Дәріс №1 Тақырып: Үлестірілген желілер түсінігі мен түрлері. Сабақтың мақсаты

1. 
   Маршрутизация принциптерін атаңыз?
   
2. 
   Маршрутизация алгоритмдерін атаңыз?
   
3. 
   Маршрутизаторды топтастыру?
   
4. 
   Қандай негізгі мінездемелері бар?
   

ІР адрес кластары.

1. 
   ІР протоколы.
   
2. 
   ІР пакет құрылымы.
   
3. 
   ІР желідегі адрестер.
   
4. 
   ІР адрес кластары.
   

Қолданбалы хаттамалар қолдануға желілік ресурстарға кіруді және мәліметттерді жіберуді жүзеге асыру үшін қызмет етеді. Желіаралық хаттамалар әртүрлі аумақтық желілер арасындағы хаттамаларды жіберуді ұйымдастыруға көмектеседі. Солардың ең көп таралғаны әлемдік ғажап желісі Internet- ті қолданылатын IP(Internet protocol).

1995 жылдағы мәлімет бойынша Internet арқылы 5 млн. артық компьютерлер және оның саны өте жоғарылай бастады. Internet телекоммуникациялық желіде мүмкін болатын барлық жұмыстың түрлерін қамтиды. Бұл ғажап желі, бүкіл әлемді жаулап алған, өзінде көптеген желілерді қамтиды (200 астам) (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol) бірдей ТСР/ІР протоколын қамтиды.

Internet-тің негізі болып ІР – адресінің жүйесі алынады. Internet-ке қосылға әрбір компьютер (анығырақ айтсақ әрбір желілік интерфейс) барлық Internet адрес ішінде ерекше (адрестерді ұлттық комитет Internet қарайды). ІР – адресі – бұл 4 байтты бірінен соң бірі, әрбір байт ондық сан түрінде жазылады.

Мысалы, 195.19.19.19 – Воронеж мемлекеттік педагогикалық уңниверситетінің бір машинасының адресі.

IP хаттамалардың атауы – желі аралық өзара байланыс хаттамаы (Internet protocol, IP) - оның мәнін бейнелейді: ол желілер арасында пакеттерді беру керек. Пакеттің қозғалу жолында жатқан әр келесі желіде IP хаттама осы желіде қабылданған транспорттау құралдарын шақырады, оның көмегімен бұл пакетті келесі желіге апаратын немесе қабылдаушы – торабқа апаратын маршрутизаторға береді.

IP хаттамасы байланыс орнатылмаған хаттамадар қатарына жатады. IP – ның алдына жіберушіден қабылдаушыға баратын хабарламаның сенімді жеткізілуі міндетке қойылмайды. IP хаттама басқа IP – пакеттерімен байланысы жоқ әр IP –пакетті тәуелсіз бірлік сияқты өңдейді. IP хаттамада соңғы деректердің сенімділігін арту үшін қолданылатын механизмдер жоқ: жіберуші мен қабылдаушы арасындағы ауысуды нақтылайтын – квитерлеудің болмауы, реттеу процедурасы жоқ, жіберудің қайталануы немесе т.с.с. функциялар. Егер пакеттің қозғалуы бойынша қандай да бір қате кететін болса, онда IP хаттама өзінің инициативасы бойынша бұл қатені жөндеу үшін ештеңе қолданылмайды.

Мысалы, егер аралық маршрутизаторда уақыттың бітуімен немесе бақылау суммасының қателігі үшін пакет шығарылып тасталса, онда IP модуль бұзылған немесе жоғалған пакетті қайтадан жіберуге талпынбайды. TCP/IP стегіндегі құрама желі бойынша деректерді жеткізу кезіндегі сенімділікті қамтамасыздандыру бойынша барлық сұрақтарға TCP хаттамаы шешеді. TCP хаттамаы IP хаттамаымен жұмыс істейді. Пакеттерді қайта жіберу қажет болған жағдайда оны TCP ұйымдастырады.

Басқа желілк хаттамадардан (мысалы, ІРХ хаттамаынан) ерекшелендіретін IP хаттамадың маңызды артықшылығы оның әртүрлі мүмкін максималды кадрлар деректерінің жол ұзындықтар мәні бар (МТИ) желілер арасындағы пакеттерді жіберу кезіндегі оларды динамикалық фрагментациялау қызметін орындай алуы болып табылады. Фрагментациялау қабілеті IP хаттамасының күрделі құрама желілерде домирленген позицияны алуына әсер етті.

