Изобретение относится к системам связи. Технический результат заключается в усовершенствовании взаимодействия сетей связи. Общий глобальный шлюз (ОГШ) обеспечивает взаимодействие между первой сетью и второй сетью, так что мобильная станция, являющаяся абонентом в первой сети, может попасть во вторую сеть и быть аутентифицирована для использования второй сети. ОГШ получает параметры аутентификации от мобильной станции и определяет, удовлетворяют ли эти параметры аутентификации критериям аутентификации ОГШ. Если да, то ОГШ обращается к первой сети и запоминает информацию аутентификации из первой сети для последующих обращений к первой сети мобильной станцией. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2339188

По данной заявке приоритет испрашивается по дате предварительной заявки на патент США № 60/455909, поданной 18 марта 2003 г.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в общем к системам беспроводной связи, в частности к системам, которые позволяют обеспечить межсетевое взаимодействие между первой сетью и второй сетью.

Уровень техники

Множественный доступ с кодовым разделением каналов (МДКР) (CDMA) является цифровой беспроводной технологией, которая по своей природе имеет относительно большую пропускную способность полосы частот, т.е. которая по своему существу позволяет обслуживать больше телефонных вызовов на полосу частот, нежели другие технологии беспроводной связи. Кроме того, принципы расширенного спектра МДКР по своей природе обеспечивают безопасную связь. Патент США № 4901307, включенный сюда посредством ссылки, излагает подробности системы МДКР, которую можно использовать для передачи как речевых вызовов, так и неречевых компьютерных данных.

Несмотря на преимущества МДКР существуют и иные беспроводные системы, которые используют другие принципы. К примеру, на большей части Земли используется GSM (глобальная система мобильной связи - ГСМС), которая применяет вариант множественного доступа с временным разделением каналов.

Используются ли принципы МДКР или иные принципы, системы беспроводной связи можно представлять как имеющие два основных компонента, а именно - беспроводную сеть радиодоступа (СРД) (RAN) и базовую инфраструктуру, которая осуществляет связь с СРД и с внешними системами, такими как коммутируемая телефонная сеть общего пользования (КТСОП) (PSTN), интернет (в частности - хотя и не исключительно - для передачи данных) и т.п. Эта базовая инфраструктура, связанная с различными беспроводными технологиями, может быть очень дорогостоящей как в терминах аппаратного обеспечения, так и в терминах разработки протоколов связи для поддержания конкретизированного, как правило специфичного для системы переключения, абонирования с сопутствующими аутентификацией и слежением за вызовом, и биллинга. Следовательно, протоколы связи одной беспроводной системы (в случае GSM это протоколы GSM, а в случае МДКР, такой как cdma2000-1x, это протоколы IS-41) могут быть несовместимы с протоколами другой системы без дорогостоящих чрезмерных изменений в базовой инфраструктуре одной или другой системы.

Было бы желательно обеспечить межсетевое взаимодействие между сетью МДКР и сетью GSM, обеспечивая посредством этого использование СРД, основанной на МДКР, с присущими ее преимуществами, и обеспечивая использование базовой инфраструктуры, основанной на GSM, поскольку GSM существует на большей части Земли.

Тем самым двухрежимной мобильной станции может быть предоставлена возможность преимущественно взаимодействовать с базовой инфраструктурой GSM, когда находится, например, в Европе, и использовать инфраструктуру МДКР, когда она находится, например, в Соединенных Штатах.

Раскрытие изобретения

В одном аспекте настоящего изобретения для поддержания связи между первой сетью и второй сетью, чтобы дать возможность мобильной станции (МС) (MS), являющейся абонентом в первой сети, осуществлять связь с помощью второй сети, выполняется общий глобальный шлюз (ОГШ) (GGG), содержащий базу данных, выполненную для хранения идентификатора мобильной станции, и логический блок, выполненный для исполнения программной логики, чтобы получить аутентифицирующую информацию из первой сети на основании идентификатора мобильной станции.

В другом аспекте настоящего изобретения общий глобальный шлюз (ОГШ) содержит средство для хранения идентификации мобильной станции и средство для исполнения программной логики, чтобы получить информацию аутентификации из первой сети на основании идентификации мобильной станции.

В еще одном аспекте настоящего изобретения способ беспроводной связи между первой сетью и второй сетью, чтобы дать возможность мобильной станции (МС) (MS), являющейся абонентом в первой сети, осуществлять связь с помощью второй сети, содержит шаги, в которых запоминают идентификацию мобильной станции, получают информацию аутентификации из первой сети на основании идентификации мобильной станции, запоминают информацию аутентификации из первой сети в общем глобальном шлюзе (ОГШ) и используют запомненную информацию аутентификации из первой сети для аутентификации мобильной станции.

В еще одном аспекте настоящего изобретения машиночитаемый носитель, содержащий программу команд, исполняемых компьютерной программой для выполнения способа беспроводной связи между первой сетью и второй сетью, чтобы дать возможность мобильной станции (МС) (MS), являющейся абонентом в первой сети, осуществлять связь с помощью второй сети, при этом способ содержит шаги, в которых запоминают идентификацию мобильной станции, получают информацию аутентификации из первой сети на основании идентификации мобильной станции, запоминают информацию аутентификации из первой сети в общем глобальном шлюзе (ОГШ) и используют запомненную информацию аутентификации из первой сети для аутентификации мобильной станции.

Понятно, что другие варианты осуществления настоящего изобретения станут более очевидны для специалистов из нижеследующего подробного описания, в котором различные варианты осуществления изобретения показаны и описаны посредством иллюстраций. Как будет понятно, изобретение допускает иные и отличные варианты осуществления, а некоторые его детали могут модифицироваться в различных иных отношениях, и все это без отхода от сущности и объема настоящего изобретения. Соответственно, чертежи и подробное описание должны рассматриваться как иллюстративные по своей природе, а не ограничивающие.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 показывает блок-схему системы беспроводной связи, содержащей сеть МДКР, сеть GSM, общий глобальный шлюз (ОГШ) и мобильные станции.

Фиг. 2а и 2b показывают блок-схему алгоритма аутентификации и обращения к первой сети в случае роуминга во второй сети в соответствии с вариантом осуществления.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение относится в общем к системам беспроводной связи, а в частности к системам, которые позволяют обеспечить межсетевое взаимодействие между первой сетью и второй сетью. Фиг. 1 показывает первую сеть - сеть 12 МДКР, взаимодействующую со второй сетью - сетью 14 GSM, в соответствии с вариантом осуществления.

Фиг. 1 показывает блок-схему системы 10 беспроводной связи, содержащей сеть 12 МДКР, сеть 14 GSM, общий глобальный шлюз (ОГШ) 16 и мобильные станции 18, 20, 22, 24. Мобильная станция 20 включает в себя модуль 26 идентификации абонента (МИА) (SIM). Мобильная станция 24 МДКР включает в себя МИА 28. МИА 26, 28 являются съемными, соединенными с мобильными станциями 20, 24 соответственно, согласно известным в технике принципам. В варианте осуществления, включающем в себя сеть GSM, ОГШ называется глобальным шлюзом GSM.

ОГШ 16 обеспечивает взаимодействие между сетью 12 МДКР и сетью 14 GSM. ОГШ включает в себя приемопередатчик (не показан), который позволяет ему посылать и принимать сообщения к сети 12 МДКР и сети 14 GSM и от них.

В варианте осуществления сеть МДКР представляет собой сеть ANSI-41. Для специалистов было бы очевидно, что сеть 12 МДКР может быть любой из множества сетей МДКР, включая, но не ограничиваясь ими, cdma200-1x и cdma200-1xEV-DO.

Для специалистов было бы очевидно также, что сеть 14 GSM может быть любой из множества сетей GSM последующих сетей, включая, но не ограничиваясь ими, общие пакетные радиоуслуги (ОПРУ) (GPRS), универсальную мобильную систему связи (УМСС) (UMTS) и широкополосный МДКР (ШМДКР) (W-CDMA).

Далее, для специалистов будет очевидно, что сети 12, 14 не ограничиваются GSM и МДКР. К примеру, сети 12, 14 могли бы быть сетями 802.11, WiMax или интернет-протокола (IP). Сеть 12 МДКР и сеть 14 GSM определены на фиг. 1 для целей иллюстрации. В варианте осуществления, если одна из этих двух сетей 12, 14 является сетью GSM, GGG можно было бы рассматривать как акроним для глобального шлюза GSM (GSM Global Gateway).

Сеть 14 GSM содержит ядро 30 GSM и сеть 32 радиодоступа GSM. Ядро 30 GSM содержит регистр 34 абонентов GSM (РА GSM) (HLR GSM), центр 36 аутентификации GSM (ЦАу GSM) (GSM AuC), центр 38 службы коротких сообщений GSM (ЦСКС GSM) (GSM SMSC) и центр 40 мобильной коммутации шлюза GSM (ЦМКШ GSM) (GSM GMSC). Сеть 12 МДКР содержит регистр 42 абонентов МДКР (РА МДКР) (CDMA HLR), центр 44 аутентификации МДКР (ЦАу МДКР) (CDMA AuC), центр 46 мобильной коммутации МДКР (ЦМК МДКР) (CDMA MSC) и связанную сеть 48 радиодоступа МДКР (СРД МДКР) (CDMA RAN).

В отношении мобильной станции GSM, являющейся абонентом ядра 20 МДКР, ОГШ 16 функционирует как регистр 50 посетителей (РП) (VLR) для сети 14 GSM. В отношении мобильной станции 24 МДКР, являющейся абонентом в ядре 30 GSM, ОГШ 16 функционирует как регистр 52 посетителей (РП) для сети 12 МДКР.

