Architektura TCP/IP je v současnosti

Transkript

1 Architektura TCP/IP - úvod Architektura TCP/IP je v současnosti nejpoužívanější síťová architektura architektura sítě Internet Uplatnění TCP/IP user-end systémy (implementace všech funkčních vrstev) mezilehlé systémy (implementace spodních funkčních vrstev) Vývoj TCP/IP 1973 zahájení vývoje na základě zadání DoD U.S.A. projekt DARPA 1976 vznik protokolu Ethernet pro LAN 1983 TCP/IP zvolen za základní protokol ARPAnetu internet 1984 implementace TCP/IP do OS UNIX 1989 Internet 1992 WWW - architektura TCP/IP 1

2 Architektura TCP/IP - úvod Charakteristika TCP/IP dominantní postavení současným požadavkům již příliš nevyhovuje - neřeší QoS, zabezpečení přenosů, atd. nutnost řešit nedostatečnosti vytvářením funkčních mezivrstev a novými protokoly Výhody: nespecifikuje vlastní řešení přístupu k datovému spoji vytváří rozhraní pro různé přenosové technologie LAN a WAN - architektura TCP/IP 2

3 Architektura TCP/IP - úvod Architekturu TCP/IP vytváří sada protokolů přiřazených do různých funkčních vrstev ( TCP/IP Protocol Family ) Architektura TCP/IP je implementována na různých systémových platformách Heterogenní sítě zařízení různých systémových platforem komunikující prostřednictví protokolů sady TCP/IP Architektura TCP/IP je standard de facto - všeobecně přijatá, nemá vlastníka (oficiální standardizační organizaci Standardy TCP/IP jsou dokumenty RFC (Request for Comments) Archivy RFC dokumentů jsou volně přístupné (např. ) - architektura TCP/IP 3

4 Architektura TCP/IP TCP Aplikační vrstva Sada aplikačních protokolů Transportní vrstva UDP Síťová vrstva (IP vrstva) ICMP IGMP OSPF ARP IP RARP Vrstva síťového rozhraní (specifikováno příslušným RFC dokumentem pro každý určitý typ přenosové technologie ) - architektura TCP/IP 7 Aplikační 6 Prezentační 5 Relační 4 Transportní 3 Síťová 2 Spojová 1 Fyzická 4

5 Architektura TCP/IP Vrstva síťového rozhraní (Network Access Layer) přístup k přenosovému médiu může být použita technologie Ethernet, Wi-fi, FDDI, atd. IP TCP/IP LLC Logical Link Control Media Acccess Control vrstva datových spojů IEEE IEEE FDDI - architektura TCP/IP vrstva fyzická 5

6 Architektura TCP/IP Vrstva síťová (Internet Layer) směrování a přepojování datagramu, fragmentace/defragmentace datagramů - protokoly: IP (Internet Protocol) základní protokol sítě, vysílá datagramy, fragmentuje a znovusestavuje datagramy, služba bez spojení, současná verze IPv4 následující IPv6 ARP, RARP (Address Resolution Protocol, Reverse ARP) mapování logické síťové (IP) adresy do do fyzické () adresy a naopak ICMP (Internet Control Message Protocol) generace řídících zpráv o chybách a nestandardních událostech při přenosu datagramu IGMP (Internet Group Management Protocol) správa síťových skupin mapování skupinové adresy do síťové skupinové adresy OSPF (Open the Shortest Path First) směrovací protokol - architektura TCP/IP 6 a další

7 Architektura TCP/IP Vrstva transportní (Transport Layer) koncový přenos mezi dat mezi komunikujícími procesy (odpovídá transportní vrstvě OSI), protokoly: TCP (Transmission Control Protocol) služba se spojením UDP (User Datagram Protocol) služba bez spojení - architektura TCP/IP 7