2. Пакеттің көп әдісті жолдар тақырыбының арасындағы және осы тақырыппен жұмыс істейтін хаттамадың функцияларды қиындығы арасында тікелей байланыс бар. Хаттама әрекеттерінің көп бөлігі пакет тақырыбының жолдарында ауысатын қызметтік ақпараттың өңделуімен байланысты.

ІР пакет тақырыптан және деректер жолынан құралады. Әдетте 20 байтты ұзындығы бар тықырып келесі құрылысқа ие болады:

Версия нөмері жолы (Version) 4 битті алатын, ІР хаттамаының версиясын көрсетеді. Қазір қосымша 4 (ІРv4) версиясы қолданылады және 6 (IPv6) версиясына өту дайындалуда.

ІР – адрес класстары

Сервис типінің жолы (Type of Service, ToS) 1 байтты алады. Ол әлі өте сирек қолданылады және әдетте оған 0 орнатылады. Бұл жол қосымшаларға пакеттің приоритеттігін және маршрутты таңдау критерийлерін беретін қызмет көрсету сапасына әсер етуге мүмкіндік береді. Бұл жолдың бірінші 3 биті пакеттің приоритет жолын құрайды (Precedence). Приоритет ең төменгі 0-ден (қалыпты пакет) ең жоғарғыға дейін 7 (ақпаратты басқаратын пакет) мәндеріне ие болуы мүмкін. Маршрутизаторлар мен компьютерлер пакеттің приоритетін есепке алуы мүмкін және маңызды пакеттерді бірінші өңдеуі мүмкін. Сервис типі жолы маршрутты таңдау критерийлерін анықтайтын 3 битті құрайды. Нағыз таңдау 3 альтернативалар арасында жүзеге асады. Кішкентай кідіріспен, жоғарғы сенімділікпен және жоғары өткізу қабілетпен. Орнатылған D (Delay) бит берілеген пакетті жеткізудің тоқтап қалуды минимализациялау үшін маршрутты таңдау қажет, Т (Throughput) битті - өткізу қабілетін максимизациялау үшін, R(realiability) жеткізудің сенімділігін максимизациялау үшін екендігін көрсетеді. Көптеген желілерде осы параметрлердің біреуінің жақсаруы басқаның нашарлауымен байланысты, сонымен қатар олардың әрбіреуін өңдеу қосымша есептеу шығындарды қжет етеді. Сондықтан осы маршрут таңдаудың 3 критерийлерінің бір уақытта екеуін орнату сирек кездеседі. Резервтелген биттер 0-дік мәнге ие болады.

Жалпы ұзындық жолы (Total Length) 2 битті алады және тақырып пен деректер жолын есепке алғандағы пакеттің жалпы ұзындығын көрсетеді.

Пакеттің максимальды ұзындығы осы мөлшерді анықтайтын жолдың разрядтылығымен шектелген және 65535 байтты құрайды, бірақ компьютерлер мен желілердің көпшілігінде мұндай үлкен пакеттер қолданылмайды. Әр түрлі ұзындықты пакеттерде жіберу кезінде пакет ұзындығы ІР – пакеттерді таситын хаттамадың төменгі деңгей пакетінің максималды ұзындығының есебімен таңдалынады. Егер бұл Ethernet кадрлары болса, онда 1500 байтты максимальды ұзындығымен пакеттер таңдалынады. Стандартта барлық хосттар 576 байттың ұзындығы бар пакеттерді қабылдауға дайын болу керектігі қарастырылады. Хосттарға 576 –дан жоғары өлшемді пакеттерді жіберуге кеңес беріледі, егер олар қабылдаушы хосттың немесе аралық желінің сондай өлшемді пакетті қабылдауға дайын екндігіне сенімді болса.