Мобильные станции 18, 20, 22, 24 не обязательно должны быть абонентами в обеих базовых инфраструктурах 12, 14 и могут быть абонентами только в одной из базовых инфраструктур 12, 14.

В отношении как мобильной станции GSM, являющейся абонентом в ядре 30 МДКР, так и мобильной станции МДКР, являющейся абонентом в ядре 24 GSM, ОГШ 16 функционирует как центр 54 службы коротких сообщений (ЦСКС) (SMSC). Для специалистов было бы очевидно, что ОГШ 16 может включать в себя ЦСКС 54 или связываться с ним.

В варианте осуществления ОГШ 16 включает в себя сервисный центр, который посылает и принимает сообщения IP. Для специалистов было бы ясно, что ОГШ 16 может включать в себя любой известный в уровне техники сервисный центр, чтобы посылать и принимать сообщения в протоколе этого сервисного центра. В варианте осуществления посредством ОГШ 16 может быть послано и принято сообщение, при этом сообщения доставляют услуги, которые обеспечиваются первой сетью и которые могут не обеспечиваться второй сетью.

Мобильные станции 18, 20 поддерживают протокол сигнализации GSM, процедуру аутентификации GSM и службу коротких сообщений GSM. Аналогично, мобильные станции 22, 24 поддерживают протокол сигнализации МДКР, процедуру аутентификации МДКР и службу коротких сообщений МДКР.

В процессе регистрации мобильной станции МДКР, являющейся абонентом ядра 24 GSM, ОГШ действует как контроллер аутентификации в сети МДКР, но аутентифицирует мобильную станцию 24 с помощью механизма аутентификации GSM. Аналогично, в процессе регистрации мобильной станции GSM, являющейся абонентом ядра 20 МДКР, ОГШ действует как контроллер аутентификации в сети GSM, но аутентифицирует мобильную станцию 20 с помощью механизма аутентификации МДКР.

ОГШ действует как центр сообщений через центр 54 службы коротких сообщений. В сети МДКР сообщения СКС направляются к мобильной станции 24 и от нее с помощью механизма СКС МДКР. Аналогично, в сети GSM сообщения СКС маршрутизируются к мобильной станции 20 или от нее с помощью механизма СКС МДКР.

ОГШ 16 принимает сообщение местоположения от мобильных станций 20, 24. ОГШ использует идентификатор в сообщении местоположения, чтобы получить информацию аутентификации и знать, какой РА/ЦАу нуждается в запрашивании.

Поступающий вызов к зарегистрированному абоненту 24 GSM прибывает к ЦМК 40 шлюза GSM (ЦМКШ GSM) в домашней сети 14 GSM абонента. ЦМКШ 40 запрашивает РП 50 GSM определить местоположение абонента 24, который находится в сети 12 МДКР. Это местоположение абонента 24 с позиции РП 50 GSM находится в ОГШ 16, который представляется РМП GSM. Когда РП 50 GSM запрашивает маршрутизирующую информацию от ОГШ 16, ОГШ 16 запрашивает маршрутизирующую информацию от обслуживающего РП 52 МДКР, и тем самым вызов маршрутизируется к ЦМК 46 МДКР.

Аналогично, поступающий вызов к зарегистрированному абоненту 20 МДКР прибывает к ЦМК 46 МДКР в домашней сети 12 МДКР абонента. ЦМК 46 МДКР запрашивает РП 52 МДКР определить местоположение абонента 20, который находится в сети 14 GSM. Это местоположение абонента 20 МДКР с позиции РП 52 МДКР находится в ОГШ 16, который представляется РМП МДКР. Когда РП 52 МДКР запрашивает маршрутизирующую информацию от ОГШ 16, ОГШ 16 запрашивает маршрутизирующую информацию от обслуживающего РП 50 GSM, и тем самым вызов маршрутизируется к ЦМКШ 40 GSM.

Основанные на МДКР мобильные станции 22, 24 осуществляют связь с центром 46 мобильной коммутации (ЦМК) МДКР с помощью сети 48 радиодоступа (СРД) МДКР в соответствии с известными в технике принципами МДКР. В варианте осуществления ЦМК 46 МДКР представляет собой ЦМК IS-41.

Аналогично, основанные на GSM мобильные станции 18, 20 осуществляют связь с центром 40 мобильной коммутации GSM (ЦМК GSM) с помощью СРД 32 GSM в соответствии с известными в технике принципами GSM.

В соответствии с известными в технике принципами МДКР, СРД 48 МДКР включает в себя базовые станции и контроллеры базовых станций. В варианте осуществления показанная на фиг. 1 СРД 48 МДКР использует cdma2000 и в частности использует cdma2000 1x, cdma2000 3x или принципы высокоскоростной передачи данных (ВПД) (HDR) cdma2000.

В соответствии с известными в технике принципами GSM, СРД 32 GSM включает в себя базовые станции и контроллеры базовых станций. В варианте осуществления СРД 32 GSM использует либо GSM, GPRS, EDGE, UMTS, либо принципы ШМДКР.

Базовая инфраструктура МДКР, содержащая ЦМК 46 МДКР и СДР 48 МДКР, может включать в себя или может обращаться к центру 44 аутентификации МДКР (ЦАу МДКР) и регистру 42 абонентов МДКР (РА МДКР) в соответствии с известными в технике принципами МДКР, чтобы аутентифицировать абонентскую мобильную станцию 22 и собрать финансовую и биллинговую информацию, как требуется конкретной базовой инфраструктурой МДКР.

Аналогично, ядро 30 GSM может включать в себя или обращаться к центру 36 аутентификации GSM (ЦАу GSM) и регистру 34 абонентов (РА GSM) в соответствии с известными в технике принципами GSM, чтобы аутентифицировать абонентскую мобильную станцию 22 и собрать финансовую и биллинговую информацию, как требуется конкретной базовой инфраструктурой GSM.

СКС 46 МДКР использует ОГШ 16 для связи с сетью 14 GSM. Сеть 14 GSM может включать в себя или обращаться к центру 36 аутентификации GSM и регистру 34 абонентов (РА GSM) в соответствии с известными в технике принципами GSM, чтобы аутентифицировать абонентскую мобильную станцию 24 и собрать финансовую и биллинговую информацию, как требуется конкретной базовой инфраструктурой GSM.

Аналогично, ЦСКС 40 GSM использует ОГШ 16 для связи с сетью 12 МДКР. Сеть 12 МДКР может включать в себя или обращаться к центру 44 аутентификации МДКР и регистру 42 абонентов (РА) в соответствии с известными в технике принципами МДКР, чтобы аутентифицировать абонентскую мобильную станцию 20 и собрать финансовую и биллинговую информацию, как требуется конкретной сетью 12 МДКР.

Как ядро 30 GSM, так и базовая инфраструктура МДКР могут осуществлять связь с сетью, такой как коммутируемая телефонная сеть общего пользования (КТСОП) (PSTN) и (или) сеть интернет-протокола (IP).

В отношении мобильной станции 24 МДКР, являющейся абонентом в ядре 30 GSM, ОГШ 16 функционирует как РП 50 для сети 14 GSM. ОГШ 16 отвечает требованиям протокола GSM для РП 50. ОГШ 16 взаимодействует с сетевыми элементами ядра GSM, такими как РА 34 GSM и ЦСКС 38 GSM согласно спецификациям GSM за исключением того, что ОГШ 16 маршрутизирует поступающие вызовы в сеть 12 МДКР. РП 50 GSM также выполняет обновление местоположений с сетью 14 GSM, когда мобильная станция регистрируется в сети 12 МДКР. В этом смысле ОГШ 16 действует как РП для всей сети 12 МДКР.

В отношении мобильной станции 20 GSM, являющейся абонентом в сети 12 МДКР, ОГШ 16 функционирует как РП 52 для сети 12 МДКР. ОГШ 16 отвечает требованиям протокола МДКР для РП 52. ОГШ 16 взаимодействует с сетевыми элементами ядра МДКР, такими как РА 42 МДКР и ЦКС 46 МДКР согласно спецификациям МДКР за исключением того, что ОГШ 16 маршрутизирует поступающие вызовы в сеть 12 МДКР. РП 52 МДКР также выполняет обновление местоположений с сетью 12 МДКР, когда мобильная станция регистрируется в сети 14 GSM. В этом смысле ОГШ 16 действует как РП для всей сети 14 GSM.

Когда мобильная станция, которая находится в сети 12 МДКР, вызывается из сети 14 GSM, этот вызов маршрутизируется к РП 52 МДКР в ОГШ 16 по стандартным спецификациям. ОГШ 16 маршрутизирует вызов в сеть 12 МДКР. Сеть 12 МДКР окончательно маршрутизирует вызов в ЦКС 46 МДКР, обслуживающий мобильную станцию. Аналогично, если СКС маршрутизируется в сеть 12 МДКР из сети 14 GSM, ОГШ 16 маршрутизирует это сообщение в центр сообщений (не показано) в сети 12 МДКР.

Когда мобильная станция, которая находится в сети 14 GSM, вызывается из сети 12 МДКР, этот вызов маршрутизируется к РП 50 GSM в ОГШ 16 по стандартным спецификациям. ОГШ 16 маршрутизирует вызов в сеть 14 GSM. Сеть 14 GSM окончательно маршрутизирует вызов в ЦСКС 40 GSM, обслуживающий мобильную станцию. Аналогично, если СКС маршрутизируется в сеть 14 GSM из сети 12 МДКР, ОГШ 16 маршрутизирует это сообщение в ЦСКС GSM в сети 14 GSM.

