SIT M4A 2019/2020 OSI MODEL A TCP/IP ING. VLADIMÍR VYHŇÁK

Transkript

1 SIT M4A 2019/2020 OSI MODEL A TCP/IP ING. VLADIMÍR VYHŇÁK

2 Modely TCP / IP vs. OSI Když mluvíme o přepínačích vrstvy 2 a 3, máme na mysli vrstvy modelu generického protokolu - modelu OSI (Open Source Interconnect). Tento protokol je běžně používán při popisu síťových komunikací. Datová komunikace mezi různými sítěmi je možná jen pokud existují pravidla pro přenos a příjem paketů dat. Těmto pravidlům říkáme protokoly. Existuje jich celá řada, ale jeden z nejpoužívanějších protokolů je TCP/IP. Model TCP/IP se běžně používá k popisu sítě a je starší než model OSI. Oba mají mnoho vrstev, jaký je mezi nimi tedy rozdíl? Vrstvy referenčních modelů OSI Model OSI je koncepční model, který charakterizuje a standardizuje, jak by různé softwarové a hardwarové komponenty zapojené do síťové komunikace měly dělit práci a vzájemně spolupracovat. Má sedm vrstev.

3 Jednotlivé vrstvy a úkoly, které plní jsme si popsali již dříve. Tento obrázek graficky ukazuje, jaké hlavní úkoly jednotlivé vrstvy plní: 7 Síťové procesy pro aplikace 6 Reprezentace a šifrování dat 5 - Komunikace mezi hostiteli 4 Spojení bodu k bodu a spolehlivost 3 Určení cesty a logické adresy 2 Fyzické adresování 1 Média, signály a binární přenosy

4 Vrstva 7: Aplikační vrstva Aplikační vrstva modelu OSI spolupracuje přímo se softwarovými aplikacemi a poskytuje komunikační funkce podle potřeby a je nejblíže koncovým uživatelům. Funkce aplikační vrstvy obvykle zahrnují ověření dostupnosti komunikačních partnerů a zdrojů pro podporu jakéhokoli přenosu dat. Tato vrstva také definuje protokoly pro koncové aplikace, jako je systém názvů domén (DNS), protokol pro přenos souborů (FTP), protokol pro přenos hypertextu (HTTP), protokol pro vzdálený přístup k ové schránce (IMAP), poštovní protokol (POP), jednoduchý přenos pošty) protokol (SMTP), protokol Simple Network Management Protocol (SNMP) a Telnet (emulace terminálu).

5 Protokol POP3 je navržený pro stahování pošty ze serveru na poštovního klienta, případně na jiný server. y se stahují přímo na lokální disk uživatele a ze serveru jsou poté smazány (pokud uživatel nenastaví jinak). Výhodou používání tohoto protokolu je možnost pracovat s y i v offline režimu bez připojení k internetu. Protokol IMAP umožňuje nejen stahování ů ze serveru na lokální disk, ale také správu účtu přímo na serveru. IMAP se vyplatí využít tehdy, pokud přistupujete k ovému účtu z různých počítačů nebo mobilních zařízení. Provedete-li jakoukoli úpravu Vašich ů (prohlédnete si nepřečtenou poštu), tuto změnu uvidíte i po připojení z jiného počítače. Protokol IMAP poskytuje řadu dalších výhod jako je možnost přístupu do poštovní schránky více uživateli současně, práce se složkami přímo na serveru, jistota ů zálohovaných na vzdáleném serveru (v případě problému s Vaším počítačem), schopnost zobrazit záhlaví zpráv bez nutnosti stahovat texty zpráv (např. při přístupu z mobilního telefonu ušetříte kb za stažení ů, které nepotřebujete vidět) atd. IMAP je anglická zkratka Internet Message Access Protocol. IMAP je internetový protokol pro vzdálený přístup k ové schránce. Protokol IMAP narozdíl od POP3 protokolu vyžaduje trvalé připojení k ové schránce, protože pracuje s daty přímo na poštovním serveru. S poštovní schránkou je tak možné pracovat z libovolného místa.

