Protokol TCP. Segment TCP

Transkript

1 Protokol TCP Protokol TCP je proti protokolu IP protokolem vyššå vrstvy (vrstva 3). ZatÅmco protokol IP přepravuje data mezi libovolnémi počåtači v Internetu, tak protokol TCP dopravuje data mezi dvěma konkrütnåmi aplikacemi běžåcåmi na těchto počåtačåch. Pro dopravu dat mezi počåtači se využåvà protokol IP. Protokol IP adresuje pouze såťovü rozhranå počåtače. Pokud bychom použili přirovnànå k běžnümu poštovnåmu styku, pak IP-adresa odpovådà adrese domu a port (adresa v protokolu TCP) pak odpovådà jmünu konkrütnåho obyvatele domu. Protokol TCP je spojovanou službou, kterà mezi dvěma aplikacemi navàže spojenå vytvořå na dobu spojenå virtuàlnå okruh. Tento okruh je plně duplexnå - data jsou přenàšena nezàvisle v obou směrech. Pro přåpad ztracenå nebo poškozenå jsou data čåslovàna a mohou bét znovu vyžàdàna. Integrita dat je zajištěna kontrolnåm součtem. Tento způsob ochrany dat sloužå pouze proti chybàm technickéch prostředků a neklade si za cål data chrànit proti cålenümu åtoku, kde takü může bét přepočåtàn kontrolnå součet. V tomto přåpadě je třeba použåt některé ze zabezpečovacåch protokolů, např. SSL. Konce spojenå jsou určeny tzv. čåslem portu. Porty jsou čåslovàny v rozsahu hodnot od 0 až Podle čåsla cålovüho portu operačnå systüm poznà kterü aplikaci mà TCP segment doručit. U čåsel portů se často vyjadřuje okolnost, že se jednà o porty protokolu TCP tåm, že se za čåslo napåše lomåtko a nàzev protokolu, např. 68/TCP. Segment TCP Zàkladem přenosu je TCP segment. Data posålàna jednåm počåtačem na druhé protokolem TCP jsou rozdělena na segmenty. Ty jsou vklàdàny do IP datagramů. Je-li použit delšå datagram než je maximàlnå povolenà dülka pro přenos na fyzickü vrstvě, dochàzå k fragmentaci IP datagramu. Fragmentace ovšem zatěžuje våce a proto je lepšå posålat takovü datagramy, aby nemusela bét nutnà. Fragmentace může bét znàmkou åtoku na data a proto nenå na některéch firewallech povolena. Situace je znàzorněna na nàsledujåcåm obràzku.