Когда мобильная станция регистрируется в сети 12 МДКР, сеть 12 МДКР посылает указание обновления местоположения в сеть 14 GSM. РП 50 GSM затем выполняет обновление как по стандартным спецификациям с базовой сетью 14 GSM.

Когда мобильная станция регистрируется в сети 14 GSM, сеть 14 GSM посылает указание обновления местоположения в сеть 12 МДКР. РП 52 МДКР затем выполняет обновление как по стандартным спецификациям с сетью 12 МДКР.

В отношении мобильной станции 24 МДКР, которая является абонентом ядра 30 GSM, ОГШ 16 действует как РП 52 в сети 12 МДКР. РП 52 МДКР должен отвечать требованиям протокола РП для роуминга GSM в МДКР. Важной частью информации о том, что поддерживает РП 52, является адрес ЦКС 46 МДКР, обслуживающего мобильную станцию 24. Когда РП 50 GSM в ОГШ 16 маршрутизирует вызов на сторону 12 МДКР, РП 52 МДКР будет далее маршрутизировать его к обслуживающему ЦКС 46.

В отношении мобильной станции 20 GSM, которая является абонентом сети 12 МДКР, ОГШ 16 действует как РП 50 в сети 14 GSM. РП 50 GSM должен отвечать требованиям протокола РП для роуминга МДКР в GSM. Важной частью информации о том, что поддерживает РП 50, является адрес ЦСКС 40 GSM, обслуживающего мобильную станцию 20. Когда РП 52 МДКР в ОГШ 16 маршрутизирует вызов на сторону 14 GSM, РП 50 GSM будет далее маршрутизировать его к обслуживающему ЦКС 40.

ОГШ действует как центр аутентификации (ЦАу) в сети МДКР для абонентов 24 GSM. ЦАу 44 в сети 12 МДКР отвечает за аутентификацию мобильной станции и разрешает/запрещает доступ к сетевым ресурсам. Функция ЦАу в ОГШ заключается не в вызове ключа А, предоставляемого в ОГШ или МС. Вместо этого ОГШ использует удостоверения аутентификации GSM и способ аутентификации GSM посредством сигнализации GSM для аутентификации мобильной станции 24. ОГШ реагирует на достоверные сообщения, которые могут быть получены ЦАу 44 МДКР.

ОГШ действует как центр аутентификации (ЦАу) в сети GSM для абонентов 20 МДКР. ЦАу 36 в сети 14 GSM отвечает за аутентификацию мобильной станции и разрешает/запрещает доступ к сетевым ресурсам. Функция ЦАу в ОГШ заключается не в вызове ключа А, предоставляемого в ОГШ или МС. Вместо этого ОГШ использует удостоверения аутентификации МДКР и способ аутентификации МДКР посредством сигнализации МДКР для аутентификации мобильной станции 20. ОГШ реагирует на достоверные сообщения, которые могут быть получены ЦАу 36 GSM.

ОГШ 16 действует как центр сообщений (ЦС) (МС) в сети 12 МДКР и маршрутизирует сообщения СКС между мобильной станцией 24 МДКР и ЦСКС 40 GSM с помощью механизма СКС GSM.

Аналогично, ОГШ 16 действует как центр сообщений (ЦС) (МС) в сети 14 GSM и маршрутизирует сообщения СКС между мобильной станцией 20 GSM и ЦКС 46 МДКР с помощью механизма СКС МДКР.

МС 24 МДКР должна иметь достоверную идентификацию в сети МДКР. Если эта идентификация отличается от международной идентификации мобильных абонентов (МИМА) (IMSI) (т.е. если сеть МДКР не использует истинной МИМА), тогда ОГШ обеспечивает отображение между идентификацией МДКР и МИМА GSM. Специалистам понятно, что можно использовать известный в технике метод/способ для уникальной идентификации мобильной станции 24.

МС 20 GSM должна иметь достоверную идентификацию в сети GSM. В варианте осуществления эта идентификация является МИМА GSM (т.е. если сеть МДКР не использует истинной МИМА). Если идентификация в сети GSM отличается от идентификации в сети МДКР, тогда ОГШ обеспечивает отображение между идентификацией GSM и идентификацией МДКР. Специалистам понятно, что можно использовать известный в технике метод/способ для уникальной идентификации мобильной станции 20.

В неограничивающем варианте осуществления мобильные станции 18, 20 являются мобильными телефонами, изготовленными компанией Kyocera, Samsung или иным производителем, который использует принципы GSM интерфейсы эфирной связи «по эфиру» (ПЭ) (ОТА) GSM. В неограничивающем варианте осуществления мобильные станции 22, 24 являются мобильными телефонами, изготовленными компанией Kyocera, Samsung или иным производителем, который использует принципы GSM интерфейсы эфирной связи «по эфиру» (ПЭ) (ОТА) GSM. Настоящее изобретение, однако, применимо к другим мобильным станциям, таким как переносные компьютеры, беспроводные трубки или телефоны, приемопередатчики данных или приемники пейджинга и определения местоположения. Мобильные станции могут быть ручными или портативными, например установленными в движущихся экипажах (в том числе легковых и грузовых автомобилях, лодках, самолетах, поездах), как желательно. Однако, хотя устройства беспроводной связи рассматриваются в общем как мобильные, следует понимать, что настоящее изобретение может быть применено к «фиксированным» блокам в некоторых воплощениях. К тому же настоящее изобретение применимо к модулям или модемам данных, используемым для переноса речевой информации и (или) информации данных, в том числе оцифрованной видеоинформации, и может осуществлять связь с другими устройствами с помощью проводных или беспроводных линий. Далее, могут использоваться команды, чтобы заставить модемы или модули работать заранее заданным скоординированным или связанным образом для переноса информации по множеству каналов связи. Устройства беспроводной связи иногда называются также пользовательскими терминалами, мобильными станциями, мобильными блоками, абонентскими блоками, мобильными радиоустройствами или радиотелефонами, беспроводными блоками или просто «пользователями» и «мобильниками» в некоторых системах связи.

Фиг. 2а и 2b показывают блок-схему алгоритма для аутентификации и обращения к первой сети при роуминге во второй сети в соответствии с вариантом осуществления. На шаге 202 мобильная станция 22 (МС) попадает в область МДКР и процесс управления переходит к шагу 204. На шаге 204 мобильная станция 24 инициирует обращение системы регистрации и процесс управления переходит к шагу 206. На шаге 206 мобильная станция посылает сообщение регистрации к ЦКС 46 второй сети через СРД 48 второй сети и процесс управления переходит к шагу 208.

Обращение к системе регистрации представляет собой сообщение к ЦКС 46 через СРД 48, причем сообщение включает в себя идентификацию мобильной станции. В варианте осуществления идентификация мобильной станции может быть обеспечена посредством SIM 28. В варианте осуществления идентификацией мобильной станции 24 является МИМА. В варианте осуществления идентификация мобильной станции 24 представляет собой мобильный идентификационный номер (МИН) (MIN).

На шаге 208 ЦСК 46 определяет на основании идентификации мобильной станции сетевой абонемент, т.е. является ли мобильная станция 24 абонентом второй сети или первой сети. В варианте осуществления, в котором идентификация мобильной станции 24 представляет собой МИМА, ЦКС 46 может выполнить это определение, потому что МИМА среди прочей информации содержит код, представляющий страну и сеть, в которой эта мобильная станция является абонентом. Процесс управления переходит к шагу 210.

На шаге 210 ЦКС 46 второй сети определяет абонент мобильной станции из идентификации мобильной станции. На шаге 210 ЦКС 46 второй сети проверяет, является ли мобильная станция 24 абонентом второй сети. Если мобильная станция 24 является абонентом второй сети, то мобильная станция 22 аутентифицируется с помощью принципов базовой инфраструктуры второй сети, используя РА 42 и ЦАу 44 на шаге 212. Если мобильная станция 24 является абонентом первой сети 14, то ЦКС 46 второй сети посылает идентификацию и местоположение мобильной станции с параметрами аутентификации к ОГШ на шаге 212. Процесс управления переходит к шагу 214.

На шаге 214 делается проверка, чтобы определить, находит ли ОГШ 16 идентификацию мобильной станции в базе данных ОГШ (не показано) и удовлетворяют ли параметры аутентификации критериям аутентификации ОГШ. Если нет, на шаге 216 ОГШ 16 посылает к мобильной станции через ЦКС 46 и СРД 48 второй сети сообщение, указывающее, что мобильная станция не аутентифицируется. Если результат проверки положительный, то на шаге 218 ОГШ 16 посылает идентификацию и местоположение мобильной станции с параметрами аутентификации к ядру первой сети и процесс управления переходит к шагу 220.

ОГШ включает в себя логический блок (не показано) для исполнения программной логики. Специалистам понятно, что логический блок может включать в себя универсальный процессор, специализированный процессор и (или) встроенные программы.

На шаге 220 делается проверка, чтобы определить, находит ли ядро первой сети идентификацию мобильной станции в РП первой сети и что параметры аутентификации отвечают критериям аутентификации первой сети. Если нет, то на шаге 222 ядро первой сети посылает к мобильной станции через ЦКС 46 и СРД 48 второй сети сообщение, указывающее, что мобильная станция не аутентифицируется. Если результат этот проверки положительный, то на шаге 224 ядро первой сети обновляет местоположение мобильной станции и посылает сообщение аутентификации с параметрами аутентификации первой сети к ОГШ 16 и процесс управления переходит к шагу 226.

