Міжрівневі взаємодії відбуваються при передачі даних по мережі - це процес відправлення повідомлень з одного місця в інше. Стек протоколів описує в термінах моделі OSI елементи, необхідні для доставки повідомлень за їх призначенням. Процес передачі досить складний, оскільки додатки, що генерують повідомлення, висувають різні вимоги. Деякі сеанси обміну повідомленнями складаються з коротких запитів і відповідей, які мають бути прийняті і відправлені якнайшвидше і з мінімальною витратою ресурсів. Інші мережні транзакції, містять у собі передачу великої кількості даних, які мають бути доставлені приймачу у початковому стані, без зміни значення навіть хоча б одного біта. Розглядаючи процес передачі голосу або зображення, що складається з великої кількості даних і може знехтувати втратою невеликого числа пакетів, але при цьому дані мають бути доставлені одержувачу в строго визначений проміжок часу.

Мережні процеси включають в себе певну кількість перетворень, які, у кінцевому випадку, перетворюють API-виклики, що генеруються доданками, в електричні або світлові імпульси, які передаються за допомогою мережного середовища. Після передачі даних, мережні протоколи перевіряють той факт, що дані досягли адресата в задані часові терміни.

Кожен рівень еталонної моделі надає послуги рівням, розташованим безпосередньо нижче і вище його в стеці. Вихідний трафік проходить зверху вниз через весь стек до фізичного середовища передачі, доповнюючись службовою інформацією, яка необхідна для здійснення передачі даних. Службова інформація являє собою заголовки та іноді хвости які обрамляють дані, отримані з вищого рівня. Такий спосіб представлення інформації називається інкапсуляцією даних (data encapsulation). Заголовки та закінчення складені з окремих полів, що містять службові дані, які використовуються для доставки пакетів за їх призначенням.

У процесі типової передачі даних по мережі працюючий на Прикладному рівні протокол (який має функції Представницького і Сеансового рівнів), формує повідомлення, що передається вниз протоколу Транспортного рівня. Протокол Транспортного рівня має свою власну структуру пакетів, що називається протокольним блоком даних (PDU, protocol data unit), яка містить спеціальні поля заголовку і поле даних, яке несе на собі корисне навантаження (інформацію користувача). У даному випадку корисним навантаженням є дані, отримані від протоколу Прикладного рівня. Вміщуючи інформацію у свій власний PDU, Транспортний рівень інкапсулює дані Прикладного рівня, і передає їх на рівень нижче.

Протокол Мережного рівня одержує PDU від Транспортного рівня та інкапсулює його всередині власного PDU, додаючи заголовок і використовуючи PDU Транспортного рівня в якості корисних даних. Даний процес повторюється, коли Мережний рівень передає свій PDU протоколу Канального рівня, що додає до нього свій заголовок і хвіст. На Канальному рівні інформація всередині кадру розглядається тільки як корисні дані. Після інкапсуляції, протоколом Канального рівня пакет передається на Фізичний рівень, де перетворюється в сигнал, що відповідає мережному середовищу передачі даних.

Таким чином, пакет, переданий по мережі, складається з первісних даних Прикладного рівня і декількох заголовків, що додаються протоколами рівнів, які даний пакет проходить.

2. Характеристика та призначення протоколу ARP

Протокол ARP описаний в документі RFC 826. Необхідність протоколу ARP обумовлена тим, що ІР-адреси пристроїв в мережі призначаються незалежно від їх фізичних адрес. Але мережні пристрої можуть взаємодіяти тільки через фізичні адреси. Тому для доставлення повідомлень по мережі необхідно визначити відповідність між фізичною адресою пристрою та його ІР-адресою, це називається визначенням адрес. Визначення адрес може виконуватись двома способами: за допомогою прямого відображення і за допомогою динамічного зв'язування. Протокол ARP використовує динамічне зв'язування.

Функціонально протокол ARP складається з двох частин. Одна частина визначає фізичні адреси при відправленні дейтаграм, друга відповідає на запити від інших пристроїв в мережі. Протокол ARP передбачає, що кожний пристрій у мережі знає як свою ІР-адресу, так і свою фізичну адресу.

Для того, щоб зменшити кількість ARP-запитів, кожний пристрій у мережі, що використовує протокол ARP, має спеціальну буферну пам'ять, де зберігаються пари (ІР-адреса - фізична адреса) адрес пристроїв. Кожен раз, як пристрій отримує ARP-відповідь, він зберігає в цій пам'яті відповідну пару адрес, яка може бути використана в майбутньому. Ця пам'ять називається ARP-таблицею.

В ARP-таблиці можуть зберігатися, як статичні, так і динамічні записи. Останні додаються та видаляються автоматично. Статичні записи додаються користувачем. Крім цих записів, ARP-таблиця завжди містить запис з фізичною широкомовною адресою (%FFFFFFFFFFFF), який дозволяє приймати широкомовні ARP-запити.

Кожний запис в таблиці має свій час життя. Після того, як запис було додано в таблицю йому привласнюється таймер. Якщо запис не використовується перші дві хвилини, він видаляється. Якщо використовується, то час життя становить 10 хвилин. В деяких реалізаціях протоколу ARP новий таймер встановлюється після кожного використання ARP-запису.

