Протокол RTP

Требование поддержки нескольких типов трафика с различными требованиями к качеству обслуживания на базе стека протоколов TCP/IP сейчас весьма акту­ально. Эту задачу призван решить транспортный протокол реального времени (Real-Time Transport Protocol, RTP), который является стандартом IETF для передачи таких данных, как голос или видео, в реальном времени по сети, не гарантирующей качества обслуживания.

Протокол RTP гарантирует доставку данных одному или нескольким адреса­там с задержкой, не превышающей указанное значение. Для этого в заголовке протокола предусмотрены временные отметки, необходимые для успешного вос­становления аудио- и видеоинформации, а также данные о способе кодирования информации.

Хотя протокол TCP гарантирует доставку передаваемых данных в нужной последовательности, трафик при этом неравномерен, то есть при доставке дей­таграмм происходят непредсказуемые задержки. Так как протокол RTP учи­тывает содержимое дейтаграмм и обладает механизмами обнаружения потери данных, он позволяет снизить задержки до приемлемого уровня.

Адресная схема протокола IP

Межсетевая схема адресации, применяемая в протоколе IP, описана в докумен­тах RFC 990 и RFC 997. В ее основе лежит разделение адресации сетей от адре­сации устройств в этих сетях. Такая схема облегчает маршрутизацию. При этом адреса должны назначаться упорядоченно (последовательно), для того чтобы сделать маршрутизацию более эффективной.

При использовании в сети стека протоколов TCP/IP конечные устройства получают уникальные адреса. Такими устройствами могут быть персональные компьютеры, коммуникационные сервера, маршрутизаторы и т. д. При этом не­которые устройства, которые имеют несколько физических портов, например маршрутизаторы, должны иметь уникальный адрес на каждом из портов. Исходя из схемы адресации и того, что некоторые устройства в сети могут иметь не­сколько адресов, можно сделать вывод, что данная схема адресации описывает не само устройство в сети, а определенное соединение этого устройства с сетью. Данная схема приводит к ряду неудобств. Одним из них является необходи­мость замены адреса устройства при перемещении его в другую сеть. Другой недостаток в том, что для работы с устройством, имеющим несколько подключе­ний в распределенной сети, необходимо знать все его адреса, идентифицирую­щие эти подключения.

Итак, для каждого устройства в сетях IP можно говорить об адресах трех уровней:

q Физический адрес устройства (точнее — определенного интерфейса). Для устройств в сетях Ethernet — это МАК - адрес сетевой карты или порта маршрутизатора. Эти адреса назначаются производителями оборудования. Физический адрес имеет шесть байтов: старшие три байта — идентифика­тор фирмы-производителя, младшие три байта назначаются самим произ­водителем;

q IP-адрес, состоящий из четырех байт. Этот адрес используется на сетевом уровне эталонной модели OSI;

q Символьный идентификатор — имя. Этот идентификатор может назна­чаться администратором произвольно.

Когда протокол IP был стандартизован в сентябре 1981 года, его специфика­ция требовала, чтобы каждое устройство, подключенное к сети, имело уникаль­ный 32-битный адрес. Этот адрес разбивается на две части. Первая часть адреса идентифицирует сеть, в которой располагается устройство. Вторая часть одноз­начно идентифицирует само устройство в рамках сети. Такая схема приводит к двухуровневой адресной иерархии (рис. 6.23).

Сейчас поле номера сети в адресе называется сетевым префиксом, так как оно идентифицирует сеть. Все рабочие станции в сети имеют один и тот же сетевой префикс. При этом они должны иметь уникальные номера устройств. Две рабо­чие станции, расположенные в разных сетях, должны иметь различные сетевые префиксы, но при этом они могут иметь одинаковые номера устройств.

Для обеспечения гибкости в присвоении адресов компьютерным сетям разра­ботчики протокола определили, что адресное пространство IP должно быть раз­делено на три различных класса — А, В и С. Зная класс, вы знаете, где в 32-битном адресе проходит граница между сетевым префиксом и номером устройства. На рис. 6.24 показаны форматы адресов этих основных классов.

