Počítačové sítě- komunikace na síti

Transkript

1 STRUČNÁ HISTORIE POČÍTAČOVÝCH SÍTÍ... 4 Síťové rozhraní... 4 Koaxiální kabel... 4 Přenosová média a další rozvoj... 5 Kroucená dvoulinka (twisted pair TP)... 5 Světlovodné vlákno (fiber optics F)... 6 Radiový signál (mikrovlny)... 7 TOPOLOGIE SÍTÍ... 7 Sběrnice (BUS)... 7 Hvězda (Star)... 8 Kruh (Ring)... 8 Smíšená (Mixed)... 9 ISO/OSI... 9 Fyzická vrstva (F)... 9 Linková vrstva (L) Síťová vrstva (S) Transportní vrstva (T) Relační vrstva (R) Prezentační vrstva (P) Aplikační vrstva (A) ZPŮSOB PŘENOSU INFORMACÍ Způsob přenosu informací Synchronní přenos Asynchronní přenos Paketový přenos TYPY SPOJENÍ Virtuální okruh (virtual circuit) Pevné a komutované VC FYZICKÁ VRSTVA Analogový okruh Sériová linka Modem Přenosová rychlost Digitální okruh ISDN LAN Kategorie kabeláží Konektory Optické vlákno (F) GSM BTS BSC NSS Způsob komunikace Datový přenos po GSM GPRS LINKOVÁ VRSTVA SLIP (Seriál line IP) ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

2 CSLIP (Compressed SLIP) HDLC I frame S frame U frame PPP Protokoly: Protokol LCP a navázání spojení LOKÁLNÍ SÍTĚ (LAN) Kdo je kdo v síti Technické prostředky LAN Typy uzlů Uživatelé sítě Servery Pracovní stanice Fyzická a logická struktura sítí TCP/IP PROTOKOLY INTERNETU Síťové protokoly MODEL TCP/IP Internet protokol (IP) Protokol ICMP Echo Nedoručitelný datagram Sniž rychlost odesílání Změň směrování Žádost o směrování Čas vypršel Žádost o masku Časová synchronizace Fragmentace Volitelné položky IP záhlaví Protokoly ARP a RARP Protokol IGMP Typ MRT CRC IP adresa oběžníku Oběžníky a linkový protokol Protokoly TCP/UDP Protokol TCP Příznaky Kontrolní součet Volitelné položky Správa portů Navazování spojení Ukončování spojení Technika zpoždění odpovědi Technika okna Zahlcení sítě Protokol UDP Fragmentace v UDP ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

3 Oběžníky IP nové generace Základní rysy Struktura IPng záhlaví: Příklady využití rozšířeného záhlaví ICMP v IPng adresace Zápis adresy Používané bloky adresního prostoru IPng Oběžníky v IPng Jednoznačné adresy (Unicast) ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

4 Stručná historie počítačových sítí O síti hovoříme již při spojení dvou počítačů (někdy v 80 letech 20. století). Důvodem spojování byla potřeba přenosu dat mezi PC a zvýšení spolehlivosti a rychlosti (tehdejší paměťová média měla kapacitu okolo 128MB, měla vyšší nespolehlivost). LPT, COM Propojování probíhalo prostřednictvím standardních rozhraních, tj. LPT (paralelní Centronics) nebo COM (sériové RS232). Hlavní nedostatky takových sítí: Spojení peer to peer- malý počet spojených počítačů Malé vzdálenosti (LPT do 5m, COM do 30m) Nízké rychlosti přenosu (LPT asi 300kb/s, COM 115kb/s) Poměrně výrobně komplikovaná kabeláž (vícežilové kabely, větší konektory, vyšší pravděpodobnost poruch). Závěr: komunikace se v té době ustálila po sériové lince, která byla spolehlivější (méně vodičů pro komunikaci), překlenula větší vzdálenosti (nižší vzájemné rušení), byla levnější (menší konektory i kabely). Síťové rozhraní Ze zkušeností z předchozích let a z toho plynoucích nedostatků a dodatečných potřeb a nároků kladených na počítačovou komunikaci (přenos souborů, spouštění aplikací, posílání zpráv, nové služby atd.) se vývoj zaměřil na nové rozhraní PC, které by mohlo takovou komunikaci zajistit a současně by odstranilo nedostatky a omezení prvních sítí. Topologie tohoto nového (revolučního) způsobu propojení PC byla sběrnice, do níž byly počítače napojeny prostřednictvím specializovaného (jednoúčelového) síťového rozhraní. Konektor T Terminátor Zo Koaxiální kabel Koaxiální kabel Jako médium pro přenos sloužil koaxiální kabel pro své výhodné vf vlastnosti (měl homogenní chování ve velmi širokém kmitočtovém pásmu, které právě přenos digitálního signálu vyžaduje). Vnitřní vodič Vnější opletení a izolace dielektrikum ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

5 Pro potřeby komunikace v PC sítích se používal ve dvou provedeních: Tenký koax.(thin)- průměr asi do 7mm- tehdy široce komerčně využíván pro propojování PC v budovách Tlustý koax. (thick)- průměr do 1,5cm- používán pro vzájemné propojení skupiny budov, pro páteřní sítě Díky tomuto řešení se výrazně zlepšily možnosti komunikace mezi počítači a nastal nový, relativně samostatný a bouřlivý vývoj počítačových sítí. Souhrn zlepšení a přínosů: Rychlost komunikace vzrostla na 1Mb/s až 10Mb/s (až 100x) Překlenutelná vzdálenost až 185m (Thin) nebo 500m (Thick)- za předpokladu dvou stanic na síti Napojitelnost více počítačů do každého úseku sítě (za cenu zkrácení překlenutelné vzdálenosti z důvodu vyššího vzájemného rušení) Nižší náklady na realizaci sítě (jednodušší kabeláž, levnější konektory). I přes tyto výhody se projevily nové druhy nedostatků, které bylo potřeba dále odstraňovat a také trvalá potřeba diktovaná trhem snižování nákladů při budování sítí: Omezení počtu napojených počítačů do jednoho segmentu z důvodu potřeby zachování dostatečné překlenutelné vzdálenosti Obtížná diagnostika závad sítí v segmentu (vf chování přenosu signálu a vznik stojatého vlnění). Proto se hledalo řešení, které nakonec přineslo využití kombinace vhodné topologie sítí a nalezení nových médií pro přenos. Přenosová média a další rozvoj Kroucená dvoulinka (twisted pair TP) Prvotním rozhodnutím bylo dosáhnout spojení pouze dvou komunikačních článků na síti, čímž by se odstranil nedostatek způsobený vzájemným rušením na daném segmentu a garantovala by se i překlenutelná maximální vzdálenost. Bylo však ale potřeba snížit cenu média, kterými jsou tyto články spojeny. Řešením nakonec bylo využití topologie hvězda, kdy jednotlivé počítače jsou propojovány přes společný uzel, který zajistí spolehlivou a bezkonfliktní vzájemnou komunikaci. Jako médium se využilo levnější řešení (oproti koax kabelu), a to kroucené dvoulinky (TP), která má obdobné homogenní vlastnosti vůči signálu jako koax kabel, jenom nižší kvalitu. I ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

