Модуль IP создает единую логическую сеть
Архитектура протоколов TCP/IP предназначена для объединенной сети, состоящей из соединенных друг с другом шлюзами отдельных разнородных пакетных подсетей, к которым подключаются разнородные машины. Каждая из подсетей работает в соответствии со своими специфическими требованиями и имеет свою природу средств связи. Однако предполагается, что каждая подсеть может принять пакет информации (данные с соответствующим сетевым заголовком) и доставить его по указанному адресу в этой конкретной подсети. Не требуется, чтобы подсеть гарантировала обязательную доставку пакетов и имела надежный сквозной протокол. Таким образом, две машины, подключенные к одной подсети могут обмениваться пакетами.
Когда необходимо передать пакет между машинами, подключенными к разным подсетям, то машина-отправитель посылает пакет в соответствующий шлюз (шлюз подключен к подсети также как обычный узел). Оттуда пакет направляется по определенному маршруту через систему шлюзов и подсетей, пока не достигнет шлюза, подключенного к той же подсети, что и машина-получатель; там пакет направляется к получателю. Объединенная сеть обеспечивает датаграммный сервис.
Проблема доставки пакетов в такой системе решается путем реализации во всех узлах и шлюзах межсетевого протокола IP. Межсетевой уровень является по существу базовым элементом во всей архитектуре протоколов, обеспечивая возможность стандартизации протоколов верхних уровней.
Протокол IP находится на межсетевом уровне стека протоколов TCP/IP. Функции протокола IP определены в стандарте RFC-791 следующим образом: “Протокол IP обеспечивает передачу блоков данных, называемых дейтаграммами, от отправителя к получателям, где отправители и получатели являются компьютерами, идентифицируемыми адресами фиксированной длины (IP-адресами). Протокол IP обеспечивает при необходимости также фрагментацию и сборку дейтаграмм для передачи данных через сети с малым размером пакетов”.
Протокол IP является ненадежным протоколом без установления соединения. Это означает, что протокол IP не подтверждает доставку данных, не контролирует целостность полученных данных и не производит операцию квитирования (handshaking) - обмена служебными сообщениями, подтверждающими установку соединения с узлом назначения и его готовность к приему данных. Протокол IP обрабатывает каждую дейтаграмму как независимую единицу, не имеющую связи ни с какими другими дейтаграммами в Интернет. После того, как дейтаграмма отправляется в сеть, ее дальнейшая судьба никак не контролируется отправителем (на уровне протокола IP). Если дейтаграмма не может быть доставлена, она уничтожается. Узел, уничтоживший дейтаграмму, может оправить по обратному адресу ICMP-сообщение о причине сбоя.
Гарантию правильной передачи данных предоставляют протоколы вышестоящего уровня (например, протокол TCP), которые имеют для этого необходимые механизмы.
Одна из основных задач, решаемых протоколом IP, - маршрутизация дейтаграмм, т.е. определение пути следования дейтаграммы от одного узла сети к другому на основании адреса получателя.
Общий сценарий работы модуля IP на каком-либо узле сети, принимающего дейтаграмму из сети, таков:
· с одного из интерфейсов уровня доступа к среде передачи (например, с Ethernet-интерфейса) в модуль IP поступает дейтаграмма;
· модуль IP анализирует заголовок дейтаграммы;
если пунктом назначения дейтаграммы является данный компьютер:
· если дейтаграмма является фрагментом большей дейтаграммы, ожидаются остальные фрагменты, после чего из них собирается исходная большая дейтаграмма;
· из дейтаграммы извлекаются данные и направляются на обработку одному из протоколов вышележащего уровня (какому именно - указывается в заголовке дейтаграммы);
· если дейтаграмма не направлена ни на один из IP-адресов данного узла, то дальнейшие действия зависят от того, разрешена или запрещена ретрансляция (forwarding) “чужих” дейтаграмм;
· если ретрансляция разрешена, то определяются следующий узел сети, на который должна быть переправлена дейтаграмма для доставки ее по назначению, и интерфейс нижнего уровня, после чего дейтаграмма передается на нижний уровень этому интерфейсу для отправки; при необходимости может быть произведена фрагментация дейтаграммы;
· если же дейтаграмма ошибочна или по каким-либо причинам не может быть доставлена, она уничтожается; при этом, как правило, отправителю дейтаграммы отсылается ICMP-сообщение об ошибке.