6 Vrstva 6: Prezentační vrstva Prezentační vrstva zkontroluje data, zda jsou kompatibilní s komunikačními prostředky. Převádí data do formy, kterou akceptují aplikační úroveň a nižší úrovně. Jakékoli potřebné formátování dat nebo převod kódu je také zpracováno šestou vrstvou, jako je převod textového souboru kódovaného rozšířeným binárním kódovaným desetinným kódem (EBCDIC) do textového souboru kódovaného americkým standardním kódem pro výměnu informací (ASCII). Funguje také pro kompresi a šifrování dat. Například videohovory budou během přenosu komprimovány, takže mohou být přenášeny rychleji a data budou obnovena na přijímací straně. U dat, která mají vysoké požadavky na zabezpečení, jako je například textová zpráva obsahující vaše heslo, bude šifrována v této vrstvě.

7 Vrstva 5: Vrstva relací Vrstva relací řídí dialogy (připojení) mezi počítači. Vytváří, spravuje, udržuje a nakonec ukončí spojení mezi místní a vzdálenou aplikací. Software páté vrstvy také zpracovává funkce ověřování a autorizace. Ověří se také, že jsou data doručena. Vrstva relace je běžně implementována explicitně v aplikačních prostředích, která používají vzdálené volání procedur.

8 Vrstva 4: Transportní vrstva Transportní vrstva poskytuje funkce a prostředky pro přenos datových sekvencí ze zdroje do cílového hostitele prostřednictvím jedné nebo více sítí, při zachování funkcí kvality služeb (QoS) a zajišťuje úplné dodávání dat. Integrita dat může být zaručena pomocí opravy chyb a podobných funkcí. Může také poskytovat explicitní funkci řízení toku. Ačkoli nejsou striktně v souladu s modelem OSI, jsou protokoly TCP a User Datagram Protocols (UDP) nezbytnými protokoly ve vrstvě 4.

9 Vrstva 3: Síťová vrstva Síťová vrstva zpracovává směrování paketů pomocí funkcí logického adresování a přepínání. Síť je médium, ke kterému lze připojit mnoho uzlů. Každý uzel má adresu. Když uzel potřebuje přenést zprávu do jiných uzlů, je výhodou, že může pouze ťuknout na zprávu a bez prohlížení obsah masáže stáhnout je obálkové údaje jako např. adresu cílového uzlu. Z toho síť najde způsob, jak doručit zprávu cílovému uzlu, případně směrováním přes jiné uzly. Pokud je zpráva příliš dlouhá, může ji síť rozdělit do několika segmentů v jednom uzlu, poslat je samostatně a znovu sestavit fragmenty v jiném uzlu.

10 Vrstva 2: Data Link Layer Vrstva datového spojení zajišťuje přenos mezi uzly - propojení mezi dvěma přímo spojenými uzly. Zvládá balení a vybalení dat v rámcích. Definuje protokol pro navázání a ukončení spojení mezi dvěma fyzicky připojenými zařízeními, jako je protokol PPP (Point-to-Point Protocol). Vrstva datového spojení je obecně rozdělena do dvou podvrstev - vrstva řízení přístupu k médiu (MAC) a vrstva řízení logického propojení (LLC). Vrstva MAC je zodpovědná za řízení toho, jak zařízení v síti získávají přístup k médiu a povolení k přenosu dat. LLC vrstva je zodpovědná za identifikaci a zapouzdření protokolů síťové vrstvy a řídí kontrolu chyb a synchronizaci snímků.

