Лекция 6. Обзор стека TCP/IP

• Лекция посвящена телекоммуникационным системам и сетевому стеку TCP/IP.  

• Обзор архитектуры стека, истории его появления и административного управления.  

• Обсуждение потока данных, адресов и типов рассылок на сетевом уровне.  

• TCP/IP - иерархический стек сетевых протоколов.  

• Отличается от OSI и классического TCP/IP отсутствием уровня протокола.  

• Платформа независимость и открытость, хорошая степень абстракции от канального уровня.  

• История TCP/IP связана с проектом ARPANET, начатым в 1960-х годах.  

• ARPANET был создан для создания устойчивой сети управления, устойчивой к потерям связи.  

• В 1983 году TCP/IP был включен в Berkeley UNIX, что привело к распространению сети между университетами.  

• TCP/IP имеет четыре уровня, но физический и канальный уровни не регламентируются.  

• Механизм инкапсуляции взаимодействия и стандарты на передачу данных.  

• Не строгий порядок инкапсуляции, что позволяет использовать различные протоколы и технологии.  

• Прикладной уровень: символьные потоки, передаваемые через протоколы TCP и UDP.  

• Транспортный уровень: TCP обеспечивает надежную доставку данных, UDP - дейтаграммный протокол без гарантий доставки.  

• Разнообразие протоколов на прикладном и транспортном уровнях, включая IP и другие протоколы.  

• TCP/IP появился благодаря компании Google.  

• Он используется для построения DTP и TTP.  

• Регламентируется RFC, который описывает, как должен работать протокол.  

• RFC описывает, как должен работать конкретный протокол.  

• Координирует работу RFC IETF.  

• Документы доступны на английском языке и структурированы.  

• Адресация на прикладном уровне включает DNS, IPv4 и IPv6.  

• DNS используется для удобства подключения к сервисам.  

• В некоторых случаях, например, при виртуальном хостинге, нужно знать доменное имя.  

• Номера портов используются для идентификации процессов на хосте.  

• Процесс занимает определенный порт и использует его для связи.  

• Порты являются адресами приложений на хосте.  

• Сетевой уровень включает IPv4 и IPv6.  

• MAC-адреса используются для идентификации устройств в сети.  

• Существуют особые MAC-адреса для Bluetooth и Multicast.  

• URL включает протокол, имя пользователя, пароль, доменное имя или IP-адрес, порт и путь.  

• URL используется для доступа к ресурсам в интернете.  

• Соединение TCP/IP устанавливается через метод тройного рукопожатия.  

• Веб-сервер и браузер используют разные порты для связи.  

• Пакеты инкапсулируются в IP-пакеты и передаются по сети.  

• Пример с виртуальными машинами Linux показывает, как устанавливаются соединения.  

• Запускаются два Linux-сервера и проверяется, как они взаимодействуют.  

• На CentOS запущены две сетевые службы: SSH и почтовый сервер.  

• SSH слушает два сокета: один для IPv4 и один для IPv6.  

• Внешний IP-адрес не определен, что означает, что служба слушает все IP-адреса.  

• Проверка IP-адреса абонента: 10.0.2.15.  

• Соединение установлено, но внешний IP-адрес клиента не определен.  

• SSH-клиент создает копию сокета, уточняя локальный и внешний IP-адреса.  

• Сокет в состоянии "established" указывает на установленное соединение.  

• Сервер знает IP-адрес клиента и порт.  

• Клиент получает IP-адрес и порт сервера.  

• Подключение с разных портов создает зеркальные соединения.  

• Локальный и внешний IP-адреса меняются местами.  

• Сокеты в состоянии "established" показывают зеркальные соединения.  

• Четыре типа рассылок:unicast, multicast, broadcast и unicast.  

• Unicast: один к одному, multicast: группа хостов, broadcast: всем.  

• Unicast использует специальные адреса, multicast и broadcast используют специальные MAC-адреса.  

• Мультикаст позволяет организовать рассылку на групповые адреса.  

• Пример из мира IPv4: групповой адрес соответствует группе хостов в локальной сети.  

• Пакет с юникаст адреса отправляется на мультикаст адрес, и роутер дублирует его только на хосты в группе.  