2 TCP zçhlavå TCP segment je součàstå toku dat. DatovÜ spojenå v internetu je jednoznačně dàno, màme-li informace o zdrojovém portu, cålovém portu, zdrojové IP adrese, cålovç IP adrese a protokolu (TCP). Tyto informace jsou obsaženy v zàhlavå přåslušnéch protokolů. TCP zàhlavå måvà typicky dülku 20Bytů (povinnü položky). Může takü obsahovat volitelnü položky. MaximàlnÅ dülka TCP zàhlavå je 60Bytů. TCP zàhlavå obsahuje tyto informace: Položka DÉlka [bit] ZdrojovÉ port 16 CÅlovÉ port 16 PořadovÜ čåslo odesålanüho segmentu 32 PořadovÜ čåslo přijatüho segmentu 32 DÜlka zàhlavå 4 DÜlka okna 16 KontrolnÅ součet 16 Ukazatel nalühavéch dat 16 VolitelnÜ položky X ZdrojovÖ port je TCP portem odesålatele, cålovö port je port adresàta TCP segmentu. PořadovÉ čåslo odesålaného segmentu je pořadovü čåslo prvnåho segmentu v toku dat od uživatele k přåjemci. Tok v opačnüm směru mà jinü čåslovànå. Toto čåslo je v rozsahu hodnot Po dosaženå nejvyššå možnü hodnoty začne čåslovànå opětovně od 0. Obecně by čåslovànå nemělo začånat od nuly ani od nějaküho předem určenüho čåsla. V praxi je to tak, že při započatå komunikace je vygenerovàno nàhodnü startovacå čåslo. PořadovÉ čåslo přijatého segmentu vyjadřuje naopak čåslo nàsledujåcåho bajtu, které přåjemce je připraven přijmout. DÉlka zçhlavå informuje o dülce zàhlavå v nàsobcåch 32 bitů, dohromady tedy 4Bytů. DÉlka okna vyjadřuje přårůstek pořadovüho čåsla přijatüho Bytu, které bude přåjemce ještě akceptovat. Ukazatel naléhavöch dat může bét nastaven pouze v kombinaci s přåznakem URG. Je-li tento ukazatel přičten k pořadovümu čåslu odesålanüho Bytu, pak ukazuje na konec nalühavéch dat. OdesÅlatel tåmto vyjadřuje, aby si adresàt tato data přečetl přednostně. Tento mechanizmus použåvà protokol Telnet. KontrolnÅ součet se počåtà nejen z přenàšenéch dat, ale i s položkami zàhlavå TCP a některémi složkami IP zàhlavå. KontrolnÅ součet vyžaduje sudé počet Bytů, proto jsou v přåpadě lichüho počtu data fiktivně doplněna jednåm Bytem na konci. VolitelnÇ položka se sklàdà z typu volitelnü položky, dülky a hodnoty. Je-li maximàlnå dülka zàhlavå 60 Bytů, pak na volitelnü položky zàhlavå zbévà maximàlně 40 Bytů. Každà položka zàhlavå muså bét vždy dělitelnà čtyřmi. PřÅkladem může bét často využåvanà položka MMS - Maximum segment size. JejÅm použitåm oznamujeme druhü komunikujåcå straně maximàlnå dülku TCP segmentu, kterou si přejeme přijåmat, aby se pokud možno zamezilo fragmentaci.

3 Protokol ARP Protokol ARP (Address Resolution Protocol) umožňuje překlad IP adresy na fyzickou hardwarovou adresu. K čemu je to dobrü? Důvod je nàsledujåcå. Protokol IP (vrstva 3, såťovà) přiřazuje každümu hostitelskümu počåtači jedinečnou adresu, kterà se sklàdà z hostitelskü a såťovü čàsti. Paket IP obsahuje zdrojovou a cålovou IP adresu. Směrovač potü zjišťuje cålovou adresu a rozhodne o nejlepšå cestě paketu. Bez ohledu na to, kam paket směřuje, muså projåt nejdřåve såtå LAN. Pohyby paketů v såti LAN ale řådå datovà vrstva (vrstva 2). Ta však rozumå pouze fyzickém hardwarovém adresàm. ARP - dynamické zjišťovçnå fyzicköch adres Je-li dàna cålovà IP adresa, umožnå ARP protokol hostiteli nalüzt fyzickou adresu ve stejnü fyzickü såti. Je vyslàn speciàlnå paket všem hostitelům v LAN a vyžaduje odpověď od vlastnåka určitü IP adresy. PotÜ vlastnåk přåslušnü IP adresy odpovå tazateli svou fyzickou adresou. OstatnÅ hostitelü vysålànå ignorujå. NynÅ tazatel použije přijatou fyzickou adresu k přåmümu odesålànå paketů cålovümu hostiteli. Pro snåženå zatåženå såtě jsou zàznamy s překlady IP adres uchovàvàny v mezipaměti. Než počåtač zahàjå proces ARP, prozkoumà nejdřåve mezipamět pro spojenå IP a fyzickü adresy. Tento zàznam je v paměti ponechàn určitou dobu, nazévanou časovač. Zàznam je obnovovàn po přijetå dalšåho paketu ARP ze såtě. ReverznÅ protokol RARP Tento protokol je mà opačnou funkci k protokolu ARP. Tedy překlad znàmü fyzickü adresy na adresu IP. Tento protokol bévà využåvàn na bezdiskovéch pracovnåch stanicåch. Ty totiž nemajå kam si uložit zàznamy o IP adresàch a zàznam o svü IP adrese zåskàvajå ze serveru Toto řešenå ovšem vyžaduje přåtomnost serveru RARP v såti. Postup je zåskànå adresy je nàsledujåcå: bezdiskovà stanice vyšle všem hostitelům v såti paket RARP. PočÅtač, nakonfigurované jako server, vyhledà podle MAC adresy přåslušnou IP adresu a odešle ji zpět. PracovnÅ stanice paket přåjme a uložå si jej do svü paměti. Protokol RARP nemuså bét opakovàn až do opětovnüho restartu bezdiskovü stanice.