На шаге 226 ОГШ 16 запоминает параметры аутентификации первой сети для последующих обращений мобильной станцией. Таким образом, может быть не нужно исполнять всю процедуру аутентификации при последующем обращении, что означает, что можно не обращаться к ядру первой сети. Процесс управления переходит к шагу 228.

На шаге 228 ОГШ 16 посылает сообщение аутентификации к ЦКС 46 второй сети и ЦКС 46 посылает сообщение аутентификации к мобильной станции через СРД 48 второй сети. Процесс управления переходит к шагу 230.

Спустя некоторое время на шаге 230 мобильная станция вновь обращается к первой сети и процесс управления переходит к шагу 232.

На шаге 232 делается проверка, чтобы определить, продолжают ли параметры аутентификации отвечать критериям аутентификации ОГШ. Если нет, то на шаге 234 ОГШ 16 посылает сообщение к мобильной станции через ЦКС 46 и СРД 48 второй сети. Если результат проверки положительный, на шаге 236 мобильная станция обращается к первой сети. Процесс управления переходит к шагу 230 для следующего раза, когда мобильная станция обращается к первой сети.

Хотя частное взаимодействие между сетью МДКР и сетью GSM, как показано здесь и подробно описано, полностью способно достигать вышеуказанных целей изобретения, следует понимать, что это предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения и он, таким образом, представляет предмет, который широко подразумевается настоящим изобретением, и что объем настоящего изобретения полностью охватывает другие варианты осуществления, которые могут стать очевидны для специалистов, и что объем настоящего изобретения должен соответственно ограничиваться ничем иным как приложенной формулой изобретения, в которой ссылки на элемент в единственном числе направлены не на то, чтобы подразумевать «один и только один», если только это не указано в явном виде, а на «один или несколько». Все структурные и функциональные эквиваленты для элементов вышеописанного предпочтительного варианта осуществления, которые уже известны или станут известны специалистам, специально включены сюда посредством ссылки и предназначены быть охваченными настоящей формулой изобретения. Кроме того, для устройства или способа не обязательно обращаться к каждой и любой проблеме, которую пытается решить настоящее изобретение, чтобы они были охвачены настоящей формулой изобретения. Далее, никакие элементы, компоненты или шаги способа в настоящем описании не подразумеваются быть общедоступными независимо от того, выражен ли этот элемент, компонент или шаг способа явным образом в формуле изобретения. Никакой элемент формулы изобретения здесь не должен толковаться по условиям шестого абзаца § 112 из 35 USC, если только этот элемент не выражен явно с помощью выражения «средство для» или - в случае пункта формулы изобретения на способ - этот элемент не выражен как «шаг» вместо «действие».

Шаги способа могут меняться местами без отхода от объема изобретения.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Общий глобальный шлюз (ОГШ), выполненный для поддержания связи между первой сетью и второй сетью, чтобы дать возможность мобильной станции (МС), являющейся абонентом в первой сети, осуществлять связь с помощью второй сети, содержащий: базу данных, выполненную для запоминания идентификации мобильной станции; и логический блок, выполненный для исполнения программной логики, чтобы получать информацию аутентификации из первой сети на основании идентификации мобильной станции.

2. ОГШ по п.1, который также содержит регистр местоположения, выполненный для запоминания местоположения мобильной станции, чтобы дать возможность маршрутизировать вызов, поступающий на мобильную станцию из первой сети, в поступающий вызов к мобильной станции через ОГШ.

3. ОГШ по п.1, в котором логический блок также выполнен для определения того, удовлетворяют ли параметры аутентификации из мобильной станции критериям аутентификации ОГШ.

4. ОГШ по п.1, который также содержит сервисный центр, выполненный для отправки и приема сообщений ко второй сети и из нее согласно формату сообщений сервисного центра.

5. ОГШ по п.2, который также содержит второй регистр местоположения, выполненный для запоминания местоположения мобильной станции, чтобы дать возможность маршрутизировать вызов, исходящий из мобильной станции в первую сеть, в исходящий вызов из мобильной станции через ОГШ.

6. ОГШ по п.4, в котором сервисный центр выполнен для отправки и приема сообщений Интернет-протокола (IP) во вторую сеть и из нее.

7. ОГШ по п.4, в котором сервисный центр является центром службы коротких сообщений (ЦСКС), выполненным для отправки и приема сообщений во вторую сеть и из нее.

8. ОГШ по п.4, в котором сообщения доставляют услуги, которые обеспечиваются первой сетью и которые могут не обеспечиваться второй сетью.

9. ОГШ по п.7, в котором ЦСКС выполнен для отправки и приема сообщений СКС, чтобы проверять достоверность абонента в сети.

10. Общий глобальный шлюз (ОГШ), выполненный для поддержания связи между первой сетью и второй сетью, чтобы дать возможность мобильной станции (МС), являющейся абонентом в первой сети, осуществлять связь с помощью второй сети, содержащий: средство для запоминания идентификации мобильной станции и средство для исполнения программной логики, чтобы получать информацию аутентификации из первой сети на основании идентификации мобильной станции.

11. ОГШ по п.10, который также содержит средство для запоминания местоположения мобильной станции, чтобы дать возможность маршрутизировать вызов, поступающий на мобильную станцию из первой сети, в поступающий вызов к мобильной станции через ОГШ.

12. ОГШ по п.10, в котором средство для исполнения программной логики выполнено для определения того, удовлетворяют ли параметры аутентификации из мобильной станции критериям аутентификации ОГШ.

13. ОГШ по п.11, который также содержит средство для отправки и приема службы коротких сообщений (СКС) во вторую сеть и из нее.

14. ОГШ по п.11, который также содержит средство для запоминания местоположения мобильной станции, чтобы дать возможность маршрутизировать вызов, исходящий из мобильной станции в первую сеть, в исходящий вызов из мобильной станции через ОГШ.

15. Способ беспроводной связи между первой сетью и второй сетью, дающий возможность мобильной станции, являющейся абонентом в первой сети, осуществлять связь с помощью второй сети, содержащий следующие шаги: запоминание идентификации мобильной станции; получение информации идентификации из первой сети на основании идентификации мобильной станции; запоминание информации аутентификации из первой сети в общем глобальном шлюзе (ОГШ) и использование запомненной информации аутентификации из первой сети для аутентификации мобильной станции.

16. Способ по п.15, который также содержит шаг, на котором запоминают местоположение мобильной станции, чтобы дать возможность маршрутизировать вызов, поступающий на мобильную станцию из первой сети, в поступающий вызов к мобильной станции через ОГШ.

17. Способ по п.15, который также содержит шаг, на котором определяют, удовлетворяют ли параметры аутентификации из мобильной станции критериям аутентификации ОГШ.

18. Способ по п.15, который также содержит шаг, на котором осуществляют связь непосредственно из мобильной станции в первую сеть после того, как мобильная станция аутентифицирована в первой сети.

19. Способ по п.15, который также содержит шаг, на котором отправляют и принимают службы коротких сообщений (СКС) во вторую сеть и из нее.

20. Способ по п.16, который также содержит шаг, на котором запоминают местоположение мобильной станции, чтобы дать возможность маршрутизировать вызов, исходящий из мобильной станции в первую сеть, в исходящий вызов из мобильной станции через ОГШ.

21. Машиночитаемый носитель, заключающий в себе программу команд, исполняемых компьютерной программой для выполнения способа беспроводной связи между первой сетью и второй сетью, дающий возможность мобильной станции, являющейся абонентом в первой сети, осуществлять связь с помощью второй сети, содержащий следующие шаги: запоминание идентификации мобильной станции; получение информации идентификации из первой сети на основании идентификации мобильной станции; запоминание информации аутентификации из первой сети в общем глобальном шлюзе (ОГШ) и использование запомненной информации аутентификации из первой сети для аутентификации мобильной станции.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Стек протоколов TCP/IP

История и перспективы стека TCP/IP

Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) - это промышленный стандарт стека протоколов, разработанный для глобальных сетей.

Стандарты TCP/IP опубликованы в серии документов, названных Request for Comment (RFC). Документы RFC описывают внутреннюю работу сети Internet. Некоторые RFC описывают сетевые сервисы или протоколы и их реализацию, в то время как другие обобщают условия применения. Стандарты TCP/IP всегда публикуются в виде документов RFC, но не все RFC определяют стандарты.

Стек был разработан по инициативе Министерства обороны США (Department of Defence, DoD) более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сателлитными сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Сеть ARPA поддерживала разработчиков и исследователей в военных областях. В сети ARPA связь между двумя компьютерами осуществлялась с использованием протокола Internet Protocol (IP), который и по сей день является одним из основных в стеке TCP/IP и фигурирует в названии стека.

Большой вклад в развитие стека TCP/IP внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей версии ОС UNIX. Широкое распространение ОС UNIX привело и к широкому распространению протокола IP и других протоколов стека. На этом же стеке работает всемирная информационная сеть Internet, чье подразделение Internet Engineering Task Force (IETF) вносит основной вклад в совершенствование стандартов стека, публикуемых в форме спецификаций RFC.

Если в настоящее время стек TCP/IP распространен в основном в сетях с ОС UNIX, то реализация его в последних версиях сетевых операционных систем для персональных компьютеров (Windows NT 3.5, NetWare 4.1, Windows 95) является хорошей предпосылкой для быстрого роста числа установок стека TCP/IP.

Итак, лидирующая роль стека TCP/IP объясняется следующими его свойствами:

Это наиболее завершенный стандартный и в то же время популярный стек сетевых протоколов, имеющий многолетнюю историю.