6 cena vlastních konektorů a realizace kabeláže se opět výrazně snížila, takže i bylo nakonec ekonomické spojovat pouze dva články sítě navzájem. Výhody řešení: Snížení nákladů na realizaci kabeláže (vyšší ekonomičnost) Zachování rychlosti přenosu i s možností jejího zvyšování (až do 250Mb/s na 1 pár) Překlenutelná vzdálenost do 100m Jednoduchá diagnostika poruch a jejich rychlost odstraňování. Světlovodné vlákno (fiber optics F) S rozmachem vývoje sítí a potřeb jejich vzájemného propojování i multimediální komunikace nabyla významu potřeba zvyšování překlenutelné vzdálenosti i propustnosti, tj. zejména propojování budov a měst bez nutnosti vysokých ekonomických nákladů. Takovým médiem, které splňuje tyto požadavky, byl optický kabel. Základní charakteristika média: Využívá vlastnosti skla, které propouští světlo určitých vlnových délek s minimálním útlumem a fyzikálního principu totálního odrazu Možnosti světla, které umožňuje přenášet obrovské objemy dat vysokou rychlostí Existují dva typy kabelů (optických vláken): Jednovidové (single mod SM)- tloušťka vlákna asi 9um, gradientní technologie výroby, světlo se šíří pouze v přímém směru (dražší) Vícevidové (multi mod MM)- tloušťka vlákna asi 50um, světlo se šíří odrazy (levnější výroba) Světelnými budiči bývají buď impulsní LED nebo polovodičové lasery. Protože velikost vlákna i se skleněnou ochranou je 0,25mm, tak vlastní kabel obsahuje svazek desítek až stovek vláken. Komunikace po vláknu probíhá pouze v jednom směru (simplexní provoz), proto obousměrný provoz je zajištěn dvěma vlákny. Souhrn výhod: Zvýšení překlenutelné vzdálenosti (MM asi 1km, SM asi do 100km) Zvýšení možnosti rychlosti přenosu a přenosu objemu dat Vysoký poměr užitnosti média (rychlost+objem dat+překlenutelná vzdálenost/cena) Odstranění náchylnosti k elmg. rušení. Redundantnost nabízí zvýšení spolehlivosti komunikace ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

7 Nevýhodou může být snad jen komplikovanější vzájemné propojování kabelů (speciální zabrušované konektory s adjustací vycentrování), které je však vyváženo vysokou užitností. Optické kabely se proto používají jako sběrné a pateřní propojovací kanály datových sítí WAN na úrovni měst až kontinentu. Radiový signál (mikrovlny) S rozvojem radioelektroniky a komunikací v mikrovlnném pásmu prostřednictvím komunikačních satelitů se otevřela možnost přenosu dat i tímto přenosovým médiem (bezdrátově vzduchem). Výhodou takového přenosu je využití volných kanálů (kapacity) přenosových cest určených doposud pro radiovou komunikaci. Vývojem nastalo sbližování způsobu komunikace ve formě digitalizace analogových spojů a tak ke sjednocení do jednoho digitálního spoje. Takový spoj může zajistit přenos nejen digitalizovaných telekomunikačních signálů (telefon, rozhlas, video), ale i signálů datových pro vzájemné (globální) spojování datových sítí. Výhody: Využití stávajících již vybudovaných komunikačních cest (telekomunikační pozemní a satelitní spoje) Obrovská překlenutelná vzdálenost (globální spojení) Vysoká rychlost a objem přenášených dat Nevýhodou mohou být: poplatky provozovatelům telekomunikačních kanálů míra zabezpečení důvěrnosti dat. Zvláštním typem síťové komunikace může být tzv. mobilní bezdrátová komunikace (Wireless Fidelity WiFi). Ta vychází ze současných požadavků doby a vyspělé technické společnosti, tj. je kladen důraz na mobilní přípojné body pro počítače a zejména zařízení, která datovou komunikaci používají a využijí (automobilový průmysl, vojenská technika apod.). Výhody: mobilita koncových zařízení téměř neomezená konektivita velmi nízké zřizovací náklady Topologie sítí Sběrnice (BUS) Jedna z prvních typů sítí zejména známá jako Ethernet. ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

8 Realizováno na médiu koax nebo TP kabelu Počet stanic omezen médiem Byla jednoduchá a ekonomicky přijatelná Komunikace probíhala ve všech směrech (oběžníkový způsob) Připojení do sítě bez narušení komunikace Hvězda (Star) Jedna z nejstarších sítí, zejména známá pod názvem ArcNet. Příliš se nerozšířil, nicméně postup směrování se v budoucnu využil v síti ArpaNet a následně i v Internetu. uzel Médium koax nebo TP Omezená síťová architektura na danou hvězdu, počet stanic omezen možnostmi protokolu Komunikace probíhala vždy mezi směrovanými body (spojované PC) Vlastní směrování bylo realizováno v uzlu (středu) sítě Připojení do sítě bez narušení komunikace Kruh (Ring) Topologie zvolená zejména pro médium optického vlákna s provozovaným protokolem TokenRing. Nebyl příliš rozšířen (zejména z technických důvodu- náročnost realizace spojení článků v síti), spíše v průmyslové sféře s vysokou mírou elmg. rušení. Nicméně se dále zdokonalila po vyšší dostupnosti optických prvků sítě, v současné době provozována na protokolu FDDI (CDDI) (dva kruhy proti sobě- redundantní spojení pro vyšší spolehlivost sítě). Médium FO, později i TP-DS Ekonomicky náročnější, odolná proti elmg. rušení Počet stanic omezen protokolem sítě Komunikace probíhala cyklickým předáváním ze stanice na stanici Porušení komunikace při výpadku nebo připojení stanice. ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

9 Smíšená (Mixed) Nejčastější způsob realizace tzv. strukturované kabeláže. uzel 1. V rámci LAN kombinace sdružování článků sítě do skupin podle lokality místností uvnitř budov, do skupin po jednotlivých patrech budov a do skupiny z jednotlivých budov, využití oběžníkového způsobu komunikace nebo směrování. Realizováno zpravidla na jedné technologii (topologii). 2. V rámci WAN většinou spojování páteřními komunikačními kanály, využití směrování. ISO/OSI Problematika sítí je tak komplexní a velmi široká, že ji bylo potřeba normalizovat z důvodů mezinárodní slučitelnosti. Proto vznikl mezinárodní standard ISO (Internacional standardization organization) pro komunikaci OSI (Open system interface), který ji popisuje vrstvovým modelem o 7 vrstvách. PC1 PC2 Aplikační (A) Aplikační (A) Prezentační (P) Prezentační (P) Relační (R) < spojení aplikací > Relační (R) Transportní (T) < spojení přenosu > Transportní (T) Síťová (S) < spojení PC > Síťová (S) Linková (L) < spojení uzlů > Linková (L) Fyzická (F) < fyzické spojení > Fyzická (F) Fyzické spojení DTE DCE DCE DTE Fyzická vrstva (F) Zajišťuje fyzické spojení obou stran; patří do ní kabeláž, HW, konektory apod., komunikace probíhá oběžníkovým způsobem a je řízena vrstvou L. ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