Пакеттің идентификатор жолы (Identification) 2 байтты оларды және ағымдағы пакеттің фрагментация жолымен пайда болған пакеттерді тану үшін қолданылады. Бұл жолдың барлық фрагмнеттері бірдей мәнге ие болу қажет. Жалаушалар жолы (Flags) 3 бит орын алады және фрагментациямен байланысты белгілерден тұрады. 1 битке орнатылған DF (Do not Fragment) маршрутизаторға берілген пакетті фрагменттеуге тиым салады, ал 1 битке орнатылған MF (More Fragments) берілегн пакеттің аралық фрагмент екендігін көрсетеді. Қалған бит резервтелген. Фрагменттің ығыстыру жолы (Fragment offset) 13 бит орынды алады және фрагментацияға ұшырған алдыңғы пакет дерктердің жалпы жолы басынан осы пакет деректер жолының байтқа ығысуын береді. Әр түрлі МТИ өлшемді желілер арасында пакеттердің фрагменттерінің жинау/бөлшектеу кезінде қолданылады. Ығысу 8 байтқа тең болуы керек. Өмір уақыты жолы (Time to Live) 1 байтты алады және пакетті желіде жүрудің мерзім шегін көрсетеді. Берілегн пакеттің өмірі сүру уақыты секундпен өлшенеді және жіберушімен тағайындалады. Пакет түскен маршруттарда және басқа да торабтарда әр секундтың өтуіне байланысты оның ағымдағы өмір сүру уақытынан бірлік алынады; егер кідіріс уақыты секундтан аз болса да бәрібір бірлік алынады. Қазіргі маршрутизаторлар паектті секундтан көп өңдеуі аз кездесетіндіктен өмір сүру уақыттын, ондағы пакеттке берілеген жерге жеткенше өтуге рұқста етілегн торабтар санының максиамльды санына теңестіруге болады. Егер өмір сүру уақытының параметрі пакеттің жеткеніне дейін нөлге теңесе, онда бұл пакет жойылады. Өмір сүру уақытын өзін жою сағаттық механизмі деп санауға болады. Бұл жолдың мәні ІР пакеттің тақырыбын өңдегенде өзгереді.

Жоғары деңгей хаттамаының идентификаторы (Protocol) 1 байтты алады және пакеттің деректер жолында орнатылған ақпараттың қай жоғарғы деңгейлі хаттамаға жататынын көрсетеді. Әр түрлі хаттамадар үшін идентификаторлар мәні RFC “Assigned Numbers” документінде келтіріледі, # 6, пакетте ТСР сегменті орналасатынын көрсетеді, 17- дейтаграмма UDP ,1-ІСМР пакет.

Бақылау суммасы(header Check Sum) 2 байтты алады және тек қана тақырып бойынша есептеледі. Желіде пакеттің жіберілуі кезінде кейбір тақырып жолдарының мәні өзгеретіндіктен бақылау жалпы саны тексеріледі және ІР тақырыптың әр өңделуі кезінде қайта есептелінеді.

Бақылау суммасы тақырыптың 16 биттік сөздеріне қосымша ретінде есептеледі. Бақылау суммасын есептеу кезінде «бақылау суммасы» жолының мәні өзі нөлге орналасады. Егер бақылау суммасы қате болса, онда пакет қате табылғаннан кейін жоғалады.

3. ІР адресі екі бөлімнен тұрады: желі адресі және хост нөмірі. Хост деп тек қана желідегі компьютерді түсіну емес, сонымен қатар өзінің желілік интерфейсі бар кез келген құрылғыны айтады. ІР адресінің құрылысын өңдеу кезінде олар әр түрлі қолданылады деп болжайды. А класының адресі ортақ үлкен желіде қолдану үшін жасалған. В класының адресі орташа өлшемдегі желіде қолдану үшін арналған (жоғары оқу орындарында, үлкен мекеме және кәсіпорындар желісінде) С класының адресі компьютерлер саны аз желіде қолдануға арналған. ІР протоколы ІР технологиясының үш негізгі компонентін суреттейді: ІР пакетінің форматы, ІР адресінің форматы және ІР пакетінің маршруты. Қазіргі кезде протоколдың төрт нұсқасы қолданылады, бірінен соң бірі, нұсқау жолы «4» мәнін қолданады. Тақырыптың өзі, керек емес опцияларды және толтыру символдарын қоса, ІР тақырыбының ұзындық жолының мағынасына тең ұзындығы бар. Ұзындығы 32 биттін сөзде саналынады.

Сервис түрінің жолы бақылау желісіндегі қызмет көрсету әдістері мен негізгі әдіспен желідегі пакеттің тұрып қалу мүмкінділігімен (delay) байланысты. Тақырыпсыз ІР пакетінің ұзындығын ортақ ұзындық жолын анықтайды. Ұзындық окетпен (байтпен) өлшенеді.идентификация жолы хабарламаны жинау кезінде көмеектесуге арналған. Флагтар жолы хабарламадағы датаграманың орынын анықтайды.Сақталу уақыты жолы мерзімда анықтауғаарналған.Одан кейін пакет желіден жойылуы керек.

Протокол жолы датограмма типін анықтайды.Бақылау сумма жолы пакет тақырыбы бойынша есептелінеді. Қабылдаушы адрес жолы жіберушінің ІР адресі.Толтырушы – тақырыпты 32 биттік шекараға түзеу үшін қолданады. Опциялар пакеттердің трассирофкасы үшін қолданылады.