11 Vrstva 1: Fyzická vrstva Fyzická vrstva definuje elektrické a fyzické specifikace datového připojení. Například rozložení pinů konektoru, provozní napětí elektrického kabelu, specifikace optických vláken a frekvence pro bezdrátová zařízení. Je zodpovědný za přenos a příjem nestrukturovaných prvotních dat na fyzickém médiu. Řízení bitové rychlosti se provádí na fyzické vrstvě. Je to vrstva síťového zařízení nízké úrovně a nikdy se nezabývá protokoly nebo jinými položkami vyšší vrstvy.

12 Vrstvy modelu TCP / IP TCP/IP model je také vrstvený referenční model, ale je to čtyřvrstvý model. Dalším názvem je sada internetových protokolů. Je běžně známý jako TCP/IP, protože základními protokoly jsou TCP a IP, ale v tomto modelu se nepoužívají pouze tyto dva protokoly.

13

14 Aplikační vrstva Aplikační vrstva modelu TCP/IP poskytuje aplikacím přístup k službám ostatních vrstev a definuje protokoly, které aplikace používají k výměně dat. Mezi nejznámější protokoly aplikační vrstvy patří HTTP, FTP, SMTP, Telnet, DNS, SNMP a Routing Information Protocol (RIP). Transport Layer - Transportní vrstva, také známá jako transportní vrstva hostitel-hostitel, je zodpovědná za poskytování aplikační vrstvy komunikačním službám relace a datagramu. Hlavní protokoly této vrstvy jsou TCP a UDP. TCP poskytuje spolehlivou komunikační službu typu one-to-one, na připojení orientovanou. Je zodpovědný za sekvenování a potvrzování odeslaných paketů a obnovu paketů ztracených při přenosu. UDP poskytuje nespolehlivé komunikační služby typu one-to-one nebo one-to-many, bez připojení. UDP se obvykle používá, když je množství přenášených dat malé (jako by se tato data hodila do jednoho paketu). Internetová vrstva je zodpovědná za funkce adresování hostitele, balení a směrování. Hlavní protokoly vrstvy internetového protokolu jsou IP, Address Resolution Protocol (ARP), Internet Control Message Protocol (ICMP) a Internet Group Management Protocol (IGMP). IP je routovatelný protokol pro IP adresování, směrování a fragmentaci a opětovné sestavení paketů. ARP zjišťuje adresy vrstvy přístupové sítě, jako je hardwarová adresa spojená s daným přístupem k internetové vrstvě. ICMP odpovídá za poskytování diagnostických funkcí a hlášení chyb v důsledku neúspěšného doručení IP paketů. IGMP odpovídá za správu skupin IP multicast. V této vrstvě přidává IP záhlaví paketů, které se nazývá IP adresa.

15 Obrázek 2: Příklady adresy IPv4 a adresy IPv6 Vrstva síťového přístupu do sítě (nebo vrstva propojení) je zodpovědná za umístění paketů TCP / IP na síťové médium a přijímání paketů TCP / IP mimo síťové médium. Protokol TCP / IP je navržen tak, aby byl nezávislý na metodě přístupu k síti, formátu rámce a médiu. Jinými slovy, je nezávislá na jakékoli konkrétní síťové technologii. Tímto způsobem lze TCP / IP použít k připojení různých typů sítí, jako jsou Ethernet, Token Ring, X.25, Frame Relay a Asynchronous Transfer Mode (ATM).

16 Jak se zpracovávají data během přenosu? Ve vrstveném systému si zařízení vrstvy vyměňují data v jiném formátu, který je známý jako jednotka dat protokolu (PDU). Níže uvedená tabulka ukazuje PDU v různých vrstvách. Tabulka: jednotka dat protokolu (PDU) zpracovaná v různých vrstvách. Typ modelu Hostitelské vrstvy Mediální vrstvy Vrstvy OSI Aplikační vrstva Prezentační vrstva Vrstva relace Transport Layer Datová jednotka protokolu (PDU) Data Segment (TCP) / Datagram (UDP) Vrstvy TCP / IP Aplikační vrstva Vrstva relace aplikace Transport Layer Síťová vrstva Paket Internetová vrstva Vrstva datového propojení Fyzická vrstva Rám Bit Vrstva síťového přístupu