8 Architektura TCP/IP Vrstva aplikační (Application Layer) množina protokolů poskytujících uživatelské síťové služby a systémové síťové služby (např. směrovací protokoly), závislost na určitém typu transportu dat (TCP nebo UDP) nebo možnost volby, aplikační vrstva se nejvíce rozšiřuje o nové protokoly, protokoly povinné, doporučené, volitelné. TELNET virtuální terminál (vzdálený přístup k hostitelskému systému) FTP (File Transfer Protocol) přenos souborů mezi uzly SMTP (Simple Mail Tranfer Protocol) přenos elektronické pošty - architektura TCP/IP 8

9 IPvrstva IP vrstva Protokoly: IP, ARP, RARP, ICMP, IGMP, OSPF UDP TCP Transportní vrstva Rozhraní transportních služeb ICMP IGMP OSPF Síťová vrstva IP ARP RARP Rozhraní síťových služeb Ethernet driver - architektura TCP/IP Vrstva síťového rozhraní 9

10 Rozhraní transportních služeb UDP TCP ICMP IGMP Čísla protokolů Rozhraní síťovýchslužeb Ethernet frame typ 0x0800 IP datagram - architektura TCP/IP 10

11 IP vrstva IP vrstva Adresace Směrování PDU Fragmentace Logická síťová adresa 32 bitů (4 oktety) zápis dotted decimal 2 části identifikátor IP sítě (IP network address) + číslo uzlu (host/node address) příklad: Centrálně řízené přidělování adres hierarchie NIC Typy adres: třída A N.H.H.H třída B N.N.H.H třída C N.N.N.H - architektura TCP/IP 11

12 IP vrstva IP adresy pro jedinečnou identifikaci uzlu v Internetu - přidělené organizací IANA (Internet Assigned Numbers Authority) unicast třídy A, B, C multicast třída D v unicast i multicast oblasti má IANA vyhrazené bloky adres (RFC 3300 Special-Use IPv4 Addresses) IP adresy privátní pro používání v intranetech (RFC 1918 Address Allocation for Private Internets ) třída A třída B třída C architektura TCP/IP 12

13 IP vrstva Metody adresování privátních sítí intranetů NAT (Network Address Translation) opakované přidělování adres PC1 Firewall IP 1 Intranet PC2 Zásobník IP 2 veřejných PC3 IP IP 3 PAT (Port Address Translation) jedna společná adresa Intranet PC1 PC2 PC3 IP 1 Firewall IP 1 Globální veřejná IP IP 1 - architektura TCP/IP 13

14 IP vrstva Způsob přidělování IP adres delegování na úrovně kontinentů a státní úrovně APNIC (Asia Pacific Network Information Centre) - Asia/Pacific Region ARIN (American Registry for Internet Numbers) - North America and Sub-Sahara Africa LACNIC (Regional Latin-American and Caribbean IP Address Registry) Latin America and some Caribbean Islands RIPE NCC (Réseaux IP Européens) - Europe, the Middle East, Central Asia, and African countries located north of the equator V ČR přidělení IP adres je spojeno s registrací domén - společnost CZ.NIC, z.s.p.o. - architektura TCP/IP 14

15 Adresy typu A Bity IP vrstva Číslo sítě Číslo uzlu Rozsah adres: Počet adres uzlů: Adresy typu B Bity Číslo sítě Číslo uzlu Rozsah adres: Počet adres uzlů: architektura TCP/IP 15

16 Adresy typu C Bity IP vrstva Číslo sítě Číslo uzlu Rozsah adres: Počet adres uzlů: 254 Adresy typu D (identifikace síťových skupin) Bity Identifikátor síťové skupiny Rozsah identifikátorů skupin: architektura TCP/IP 16

17 IP vrstva rozdělení adresového prostoru Typ adresy Rozsah adres Poznámka A Vyhrazeno Používáno Vyhrazeno * B Vyhrazeno Používáno Vyhrazeno C Vyhrazeno Používáno Vyhrazeno D E Speciální účel (multicast) Nepoužito Vyhrazeno ** - architektura TCP/IP 17

