IP-пакет по другой сети или передать его на верхний уровень. Если в процессе обработки принято решение, что IP-пакет должен быть ретранслирован, то дальнейшая работа с ним осуществляется также, как с отправляемыми IP-пакетами.
2.2.1 Прямая маршрутизация
В том случае, когда корреспондент, подключенный к узлу А посылает IP-пакет корреспонденту, подключенному к узлу В, заголовок IP-пакета содержит в поле отправителя IP-адрес узла А, а заголовок Ethernet-кадра содержит в поле отправителя Ethernet-адрес узла А. Кроме этого, IP-заголовок содержит в поле получателя IP-адрес узла В, а Ethernet-заголовок содержит в поле получателя Ethernet-адрес узла В (см. рис. 2.2 и табл. 2.1).
Рис. 2.2 Прямая маршрутизация
Таблица 2.1 Адреса в Ethernet-кадре, передающем IP-пакет от А к В
|
Адрес |
Отправитель |
Получатель |
|
|
IP-заголовок |
А |
В |
|
|
Ethernet-заголовок |
А |
В |
В этом простом примере протокол IP является излишеством, которое мало что добавляет к услугам, предоставляемым сетью Ethernet. Однако протокол IP требует дополнительных расходов на создание, передачу и обработку IP-заголовка. Когда в узле В модуль IP получает IP-пакет от узла А, он сопоставляет IP-адрес места назначения со своим и, если адреса совпадают, то передает датаграмму протоколу верхнего уровня. В данном случае при взаимодействии А с В используется прямая маршрутизация.
2.2.2 Косвенная маршрутизация
В том случае, если корреспондент, подключенный к узлу А, взаимодействует с корреспондентом, подключенным к узлу Е, включенному в другую IP-сеть, то взаимодействие уже не будет прямым. Пусть узел D - шлюз между двумя IP-сетями. Такое взаимодействие называется «косвенным». Если корреспондент, подключенный к узлу А, посылает корреспонденту, подключенному к узлу Е, IP-пакет, то IP-адрес и Ethernet-адрес отправителя соответствуют адресам узла А. IP-адрес места назначения является адресом узла Е, но, поскольку модуль IP в узле А посылает IP-пакет через узел D, Ethernet-адрес места назначения является адресом узла D (см. рис. 2.3 и табл. 2.2).
Рис. 2.3 Косвенная маршрутизация
Таблица 2.2 Адреса в Ethernet-кадре при косвенной маршрутизации (до шлюза D)
|
Адрес |
Отправитель |
Получатель |
|
|
IP-заголовок |
А |
Е |
|
|
Ethernet-заголовок |
А |
D |
Модуль IP в узле D получает IP-пакет и проверяет IP-адрес места назначения. Определив, что это не его IP-адрес, узел D посылает этот IP-пакет на узел Е (см. табл. 2.3).
Таблица 2.3 Адреса в Ethernet-кадре при косвенной маршрутизации (после шлюза D)
|
Адрес |
Отправитель |
Получатель |
|
|
IP-заголовок |
А |
Е |
|
|
Ethernet-заголовок |
D |
Е |
Таким образом, при прямой маршрутизации IP- и Ethernet-адреса отправителя соответствуют адресам того узла, который послал IP-пакет, a IP- и Ethernet-адреса места назначения соответствуют адресам получателя. При косвенной маршрутизации IP- и Ethernet-адреса не образуют таких пар.
Маршрутизация IP-пакетов выполняется модулями IP и является прозрачной для модулей TCP, UDP и прикладных процессов.
Реальные сети могут быть гораздо сложнее, так как могут содержать несколько шлюзов и несколько типов физических сред передачи.
2.3 Адресация в IP-сетях
2.3.1 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.
2.3.2 Классы 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.
Класс А
|
0 |
N сети |
N узла |
Класс В
|
1 |
0 |
N сети |
N узла |
Класс С
|
1 |
1 |
0 |
N сети |
N узла |
Класс D
|
1 |
1 |
1 |
0 |
адрес группы multicast |
Класс Е
|
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
зарезервирован |
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.)
· 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 2.4 приведены диапазоны номеров сетей, соответствующих каждому классу сетей.