Одно из основных достоинств использования классов заключается в том, что по классу адреса можно определить, где проходит граница между сетевым пре­фиксом и номером устройства. Например, если старшие два бита адреса равны 10, то точка раздела находится между 15 и 16 битом.

Недостатком такого метода является необходимость изменения сетевого ад­реса при подключении дополнительных устройств. Например, если общее число устройств в сети класса С будет превышать 255, то потребуется заменить ее адреса на адреса класса В. Изменение сетевых адресов потребует от админист­ратора дополнительных усилий по отладке сети. Администраторы сетей не могут осуществить плавный переход к новому классу адресов, так как классы четко разделены. Приходится запрещать использовать целую группу сетевых адресов, производить одновременное изменение всех адресов устройств в этой группе, и только затем вновь разрешать их использование в сети. Кроме того, введение классов адресов значительно уменьшает теоретически возможное число индивидуальных адресов. В текущей версии протокола IP (версия 4) общее число адресов могло составлять 2³² (4 294 967 296), так как протокол преду­сматривает использование 32 бит для задания адреса. Естественно, использование части бит в служебных целях уменьшает доступное количество индивидуальных адресов.

Класс А предназначен для больших сетей. Каждый адрес класса А имеет 8-битовый префикс сети, в котором старший бит установлен в 1, а следующие семь бит используются для номера сети. Для номера устройства задействуются оставшиеся 24 бита. В настоящий момент все адреса класса А уже выделены. Сети класса А также обозначаются как «/8», поскольку адреса этого класса имеют 8-битовый сетевой префикс.

Максимальное число сетей класса А составляет 126 (2⁷-2 — вычитаются два адреса, состоящие из одних нулей и единиц). Каждая сеть этого класса поддер­живает до 16 777 214 (2²⁴-2) устройств. Так как адресный блок класса А может содержать максимум до 2³¹ (2 147483648) индивидуальных адресов, а в прото­коле IP версии 4 может поддерживаться максимум до 2³² (4 294 967 296) адре­сов, то класс А занимает 50 % общего адресного пространства протокола IP.

Класс В предназначен для сетей среднего размера. Каждый адрес класса В имеет 16-битовый сетевой префикс, в котором два старших бита равны 10, а следующие 14 бит используются для номера сети. Для номера устройства выде­лены 16 бит. Сети класса В также обозначаются как «/16», поскольку адреса этого класса имеют 16-битный сетевой префикс.

Максимальное число сетей класса В равно 16 382 (2¹⁴-2). Каждая сеть этого класса поддерживает до 65 534 (2¹⁶-2) устройств. Так как весь адресный блок класса В может содержать максимум до 2³⁰ (1 073 741 824) индивидуальных ад­ресов, он занимает 25 % общего адресного пространства протокола IP.

Адреса класса С используются в сетях с небольшим числом устройств. Каж­дая сеть класса С имеет 24-битный сетевой префикс, в котором три старших бита равны 110, а следующие 21 бит используются для номера сети. Под номера устройства выделены оставшиеся 8 бит. Сети класса С также обозначаются как «/24», поскольку адреса этого класса имеют 24-битный сетевой префикс.

Максимальное число сетей класса С составляет 2 097 152 (2²¹). Каждая сеть этого класса поддерживает до 254 (2⁸-2) устройств. Класс С занимает 12.5 % общего адресного пространства протокола IP.

В табл. 6.9 подводится итог нашему анализу классов сетей.

Таблица 6.9. Классы сетей

Класс	Количество сетей	Количество устройств
А		2 147 483 648
В		65 534
С	2 097 152

В дополнение к этим трем классам адресов выделяют еще два класса. В клас­се D старшие четыре бита равны 1110. Этот класс используется для групповой передачи данных. В классе Е старшие четыре бита — 1111. Он зарезервирован для проведения экспериментов.

Для удобства чтения адресов в технической литературе, прикладных про­граммах и т. д. IP-адреса представляются в виде четырех десятичных чисел, раз­деленных точками. Каждое из этих чисел соответствует одному октету (8 битам) IP-адреса. Этот формат называют точечно-десятичным (Decimal-Point Notation) или точечно-десятичной нотацией (рис. 6.25).

В табл. 6.10 перечислены диапазоны десятичных значений трех классов адре­сов. В табл. 6.10 запись XXX означает произвольное поле.