Почти все большие сети передают основную часть своего трафика с помощью протокола TCP/IP.

Это метод получения доступа к сети Internet.

Этот стек служит основой для создания intranet - корпоративной сети, использующей транспортные услуги Internet и гипертекстовую технологию WWW, разработанную в Internet.

Все современные операционные системы поддерживают стек TCP/IP.

Это гибкая технология для соединения разнородных систем как на уровне транспортных подсистем, так и на уровне прикладных сервисов.

Это устойчивая масштабируемая межплатформенная среда для приложений клиент-сервер.

Структура стека TCP/IP. Краткая характеристика протоколов

Так как стек TCP/IP был разработан до появления модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI, то, хотя он также имеет многоуровневую структуру, соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI достаточно условно.

Протоколы TCP/IP делятся на 4 уровня.

Самый нижний (уровень IV) соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. Этот уровень в протоколах TCP/IP не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня: для локальных сетей это Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, для глобальных сетей - протоколы соединений «точка-точка» SLIP и PPP, протоколы территориальных сетей с коммутацией пакетов X.25, frame relay. Разработана также специальная спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта канального уровня. Обычно при появлении новой технологии локальных или глобальных сетей она быстро включается в стек TCP/IP за счет разработки соответствующего RFC, определяющего метод инкапсуляции пакетов IP в ее кадры.

Следующий уровень (уровень III) - это уровень межсетевого взаимодействия, который занимается передачей пакетов с использованием различных транспортных технологий локальных сетей, территориальных сетей, линий специальной связи и т.п.

В качестве основного протокола сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке используется протокол IP, который изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Протокол IP является дейтаграммным протоколом, то есть он не гарантирует доставку пакетов до узла назначения, но старается это сделать.

К уровню межсетевого взаимодействия относятся и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol). Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизаторами сети и узлом - источником пакета. С помощью специальных пакетов ICMP сообщается о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п.

Следующий уровень (уровень II) называется основным. На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между удаленными прикладными процессами за счет образования виртуальных соединений. Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным способом, как и IP, и выполняет только функции связующего звена между сетевым протоколом и многочисленными прикладными процессами.

Верхний уровень (уровень I) называется прикладным. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил большое количество протоколов и сервисов прикладного уровня. К ним относятся такие широко используемые протоколы, как протокол копирования файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной информации, такие как WWW и многие другие. Остановимся несколько подробнее на некоторых из них.

Протокол пересылки файлов FTP (File Transfer Protocol) реализует удаленный доступ к файлу. Для того, чтобы обеспечить надежную передачу, FTP использует в качестве транспорта протокол с установлением соединений - TCP. Кроме пересылки файлов протокол FTP предлагает и другие услуги. Так, пользователю предоставляется возможность интерактивной работы с удаленной машиной, например, он может распечатать содержимое ее каталогов. Наконец, FTP выполняет аутентификацию пользователей. Прежде, чем получить доступ к файлу, в соответствии с протоколом пользователи должны сообщить свое имя и пароль. Для доступа к публичным каталогам FTP-архивов Internet парольная аутентификация не требуется, и ее обходят за счет использования для такого доступа предопределенного имени пользователя Anonymous.

В стеке TCP/IP протокол FTP предлагает наиболее широкий набор услуг для работы с файлами, однако он является и самым сложным для программирования. Приложения, которым не требуются все возможности FTP, могут использовать другой, более экономичный протокол - простейший протокол пересылки файлов TFTP (Trivial File Transfer Protocol). Этот протокол реализует только передачу файлов, причем в качестве транспорта используется более простой, чем TCP, протокол без установления соединения - UDP.

Протокол telnet обеспечивает передачу потока байтов между процессами, а также между процессом и терминалом. Наиболее часто этот протокол используется для эмуляции терминала удаленного компьютера. При использовании сервиса telnet пользователь фактически управляет удаленным компьютером так же, как и локальный пользователь, поэтому такой вид доступа требует хорошей защиты. Поэтому серверы telnet всегда используют как минимум аутентификацию по паролю, а иногда и более мощные средства защиты, например, систему Kerberos.

Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) используется для организации сетевого управления. Изначально протокол SNMP был разработан для удаленного контроля и управления маршрутизаторами Internet, которые традиционно часто называют также шлюзами. С ростом популярности протокол SNMP стали применять и для управления любым коммуникационным оборудованием - концентраторами, мостами, сетевыми адаптерами и т.д. и т.п. Проблема управления в протоколе SNMP разделяется на две задачи.

Первая задача связана с передачей информации. Протоколы передачи управляющей информации определяют процедуру взаимодействия SNMP-агента, работающего в управляемом оборудовании, и SNMP-монитора, работающего на компьютере администратора, который часто называют также консолью управления. Протоколы передачи определяют форматы сообщений, которыми обмениваются агенты и монитор.

Вторая задача связана с контролируемыми переменными, характеризующими состояние управляемого устройства. Стандарты регламентируют, какие данные должны сохраняться и накапливаться в устройствах, имена этих данных и синтаксис этих имен. В стандарте SNMP определена спецификация информационной базы данных управления сетью. Эта спецификация, известная как база данных MIB (Management Information Base), определяет те элементы данных, которые управляемое устройство должно сохранять, и допустимые операции над ними.

Основы TCP/IP

Термин «TCP/IP» обычно обозначает все, что связано с протоколами TCP

и IP. Он охватывает целое семейство протоколов, прикладные программы и

даже саму сеть. В состав семейства входят протоколы UDP, ARP, ICMP, TEL-NET, FTP и многие другие. TCP/IP - это технология межсетевого взаимодействия, технология internet. Сеть, которая использует технологию internet, называется «internet». Если речь идет о глобальной сети, объединяющей множество сетей с технологией internet, то ее называют Internet.

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.

Терминология

Введем ряд базовых терминов, которые мы будем использовать в дальнейшем.

Драйвер - это программа, непосредственно взаимодействующая с сетевым адаптером. Модуль - это программа, взаимодействующая с драйвером, сетевыми прикладными программами или другими модулями. Драйвер сетевого адаптера и, возможно, другие модули, специфичные для физической сети передачи данных, предоставляют сетевой интерфейс для протокольных модулей семейства TCP/IP.

Название блока данных, передаваемого по сети, зависит от того, на каком уровне стека протоколов он находится. Блок данных, с которым имеет дело сетевой интерфейс, называется кадром; если блок данных находится между сетевым интерфейсом и модулем IP, то он называется IP-пакетом; если он - между модулем IP и модулем UDP, то - UDP-датаграммой; если между модулем IP и модулем TCP, то - TCP-сегментом (или транспортным сообщением); наконец, если блок данных находится на уровне сетевых прикладных процессов, то он называется прикладным сообщением.

Эти определения, конечно, несовершенны и неполны. К тому же они меняются от публикации к публикации. Более подробные определения можно найти в RFC-1122, раздел 1.3.3.

Потоки данных

Рассмотрим потоки данных, проходящие через стек протоколов, изображенный на рис. 1. В случае использования протокола TCP (Transmission Control Protocol - протокол управления передачей), данные передаются между прикладным процессом и модулем TCP. Типичным прикладным процессом, использующим протокол TCP, является модуль FTP (File Transfer Protocol - протокол передачи файлов). Стек протоколов в этом случае будет FTP/TCP/IP/ENET. При использовании протокола UDP (User Datagram Protocol - протокол пользовательских датаграмм), данные передаются между прикладным процессом и модулем UDP. Например, SNMP (Simple Network Management Protocol - простой протокол управления сетью) пользуется транспортными услугами UDP. Его стек протоколов выглядит так: SNMP/UDP/IP/ENET.одули TCP, UDP и драйвер Ethernet являются мультиплексорами n x 1.

Действуя как мультиплексоры, они переключают несколько входов на один выход. Они также являются демультиплексорами 1 x n. Как демультиплексоры, они переключают один вход на один из многих выходов в соответствии с полем типа в заголовке протокольного блока данных.

Когда Ethernet-кадр попадает в драйвер сетевого интерфейса Ethernet, он может быть направлен либо в модуль ARP (Address Resolution Protocol - адресный протокол), либо в модуль IP (Internet Protocol - межсетевой протокол). На то, куда должен быть направлен Ethernet-кадр, указывает значение поля типа в заголовке кадра.

Если IP-пакет попадает в модуль IP, то содержащиеся в нем данные могут быть переданы либо модулю TCP, либо UDP, что определяется полем «протокол» в заголовке IP-пакета.

Если UDP-датаграмма попадает в модуль UDP, то на основании значения поля «порт» в заголовке датаграммы определяется прикладная программа, которой должно быть передано прикладное сообщение. Если TCP-сообщение попадает в модуль TCP, то выбор прикладной программы, которой должно быть передано сообщение, осуществляется на основе значения поля «порт» в заголовке TCP-сообщения.

Мультиплексирование данных в обратную сторону осуществляется довольно просто, так как из каждого модуля существует только один путь вниз. Каждый протокольный модуль добавляет к пакету свой заголовок, на основании которого машина, принявшая пакет, выполняет демультиплексирование.

Данные от прикладного процесса проходят через модули TCP или UDP, после чего попадают в модуль IP и оттуда - на уровень сетевого интерфейса.

Хотя технология internet поддерживает много различных сред передачи данных, здесь мы будем предполагать использование Ethernet, так как именно эта среда чаще всего служит физической основой для IP-сети.

Машина на рис. 1 имеет одну точку соединения с Ethernet. Шестибайтный Ethernet-адрес является уникальным для каждого сетевого адаптера и распознается драйвером.