10 Linková vrstva (L) Zajišťuje logické spojení podle linkové adresy na úrovni lokální (LAN); adresa musí být jedinečná, úzce souvisí s vrstvou F, může zajišťovat kontrolu bezchybnosti komunikace. Komunikace probíhá linkovými rámci. LF rámec Flag HEADER PAY LOAD CRC Síťová vrstva (S) Zajišťuje přenos dat mezi vzdálenými počítači (WAN); klíčovým prvkem v komunikaci je směrovač (router). Základní jednotka přenosu- IP datagram. IP HEADER Zapouzdření do LFrámce DATA BLOCK HEADER CRC S vrstva nevidí zařízení na vrstvách F a L, tj. příslušné protokoly vrstev. FL rozhraní mohou být Ethernet, WiFi, sériový port, USB apod. S vrstva používá jednoznačnou adresu v rámci WAN (IP adresa). PC1 PC2 Aplikační (A) Aplikační (A) Prezentační (P) Prezentační (P) Relační (R) Přenos paketů Relační (R) Transportní (T) Router Router Transportní (T) Síťová (S) Síťová Síťová Síťová (S) Linková (L) LAN1 Linková LAN2 Linková LAN3 Linková (L) Fyzická (F) NP1 Fyzická NP2 Fyzická NP3 Fyzická (F) Transportní vrstva (T) Zajišťuje spojení mezi jednotlivými aplikacemi. T vrstva se nezabývá spojením, ale úplností a bezchybností předávaných dat aplikacím, Základní jednotka přenosu- transportní paket. TP HEADER obsahuje adresy aplikací, pro které je určen, tyto jednoznačně adresovány v rámci PC. TP HEADER DATA Zapouzdření do TP IP HEADER DATA BLOCK HEADER Mezi PC může existovat více transportních spojení současně ( , HTTP, FTP ). CRC Relační vrstva (R) Zabezpečuje výměnu dat mezi aplikacemi, jejich kontrolu, integritu a korektní výměnu (otevření, uzavření). ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

11 Příkladem může být práce se síťovým diskem- navázané spojení na T vrstvě, relace trvá po celou dobu sdílení disku. Jednotkou přenosu je relační paket, který je vložen do TP. Prezentační vrstva (P) Pro reprezentaci (kódování, kompresi) a zabezpečení (šifrování, elektronický podpis) dat aplikacím. Jako příklad lze uvést pořadí bitů v bytu, šifrování, zajištění integrity, digitální podpis apod. Aplikační vrstva (A) Předepisuje formát dat pro předávání mezi aplikacemi. Předepisuje komunikační protokol mezi aplikacemi- formát dat a řízení této komunikace.mezi jednotlivými vrstvami vzniká tzv. virtuální spojení, kterými si vrstvy vyměňují služební informace. Tato komunikace je z hlediska uživatele transparentní. Způsob přenosu informací Způsob přenosu informací Synchronní přenos Používán pro přenosy, kde je vyžadována garance rychlosti přenosu (zvuk, video ), tj. zajištěna požadovaná šíře pásma. Při komunikaci se musí přenášet synchronizační signál, tzv. hodiny (CLK). U synchronního přenosu je nutný vždy jeden zdroj hodin! Tento signál může jít po vlastním vodiči, nebo jedním společným fyzickým kanálem. Data CLK Výhody synchronního provozu: Vyšší rychlost přenosu Efektivnější využití komunikačního kanálu (nižší režie) Běžně používán pro rychlosti nad 64kb/s 1.rámec Slot 1.. Slot n 2.rámec Slot 1. Slot n Rámec je dělen na sloty, každé spojení má vyhrazeno 1 nebo více slotů. Šířka pásma je dána počtem slotů /1s ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

12 Internet nepoužívá synchronní přenos, tj. negarantuje šířku pásma! Výjimku může tvořit případ Internetu od poskytovatele (potřeba garance šířky pásma pro přenos zvuku nebo videa) Asynchronní přenos Používán pro přenosy, kde je vyžadována jednoduchost komunikace a její široká přizpůsobitelnost. Způsob synchronizace (rozlišení začátku a konce dat) je prováděn v datovém toku tzv. služebními signály. Podmínkou je, že tyto signály nejsou obsaženy ve vlastním datovém toku. Jako příklad lze uvést komunikační protokol dle normy ITU V.24 (analogie v USA RS232). Služební signál Služební signál Vzorkovací signál Vzorkovací signál je asi 10x vyšší, než přenosová rychlost. Každá strana komunikace si tento signál vytváří sama (na straně přijímače). Přenos dat i propustnost je nižší, než u synchronního (služební režie přenosu). Výhody asynchronního přenosu: Přizpůsobitelnost stran rychlosti komunikace Jednoduchost a dostatečná spolehlivost Běžně využíván do 64kb/s Využívá protokol ATM, kombinuje paketový přenos se synchronním. 1 Cell 2 Cell n Cell Přenos dat probíhá ve stejných, ale menších paketech, tzv buńkách. Potom lze každé aplikaci přiřadit určitou buńku, čímž ji lze také garantovat šířku pásma. Další pojmy: Symetrický x asymetrický signál Rytmický x arytmický přenos Paketový přenos Výhodný pro přenos bloků dat. Délka bloku může být obecně různá. Paket nese data vždy jedné aplikace (jedno spojení) a také směrovací informace (adresu určení). Výhoda: efektivní využití pásma i více aplikacemi. ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

13 Typy spojení Virtuální okruh (virtual circuit) Některé síťové protokoly vytváří VC, kterými potom prochází pakety. V případě narušení tohoto VC se spojení a přenos dat přeruší a musí se obnovit nový VC. Příklad VC E F A B D Přes VC lze přenášet datagramy (bez garance doručení)- např. Frame Relay Lze navázat spojení s garancí doručení- např. X.25 Výhoda VC: Okruh je nejdříve sestaven )pomocí signalizace) a potom teprve přenášena data Každý paket potom nemusí nést globální adresu příjemce, ale pouze identifikaci okruhu V internetu se nepoužívá, protože zničení uzlu ve VC přeruší spojení! IP nepoužívá VC, proto vždy nese IP adresu příjemce (směrovací informace) a je dopravován samostatně. IP datagramy mohou dorazit do cíle i v jiném pořadí. Nad IP je protokol TCP, který spojení naváže a garantuje doručení dat. Pevné a komutované VC Pevné- pevně sestavené administrátorem (obdoba pevných linek) Komutované (SVC)- dynamicky vznikající podle okamžité potřeby. Vytváří se signalizačními protokoly (obdoba vytáčených tlf. linek). Protokoly využívající virtuální okruhy- CONS (connection oriented net services) Protokoly nepoužívající virtuální okruhy- CLNS (connection less net services) Fyzická vrstva Zajišťuje fyzické spojení v rámci LAN nebo mezi LAN a WAN. Na úrovni fyzické vrstvy je běžné použití tzv. všeobecných oběžníků (vysílání na všechny uzly v daném fyzickém spojení). Přenosové rychlosti v současnosti jsou mezi 10kb/s až po 10Gb/s. ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