Таблица 2.4
|
Класс |
Наименьший адрес |
Наибольший адрес |
|
|
A |
1.0.0.0 |
126.0.0.0 |
|
|
B |
128.0.0.0 |
191.255.0.0 |
|
|
C |
192.0.0.0 |
223.255.255.0 |
|
|
D |
224.0.0.0 |
239.255.255.255 |
|
|
E |
240.0.0.0 |
247.255.255.255 |
В протоколе IP существует несколько соглашений об особой интерпретации IP-адресов:
· если IР-адрес состоит только из двоичных нулей,
|
0 0 0 0 ................................... 0 0 0 0 |
то он обозначает адрес того узла, который сгенерировал этот пакет;
· если в поле номера сети стоят 0,
|
0 0 0 0 .......0 |
Номер узла |
то по умолчанию считается, что этот узел принадлежит той же самой сети, что и узел, который отправил пакет;
· если все двоичные разряды IP-адреса равны 1,
|
1 1 1 1 .........................................1 1 |
то пакет с таким адресом назначения должен рассылаться всем узлам, находящимся в той же сети, что и источник этого пакета. Такая рассылка называется ограниченным широковещательным сообщением (limited broadcast);
· если в поле адреса назначения стоят сплошные 1,
|
Номер сети |
1111................11 |
то пакет, имеющий такой адрес рассылается всем узлам сети с заданным номером. Такая рассылка называется широковещательным сообщением (broadcast);
· адрес 127.0.0.1 зарезервирован для организации обратной связи при тестировании работы программного обеспечения узла без реальной отправки пакета по сети. Этот адрес имеет название loopback.
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.
телефония межсетевой протокол маршрутизация
2.3.3 Отображение физических адресов на IP-адреса: протоколы ARP и RARP
IP-адрес узла, то есть адрес компьютера или порта маршрутизатора, назначается произвольно администратором сети и прямо не связан с его локальным адресом. 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.
2.3.4 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. 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);
Подобные документы
Структура протокола TCP/IP. Взаимодействие систем коммутации каналов и пакетов. Характеристика сети с коммутацией пакетов. Услуги, предоставляемые ОАО "МГТС" с использованием сети с пакетной коммутацией. Расчет эффективности внедрения проектируемой сети.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 22.05.2012Основные понятия IP телефонии, строение сетей IP телефонии. Структура сети АГУ. Решения Cisco Systems для IP-телефонии. Маршрутизаторы Cisco Systems. Коммутатор серии Catalyst 2950. IP телефон. Настройка VPN сети. Способы и средства защиты информации.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 10.09.2008История деятельности Московской городской телефонной сети. Структура протокола TCP/IP. Взаимодействие систем коммутации каналов и пакетов. Характеристика сети с коммутацией пакетов. Услуги перспективной сети, экономическая эффективность ее внедрения.
дипломная работа [2,5 M], добавлен 10.07.2012Создание топологии соединения офисов в разных частях города. Настройки IP адресов, маршрутизации, безопасности. Конфигурация Web сервера и E-mail с сопоставлением символьных имен IP адресов. Оборудование, необходимое для создания корпоративной сети.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 25.02.2015Зарождение концепции многоуровневой иерархической структуры сети телефонной связи. Электронная технология, позволившая перевести все средства телефонии на элементную базу. Развитие IР-телефонии, обеспечивающей передачу речи по сетям пакетной коммутации.
реферат [25,4 K], добавлен 06.12.2010Описание архитектуры компьютерной сети. Описание и назначение адресов узлам сети. Выбор активного сетевого оборудования, структурированной кабельной системы сети. Расчет конфигурации и стоимости сети. Возможность быстрого доступа к необходимой информации.
контрольная работа [878,1 K], добавлен 15.06.2015Цель, сферы использования и основные этапы построения систем видеоконференцсвязи. Системы передачи данных в сети Internet, в том числе беспроводные. Возможности пакетной IP-телефонии. Экономическое обоснование пакета оборудования для видеоконференции.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 18.06.2011Алгоритмы сети Ethernet/Fast Ethernet: метод управления обменом доступа; вычисления циклической контрольной суммы (помехоустойчивого циклического кода) пакета. Транспортный протокол сетевого уровня, ориентированный на поток. Протокол управления передачей.
контрольная работа [149,6 K], добавлен 14.01.2013Построение логической схемы локальной-вычислительной сети для организации. Выбор технологии, топологии, кабельной среды и программного обеспечения. Настройка модели сети, адресов, статической маршрутизации. Подключение устройств файлового и web-серверов.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 17.11.2017Проектирование информационной вычислительной сети организации, состоящей из нескольких территориально разнесенных подразделений. Схема логической адресации сетевого уровня. Разработка схемы автоматизации назначения логических адресов сетевого уровня.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 21.11.2012