Машина имеет также четырехбайтный IP-адрес. Этот адрес обозначает точку доступа к сети на интерфейсе модуля IP с драйвером. IP-адрес должен быть уникальным в пределах всей сети Internet.

Работающая машина всегда знает свой IP-адрес и Ethernet-адрес.

Работа с несколькими сетевыми интерфейсами

Машина может быть подключена одновременно к нескольким средам передачи данных. На рис. 3 показана машина с двумя сетевыми интерфейсами Ethernet. Заметим, что она имеет 2 Ethernet-адреса и 2 IP-адреса.

Из представленной схемы видно, что для машин с несколькими сетевыми интерфейсами модуль IP выполняет функции мультиплексора n x m и демультиплексора m x n.

Таким образом, он осуществляет мультиплексирование входных и выходных данных в обоих направлениях. Модуль IP в данном случае сложнее, чем в первом примере, так как может передавать данные между сетями. Данные могут поступать через любой сетевой интерфейс и быть ретранслированы через любой другой сетевой интерфейс. Процесс передачи пакета в другую сеть называется ретрансляцией IP-пакета. Машина, выполняющая ретрансляцию, называется шлюзом.

Ethernet

стек протокол глобальный сеть

Кадр Ethernet содержит адрес назначения, адрес источника, поле типа и данные. Размер адреса в Ethernet - 6 байт. Каждый сетевой адаптер имеет свой Ethernet-адрес. Адаптер контролирует обмен информацией, происходящий в сети, и принимает адресованные ему Ethernet-кадры, а также

Ethernet-кадры с адресом «FF:FF:FF:FF:FF:FF» (в 16-ричной системе), который обозначает «всем», и используется при широковещательной передаче.

Ethernet реализует метод МДКН/ОС (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений). Метод МДКН/ОС предполагает, что все устройства взаимодействуют в одной среде, в каждый момент времени может передавать только одно устройство, а принимать могут все одновременно. Если два устройства пытаются передавать одновременно, то происходит столкновение передач, и оба устройства после случайного (краткого) периода ожидания пытаются вновь выполнить передачу.

Аналогия с разговором

Хорошей аналогией взаимодействиям в среде Ethernet может служить разговор группы вежливых людей в небольшой темной комнате. При этом аналогией электрическим сигналам в коаксиальном кабеле служат звуковые волны в комнате.

Каждый человек слышит речь других людей (контроль несущей). Все

люди в комнате имеют одинаковые возможности вести разговор (множественный доступ), но никто не говорит слишком долго, так как все вежливы. Если человек будет невежлив, то его попросят выйти (т.е. удалят из сети).

Все молчат, пока кто-то говорит. Если два человека начинают говорить одновременно, то они сразу обнаруживают это, поскольку слышат друг друга (обнаружение столкновений). В этом случае они замолкают и ждут некоторое время, после чего один из них вновь начинает разговор. Другие люди слышат, что ведется разговор, и ждут, пока он кончится, а затем могут начать говорить сами. Каждый человек имеет собственное имя (аналог уникального Ethernet-адреса). Каждый раз, когда кто-нибудь начинает говорить, он называет по имени того, к кому обращается, и свое имя, например, «Слушай Петя, это Андрей,… ля-ля-ля…» Если кто-то хочет обратиться ко всем, то он говорит: «Слушайте все, это Андрей,… ля-ля-ля…» (широковещательная передача).

Протокол ARP

В этом разделе мы рассмотрим то, как при посылке IP-пакета определяется Ethernet-адрес назначения. Для отображения IP-адресов в Ethernet-адреса используется протокол ARP (Address Resolution Protocol - адресный протокол). Отображение выполняется только для отправляемых IP-пакетов, так как только в момент отправки создаются заголовки IP и Ethernet.

ARP - т аб лица для преобразования адресов

Преобразование адресов выполняется путем поиска в таблице. Эта таблица, называемая ARP-таблицей, хранится в памяти и содержит строки для каждого узла сети. В двух столбцах содержатся IP- и Ethernet-адреса.

Если требуется преобразовать IP-адрес в Ethernet-адрес, то ищется запись с соответствующим IP-адресом. Ниже приведен пример упрощенной ARP-таблицы.

Принято все байты 4-байтного IP-адреса записывать десятичными чилами, разделенными точками. При записи 6-байтного Ethernet-адреса каждый байт указывается в 16-ричной системе и отделяется двоеточием.

ARP-таблица необходима потому, что IP-адреса и Ethernet-адреса выбираются независимо, и нет какого-либо алгоритма для преобразования одного в другой. IP-адрес выбирает менеджер сети с учетом положения машины в сети Internet. Если машину перемещают в другую часть сети Internet, то ее IP-адрес должен быть изменен. Ethernet-адрес выбирает производитель сетевого интерфейсного оборудования из выделенного для него по лицензии адресного пространства. Когда у машины заменяется плата сетевого адаптера, то меняется и ее Ethernet-адрес.

Порядок преобразования адресов

В ходе обычной работы сетевая программа, такая как TELNET, отпраляет прикладное сообщение, пользуясь транспортными услугами TCP. Модуль TCP посылает соответствующее транспортное сообщение через модуль IP. В результате составляется IP-пакет, который должен быть передан драйверу Ethernet. IP-адрес места назначения известен прикладной программе, модулю TCP и модулю IP. Необходимо на его основе найти Ethernet-адрес места назначения. Для определения искомого Ethernet-адреса используется ARP-таблица.

Запросы и ответы протокола ARP

Как же заполняется ARP-таблица? Она заполняется автоматически модулем ARP, по мере необходимости. Когда с помощью существующей ARP-таблицы не удается преобразовать IP-адрес, то происходит следующее:

Каждый сетевой адаптер принимает широковещательные передачи. Все драйверы Ethernet проверяют поле типа в принятом Ethernet-кадре и передают ARP-пакеты модулю ARP. ARP-запрос можно интерпретировать так: «Если ваш IP-адрес совпадает с указанным, то сообщите мне ваш Ethernet-адрес».

Каждый модуль ARP проверяет поле искомого IP-адреса в полученном ARP-пакете и, если адрес совпадает с его собственным IP-адресом, то посылает ответ прямо по Ethernet-адресу отправителя запроса. ARP-ответ можно интерпретировать так: «Да, это мой IP-адрес, ему соответствует такой-то Ethernet-адрес». Пакет с ARP-ответом выглядит примерно так:

Этот ответ получает машина, сделавшая ARP-запрос. Драйвер этой машины проверяет поле типа в Ethernet-кадре и передает ARP-пакет модулю ARP. Модуль ARP анализирует ARP-пакет и добавляет запись в свою ARP-таблицу.

Продолжение преобразования адресов

Новая запись в ARP-таблице появляется автоматически, спустя несколько миллисекунд после того, как она потребовалась. Как вы помните, ранее на шаге 2 исходящий IP-пакет был поставлен в очередь. Теперь с использованием обновленной ARP-таблицы выполняется преобразование IP-адреса в Ethernet-адрес, после чего Ethernet-кадр передается по сети.

Полностью порядок преобразования адресов выглядит так:

1) По сети передается широковещательный ARP-запрос.

2) Исходящий IP-пакет ставится в очередь.

3) Возвращается ARP-ответ, содержащий информацию о соответствии IP- и Ethernet-адресов. Эта информация заносится в ARP-таблицу.

4) Для преобразования IP-адреса в Ethernet-адрес у IP-пакета, поставленного в очередь, используется ARP-таблица.

5) Ethernet-кадр передается по сети Ethernet.

Короче говоря, если с помощью ARP-таблицы не удается сразу осуществить преобразование адресов, то IP-пакет ставится в очередь, а необходимая для преобразования информация получается с помощью запросов и ответов протокола ARP, после чего IP-пакет передается по назначению.

Если в сети нет машины с искомым IP-адресом, то ARP-ответа не будет и не будет записи в ARP-таблице. Протокол IP будет уничтожать IP-пакеты, направляемые по этому адресу. Протоколы верхнего уровня не могут отличить случай повреждения сети Ethernet от случая отсутствия машины с искомым IP-адресом.

Некоторые реализации IP и ARP не ставят в очередь IP-пакеты на то время, пока они ждут ARP-ответов. Вместо этого IP-пакет просто уничтожается, а его восстановление возлагается на модуль TCP или прикладной процесс, работающий через UDP. Такое восстановление выполняется с помощью таймаутов и повторных передач. Повторная передача сообщения проходит успешно, так как первая попытка уже вызвала заполнение ARP-таблицы.

Следует отметить, что каждая машина имеет отдельную ARP-таблицу для каждого своего сетевого интерфейса.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Краткая история и основные цели создания Wireless Application Protocol (WAP) - беспроводного протокола передачи данных. Особенности работы WAP-броузеров. Адресация беспроводной сети. Поддержка протоколов Internet при использовании IP соединений.

реферат , добавлен 11.04.2013


История создания и развития сети Internet. Структура и система адресации. Понятие глобальных, региональных и локальных сетей. Способы организации передачи информации. Стек протоколов Интернета по сравнению с OSI. Понятие об интерфейсах и протоколах.

курсовая работа , добавлен 25.04.2012


Развитие информационных технологий. Разработка персонального компьютера. История возникновения локальной вычислительной сети. Задачи сервера. Классификация компьютерных сетей. Технология передачи информации. Межсетевое взаимодействие. Появление Интернет.

презентация , добавлен 16.03.2015


Описание стандарта 10-Gigabit Ethernet, принципы его организации и структура, типы спецификации. Отличительные особенности и характеристики от динамики глобальных и локальных сетей. Тенденции и перспективы развития технологии 10-Gigabit Ethernet.