14 Analogový okruh Sériová linka Napojení PC se odehrává většinou přes logické rozhraní COM. Komunikační protokol dle normy ITU V.24 (analogie v USA RS232). Sériový asynchronní arytmický přenos dat Běžně využíván do 64kb/s (limit rozhraní 115kb/s) Nulový modem- přímé spojení na rozhraní V.24 bez modemu. Modem Slouží pro spojení PC na větší vzdálenosti za použití veřejné telefonní sítě (VTS). Komunikace je analogová ve zvukovém pásmu 0,3-3,4kHz- nutná modulace a demodulace. S PC je modem spojen kabelem po rozhraní V.24, na telefonní síť telefonní linkou. (v případě interního modemu odpadá kabel V.24) Typy telefonních linek (spojení): Komutované (běžné telefony- vytáčené spojení) Pevné (pronajatá spojení za paušální poplatek, zpravidla napojení čtyřdrátem, lze realizovat full duplex- okruhy nutno křížit) Automatický modem- vytáčí číslo a přepíná se do režimu přenosu dat x příkazového módu Komunikace s PC pomocí AT příkazů (fy. Hayes) Modemy podporují: synchronní (rychlosti nad 64kb/s) i asynchronní přenos (do 64kb/s) Přeložené pásmo (Voice band)- do 56kb/s Přenosová rychlost Analog Dle doporučení ITU Přenosová rychlost V.32 9,6kb V.32bis 14,4kb V.34 28,8kb V ,6kb V.90 56,0kb (do PC) 33,6kb (od PC) Komprese dat v modemu zvyšuje přenosovou rychlost (COM port PC limituje rychlost na 115kb/s) MODEM Komprese zvuku nebo videa až 40:1 A/D VTS Dig. MODEM Internet ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

15 Propustnost kanálu se kompresí zvyšuje! Digitální okruh Modernější technika přenosu za využití nových technologií. ISDN Basic Rate (euroisdn2) 2 datové kanály B, každý s propustností 64kb/s 1 signalizační kanál D, propustnost 16kb/s Význam signalizačního kanálu: sestavení vitrtuálního spojení ( vytočení čísla ) signalizace dalšího hovoru nebo čísla zákazníka další typy signalizace Transmit Send Rozhraní S/T (sběrnice) NT- 1 TELECOM Rozhraní U (tlf. dvoulinka) režie 12b /0,25ms kanál B 16b/0,25ms kanál B 16b/0,25ms kanál D 4b/0,25ms = 48kb/s = 64kb/s = 64kb/s = 16kb/s celková přenosová rychlost: Přenos je synchronní ve slotech signalizace DSS1) síťovým protokolem. 192kb/s 0,25ms, na kanálu D se vytvoří virtuální okruh (tzv. LAN Slouží k propojení PC na kratší vzdálenosti (100m až n x km). Volba fyzického rozhraní závisí na volbě linkového protokolu. Problematika LAN se skládá z: problematiky kabeláže, která patří do FL problematika síťových karet a ostatních zařízení, která patří jak do FL, tak i MAC (část SW realizována přímo v kartě) problematika linkového protokolu (LLC), realizováno ovladači (programy) Pro potřeby samostatného rozvoje tohoto způsobu komunikace byly normalizovány poslední vrstvy (linková a fyzická) organizací IEEE (Institut of Electrical and Electronics Engineers) pro různé typy LAN. ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

16 ISO OSI IEEE IEEE jednotná linková vrstva IEEE Ethernet Token Bus Token Ring Ethernet 10Mb (AUI- 10BASE5, BNC- 10BASE2, TP- 10BASET, F- 10BASEF) FastEthernet 100Mb (100BASETX, 100BASEFX) Gb Ethernet 1Gb (1000BASELX) FDDI ArcNet Linková vrstva Fyzická vrstva Token Ring 100Mb- 1Gb málo používané málo používané Propojení prováděno strukturovanou kabeláží. LLC MAC Fyzická Kategorie kabeláží Vždy 4 páry vodičů: 5E 6 (dielektrikum) 7 (diel+stínění) garantuje šířku pásma do 100MHz garantuje šířku pásma do 250MHz garantuje šířku pásma do 600MHz Konektory RJ45 (pro 4 páry) 1 2(O) 3 4(B) 5 6(G) 7 8(Br) Ethernet- páry 1,2 a 3,6 Telefon- pár 4,5 Rezerva- pár 7,8 Optické vlákno (F) Nízký optický odpor pro vlnové délky 850nm, 1300nm a 1500nm (infračervené spektrum) druhy vláken: Vždy probíhá simplexní provoz => provoz na 2 vláknech vícevidové (multi mod)- buzení LED nebo laserem, vlákno tloušťky 50um jednovidové (single mod)- buzení laserem, vlákno tloušťky 9um GSM Bezdrátový systém pro rádiovou mobilní komunikaci. V počátku určen pro hlasovou komunikaci digitálním způsobem modulace, v současnosti nabývá nové možnosti pro přenos dat. ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

17 BTS Základní jednotku tvoří buňka pokrytá signálem z jedné BTS (Base Transceiver Station), která obsahuje přijímače a vysílače pro komunikaci s mobilními stanicemi (telefony). Primární frekvence- Sekundární frekvence- 900MHz ( ), šířka pásma 25MHz 1800MHz ( nebo ) šířka pásma 75MHz Frekvence rozděleny na kanály po 200kHz, v BTS musí být zachován odstup mezi nimi alespoň 9 x 200kHz- potom počet vysílačů bývá 1, 4 nebo 12 BSC Řídící stanice (Base Station Controler) pro několik buněk tvořených BTS NSS Centrální řídící systém sítě operátora (Network and Switching Subsystem), který slouží pro přepínání hovorů (v rámci vlastní sítě nebo cizích sítí) Způsob komunikace Komunikace s mobilní stanicí (mobilem) probíhá prostřednictvím kanálu TCH (Traffic channel). Každá vysílací frakvence rozdělena do 8 slotů (TCH/F), hlas přenášen rychlostí 13kb/s, data 12,6kb/s. TCH/F- plná rychlost přenosu TCH/H- poloviční rychlost přenosu Mobil TCH/8-1/8 plné rychlosti BTS BSC NSS HLR VLR Cizí sítě Datový přenos po GSM Přenos dat probíhá kanálem TCH/F. Nevýhody: rychlost z PC 9,6kb/s nutnost sestavení okruhu (trvalé spojení i bez přenosu dat) ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

18 GPRS Používá paketový přenos (General Paket Radio Services), obdoba připojení v LAN a přenosu v Internetu (princip sítě v síti). Teoreticky je možné využít všech 8 slotů (vysílací kanál), tj. až 171,2kb/s. V praxi se předpokládá využití 4 slotů a přenosové rychlosti 28kb/s, později 56kb/s, v budoucnu 112kb/s. Linková vrstva Je to vrstva úzce související s fyzickou vrstvou a její architekturou. Existuje velké množství linkových protokolů. SLIP (Seriál line IP) Vkládá IP pakety přímo do linky. Při řízení linky jsou mezi data vkládány ESC sekvence (analogie komunikace mezi PC a terminálem nebo tiskárnou). Je to velmi jednoduchý protokol, určen pro přenos paketů síťových vrstev. FLAG 0xdb 0xdc 0xdb 0xdd FLAG 0xc0 IP datagram 0xdb FLAG- křídlová značka, která uvozuje každý linkový datagram. Je tvořena 1B sekvencí 0xc0. protože se nesmí v datech objevit tato sekvence, je nahrazen výskyt 0xc0 ESC sekvencí 0xdb, 0xdc, a znak ESC sekvencí 0xdb, 0xdd. Na přijímací straně jsou tyto ESC sekvence opět odstraněny. Protokol nezabezpečuje: o Detekci chyb při přenosu (nutno použít alespoň na úrovni modemů) o Protokol nenese info o přenášeném protokolu síťové vrstvy (nelze na jedné lince mixovat protokoly), také nefunguje ARP o Oba konce spojení se neinformují o své adrese či konfiguraci o Nelze použít pro synchronní linky (z důvodů ESC sekvence) Vhodný pro pomalé a méně poruchové sériové linky. CSLIP (Compressed SLIP) Navíc proti SLIP komprimuje záhlaví TCP/IP (40B zkracuje na 3B- 16B). Nekomprimuje data! Z tohoto protokolu také vychází protokol PPP, který si navíc tuto konfiguraci a kompresi dohodne s druhou stranou. Princip komprese (autorem komprese Van Jacobson): o Zjistilo se, že během komunikace se záhlaví protokolu příliš nemění. Potom je možné přenášet pouze změny nebo přírůstky změn. o Komprese se provede pouze u TCP paketu, neprovádí se u UDP, ICMP nebo v případě nastavení příznaků RST, SYN, FIN nebo nenastavení ACK. o Kompresor ověří komprimovatelnost paketu, pokud je možná, tak komprimuje ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