Таблица 6.10. Диапазоны значений адресов

Класс адреса	Диапазоны значений
А	1.ХХХ.ХХХ.ХХХ — 126.ХХХ.ХХХ.ХХХ
В	128.0.ХХХ.ХХХ—191.255.ХХХ.ХХХ
С	192.0.0.ХХХ- 223.255.255.ХХХ

Некоторые IP-адреса не могут присваиваться устройствам в сети (табл. 6.11).

Как показано в этой таблице, в зарезервированных IP-адресах все биты, установленные в ноль, соответствуют либо данному устройству, либо данной сети, а IP-адреса, все биты которых установлены в 1, используются при ши­роковещательной передаче информации. Для ссылки на всю IP-сеть в целом используется адрес с номером устройства, у которого все биты установлены в «0». Сетевой адрес класса А — 127.0.0.0 зарезервирован для обратной связи и введен для проверки взаимодействия между процессами на одной машине. Ког­да приложение использует адрес обратной связи (loopback), стек протоколов TCP/IP возвращает эти данные приложению, ничего не посылая в сеть. Кроме того, данный адрес можно использовать для взаимодействия отдельных процес­сов в пределах одной машины. Поэтому в сетях IP запрещается присваивать устройствам IP-адреса, начинающиеся со 127.

Помимо направленной передачи данных определенной рабочей станции, активно используется широковещательная передача, при которой информацию получают все станции в текущей или указанной сети. В протоколе IP разделяют два типа широковещания: направленное и ограниченное.

Направленное широковещание позволяет устройству из удаленной сети по­слать дейтаграмму всем устройствам в текущей сети. Дейтаграмма с направлен­ным широковещательным адресом может проходить через маршрутизаторы, но доставлена она будет только всем устройствам в указанной сети, а не вообще всем устройствам. При направленном широковещании адрес получателя состоит из номера конкретной сети и номера устройства, все биты которого равны 0 или 1. Например, адреса 185.100.255.255 и 185.100.0.0 будут рассматриваться как адреса направленного широковещания для сети 185.100.xxx.xxx класса В. С точки зрения адресации, главным недостатком направленного широковеща­ния является то, что требуется знание номера целевой сети.

Вторая форма широковещания, называемая ограниченным широковещанием, обеспечивает широковещательную передачу в рамках текущей сети (сети, где находится устройство-отправитель). Дейтаграмма с ограниченным широкове­щательным адресом никогда не будет пропущена через маршрутизатор. При ограниченном широковещании биты номера сети и номера устройства состоят из всех нулей или единиц. Таким образом дейтаграмма с адресом получате­ля 255.255.255.255 или 0.0.0.0 будет доставлена всем устройствам в сети. На рис. 6.26 показаны сети, связанные маршрутизаторами. В табл. 6.12 перечис­лены получатели широковещательных дейтаграмм, отправляемых рабочей стан­цией А.

Протокол IP поддерживает три способа адресации: единичную (unicast), ши­роковещательную (broadcast) и групповую (multicast).

Таблица 6.12. Получатели широковещательных дейтаграмм

Отправитель	IP-адрес получателя	Получатели
Станция А	255.255.255.255	Станция Б и порт 1 (П1) маршрутизатора Ml
Станция А	128.1.255.255	Станция Б и порт 1 Ml
Станция А	128.2.255.255	Станции В, Г; порт 2 (П2) Ml и порт 1 маршрутизатора М2
Станция А	128.3.255.255	Станции Д, Е и порт 2 М2

При единичной адресации дейтаграммы посылаются конкретному единично­му устройству. Реализация этого подхода не представляет затруднений, однако если рабочая группа содержит много станций, пропускной способности может оказаться недостаточно, так как одна и та же дейтаграмма будет передаваться многократно.

При широковещательной адресации приложения посылают одну дейтаграм­му, причем она доставляется всем устройствам в сети. Такой подход еще более прост для реализации, но если в этом случае широковещательный трафик не ограничен пределами локальной сети (а, например, с помощью маршрутизаторов пересылается другую сеть), то тогда глобальная сеть должна иметь значитель­ную пропускную способность. Если информация предназначается только не­большой группе устройств, то такой подход представляется нерациональным.