· При получении данных от вышестоящего уровня для отправки их по сети IP-модуль формирует дейтаграмму с этими данными, в заголовок которой заносятся адреса отправителя и получателя (также полученные от транспортного уровня) и другая информация; после чего выполняются следующие шаги:
· если дейтаграмма предназначена этому же узлу, из нее извлекаются данные и направляются на обработку одному из протоколов транспортного уровня (какому именно - указывается в заголовке дейтаграммы);
· если дейтаграмма не направлена ни на один из IP-адресов данного узла, то определяются следующий узел сети, на который должна быть переправлена дейтаграмма для доставки ее по назначению, и интерфейс нижнего уровня, после чего дейтаграмма передается на нижний уровень этому интерфейсу для отправки; при необходимости может быть произведена фрагментация дейтаграммы;
· если же дейтаграмма ошибочна или по каким-либо причинам не может быть доставлена, она уничтожается.
Здесь и далее узлом сети называется компьютер, подключенный к сети и поддерживающий протокол IP. Узел сети может иметь один и более IP-интерфейсов, подключенных к одной или разным сетям, каждый такой интерфейс идентифицируется уникальным IP-адресом.
IP-сетью называется множество компьютеров (IP-интерфейсов), часто, но не всегда подсоединенных к одному физическому каналу связи, способных пересылать IP-дейтаграммы друг другу непосредственно (то есть без ретрансляции через промежуточные компьютеры), при этом IP-адреса интерфейсов одной IP-сети имеют общую часть, которая называется адресом, или номером, IP-сети, и специфическую для каждого интерфейса часть, называемую адресом, или номером, данного интерфейса в данной IP-сети
Маршрутизатором, или шлюзом, называется узел сети с несколькими IP-интерфейсами, подключенными к разным IP-сетям, осуществляющий на основе решения задачи маршрутизации перенаправление дейтаграмм из одной сети в другую для доставки от отправителя к получателю.
Хостами называются узлы IP-сети, не являющиеся маршрутизаторами. Обычно хост имеет один IP-интерфейс (например, связанный с сетевой картой Ethernet или с модемом), хотя может иметь и несколько.
Маршрутизаторы представляют собой либо специализированные вычислительные машины, либо компьютеры с несколькими IP-интерфейсами, работа которых управляется специальным программным обеспечением. Компьютеры конечных пользователей, различные серверы Интернет и т.п. вне зависимости от своей вычислительной мощности являются хостами.
Стремительный рост Internet предъявляет новые требования к скорости и
объемам передачи данных. И для того чтобы удовлетворить все эти запросы,
одного увеличения емкости сети недостаточно, необходимы разумные и
эффективные методы управления графиком и контролем загруженности линий
передачи.
В приложениях реального времени отправитель генерирует поток данных с
постоянной скоростью, а получатель (или получатели) должен предоставлять
эти данные приложению с той же самой скоростью. Такие приложения включают,
например, аудио- и видеоконференции, живое видео, удаленную диагностику в
медицине, компьютерную телефонию, распределенное интерактивное
моделирование, игры, мониторинг в реальном времени и др.
Наиболее широко используемый протокол транспортного уровня — это TCP.
Несмотря на то что TCP позволяет поддерживать множество разнообразных
распределенных приложений, он не подходит для приложений реального
времени.
Эту задачу и призван решить новый транспортный протокол реального времени
— RTP (Real-Time Transport Protocol), который гарантирует доставку данных
одному или более адресатам с задержкой в заданных пределах, т. е. данные
могут быть воспроизведены в реальном времени.
Принципы построения протокола RTP
RTP не поддерживает каких-либо механизмов доставки пакетов, обеспечения
достоверности передачи или надежности соединения. Эти все функции
возлагаются на транспортный протокол. RTP работает поверх UDP и может
поддерживать передачу данных в реальном времени между несколькими
участниками RTP-сеанса.
Для каждого участника RTP сеанс определяется парой транспортных адресов
назначения пакетов (один сетевой адрес — IP и пара портов: RTP и RTCP).
Пакеты RTP содержат следующие поля: идентификатор отправителя,
указывающий, кто из участников генерирует данные, отметки о времени
генерирования пакета, чтобы данные могли быть воспроизведены принимающей
стороной с правильными интервалами, информация о порядке передачи, а также
информация о характере содержимого пакета, например, о типе кодировки
видеоданных (MPEG, Indeo и др.). Наличие такой информации позволяет
оценить величину начальной задержки и объема буфера передачи.
В типичной среде реального времени отправитель генерирует пакеты с
постоянной скоростью. Они отправляются через одинаковые интервалы времени,
проходят через сеть и принимаются получателем, воспроизводящим данные в
реальном времени по их получении. Однако ввиду изменения времени задержки
при передаче пакетов по сети, они могут прибывать через нерегулярные
интервалы времени. Для компенсации этого эффекта поступающие пакеты
буферизуются, придерживаются на некоторое время и затем предоставляются с
постоянной скоростью программному обеспечению, генерирующему вывод.
Поэтому для функционирования протокола реального времени необходимо, чтобы
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14