19 o Kompresor komprimuje jednotlivá spojení, pro každé udržuje SLOT s info o záhlaví o V případě již existujícího spojení provede kompresi s označením ukazatelů o V případě neexistujícího spojení založí nové (buď ve volném SLOTu nebo nahradí nejstarší spojení) linka Kompresor Kompresor SLOT (0 až 255) SLOT (0 až 255) Komprimované záhlaví Č I P S A W U Číslo Slotu (spojení) Urgent Přírůstek okna Přírůstek potvrzení Přírůstek odeslání Přírůstek identifikací IP Kontrolní součet TCP Č (nezkrácen) U W A S I DATA 1. byt záhlaví tvoří maska, která obsahuje info o změnách v záhlaví. Speciální případ je komunikace pro protokoly Telnet a Rlogin, kdy se nastaví příznaky AWU. Potom záhlaví obsahuje pouze 3B a 1B dat. Problematika komprese je dále rozpracována, že již existuje možnost komprese UDP, IPv6 apod. HDLC Vznikl z protokolu SDLC fy IBM, určen pro synchronní přenos. Později byla norma HDLC rozšířena pro asynchronní přenos (například PPP, který je od HDLC odvozen). Módy HDLC: 1. ABM (ABME) (asynchronous balanced mode)- pro propojení dvou stanic plným duplexem, existuje v rozšířené verzi Stanice 1 Stanice 2 ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

20 2. NRM (NRME) (normal response mode)- odpovídá SDLC, spojení více stanic na poloduplexním spoji (přepínaný duplex), existuje také v rozšířené verzi; společné přenosové médium, jedna stanice řídící, ostatní podřízené, definován tzv. pooling, tj. řízení, kdy která stanice vysílá. Řídící stanice může dávat příkazy- podřízené pouze odpovídají. Tento mód méně běžný. Řídící stanice 3. ARM (asynchronous response mode)- málo běžný. Formát rámce HDLC: Podřízená stanice Podřízená stanice FLAG ADR Řídící pole DATA CRC FLAG Záhlaví FLAG- uvozuje každý datový rámec, tj. začíná a končí FLAG značkou, která je 8b 0x7e (šest 1 po sobě). Bitově orientovaná synchronní verze HDLC využívá bit stuffingu, tj. vkládání a následné vypouštění 0 po sekvenci 5x1 v datovém toku. U znakově orientovaného přenosu se tato technika nepoužívá (data musí být v blocích 7b nebo 8b). ADR- toto pole je dlouhé 8b- adresa stanice, pro kterou je určen datagram (má význam u módu NRM). V PPP má hodnotu 8x1 (oběžník) CRC- kontrolní součet, zpravidla 32b nebo 16b DATA- obsahuje data, tj. protokoly vyšších vrstev Řídící pole- nejsložitější část, rozlišujeme 3 typy HDLC rámců: zápatí I frame (8/16b)- informační rámce, určeno k přenosu dat U frame (8b)- nečíslované rámce, nejen pro data, ale i řídící funkce (inicializace, řízení linky a diagnostika) S frame (8/16b)- rámce supervizora, pro řízení toku dat (žádost o vysílání, potvrzení I rámců), neobsahují zpravidla datová pole I frame N(R) P/F N(S) 0 Potvrzení přijetí rámce pool číslo vyslaného rámce Povolení vysílat (nastaví řídící stanice shodí podřízená stanice) S frame N(R) P/F X X X X C C 0 1 Potvrzení přijetí rámce pool příkazy RR- přijímač připraven RNR- přijímač nepřipraven REJ- odmítnutí (chybný rámec, zopakovat) ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

21 U frame C C C P/F C C 1 1 pool Povolení vysílat (nastaví řídící stanice shodí podřízená stanice) Typy příkazů: SABM (SABME) SNRM (SNRME) UA DISC DM FRMR XID UI Příklady dialogů: SABME DISC FRMR UA Vlastnosti HDLC. - příkazy pro nastavení komunikačního módu - slouží k potvrzení nastavení módu - odpojení - potvrzení odpojení - odmítnutí rámce, začíná se nastavení linky - výměna konfiguračních info mezi stanicemi - pro přenos nečíslovaných datových rámců UA DM SABME Zjišťuje chybné rámce nastavení linky odpojení linky reset linky Vyžádá retransmisi chybných číslovaných rámců Pomocí UI umožňuje mixovat více síťových protokolů PPP Má tvar rámců HDLC, navíc však umožňuje: Využívat rozhraní V.24 Používat asynchronní přenos nebo bitově či znakově synchronní Vyžaduje full duplexní dvoubodový spoj (pevné nebo komutované linky) Nepoužívá I- rámce, pouze U- rámce (nečísluje a tedy neopakuje přenos) Umožňuje přenos více síťových protokolů FLAG ADR Řídící Protokol DATA CRC FLAG pole 1B 1B 1B 2B 2B 1B Protokoly: Součástí je 5 služebních protokolů: LCP (C021h)- slouží k navázání spojení PAP, CHAP, EAP (C023h)- slouží k autentizaci Protokol pro zpětné volání ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

22 Další protokoly- šifrování přenosu, komprimaci dat, rozložení zátěže (MLP), rozšiřování přenosového pásma (BAP) Skupina protokolů NCP (8xxxh), např.: IPCP (8021h)- pro IP IPV6CP (8057h)- pro Ipv6 IPXCP (802bh)- pro IPX Protokol LCP a navázání spojení Je to služební protokol, který je společný všem síťovým protokolům přenášeným touto linkou. Je určen k navázání, ukončení spojení, dohodě na autentizačním algoritmu apod. Linka se nachází ve stavu: Navazování spojení Autentizace Síťový protokol a Ukončování spojení. Zpětné volání Navazování spojení Autentizace Odpojena Další protokoly Ukončování spojení Síťový protokol Síťový protokol Síťový protokol Další protokoly slouží k vyjednání dalších možností linky, např. šifrování (PAP, CHAP, EAP), komprimaci (CCP), nastavení linky pro protokoly IP vrstvy (vyjednávací NCP). Lokální sítě (LAN) Kdo je kdo v síti Lokální síť (jak bylo zmíněno v předchozích kapitolách) je vzájemné spojení všech prostředků sítě. LAN má zpravidla rozsah jedné nebo více budov. Prostředky sítě můžeme rozdělit na: technické zabezpečení komunikace sítě (kabely, konektory, uzly a zesilovače) prostředky síť užívající. Technické prostředky LAN V případě sítě na bázi spojení sběrnicovým způsobem je tato síť rozčleněna na segmenty (kratší úseky), které jsou vzájemně spojeny uzly pro překlenutí větších vzdáleností mezi ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