При групповой адресации дейтаграммы доставляются определенной группе устройств. При этом (что очень важно при работе в распределенных сетях) не генерируется избыточный трафик. Дейтаграммы с групповым и единичным ад­ресом различаются адресом. В заголовке IP-дейтаграммы с групповой адреса­цией вместо IP-адресов классов А, В, С содержится адрес класса D, то есть групповой адрес.

Групповой адрес присваивается некоторым устройствам-получателям или, иными словами, группе. Отправитель записывает данный групповой адрес в за­головок IP-дейтаграммы. Дейтаграмма будет доставлена всем членам группы. Первые четыре бита адреса класса D равны 1110. Остальную часть адреса (28 бит) занимает идентификатор группы (рис. 6.27).

В точечно-десятичном формате групповые адреса лежат в диапазоне от 224.0.0.0 до 239.255.255.255. В табл. 6.13 показана схема распределения адресов класса D.

Таблица 6.13. Распределение адресов класса D

Диапазон адресов	Назначение
224.0.0.0-224.0.0.255	Зарезервированные групповые адреса
224.0.0.255-238.255.255.255	Групповые адреса, использующиеся в Internet
238.255.255.255-239.255.255.255	Локальные групповые адреса

Как видно из табл. 6.13, первые 256 адресов зарезервированы. В частности, этот диапазон отведен протоколам маршрутизации и другим низкоуровневым протоколам. В табл. 6.14 содержатся некоторые зарезервированные IP-адреса класса D.

Выше этого диапазона находится большая группа адресов, выделенных для приложений, работающих в сети Internet. Самый верхний диапазон адресов (примерно 16 миллионов адресов) предназначен для административных целей в локальных сетях. Централизованным управлением и регистрацией групповых адресов класса D занимается специальная организация IANA.

Групповая адресация может быть реализована на двух уровнях модели OSI — канальном (Data-Link Layer) и сетевом (Network Layer). Протоколы пе­редачи канального уровня, например, Ethernet и FDDI, могут поддерживать еди­ничную, широковещательную и групповую адресацию. Групповая адресация на канальном уровне особенно эффективна, если она поддерживается сетевой пла­той аппаратно.

Для поддержки групповой адресации IANA выделен блок групповых Ether­net-адресов, начиная с 01-00-5Е (в шестнадцатеричном представлении). Груп­повой IP-адрес может транслироваться в адрес из этого блока. Принцип трансляции достаточно прост: младшие 23 бита идентификатора IP-группы ко­пируются в младшие 23 бита Ethernet-адреса. При этом необходимо учитывать, что данная схема ассоциирует до 32 различных IP-групп с одним и тем же Ethernet-ад­ресом, так как следующие 5 бит идентификатора IP-группы игнорируются.

Таблица 6.14. Зарезервированные адреса класса D

Адрес	Назначение
224.0.0.1	Все устройства подсети
224.0.0.2	Все маршрутизаторы подсети
224.0.0.4	Все DVMRP-маршрутизаторы
224.0.0.5	Все MOSPF-маршрутизаторы
224.0.0.9	RIP IP версии II
224.0.1.7	Аудионовости
224.0.1.11	IEFT аудио
224.0.1.12	IEFT видео

Если отправитель и получатель принадлежат одной физической сети, про­цесс передачи и приема групповых кадров на канальном уровне достаточно прост. Отправитель указывает IP-адрес группы получателей, а сетевая плата вы­полняет трансляцию этого адреса в соответствующий групповой Ethernet-адрес и посылает кадр.

Если отправитель и получатель находятся в разных подсетях, связанных мар­шрутизаторами, доставка дейтаграмм затруднена. В этом случае маршрутизато­ры должны поддерживать один из групповых протоколов маршрутизации (DVMRP, MOSPF, PIM — см. ниже). Согласно этим протоколам маршрутиза­тор построит дерево доставки и правильно передаст групповой трафик. Кроме того, каждый маршрутизатор должен поддерживать протокол управления груп­пами (IGMP) для определения наличия членов группы в непосредственно под­ключенных подсетях (рис. 6.28).

Дата добавления: 2015-07-13