17 Například, když uživatel požádá o procházení webu v počítači, software vzdáleného serveru nejprve poskytne požadovaná data aplikační vrstvě, kde je zpracována z vrstvy na vrstvu dolů, přičemž každá vrstva provádí své určené funkce. Data jsou pak přenášena fyzickou vrstvou sítě, dokud je neobdrží cílový server nebo jiné zařízení. V tomto bodě jsou data opět předávána vrstvami, přičemž každá vrstva provádí své přiřazené operace, dokud data nepoužije přijímající software. Typ modelu Hostitelské vrstvy Mediální vrstvy Vrstvy OSI Aplikační vrstva Prezentační vrstva Vrstva relace Transport Layer Datová jednotka protokolu (PDU) Data Segment (TCP) / Datagram (UDP) Vrstvy TCP / IP Aplikační vrstva Vrstva relace aplikace Transport Layer Síťová vrstva Paket Internetová vrstva Vrstva datového propojení Fyzická vrstva Rám Bit Vrstva síťového přístupu

18 Obrázek 3: data teče dolů z horních vrstev do spodních vrstev, přičemž každá vrstva přidává do PDU záhlaví / zápatí.

19 Během přenosu každá vrstva přidá záhlaví nebo zápatí nebo obojí do PDU přicházejícího z horní vrstvy, který řídí a identifikuje paket. Tento proces se nazývá zapouzdření. Záhlaví (a zápatí) a data společně tvoří PDU pro další vrstvu. Proces pokračuje, dokud nedosáhne vrstvy nejnižší úrovně (fyzické vrstvy nebo vrstvy přístupu do sítě), ze které jsou data přenášena do přijímacího zařízení. Přijímací zařízení obrací proces a de-zapouzdřuje data v každé vrstvě pomocí informací záhlaví a zápatí, které řídí operace. Poté aplikace konečně použije data. Proces pokračuje, dokud nejsou všechna data vyslána a přijata. Význam TCP / IP a OSI pro odstraňování problémů Se znalostí dělení vrstev můžeme diagnostikovat, kde problém spočívá, když se připojení nezdaří. Principem je kontrola spíše od nejnižší úrovně než od nejvyšší úrovně. Protože každá vrstva slouží pro vrstvu vyšší, než je, a bude snazší se vypořádat s problémy nižší vrstvy. Například, pokud se váš počítač nemůže připojit k internetu, první věcí, kterou byste měli udělat, je zkontrolovat, zda je k počítači připojen síťový kabel nebo zda je bezdrátový přístupový bod (WAP) připojen k přepínači nebo zda jsou kolíky RJ45 konektory jsou v dobrém stavu.

20 Model TCP / IP vs. model OSI Model TCP / IP je starší než model OSI. Následující obrázek ukazuje odpovídající vztah jejich vrstev. Obrázek 4: Model OSI vs. model TCP / IP a sada protokolů TCP / IP.