23 segmenty. Podle typů segmentů a v závislosti na požadovaném provozu na síti rozlišujeme různé typy uzlů. Typy uzlů Opakovač (Repeater) Slouží pro prosté překlenutí větších vzdáleností nebo vhodné strukturování kabeláže. V případě, že segment bude tvořit pouze jedna stanice (PC), bude pro spojení používána kroucená dvojlinka a takový opakovač se nazývá lidově HUB. Je to jednoduché zařízení pracující pouze na FL, opakuje všechny rámce do všech portů uzlu, používá stejnou LL. Most (Bridge) Pracuje obdobně jako opakovač, jenom již neopakuje všechny rámce do všech portů, ale pouze tam, kde se nachází adresovaná stanice. Zpravidla slouží k propojení dvou nesourodých sítí LAN. Pracuje tedy i na LL, protože je schopen rozlišovat linkovou adresu, kterou si ukládá do tabulky. Tabulka může být naplňována ručně administrátorem nebo automaticky odposlechem provozu na síti. Pouze oběžníky rozesílá do všech portů. Spínač (Switch) Je to zařízení, které v sobě zahrnuje výhody více portů opakovače a selektivní výběr mostu. V poslední době se proto nahrazují opakovače spínači, které optimalizují zatížení jednotlivých segmentů sítě (tzv. přepínaný Ethernet). Navíc tzv. inteligentní spínače umožňují propojit segmenty i s různými typy LL (Eth a FDDI apod.). Mohou také obsahovat vyrovnávací paměť pro vyrovnání různých rychlostí spojených sítí. Směrovač (Router) Je to zařízení, které již pracuje až na síťové vrstvě a používá se pro napojení LAN na WAN. Často je to počítač, který může plnit i další jiné funkce (Firewall, DNS apod.) Usměrňuje provoz na základě směrovací informace v síťových rámcích (směruje). Uživatelé sítě Jsou to veškerá zařízení užívající LAN. Rozlišujeme: servery a pracovní stanice (klienty). Servery Jsou to veškeré prostředky, který ostatním účastníkům sítě nabízejí nějaké své služby. Patří mezi ně počítače nabízející: prostor pro ukládání souborů a dat (FS) pracovní prostředí pro aplikace (AS) ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

24 prostor pro manipulaci s tabulkovými daty (DBS) poštovní služby (EMS) terminálové služby (TS) hypertextové služby (HTS) tiskové služby (PS) multimediální služby (MMS) apod. Pokud server nedovoluje plnit i funkci pracovní stanice, potom jej nazýváme dedikovaný. Pracovní stanice Jsou to prostředky sítě, které pouze využívají nabízené služby serverů v síti, ke kterým mají přístup (uživatelská práva). Často bývá klientem i samotný server, tj.plní obě funkce. Ne každá stanice proto bude moci využívat všechny nabízené služby v síti, do níž je napojena Fyzická a logická struktura sítí Z hlediska síťového prostředí rozlišujeme vzájemně komunikující uzly (node), které vlastně představují jednotlivé fyzické prostředky sítě. Tyto prostředky jsou tvořeny pracovními stanicemi nebo servisními uzly (servery). Z hlediska uživatelů, kteří tyto prostředky používají rozlišujeme: uživatele (klienty), tj. osoby nebo programy, využívající služeb servisních uzlů a administrátory, tj. osoby nebo programy, které mohou tyto prostředky sítě spravovat (konfigurovat, nastavovat práva přístupu, monitorovat provoz apod.). Základní filozofie využívání služeb na síti je založena na právech přístupu k těmto službám, tj. na míře důvěry toho kterého serveru. Tuto míru důvěry definoval administrátor sítě pro každý server na síti tzv. tabulkou pověření (Trustee). Každý uživatel (i administrátor), který používá prostředky dané sítě se musí autentizovat (prokázat, že je to skutečně ten, kdo má definovánu důvěru na daném serveru). Tato autentizace je většinou zajištěna tzv. uživatelským účtem, tj. definováním nejméně jednoznačného přihlašovacího jména uživatele (name) a bezpečnostního hesla (password). Name: picka Name: pickb Passw: n876x. SRV1 SRV2 Passw: n885y. Client (Nick) Nevýhody fyzické struktury: z hlediska administrátora je nutné provádět všechny změny a nastavení na každém prostředku zvlášť ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

25 z hlediska uživatelů je nutné znát různá jména a hesla ke každému prostředku sítě (z důvodu bezpečnosti) Z důvodu zjednodušení práce v rozsáhlých sítích a zvýšení bezpečnosti jejich provozu se přechází na definování logické struktury sítě. Každý prostředek v takové struktuře potom představuje objekt s přesně definovanými vlastnostmi a funkcemi. Takových objektů potom může být definováno mnohem více, než je celkový počet fyzických uzlů sítě. Jako příklad lze uvést: kontejnery (organizační objekty) pro hierarchickou organizaci sítě uživatel a skupina (účty) pro definici jednotných autentizačních údajů tisková fronta pro organizaci tisku na síťových tiskárnách a jiné. Logická struktura je systematický logický popis síťové struktury, který je uložen ve formě databázového souboru na serveru. Výhody logické struktury: z hlediska administrátora je správa takové síťové struktury práce s databází jako jedním souborem z hlediska uživatelů je proces přihlašování procesem autentizačním, kdy si každý server ověřuje míru důvěry i autentizaci uživatele u této centrální databáze. Bezpečnost takovéto sítě je zajištěna bezpečností databáze, tj.: distribuovatelností (rozdělení a rozmístění na různé servery v síti) replikačním procesem (více kopií a pravidelnou aktualizací) ochranou transakčním procesem (ochrana proti výpadku při přenosu). Name: nick Passw: n876x. SRV1 SRV2 Příklady logických struktur sítí: Client (Nick) NDS Netware Directory Services (Novell) AD- Active Directory (MS Windows NT) DNS- Domain Name Services (Internet). ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

26 TCP/IP protokoly internetu Síťové protokoly Počítače používají ke vzájemné komunikaci tzv. síťové protokoly (TCP/IP, IPX/SPX, NetBeUI, AppleTalk apod.). Analogicky je lze přirovnat k diplomatickému, státnímu, královskému protokolu užívanému v lidské společnosti. Pravidla komunikace (normy), které u Internetu představují tzv. RFC (request for comments), kterých je v současnosti více, jak 3000, avšak z 1. tisíce je aktuálních jen několik (důvodem je rychlý rozvoj této technologie). Normy vydává mezinárodní normalizační úřad (ISO), který normalizoval soustavu protokolů nazvaných ISO OSI. Další organizace zabývající se normalizací je ITU (pro telekomunikaci v Ženevě- dříve CCITT, která je již od roku 1865) nebo IEEE (pro elektrotechnická zařízení). Dostupnost norem na Internetu- RFC, RIPE, PKCS nebo Lze také nastudovat v knihovnách (např. ITU normy v Praze na TEST-COMu) Proč je tolik protokolů? Komunikace po síti je problematika široká a komplikovaná Překrývá mnoho různých profesí (analog/číslicová technika, HW/SW, telekomunikace/elektrotechnika apod.) Efektivnější rozvoj jednotlivých částí odděleně ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