реферат , добавлен 11.05.2015


История создания сети Internet, ее административное устройство и архитектура. Организация доступа к сети, структура ее функционирования. Характеристика интернет-протоколов. Особенности сетевой этики. Охрана труда и техника безопасности при работе на ПК.

курсовая работа , добавлен 20.05.2013


История развития глобальных компьютерных сетей. Технология и принцип работы электронной почты. Наиболее популярные браузеры: Internet Explorer, Mozilla Firefox, Safari, Google Chrome, Opera. Развитие социальных сетей, интернет-магазинов и аукционов.

презентация , добавлен 12.12.2014


Модели и протоколы передачи данных. Эталонная модель OSI. Стандартизация в области телекоммуникаций. Стеки протоколов и стандартизация локальных сетей. Понятие открытой системы. Internet и стек протоколов TCP/IP. Взаимодействие открытых систем.

дипломная работа , добавлен 23.06.2012


Протокол динамического распределения адресов DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Конфигурационные параметры, взаимодействие клиента и сервера при выделении сетевого адреса. Internet/intranet - технологический базис новых методов управления.

контрольная работа , добавлен 09.06.2010


История развития сети Internet. Общая характеристика сети Internet. Протоколы. Услуги предоставляемые сетью. Internet - мировая сеть. Компьютерная зависимость. Internet-2. Нехватка мощностей Internet. Создание Internet-2. Структура Internet-2.

контрольная работа , добавлен 06.10.2006


Стандарты технологии Ethernet. Поддержка в коммерческих продуктах. Оптический транспорт с поддержкой 100-гигабит. Преимущества использования витой пары по сравнению с коаксиальным кабелем. Новый стандарт 10-гигабитного Ethernet, перспективы его развития.

План 1. Компьютерные сети 2. Аппаратно-программное обеспечение компьютерных сетей 3. Сеть Интернет 4. Службы Интернета

Компьютерные коммуникации – это универсальный вид общения, который обеспечивает передачу информации с помощью носителей (жестких, гибких и лазерных дисков), а также с помощью современных средств связи, включающих компьютеры.

Компьютерные сети Компьютерная сеть – система взаимосвязанных компьютеров и терминалов, предназначенных для передачи, хранения и обработки информации. КС Одноранговые С выделенным сервером

Локальные сети Локальная сеть (LAN – Local Area Network) – сеть, объединяющая компьютеры, расположенные на небольших расстояниях. Топология сети – физическое расположение компьютеров сети относительно друга и способ соединения их линиями. Звезда Шина Кольцо

Другие типы сетей Региональная сеть – это сеть, соединяющая компьютеры и локальные сети для решения общей проблемы регионального масштаба. Корпоративная сеть – это сеть, соединяющая локальные сети в пределах одной корпорации. Глобальные сети (WAN – Wide Area Network) – это сети, соединяющие компьютеры, удаленные на большие расстояния, для общего использования мировых информационных ресурсов. Они охватывают всю страну, несколько стран и целые континенты.

Характеристики каналов связи скорость передачи данных (пропускная способность), измеряется числом бит в секунду; надежность (способность передавать информацию без искажений и потерь); стоимость; резервы развития.

Сетевые устройства Сетевой адаптер (сетевая карта) – техническое устройство, выполняющее функцию сопряжения компьютеров с каналами связи. Модем – устройство, производящее модуляцию (преобразование цифровых сигналов в аналоговые сигналы) и демодуляцию (преобразование аналоговых сигналов в цифровые).

Глобальная сеть Интернет Интернет – глобальная сеть, объединяющая множество сетей во всем мире, построенных по совершенно разным принципам. Шлюзы (gateway) – устройства (компьютеры), служащие для объединения сетей с различными протоколами обмена. Маршрутизаторы (router) – устройства, определяющие маршруты пакетов.

Протокол TCP/IP IP (Internet Protocol) – межсетевой протокол (протокол маршрутизации, транспортный протокол). Определяет формат пакетов, формат адресов компьютеров сети, маршрут пакета, правила обработки пакетов маршрутизаторами и компьютерами сети. TCP (Transmission Control Protocol) – протокол контроля передачи данных. Обеспечивает надежность передачи данных и сборку всех пакетов в единое сообщение.

Виды подключения к сети Интернет Провайдер – организация, осуществляющая подключение и доступ к сети Интернет. Подключение может осуществляться одним из способов: коммутируемый доступ; доступ по выделенным линиям; доступ по широкополосной сети (DSL - Digital Subscriber Line); доступ к Интернет по локальной сети; спутниковый доступ в Интернет; доступ к Интернет с использованием каналов кабельной телевизионной сети; беспроводные технологии.

Адресация в Интернете Адреса есть у каждого компьютера работающего в сети – цифровой адрес (IP-адрес). Хост – компьютер, постоянно работающий в сети и имеющий постоянный IP-адрес – это цифровой адрес, состоящий из четырех десятичных чисел , отделенных друг от друга точками. Например, 155. 240. 100. 23.

Адресация в Интернете Человеку цифровые адреса неудобны, поэтому кроме цифровых адресов используются и символические адреса (доменные имена). Например, www. narod. ru. Доменные имена регистрируются в ассоциации Inter. NIC, в России – РОСНИИРОС. DNS (Domain Name Server) – серверы, содержащие базы данных соответствия символических и цифровых адресов). Домен – группа хостов, объединенная по определенному признаку и имеющая одно имя.

Доменная система имен Географические домены: us – США, ch – Китай, fr – Франция, ge – Германия, jp – Япония, uk – Великобритания, ru – Россия, su – СССР и др. Административные домены: gov – правительственные организации, mil – военные организации, edu – образовательные организации, com – коммерческие организации и др.

Доменная система имен http: //www. tantra. da. ru Ru – домен первого уровня Da. ru – домен второго уровня Tantra. da. ru – домен третьего уровня http: //www. abik. ru http: //surfek. ru

Службы Интернета 1. World Wide Web (WWW) – всемирная паутина. Это система гипертекстовых документов – Web-страниц. 2. FTP – файловые архивы на удаленных компьютерах. 3. E-mail – электронная почта. 4. News (сетевые конференции) – серверы новостей, телеконференции.

ru Spb – имя почтового ящика (имя файла на диске), назначается пользователем; @ – эт («собака»); chat. ru – доменное имя почтового сервера.

Сервер исходящей почты Исходящая почта обрабатывается SMTPсервером. SMTP (Simple Mail Transfer Protocol – простой протокол пересылки почты). Этот протокол из набора протоколов IP. Используется для маршрутизации почты.

Сервер входящей почты Протокол POP 3 (Post Office Protocol 3 – протокол почтового отделения версии 3). По запросу пользователя почта пересылается на его компьютер. Протокол IMAP (Internet Messaging Access Protocol – протокол доступа к сообщениям Интернета). Почта пользователя хранится на сервере. Поддерживается не всеми серверами. Протокол HTTP. Почта пользователя хранится на сервере. Поддерживается некоторыми почтовыми серверами.

FTP-серверы хранят файловые архивы, располагаются на хостах. Доступ к FTP-серверу осуществляется по протоколу FTP (File Transfer Protocol) – протокол передачи файлов. При работе с обозревателем файловая структура FTPсервера представлена в виде ссылок на папки и файлы. Например: pub. . . . . Dec 3 2000 text. . . . . Oct 14 1998

Телеконференции Телеконференция (форум) – это организованный тематический обмен сообщениями между пользователями сети. Телеконференции могут быть классифицированы по нескольким параметрам: по способу организации обмена информацией – конференции в отсроченном режиме (группы новостей, списки рассылки) и конференции в режиме реального времени (через серверы IRC – Internet Relay Chat); по способу управления телеконференции – модерируемые (управляемые) и немодерируемые (без ведущего); по уровню доступа к материалам телеконференции – открытые и закрытые (для зарегистрированных участников).

Данный вопрос рассмотрим на примере наиболее распространенной и признанной эталонной модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI (ВОС).

В основу эталонной модели положена идея декомпозиции процесса функционирования открытых систем на уровни, причем разбиение на уровни производится таким образом, чтобы сгруппировать в рамках каждого из них функционально наиболее близкие компоненты. Кроме того, требуется, чтобы взаимодействие между смежными уровнями было минимальным, число уровней сравнительно небольшим, а изменения, производимые в рамках одного уровня, не требовали бы перестройки смежных. Отдельный уровень, таким образом, представляет собой логически и функционально замкнутую подсистему, сообщающуюся с другими уровнями посредством специально определенного интерфейса. В рамках модели ISO/OSI каждый конкретный уровень может взаимодействовать только с соседними. Совокупность правил и соглашений относительно способа представления данных, обеспечивающего их передачу в нужных направлениях и правильную интерпретацию данных всеми участниками процесса информационного обмена называется протоколом .

Эталонная модель содержит семь уровней (табл. 1.1):

1) физический;

2) канальный;

3) сетевой;

4) транспортный;

5) сеансовый;

6) представительный;

7) прикладной.