• Мультикаст экономит ресурсы, так как используется одно соединение вместо множества уникальных.  

• Один пакет отправляется на коммутатор или маршрутизатор, который копирует его на все хосты в группе.  

• Это увеличивает скорость вещания и снижает нагрузку на сетевое оборудование.  

• IPv4-адрес состоит из четырех байтов, разделенных точками.  

• Адрес делится на две части: адрес сети и адрес узла.  

• Адрес сети используется для доставки пакета до целевой локалки, а адрес узла — для доставки на целевой хост.  

• Классовая адресация определяет класс адреса по первым битам первого байта.  

• Безклассовая адресация использует маски для разделения адреса на сетевую и узловую части.  

• Маска состоит из двоичных единиц для сетевой части и нулей для узловой части.  

• Существует пять классов IP-адресов: A, B, C, D, E.  

• Первые три класса используются для адресации хостов.  

• Класс A имеет маску 255.0.0.0, класс C делится на адрес сети и адрес узла.  

• Класс D используется для мультикаста, класс E зарезервирован для будущих нужд.  

• Маски IP-адресов могут быть сокращены до количества двоичных единиц.  

• Маски с перемешанными единицами и нулями не используются из-за сложности.  

• Маски помогают структурировать адресное пространство.  

• Вложенные сети создаются путем уменьшения маски на один бит.  

• Вложенные сети не должны пересекаться с другими локальными сетями.  

• Важно избегать конфликтов адресов при использовании вложенных сетей.  

• Маска помогает определить границы IP-сети.  

• Маска используется для проверки корректности конфигурации шлюза.  

• Маска необходима для формирования адресов для многоадресной рассылки.  

• Универсальные адреса начинаются с двоичных нулей.  

• Неопределенные адреса состоят из двоичных нулей.  

• Адрес 127.0.0.1 используется для обращения к самому себе.  

• В IP-версии 6 такой адрес один, что усложняет его использование.  

• Специальные адреса, такие как 192.88.99.0, используются для настройки сетевых интерфейсов.  

• В английской Википедии есть отдельная статья о специальных адресах.  

• В IPv4 есть серые адреса, которые не маршрутизируются в интернете.  

• Wildcard Masks используются для фильтрации адресов в файерволах.  

• Они позволяют создавать компактные правила фильтрации.  

• Пример использования: блокировка всех нечетных IP-адресов из сети.  

• IPv6 адреса состоят из 128 бит и записываются в шестнадцатеричной форме.  

• Можно сократить ведущие нули и последовательности единиц и нулей.  

• Префиксы переменной длины используются для IPv6 адресов.  

• В IPv6 есть юникаст, эникаст и мультикаст адреса.  

• Браткаст адреса отсутствуют, так как они ограничивают масштабируемость сети.  

• Глобальные юникаст адреса начинаются с 2 или 3, а линклокальные адреса есть у каждого IPv6 узла.  

• Глобальные юникаст адреса начинаются с 2 или 3 и включают префикс глобальной маршрутизации.  

• Префикс глобальной маршрутизации состоит из идентификатора региона и идентификатора интерфейса.  

• Организации, занимающиеся перераспределением IP-адресов и DNS.  

• Глобальный уникальный адрес, ID региона, ID провайдера, ID субнета и ID хоста.  

• В IPv6 постфикс генерируется из MAC-адреса, что вызывает вопросы безопасности.  

• Локальные сети используют серые IP-адреса.  

• Идея раздачи серых IP-адресов за деньги возникла из-за проблем с маршрутизацией в IPv4.  

• В IPv6 проблема пересечения серых IP-адресов менее остра благодаря мультикасту.  

• Мультикаст в IPv6 позволяет отправлять сообщения только нужным хостам.  

• В IPv4 для этого нужны дополнительные меры, такие как динамическое изменение IP-адресов.  

• В IPv6 можно иметь несколько IP-адресов на одном интерфейсе, что упрощает управление.  

• В IPv6 используются специальные служебные диапазоны адресов.  

• IPv6 не поддерживает подкасты, что отличается от IPv4.  

• Лекция завершается обсуждением протоколов и их особенностей, а также готовности отвечать на вопросы.