27 Analogie komunikace: Dva cizinci A Komunikace virtuální B Vrstva myšlenek Vrstva překladatelů IA IB Vrstva fyz.přenosu Úplný komunikační kanál Komunikace reálná (spojení Model TCP/IP Tato rodina síťových protokolů se nezabývá F a L vrstvami. Pro Internet se tedy pro tyto vrstvy používají protokoly ISO OSI standardizované ITU. ISO OSI a TCP/IP jsou nesouměřitelné, existuje však mezi nimi určitá analogie. Komunikační zařízení vyhovující ISO OSI se používají pro přenos IP datagramů protokolů TCP/IP.. APPLICATION LAYER NFS FTP HTTP IMAP XDR Telnet SSL DNS RIP RPC BOOTP TFTP TCP UDP IP ICMP IGMP ARP RARP LL / FL Internet protokol (IP) Odpovídá S vrstvě ISO/OSI Přenáší IP datagramy, kdy každý v záhlaví nese adr. příjemce- tj. úplnou směrovací info pro jeho dopravu k adresátovi. Každý datagram je sítí přenášen samostatně, tj. mohou k adresátovi dorazit v jiném pořadí. IP má celosvětově jednoznačnou (normalizovanou) adresu (1 síťové rozhraní může mít více IP adres, ne však naopak). Internet je tvořen jednotlivými LAN, které jsou propojeny pomocí směrovačů (router, gateway). ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

28 IP protokol je tvořen: Vlastním protokolem IP (přenáší data vyšších vrstev) Služebními protokoly (virtuální komunikace mezi odpovídajícími IP vrstvami) o ICMP, IGMP- signalizace a řízení IP a doprava adresných převodníků o ARP, RARP- zpravidla na IP nezávislé protokoly (neobsahují IP záhlaví) Příklad přenosu IP datagramů z IP1 na IP2 ( překládání L rámců z MAC1/MAC2, HW3/HW4 a MAC5/MAC6) ETHERNET2 ETHERNET1 Router 1 MAC2 HW3 HDLC Router 2 HW4 MAC4 MAC6 IP2 MAC1 IP1 IP datagram se skládá ze záhlaví a přenášených dat. Délka je zpravidla 20B; může obsahovat volitelné položky, pak je o to delší. Verze IP (4b) Délka záhlaví (4b) Délka života TTL (1B) Identifikace IP datagramu (2B) Typ služby (1B) Protokol vyšší vrstvy (1B) Příznaky (3b) IP adresa odesílatele (4B) IP adresa příjemce (4B) Celková délka IP datagramu (2B) Offset fragmentu (13b) CRC IP záhlaví (2B) Volitelné položky záhlaví DATA Verze IP- číslo pro verzi protokolu (pro IP v4 rovno 4) Délka záhlaví- celková délka záhlaví (včetně CRC) vyjádřena v počtu 4bajtů (číslo 5 znamená 5x4B). V případě použitých volitelných položek musí být délka násobkem 4B, takže v případě nevyužití se doplní nevýznamnou výplní. Maximální délka je proto 60B (15x4B) Typ služby- slouží ke specifikaci kvality přenosu. Definována RFC2474; využije se zejména pro aplikace požadující garanci šířky pásma (přenos zvuku, videa apod.) protokolem RSVP (RFC2205) Celková délka IP datagramu vyjádřena v B, proto je IP datagram maximálně 16 2 B dlouhý Identifikace IP datagramu, příznaky a fragment offset- slouží pro mechanismus fragmentace datagramů. Význam příznaků: ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

29 0 DF MF - další fragment / žádný další fragment - nelze fragmentovat/ fragmentace možná Doba života datagramu- (TTL) slouží k zamezení nekonečného toulání datagramu. Tuto položku každý směrovač snižuje alespoň o jedničku. Pokud již je TTL=0, potom se datagram zahazuje a odesílateli je toto signalizováno ICMP. TTL je obecně parametrem jádra OS (u WIN je klíčem registru). Protokol vyšší vrstvy- nese číslo protokolu vyšší vrstvy. Dokonce i ICMP a IGMP se chovají jako takové protokoly. Tato čísla přiřazuje organizace IANA ( ). (např. ICMP= 1, IGMP= 2, TCP=6, UDP=11h) Mohou to být i protokoly, které tunelují jiné, které internet nepodporuje. Např. IP-IP (4), Eth-IP (97), IPX-IP(111). To lze například využít i pro vytvoření VPN (virtuální privátní sítě), pokud využijeme šifrování takového protokolu. CRC IP záhlaví- kontrolní součet pouze ze záhlaví (způsob výpočtu je uveden v RFC1071 a RFC1141). Tento součet se musí vždy vypočítat, když datagram prochází směrovačem (změna TTL). IP adresa odesílatele a příjemce- jsou to 4B jedinečné adresy komunikujících stran. Volitelné položky- využívány jen ojediněle, rozšiřují možnosti IP a mohou být někdy i zneužívány. Protokol ICMP Je to služební protokol IP, který slouží k řízení takovéto virtuální komunikace. Umožňuje: Signalizaci mimořádných událostí v sítích, Řízení a kontrolu směrování, Časovou synchronizaci, Žádost o odezvu, Řízení rychlosti (snižování). Záhlaví ICMP paketu je 8B: Typ (1B) Kód (1B) CRC (2B) Proměnná část záhlaví (4b) Typ a Kód- hrubé a jemné dělení druhů událostí předávaných ICMP pakety. CRC- kontrolní součet ze záhlaví paketu. Některé typy používaných zpráv: Typ Kód Popis Co sign Zpracuje 0 0 Echo ANSW APL Nedoručitelný IP datagram Err APL 4 0 Sniž rychlost odesílání Err OS ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

30 5 0-3 Změň směrování Err OS 8 0 Žádost o echo QUE APL,OS 9 0 Odpověď na žádost o směrování ANSW APL 10 0 Žádost o směrování QUE APL Čas vypršel (TTL=0) Err APL Chybný parametr (IP záhlaví) Err APL 13 0 Požadavek na časovou synchronizaci QUE APL 14 0 Odpověď na časovou synchronizaci ANSW OS 17 0 Žádost o masku podsítě QUE APL 18 0 Odpověď na žádost o masku podsítě ANSW OS Echo Nejjednodušší způsob testování přítomnosti protějšího účastníka komunikace. Všechny OS podporující TCP/IP obsahují aplikaci ping, která umožňuje využít některé příkazy ICMP. Každá stanice musí tento typ příkazu podporovat (výjimku mohou tvořit pouze jmenné DNS servery). Nedoručitelný datagram Pokud nelze datagram předat dále adresátovi a je zahozen, je odesílatel touto zprávou o tom informován. Důvody jsou upřesněny kódem zprávy. Sniž rychlost odesílání V případě přetížení sítě na některém ze směrovačů tento odesílateli signalizuje požadavkem snížení rychlosti. Odesílatel u TCP paketů rychlost sníží, u UDP paketů toto ignoruje. Změň směrování Tímto příkazem se provádí dynamické změny směrovacích tabulek OS, kdy se optimalizuje cesta přes směrovače. Žádost o směrování Je to nová možnost využití tohoto služebního protokolu, která umožňuje dynamicky konfigurovat svou směrovací tabulku. Po startu stanice oběžníkem vyšle na LAN tento požadavek, na který ji směrovač odpoví IP položkami a příslušnou preferencí. Čím je vyšší preference, tím je adresa více preferována. Směrovače na takovou žádost nejen samy odpovídají, ale v náhodném intervalu mezi 9 až 10min oběžníkem samy generují odpovědi na žádost o směrování. Čas vypršel Signalizuje, že položka TTL=0, tj. datagram bude zlikvidován. Obdobně se postupuje i v případě, že není možné včas IP datagram sestavit z fragmentů. ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

