Сетевые службы с установлением соединения и без.

Большинство сетевых служб модели OSI используют системы доставки без установления соединения (протокол UDP), как это показано на рис. 38 Они работают с каждым пакетом в отдельности и пересылают их в нужном направлении через сеть. Пакеты могут быть переданы по сетевым маршрутам и будут собраны вместе в сообщение только тогда, когда достигнут своего пункта назначения. В системах без установления соединения перед отправкой пакета контакт с получателем не происходит.

Хорошей аналогией систем без установления соединения может быть традиционная почтовая служба. Никто не связывается с получателем, перед тем как отправить ему письмо. Оно отправляется по некоторому маршруту, и получатель узнает о нем только в тот момент, когда получает письмо.

Сетевые службы без установления соединения часто называют процессами с коммутацией пакетов. В таких процессах пакеты могут проходить разными маршрутами от отправителя к получателю, а также (что вполне вероятно) прибывать в пункт назначения в другом порядке. Устройства выбирают маршрут для каждого пакета на основе различных критериев. Некоторые критерии (как, например, доступная полоса пропускания) могут быть разными для различных пакетов.

Сеть Internet ‑ огромная объединенная сеть без установления соединения, в которой за доставку всех пакетов отвечает протокол IP. Протокол TCP (четвертый уровень модели) использует службы с установлением соединений поверх протокола IP (третьего уровня). Сегменты TCP инкапсулируются в IP-пакеты для передачи через сеть Internet.

Рис. 38. Система доставки без установления соединения для сетевых служб

Протокол IP является системой без установления соединений: каждый пакет в ней обрабатывается отдельно. Например, при использовании FTP-клиента для передачи файлов протокол IP не посылает данные единым неразрывным потоком; он работает с каждым пакетом отдельно. Каждый пакет может пойти своим маршрутом; некоторые из них даже могут быть утеряны. Протокол IP полагается на протоколы транспортного уровня, чтобы определить, был ли доставлен пакет, и при необходимости организовать повторную передачу. Транспортный уровень также отвечает за сборку пакетов в сообщение в надлежащей последовательности.

В системах с установлением соединения, как следует из названия, соединение между отправителем и получателем устанавливается до начала передачи данных, как это показано на рис. 39 Примером сети с установлением соединения является телефонная система. Взаимодействие начинается только после того, как будет произведен звонок и установлено соединение. В сетях с установлением соединения вначале организуется соединение с получателем и только после этого начинается фактическая передача данных. Все пакеты передаются последовательно, с использованием одного и того же физического канала или, в самом общем случае, одного виртуального канала.

Рис. 39. Система доставки с установлением соединения для сетевых служб

Структура IP-пакета.

Ранее было рассмотрено, как пакеты или дейтаграммы третьего уровня становятся данными второго уровня и инкапсулируются во фреймы.

Аналогично, как показано на рис. 40, IP-пакеты состоят из данных верхнего уровня и IP-заголовка:

· Версия (Version) - четырехбитовое поле, описывающее используемую версию протокола IP. Все устройства обязаны использовать протокол IP одной версии; устройство, использующее другую версию, будет отбрасывать пакеты.

· Длина IP-заголовка (IP Header Length - HLEN) - четырехбитовое поле, описывающее длину заголовка дейтаграммы в 32-битовых блоках. Данное значение - это полная длина заголовка с учетом двух полей переменной длины.

· Тип обслуживания (Type of Service - TOS) - восьмибитовое поле, указывающее на степень важности информации, которая присвоена определенным протоколом верхнего уровня.

· Полная длина (Total Length) - шестнадцатибитовое поле, описывающее полную длину пакета в байтах, включая данные и заголовок. Чтобы вычислить длину блока данных, нужно из полной длины вычесть значение поля HLEN.

· Идентификация (Identification) - шестнадцатибитовое поле, хранящее целое число, описывающее данную дейтаграмму.

 

Это число представляет собой последовательный номер.

· Флаги (Flags) - трехбитовое поле, в котором два младших бита контролируют фрагментацию пакетов. Первый бит определяет, был ли пакет фрагментирован, а второй - является ли этот пакет последним фрагментом в серии фрагментированных пакетов.

· Смещение фрагментации (Fragment Offset) - тринадцатибитовое поле, помогающее собрать вместе фрагменты дейтаграммы. Это поле позволяет использовать 16 битов для поля флагов.

· Время жизни (Time-to-Live - TTL) - восьмибитовое поле, в котором хранится последовательно уменьшающееся значение счетчика, вплоть до нуля. В последнем случае (счетчик равен нулю) дейтаграмма будет отброшена – таким образом предотвращается бесконечная циклическая пересылка пакета. Аналогом этого поля является счетчик узлов в протоколах маршрутизации.

· Протокол (Protocol) - восьмибитовое поле, указывающее, какой протокол верхнего уровня получит пакет, после того как обработка протоколом IP будет закончена. Примерами значений в этом поле являются протоколы TCP и UDP.

· Контрольная сумма заголовка (Header Checksum) - шестнадцатибитовое поле, которое помогает проверить целостность заголовка пакета.

· IP-адрес отправителя (Source IP address) — 32-битовое поле, содержащее IP-адрес узла-отправителя.

· IP-адрес получателя (Destination IP address) - 32-битовое поле, содержащее IP-адрес узла-получателя.

· Опции (Options) - поле переменной длинны, позволяющее протоколу IP реализовать поддержку различных опций, например, средств безопасности.

· Дополнение (Padding) - поле, используемое для вставки дополнительных нулей, чтобы гарантировать кратность IP-заголовка 32 битам.

· Данные (Data) - поле переменной длины (максимум 64 Кбит), содержащее информацию верхних уровней.

 

IP-пакет состоит из данных протокола верхнего уровня и заголовка, который имеет описанную выше структуру. Хотя до сих пор основное внимание уделялось IP-адресам отправителя и получателя, именно другие части IP-заголовка делают его столь гибким и надежным.

Рис. 40. Структура IP-пакета

Информация, хранящаяся в полях заголовка, задает данные пакета и предназначена для протоколов верхних уровней. Информация заголовка - это механизм, реализующий такую независимость.