21 Při porovnání vrstev modelu TCP / IP a modelu OSI je aplikační vrstva modelu TCP / IP podobná kombinovaným vrstvám OSI 5, 6, 7, ale model TCP / IP nemá samostatnou prezentační vrstvu nebo relaci vrstva. Transportní vrstva TCP / IP zahrnuje odpovědnosti transportní vrstvy OSI a některé povinnosti vrstvy relací OSI. Vrstva síťového přístupu modelu TCP / IP zahrnuje datové spojení a fyzické vrstvy modelu OSI. Všimněte si, že internetová vrstva TCP / IP nevyužívá sekvenčních a potvrzovacích služeb, které by mohly být přítomny ve vrstvě datového spojení modelu OSI. Odpovědností je transportní vrstva v modelu TCP / IP. S ohledem na význam těchto dvou referenčních modelů je model OSI pouze koncepčním modelem. Používá se hlavně k popisu, diskusi a pochopení jednotlivých funkcí sítě. TCP / IP je však nejprve navržen tak, aby vyřešil konkrétní soubor problémů, a ne aby fungoval jako popis generace pro veškerou síťovou komunikaci jako model OSI. Model OSI je obecný, nezávislý na protokolu, přesto jej většina protokolů a systémů dodržuje, zatímco model TCP / IP je založen na standardních protokolech, které vyvinul internet. V modelu OSI je třeba poznamenat, že ne všechny vrstvy se používají v jednodušších aplikacích. Zatímco vrstvy 1, 2, 3 jsou povinné pro jakoukoli datovou komunikaci, aplikace může použít nějakou jedinečnou vrstvu rozhraní k aplikaci namísto obvyklých horních vrstev v modelu.

22 Shrnutí Modely TCP/IP a OSI jsou koncepční modely používané pro popis veškeré síťové komunikace, zatímco samotný TCP/IP je také důležitým protokolem používaným ve všech internetových operacích. Obecně platí, že když mluvíme o vrstvě 2, vrstvě 3 nebo vrstvě 7, ve které síťové zařízení pracuje, máme na mysli model OSI. Model TCP/IP se používá jak pro modelování současné internetové architektury, tak pro poskytování sady pravidel, kterými se řídí všechny formy přenosu v síti.

23 Počítačové sítě - Architektura a protokoly Komunikační model Zpráva odeslaná Zpráva přijatá 23

24 Počítačové sítě Architektura a protokoly Komunikační proces ve funkčních vrstvách Zdrojový systém poskytuje a provádí Přístup uživatele k síťové službě prostřednictvím aplikačního programu Vytvoření datové zprávy Formátování dat do dohodnutého tvaru paket Zajištění přesunu paketů mezi vzdálenými procesy Zajištění přenosu paketů mezi vzdálenými koncovými zařízeními - počítači (adresace, směrování) Zajištění vyslání rámců do datového spoje, ke kterému je připojen cílový systém (identifikace odesílatele a příjemce rámce, řízení spoje) Kódování, modulace, vyslání signálu do přenosového média

25 Počítačové sítě Architektura a protokoly Cílový systém poskytuje a provádí Příjem signálu na přijímači cílového systému Dekódování, demodulace signálu Příjem a zpracování rámce, identifikace síťového protokolu Předání síťového paketu příslušnému modulu OS ke zpracování Zpracování paketu (identifikace cílového procesu určení typu transportní služby) Předání transportního segmentu/paketu příslušnému probíhajícímu procesu Zpracování/interpretace obsahu transportního paketu aplikačním programem

26 Počítačové sítě Architektura a protokoly Klíčové koncepty komunikačního procesu (výměny dat) Architektura struktura řízení komunikace (uspořádaná do funkčních vrstev) Služba - množina funkcí, které vrstva poskytuje vrstvě nadřazené. Pojmy poskytovatel služby, uživatel služby Entita funkční jednotka poskytování nebo používání služby Funkce - aktivita entity Protokol souhrn pravidel, podle kterých probíhá dialog mezi vzdálenými entitami

27 Počítačové sítě Architektura a protokoly Vrstvový koncept síťové architektury

28 Počítačové sítě Architektura a protokoly Poskytovatel a uživatel služby jsou ve vzájemné interakci prostřednictvím služebních primitiv: Request (žádost) Indication (indikace) Response (odpověď) Confirmation (potvrzení) Přístupový bod k síťové službě SAP (Service Access Point) Protokol - množina pravidel a definic, kterými se řídí funkce při vykonávání služeb (formální zajištění komunikace)