Таблица 1.1

Семиуровневая модель протоколов межсетевого обмена OSI

	Наименование
	Прикладной	Предоставление услуг на уровне конечного пользователя: почта, теледоступ и пр.
	Представительный	Интерпретация и сжатие данных
	Сеансовый	Аутентификация и проверка полномочий
	Транспортный	Обеспечение корректной сквозной пересылки данных
		Маршрутизация и ведение учета
	Канальный	Передача и прием пакетов, определение аппаратных адресов
	Физический	Собственно кабель или физический носитель

Каждый уровень передающей станции в этой иерархической структуре взаимодействует с соответствующим уровнем принимающей станции посредством нижележащих уровней. При этом каждая пара уровней с помощью служебной информации в сообщениях устанавливает между собой логическое соединение, обеспечивая тем самым логический канал связи соответствующего уровня. С помощью такого логического канала каждая пара верхних уровней может обеспечивать между собой взаимодействие, абстрагируясь от особенностей нижних. Другими словами, каждый уровень реализует строго определенный набор функций, который может использоваться верхними уровнями независимо от деталей реализации этих функций.

Рассмотрим подробнее функциональное назначение каждого уровня.

Физический уровень. Физический уровень обеспечивает электрические, функциональные и процедурные средства установления, поддержания и разъединения физического соединения. Реально он представлен аппаратурой генерации и управления электрическими сигналами и каналом передачи данных. На этом уровне данные представляются в виде последовательности битов или аналогового электрического сигнала. Задачей физического уровня является передача последовательности битов из буфера отправителя в буфер получателя.

Канальный уровень. Протоколы канального уровня занимают особое место в иерархии уровней: они служат связующим звеном между реальным каналом, вносящим ошибки в передаваемые данные, и протоколами более высоких уровней, обеспечивая безошибочную передачу данных. Этот уровень используется для организации связи между двумя станциями с помощью имеющегося в наличии канала связи. При этом станции могут быть связаны несколькими каналами. Задача протокола канального уровня – составление кадров, правильная передача и прием последовательности кадров, контроль последовательности кадров, обнаружение и исправление ошибок в информационном поле (если это необходимо).

Сетевой уровень. Сетевой уровень предоставляет вышестоящему транспортному уровню набор услуг, главными из которых являются сквозная передача блоков данных между передающей и приемной станциями (то есть выполнение функций маршрутизации и ретрансляции) и глобальное адресование пользователей. Другими словами, нахождение получателя по указанному адресу, выбор оптимального (в условиях данной сети) маршрута и доставка блока сообщения по указанному адресу.

Таким образом, на границе сетевого и транспортного уровней обеспечивается независимость процесса передачи данных от используемых сред, за исключением качества обслуживания. Под качеством обслуживания понимается набор параметров, обеспечивающих функционирование сетевой службы, отражающий рабочие (транзитная задержка, коэффициент необнаруженных ошибок и др.) и другие характеристики (защита от несанкционированного доступа, стоимость, приоритет и др.). Система адресов, используемая на сетевом уровне, должна иметь иерархическую структуру и обеспечивать следующие свойства: глобальную однозначность, маршрутную независимость и независимость от уровня услуг.

Различают следующие виды сетевого взаимодействия:

С установлением соединения - между отправителем и получателем сначала с помощью служебных пакетов организуется логический канал (отправитель - отправляет пакет, получатель – ждет получение пакета), который разъединяется после окончания сообщения или в случае неисправимой ошибки. Такой способ используется протоколом Х.25;

Без установления соединения (дейтаграммный режим) – обмен информацией осуществляется с помощью дейтаграмм (разновидность пакетов), независимых друг от друга, которые принимаются также независимо друг от друга и собираются в сообщение на приемной станции. Такой способ используется в архитектуре протоколов DARPA.

Транспортный уровень. Транспортный уровень предназначен для сквозной передачи данных через сеть между оконечными пользователями – абонентами сети. Протоколы транспортного уровня функционируют только между оконечными системами.

Основными функциями протоколов транспортного уровня являются разбиение сообщений или фрагментов сообщений на пакеты, передача пакетов через сеть и сборка пакетов. Они также выполняют следующие функции: отображение транспортного адреса в сетевой, мультиплексирование и расщепление транспортных соединений, межконцевое управление потоком и исправление ошибок. Набор процедур протокола транспортного уровня зависит как от требований протоколов верхнего уровня, так и от характеристик сетевого уровня. Наиболее известным протоколом транспортного уровня является протокол TCP (Transmission Control Protocol).

Протоколы верхних уровней. К протоколам верхних уровней относятся протоколы сеансового, представительного и прикладного уровней. Они совместно выполняют одну задачу - обеспечение сеанса обмена информацией между двумя прикладными процессами, причем информация должна быть представлена в том виде, который понятен обоим процессам. Поэтому, обычно, эти три уровня рассматривают совместно. Под прикладным процессом понимается элемент оконечной системы, который принимает участие в выполнении одного или нескольких заданий по обработке информации. Связь между ними осуществляется с помощью прикладных объектов – элементов прикладных процессов, участвующих в обмене информацией. При этом протоколы верхних уровней не учитывают особенности конфигурации сети, каналов и средств передачи информации.

Протоколы представительного уровня предоставляют услуги по согласованию синтаксиса передачи (правил, задающих представление данных при их передаче) и конкретным представлениям данных в прикладной системе. Другими словами, на представительном уровне осуществляется синтаксическое преобразование данных от вида, используемого на прикладном уровне, к виду, используемому на остальных уровнях (и наоборот).

Прикладной уровень. Основной задачей протоколов прикладного уровня является интерпретация данных, полученных с нижних уровней, и выполнение соответствующих действий в оконечной системе в рамках прикладного процесса. В частности, эти действия могут заключаться в передаче управления определенным службам ОС вместе с соответствующими параметрами. Кроме того, протоколы при­кладного уровня могут предоставлять услуги по идентификации и аутентификации партнеров, установлению полномочий для передачи данных, проверке параметров безопасности, управлению диалогом и др.

На рис.7.4. показано, как процессы, выполняющиеся на двух конечных узлах, передают свои данные через составную сеть.

Протоколы прикладного уровня стека TCP/IP работают на конечных узлах -компьютерах, выполняющих приложения пользователей. Их данные передаются протоколам транспортного уровня, здесь делятся на сегменты и передаются на сетевой уровень для передачи с помощью маршрутизаторов через составную сеть по сетевым адресам. Пакеты сетевого уровня упаковываются в кадры канального уровня технологии подсети, лежащей между портами соседних маршрутизаторов, и передаются в пределах этой подсети по локальным, например, МАС-адресам. Таким образом, при передаче из одной подсети в другую неизменные сетевые пакеты упаковываются в разные канальные кадры, которые, в свою очередь, используют разные протоколы физического уровня для передачи своих данных по физической среде предачи.

Рис. 7. 4. Передача данных через составную сеть

Протоколы TCP и UDP взаимодействуют через межуровневые интерфейсы с ниже лежащим протоколом IP и с выше лежащими протоколами прикладного уровня или приложениями.

В то время как задачей сетевого уровня, к которому относится протокол IP, является передача данных между парами соседних узлов сети (компьютером и портом маршрутизатора, между портами двух соседних маршрутизаторов), задача транспортного уровня, которую решают протоколы TCP и UDP, заключается в передаче данных между любыми прикладными процессами, выполняющимися на любых узлах сети. Каждый компьютер может выполнять несколько процессов, более того, прикладной процесс тоже может иметь несколько точек входа, выступающих в качестве адреса назначения для пакетов данных. Поэтому, после того как пакет средствами протокола IP доставлен в компьютер-получатель, данные необходимо направить конкретному процессу-получателю. С другой стороны, различные приложения передают в сеть свои пакеты через общий IP протокол. Процедуру приема данных от разных прикладных служб выполняют протоколы TCP и UDP и называется она мультиплексированием . Обратная процедура распределения пакетов от сетевого протокола IP по прикладным процессам, выполняемая этими транспортными протоколами, называется демультиплексированием .

Протоколы TCP и UDP ведут для каждого порта две очереди: очередь пакетов, поступающих в данный порт из сети, и очередь пакетов, отправляемых данным портом в сеть. Пакеты, поступающие на транспортный уровень, организуются операционной системой в виде множества очередей к точкам входа различных прикладных процессов. В терминологии TCP/IP такие системные очереди называются портами, причем входная и выходная очередь одного приложения рассматриваются как один порт. Порты имеют номера. Таким образом, номера портов идентифицируют приложения и прикладные процессы (рис.7.5.). Для серверных модулей общедоступных служб, таких как FTP, HTTP, DNS и т.д., назначаются хорошо известные стандартные номера портов (например, номер 21 закреплен за службой удаленного доступа к файлам FTP, a 23 - за службой удаленного управления telnet). Назначенные номера являются уникальными в пределах Интернета и назначаются приложениям централизованно в пределах 0 – 1023. Для серверных модулей менее распространенных приложений номера могут назначаться их разработчиками локально . Для других приложений, в том числе и для клиентов известных служб FTP, HTTP, telnet и т.д. ОС в ответ на поступление запроса от приложения выделяет ему динамически первый свободный номер из диапазона 1024 – 65535. После завершения работы приложения, номер его порта освобождается и может быть назначен другому приложению. Номера портов в пределах одного компьютера должны быть уникальными отдельно для TCP –протокола и отдельно для UDP – протокола. Два приложения, которые используют разные транспортные протоколы, могут получить одинаковые номера портов (например, одно – 1520 TCP, другое – 1520 UDP). Аналогично, могут совпадать номера портов, которые выделяют приложениям разные компьютеры одной сети.

Прикладной процесс однозначно идентифицируется парой (IP – адрес, номер порта), которая называется сокет (socket). Если используется номер порта TCP, сокет называется TCP - сокетом, если используется номер порта UDP, сокет называется UDP- сокетом. В каждом сетевом взаимодействии участвует пара сокетов, а TCP – соединение идентифицируется парой сокетов взаимодействующих процессов.