31 Tohoto příkazu využívá i program tracert, který mapuje cestu k cílové stanici přes jednotlivé směrovače na cestě. (lze zkusit na Fidži kula.usp.ac.fj) TTL=4 TTL=2 TTL=3 TTL=1 Zdrojová stanic stanice Směrovač 1 Time exceed Směrovač 2 Time exceed Směrovač 3 Time exceed Cílová stanice Echo Žádost o masku Tímto příkazem může bezdisková stanice žádat o masku své sítě, pokud obdržela protokolem RARP IP adresu. Toto je však v současnosti vytláčeno aplikačním protokolem BOOTP nebo DHCP, který je komplexnější. Časová synchronizace Tímto se žádá cílový počítač o čas (časové razítko). Na žádost o časovou synchronizaci cílový počítač vyplní čas přijetí žádosti a čas odeslání. Zdrojový počítač potom koriguje přijatý čas o čas RTT (dobu procházky od zdrojového počítače k cílovému). Fragmentace Tento proces nastává z toho důvodu, že linkový rámec má omezenou maximální délku, což omezuje i velikost datagramu rámcem přenášeného. Tato velikost se nazývá MTU (maximal transfer unit) a je např. Linkový protokol MTU Ethernet II 1500B Ethernet SNAP 1492B FrameRelay 1600B FDDI 4478B Protože teoretická délka IP datagramu může být až 16kB, tak také může být na lince MTU menší, než datagram. Směrovač se rozhodne na základě příznaku fragmentace možná a provede fragmentaci, nebo ne (pak o tom informuje zpět odesílatrele). MTU lze zjistit také pomocí aplikace ping s parametrem f (zákaz fragmentace) a parametrem l (délka datagramu B). ICMP signalizace také může obsahovat položku MTU (9,10B v záhlaví), pokud tuto implementaci směrovač podporuje. Oprávnění skládat fragmentované datagramy má pouze příjemce. K označování fragmentů se využívá položek záhlaví příznaky a offset fragmentu (vyjadřuje počet B z dat původního IP datagramu, které již byly vloženy do předchozích fragmentů). Celková délka se tak prodlužuje o násobek (n-1) délky IP záhlaví (n- počet fragmentů)! ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

32 Síť nerozlišuje mezi přenosem celého (nefragmentovaného) IP datagramu a fragmentu. Je proto také možné fragmentovat fragment. Fragmentace je chápána jako nutné zlo, pro extrémně bezpečnou komunikaci se fragmentace zakazuje. Volitelné položky IP záhlaví Tyto patří k zajímavostem protokolu TCP/IP a mohou být i nebezpečné a proto mnozí provideři takové datagramy zahazují. Existují například tyto možnosti: Zaznamenávej směrovače (ping r 5 adresa)- vytvořeno 5 slotů pro záznamy IP Zaznamenávej čas (ping s 3 adresa)- vytvořeny 3 sloty pro timestamp Explicitní směrování (ping j router adresa)- lze uvést jen některé routery Striktní explicitní směrování (ping k router router adresa)- uvést všechny routery Upozornění pro směrovač lze přenášet i info pro samotný směrovač Bezpečnostní omezení podle RFC1108 Protokoly ARP a RARP ARP řeší problém přiřazení linkové adresy IP datagramu, který má být přenesen na nejbližší směrovač (v LAN). Adresu odesílatele známe, ale adresu příjemce je potřeba získat. Postup: Vyšle se linkový oběžník (adresa= 6xFFh) Datová část obsahuje IP odesílatele a IP adresáta, pro něhož se hledá linková adresa Odpoví ten směrovač, který má ve směrovací tabulce IP adresáta. Typ LP Typ SP HS PS Operační kód typ linkového protokolu (Eth II = 1) typ síťového protokolu (IP=800h) délka linkové adresy (Eth= 6B) délka síťové adresy (IP=4B) operační kód (ARP Q=1,ANS=2, RARP Q=3,ANS=4) V dalším poli jsou: Source MAC Source IP Destination MAC (0) Destination IP Do pracovní paměti (ARP cache) se naplní položka MAC adresy pro danou IP. Tu lze vyčíst ze systému příkazem arp a. Lze také ručně vkládat položka) nebo rušit položku d. položky parametrem s (statická Filtrace ARP: spočívá ve statickém naplnění ARP cache u serveru, takže ten nemusí použít ARP dotaz. Proxy ARP: využívá se u LAN, na kterých je směrovač (ARP pracuje pouze na LAN). Na směrovači běží proxy ARP, kdy na ARP dotaz k IP adrese směrovač doplní svou linkovou adresu. Protokol RARP sloužil ke zjištění IP adresy u bezdiskových stanic. Tento protokol je však již nahrazen aplikačním protokolem DHCP. ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana

33 Protokol IGMP Je to služební protokol, který slouží k šíření adresných oběžníků (multicasts). Aktuální je nyní verze 2 (RFC2236), jeho struktura je: IP záhlaví Typ (1B) MRT (1B) CRC (2B) IP adresa oběžníku (4B) Typ dotaz směrovače na další členy (11h) požadavek na členství ve skupině (16h) opuštění skupiny (17h) MRT Používá se pouze v dotazu směrovače; v desetinách sec čas, do kterého musí všichni členové opakovat požadavek na členství ve skupině. CRC Obdobný výpočet, jako u ICMP. IP adresa oběžníku Představuje vlastní adresu v intervalu až protože takové oběžníky jsou vyhrazeny pro LAN, mívají nastavenu hodnotu TTL=1. Jádrem internetu je MBONE (Multicast Backbone), kde je zabezpečeno šíření adresných oběžníků. Vznikají skupiny členů pro daný oběžník, které jsou dynamicky prověřovány. Oběžníky a linkový protokol Je to jeden z problémů, jak doručit oběžník konkrétní stanici na LAN, tj. určení linkové adresy. To umožňují i linkové protokoly, kdy je nastaven nejnižší bit 1.B linkové adresy. Adresa linkového oběžníku se pak vytváří mapováním IP adresy do linkové adresy. Za tím účelem je IANA registrována jako fiktivní výrobce síťových adaptérů s číslem e. Problém vzniká s mapováním části IP adresy, která potom musí být ošetřena vyššími vrstvami (IP protokolem) x x x. x linková adresa n- nejednoznačné mapování adresy (5b) x- mapování adresného linkového oběžníku (23b) Protokoly TCP/UDP Odpovídá vrstvám R, P a A n n n n n x x x. x IP adresa oběžníku Zavádí speciální prezentačně-aplikační protokoly (SSL, S/MIME ) Z praktického hlediska lze rozdělit na: Uživatelské protokoly pro aplikace uživatelů (HTTP, SMTP, Telnet, FTP, IMAP, POP3 ) ISŠP Brno, Ing. František Kovařík Strana