29 Počítačové sítě - Architektura a protokoly Počítačové sítě - Architektura a protokoly

30 Počítačové sítě Architektura a protokoly Request generuje uživatel služby, aby vyvolal určitou službu a předá poskytovateli služby parametry potřebné k úplné specifikaci požadované služby Indication generuje poskytovatel služby - upozornění svému uživateli služby, že partnerský uživatel služby (na vzdáleném systému) vyvolal akci (poslal request) Response generuje uživatel služby, aby potvrdil, že byla dokončena procedura v předešlém kroku (indikovaná uživatelem služby) Confirmation generuje poskytovatel služby zpráva pro uživatele služby o výsledku procedury, kterou vyžadoval předešlým primitivem request

31 Počítačové sítě Architektura a protokoly Služba spojovaná vytváří virtuální spojení pro protokolovou komunikaci Služba nespojovaná nevytváří virtuální spoj

32 Protokoly, architektura Funkční vrstvy user-end systému zdrojového a cílového

33 Protokoly, architektura Fragmentace Datové jednotky protokolu PDU (Protocol Data Unit) jsou generovány na každé funkční vrstvě a jsou předávány vrstvě nižší sousední PDU jsou vytvářeny z dat převzatých z vyšší vrstvy a vlastních dat režijních (řídící informace - záhlaví) V rámci protokolu bývá specifikována velikost PDU vyvolává potřebu fragmentace

34 Protokoly, architektura Zapouzdření (encapsulation) Postup předávání PDU mezi entitami sousedících vrstev Na straně zdrojového systému zapouzdření Na straně cílového systémy odpouzdření

35 Počítačové sítě Architektura a protokoly Protokol - množina pravidel a definic, kterými se řídí funkce při vykonávání služeb (formální zajištění komunikace). Dvě entity na téže úrovní různých systému jsou v interakci prostřednictvím protokolů. Klíčové složky protokolu: Syntaxe formát dat Sémantika - význam řídících dat pro koordinaci a řízení chybovosti mezi komunikujícími entitami Časování časové návaznosti, pravidla dialogů

36 Počítačové sítě Architektura a protokoly Normalizace architektury otevřených systémů Referenční model OSI - standard ISO 7498 r Aplikační vrstva přístup ke komunikačnímu systému, k síťovým službám 6. Prezentační vrstva transformace syntaxe dat 5. Relační vrstva - správa dialogu, předání příznaku pověření 4. Transportní vrstva zajištění komunikace mezi koncovými uživateli (end-to-end), - vytvoření virtuálního spojení, přenos dat (řízený), ukončení virtuálního spojení 3. Síťová vrstva určení způsobu přenosu dat směrování adresování fragmentace a defragmentace 2. Vrstva datového spoje 1. Vrstva fyzická

37 Počítačové sítě Architektura a protokoly K čemu je OSI model určen umožní srovnat strukturu různých síťových architektur definuje funkce vytvářející komunikační proces u přenosových technologií lze určit, které funkční vrstvy síťové architektury pokrývají (pro jednoznačné vymezení rozhraní, na která mohou navázat jiné technologie) Ze standardizovaných protokolů OSI jsou derivovány protokoly reálných technologií K čemu není OSI model určen ke specifikaci technologie implementující určitou funkci je technologicky neutrální

38 OSI model

39 Počítačové sítě Protokoly, architektura Virtuální spoje protocol-to-protocol na jednotlivých vrstvách

40 Počítačové sítě Protokoly, architektura Entity ve stejnolehlých vrstvách partnerských systému spolu komunikují prostřednictvím protokolů po virtuálních spojích Virtuální spoje jsou jednosměrné a po předání zprávy se ukončí (pro služby nespojované) jsou obousměrné a řízené (pro služby spojované) V mezilehlých zařízení, kterými zprávy sítí procházejí (směrovače), nejsou implementovány vyšší vrstvy (transportní, relační, prezentační, aplikační)

41 Srovnání síťové architektury NetWare a architektury TCP/IP prostřednictvím RM ISO/OSI

42

43