18 IP vrstva rozdělení adresového prostoru Poznámky k vyhrazeným adresám: vyhrazeno pro OS UNIX je adresa interního síťového rozhraní (loopback) je IP globální broadcast pokrývá všechny IP uzly všech IP sítí datagramy s touto adresou jsou na IP směrovačích filtrovány Maska sítě vyfiltruje z IP adresy adresu IP sítě (nebo podsítě viz dále), implicitní masky: Třída A Třída B Třída C architektura TCP/IP 18

19 IP podsítě (subsítě) IP vrstva podsítě Rozdělení velké sítě na řadu menších podsítí Velikost podsítě určuje správce Směrovač používá masku podsítě a IP adresu cílového uzlu k určení cílové podsítě Pro vytvoření adres podsítí se použijí horní bity z pole H (adresa uzlu) Maska podsítě implicitní maska sítě + bity z pole H použité pro adresování podsítí IP broadcast - adresa pokrývající všechny uzly dané sítě nebo podsítě - architektura TCP/IP 19

20 IP vrstva - směrování Směrování - výběr cesty pro datagram: Přímé směrování - předání cílovému uzlu na téže IP síti/podsíti Nepřímé směrování - předání některému ze směrovačů na téže síti/subsíti Problém: do rámce je třeba vložit adresu cílového uzlu se známou IP adresou nebo adresu směrovače se známou IP adresou - architektura TCP/IP 20

21 IP vrstva - směrování Přímé směrování Problém vyhledání adresy (pro sestavení rámce) ke známé IP adrese Řešení: protokol ARP (Address Resolution Protocol): Vyšle rámec s ARP dotazem (ARP request) na broadcast cílovou adresu Uzel, který poznal svou IP adresu uloženou v ARP dotazu vygeneruje ARP odpověď (ARP reply), do které svou adresu vloží ARP cache uchovává záznamy získané v předchozích ARP aktivitách - architektura TCP/IP 21

22 IP vrstva - směrování Protokol RARP reverzní funkce (přiřazení známé adrese logická IP adresa) Použití např. v bezdiskové pracovní stanici, terminálu apod. - architektura TCP/IP 22

23 IP vrstva - směrování Zprávy protokolu ARP a RARP zapouzdřené v rámci Ethernet Ethernet frame typ 0x0806 ARP request/reply Ethernet frame typ 0x8035 RARP request/reply - architektura TCP/IP 23

24 IP vrstva - směrování Formát zprávy protokolu ARP/RARP - architektura TCP/IP 24

25 IP vrstva - směrování Poznámky k formátu ARP/RARP zprávy (pole Hardware Type a Opcode) Typ síťového rozhraní, které zprávu vysílá Typ ARP zprávy - architektura TCP/IP 25

26 Protokol ARP (Address Resolution Protocol) A B C R ARP reply: posílám k IP v tvém requestu ARP request: znám IP, pošli DA SA sender sender IP target target IP router R router R IP????? host B IP broadcast router R ARP request DA router R SA host B sender host B sender IP host B IP target router R target IP router R IP záhlaví Ethernet ARP reply - architektura TCP/IP 26

27 Protokol RARP (ReverseAddress Resolution Protocol) C RARP server B A R ARP reply: posílám IP k v tvém requestu RARP request: znám, pošli IP DA broadcast SA host A sender host A sender IP???? target broadcast target IP IP broadcast RARP request DA host A SA host C sender host C sender IP host C IP target host A target IP host A IP záhlaví Ethernet - architektura RARP TCP/IPreply 27

28 IP vrstva - směrování Nepřímé směrování směrovací mapy (směrovací tabulky) Směrovací tabulky mapy pro určení cesty Směrovací tabulky směrovačů statické (manuálně vytvořené), dynamické (směrovač vytvoří mapu určitým algoritmem z informací získaných prostřednictvím směrovacích protokolů) topologie celé sítě (směrovací oblasti) Směrovací tabulky koncových uzlů minimální mapy s určeným výchozím směrovačem (default router/default gateway) - architektura TCP/IP 28