Internet желісінде сандық адрестеу қолайсыз болатын, оған сәйкес әріптік домендер қойылады. Домендік адрестерді қамтамасыздандыру DNS (Domain Name System) арқылы жүзеге асады.Бұл сервистік прграмма домен аттарының ізделуін қамтамассыз етеді. ІР пакеттерінің тексеруден өтуінде Ping программасы қолданылады. Бұл рограмманың жүзеге асу барысында керекті сервердің ІР адрес немесе домен адресі көрсетіледі. Жауабында Ping жіберген пакеттердің, жоғалған пакеттердің және пакеттердің өту уақыты туралы хабарлайды.Бұл мәліметтер бойынша желідегі байланыстың сапасын білуге болады.

IP адрестің жазылу формасы.

IP адрес 4 байттық (32 бит)ұзындықты қамтиды және екі логикалық бөліктен тұрады- желі номері және желідегі түйін номері.

IP адрестің көп қолданылатын формасы жазу болып табылады. 4 сан түрінде, әр бір байттың мағынасы ондық формада және айырым нүктелері, мысалы:

128.10.2.30.

Дәл осы адрес екілік формада берілуі мүмкін:

10000000 00001010 00000010 00011110

Сол сияқты он алтылық формада:

80.0А.02.1D.

Желі номері немесе түйін номері арасындағы арнайы шектеулі белгі адресі жазуы байқалмайды.

Екінші қадам, желі номері және түйін номері арасында максималды жұмсақ шекті арнайтын масканы қолданатын қадам негізінде құрылған. Бұл жағдайда маска - IP адрестегі парда қолданылатын сан.

4. IP адрестің кластары.

IP адрестің традициалық схемаға бөлінеді.Ол желі номері және түйін номері. Кластар түсінігі бойынша. Адрестердің алғашқы бірнеше биттерінің мағынасымен анықталады. Өйткені адрестің бірінші байты 185.23.44.206 128-191 диапазонына түседі. Біз бұл адресті В класына қатысты деп айта аламыз, сонда желілердің номері IP адрестің алғашқы екі байты болып табылады. Олар екілік нольді байтпен-185.23.0.0 толықтырылады, ал түйін номері-екі кіші байт, алғашқы екі нольдік – 0.0.44.206 батпен толықтырылады.

IP адрестің класқа жатуы адрестердің бірінші битінің мағынасымен анықталады. 12.1-суретте IP адрестің әр түрлі кластары көрсетілген.

12.1-сурет. IP адрестің құрылымы.

Егер адрес 0-ден басталса онда бұл адрес А класына қатысты болады.

1(00000001) ден 126 (0111110)-ге дейінгі диапазонды қамтитын желілер А класының желісі аз, бірақ түйіндер саны 16 777 216 жетеді.

Егер алғашқы екі бит 10-ға тең болса, онда адрес В класқа қатысты болады. В кластарының адрестерінде желі нөмері астында және түйін нөмері астында екі байттан алынады. 128.0(10000000000000) ден 191.255(1011111111111111) ге дейінгі диапазон нөиерін қамтитын желілер В класының желісі деп аталады. Сондықтан В кластар желісі, А кластар желісіне қарағанда көп. Бірақ пішім саны 2¹⁶(65536)-ны құрайды.

Егер адрес 110 биттен басталса, онда бұл адрес С класының адресі. Бұл жағдай желі нөмері 24 бит, ал түйін нөмері 8 бит болады.

12.1-кестесінде желінің әр бір класына сәйкес желі нөмері және түйіннің максималды саны келтірілген.

Желінің көбін А класы алады, орташа В класы, ал ең көбін-С классы алады.

Ерекше IP-адрестер.

IP хаттамасында IP адрестердің нағыз интерпретациясының бірнеше келісімдері қызмет етеді.

• 
  Егер IP адрес екілік нольден ғана тұрса, онда ол түйін адресін білдіреді.
  
• 
  Егер желі нөмірінде тек нөлднр тұрса, онда бұл түйін сол желіге жататынын біліреді.
  
• 
  Егер барлық IP-адрестер 1-ге тең болса, онда осындай адреспен пакеттер барлық түйіндер жіберілуі тиіс. Онда мұндай жіберілім кең хабарлама деп аталады.
  

Желінің қарапайым жұмысы үшін компьютер және маршрутизатордың әр бір желілік интерфейсі үшін IP-адрес тағайындалуы тиіс. IP-адрестің тағайындалуы қолдан жасалуы мүмкін. Dynamic Host Configuration Protocol(DHCP) хаттамасы IP-адрестің тағайындалуы процесін автоматтандыра отырып ұйымдастырушыны бұл мәселеден босатады.