Повідомлення протоколу ARP при передачі по мережі поміщаються в поле даних кадру. Вони не містять ІР-заголовку. Протокол ARP був розроблений таким чином, щоб його можна було використовувати для визначення адрес в різних мережах, його можна використовувати з довільними фізичними адресами і мережними протоколами.

Існує протокол з протилежною діє - пошуку ІР-адреси за відомою фізичною адресою мережного адаптеру. Даний протокол застосовується для старту бездискових станцій.

Визначення фізичної адреси локального вузла

ARP-запит формується кожен раз коли якомусь вузлу необхідно передати дані на інший вузол в мережі.

Визначення локальної фізичної адреси виконується слідуючим чином:

1. Вузлу відправнику відома ІР-адреса вузла одержувача. Спочатку він виконує пошук відповідної пари адрес у власній ARP-таблиці. Якщо знайдено відповідність, починаються дії по встановленню з'єднання.

2. Якщо відповідності не знайдено, протокол ARP формує широкомовний запит в якому зазначає власні ІР-, МАС-адреси та ІР-адресу, для якої необхідно визначити фізичну адресу і розсилає запит широкомовно.

3. Кожен вузол в локальній мережі отримує даний запит і порівнює зазначену там ІР-адресу із власною, якщо вони не співпадають, то запит ігнорується.

4. Якщо-вузол, який прийняв ARP-запит визначає, що вказана ІР-адреса співпадає з його власною, він формує ARP-відповідь, в якій вказує власну фізичну адресу і відправляє вузлу, котрий формував початковий ARP-запит, тому, що апаратна адреса в даному випадку буде вже відома.

5. Коли вузол, який формував ARP-запит отримує відповідь, то почитаються дії по встановленню з'єднання.

Визначення фізичної адреси віддаленого вузла

Якщо одержувач знаходиться в іншій мережі, то широкомовний ARP-запит використовується для пошуку маршрутизатора, який може пересилати пакети в іншу мережу.

Визначення віддаленої фізичної адреси виконується слідуючим чином:

1. На початку процедури з'єднанні з'ясовується, що ІР-адреса вузла-одержувача належить віддаленій мережі. Вузол-відправник шукає в локальній таблиці маршрутизації шлях до вузла-одержувача, або його мережі. Якщо шлях не знайдено, вузол-відправник шукає ІР-адресу шлюзу за замовчуванням. Потім він шукає в ARP-таблиці відповідну їй фізичну адресу мережного адаптеру маршрутизатора.

2. Якщо фізична адреса в ARP-таблиці відсутня, то використовується широкомовний ARP-запит для визначення фізичної адреси шлюзу. Після визначення фізичної адреси вузол-відправник адресує пакет на маршрутизатор для доставки його в мережу вузла-одержувача і далі вузлу-одержувачу.

3. Маршрутизатор в свою чергу з'ясовує, чи є ІР-адреса вузла-одержувача локальною або віддаленою. Якщо вона локальна, то виконується пошук фізичної адреси вузла-одержувача. Якщо ІР-адреса віддалена, то з'ясовується шлюз до наступної мережі і потім використовуючи протокол ARP визначається фізична адреса мережного адаптеру шлюзу. Пакет переправляється наступному одержувачу і так далі поки він не прийде на вузол-одержувач.

4. Коли пакет досягає вузла-одержувача і буде ним оброблений, то всі вихідні пакети, що є відповідями на вхідні, на всьому шляху пересування по мережі будуть оброблятися так само.

Практичні завдання:

1. Наведено фрагмент комп'ютерної мережі. A, B, C, D, E - комунікаційні пристрої (концентратори - Hub або комутатори - Switch). Кожен з них має 4 порти, адреса порта складається із імені пристрою і номеру порта, наприклад, порт №3 комунікаційного пристрою С матиме адресу С3. К1-К9 - комп'ютери, які передають та приймають інформаційні кадри. В таблиці 5 вказано типи комунікаційних пристроїв та номер комп'ютера, що передає дані. Визначити:

a) на яких портах з'явиться повідомлення активного комп'ютера;

b) які комп'ютери можуть передавати дані одночасно з даним комп'ютером без виникнення колізій;

c) дати відповіді на пункти а), б) при умові що всі комунікаційні пристрої є концентраторами;

d) дати відповіді на пункти а), б) при умові що всі комунікаційні пристрої є комутаторами;

Згідно варіанту комунікаційні пристрої матимуть такий порядок:

- (А- Hub);

- (B-Switch);

- (С-Hub);

- (D-Hub);

- (E-Hub);)

а.) повідомлення з'явиться на А1, А2, А3.

b.) Дані без виникнення колізій, будуть передаватись на такі комп'ютери К4, К5, К8, К9, К2, К3, К6, К7.

c.) при умові що всі комунікаційні пристрої є комутаторами то всі комп'ютери можуть передавати дані одночасно.

d.) в цьому жоден із комп'ютерів не зможе передавати дані.

Список використаної літератури:

"Практический курс информатики". Руденко В.Д., Макарчик О.М., Пагланжоглу М.О. Киев: Феникс, 1997.

"Персональный компьютер. Учебный курс". Степаненко О.С. Москва: Издательский дом "Вильямс", 1999.

Конспект лекцій з комп'ютерних мереж.