4 Protokol DHCP Protokol DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) je použåvàn k dynamickümu přiřazovànå IP adres všem hostitelům v såti. S nàrůstem mobilnåch počåtačů je nevéhodnü použåvat pevnü adresy IP. DÅky dynamickümu přiřazovànå IP adres si uživatel nemuså pamatovat přihlašovacå ådaje (IP adresa, maska podsåtě, véchozå bràna, atd.) ke každü såti do kterü se připojuje. HlavnÅ přednostå tohoto protokolu je možnost okamžitüho použitå (plugand-play). PomocÅ DHCP protokolu je IP adresa podstatě jen zapůjčena. Je-li počåtač od såtě odpojen a platnost adresy vypršå, může bét tato IP adresa přiřazena jinümu počåtači. Protokol DHCP použåvà pro přenos konfiguračnåch ådajů protokol UDP. ProstřednictvÅm DHCP můžou bét v jednom paketu obsaženy všechny připojovacå ådaje - např. IP adresa, maska podsåtě či véchozå bràna. Protokol DHCP umožňuje 3 možnosti přiřazovànå adres: DynamickÇ konfigurace - po prvnåm přihlàšenå počåtače do såtě mu je IP adresa přiřazena na určitou dobu. Po jejå expiraci je přiřazena novà. Tato doba je nastavitelnà, obvykle to bévà zhruba téden. RučnÅ konfigurace - umožňuje spràvci systümu přiřadit konkrütnåmu počåtači určitou adresu. AutomatickÇ konfigurace - ta přiřazuje stàlou adresu počåtači po jeho prvnåm připojenå do såtě. A jak to vlastně funguje? Vždy, je-li použit DHCP protokol, hostitelské počåtač prochàzå šesti stavy: 1.Inicializace - po připojenå do såtě hostitel vysålà požadavek DHCP pro zjištěnå všech DHCP serverů v såti. 2. VÖběr - v tüto fàzi klient obdržå zpràvy od DHCP serverů. Nejsou-li v såti žàdnü servery, hostitel nic neobdržå. Je-li naopak v såti våce DHCP serverů, pak si muså hostitel jednu z nabådek vybrat (třeba tu prvnå). Každà z nabådek obsahuje informace o přåslušnü konfiguraci. Po jejåm véběru vstupuje klient do stavu vyjednàvànå (dülka zapůjčenå adresy apod.) a zpětně odešle zpràvu.

5 3. Požadavek - server přijme požadavek hostitele a zahàjå zapůjčku IP adresy. 4. Vazba - klient začne zapůjčenou adresu použåvat. V tomto stavu klient funguje normàlně - je připojen. NynÅ si může klient adresu uložit a znovu o ni požàdat po restartovànå. VypršÅ-li doba zapůjčenå adresy, klient odešle serveru žàdost o jejå prodlouženå. Po jejåm zasànå klient přechàzå do dalšåho stavu. 5. ObnovenÅ - klient čekà na odpověď ze serveru. PřÅjde-li kladnà odpověď, vracå se klient do předchozåho stavu. Byl-li požadavek klienta odmåtnut, přechàzå klient do prvnåho stavu - inicializace. NeobdržÅ-li však klient žàdnou odpověď do uplynutå určitü doby (timeout), klient předpoklàdà nedostupnost serveru a přechàzå do šestüho stavu. 6. ObnovenÅ vazeb - klient zahàjå vysålànå požadavků o prodlouženå exspirace adresy na všechny ostatnå servery v såti. Dostane-li klient kladnou odpověď od jakühokoliv serveru, přechàzå opět do stavu VAZBA. V opačnüm přåpadě přechàzå do stavu INICIALIZACE. Protokol UDP Protokol UDP (User Datagram Protocol) je alternativnå protokol k TCP. Na rozdål od TCP tento protokol nenavazuje přåmü spojenå mezi komunikujåcåmi počåtači. OdesÅlatel pouze odešle paket, ale už se nestarà o to, zda-li byl paket doručen či nikoliv. O to se starà aplikačnå protokol. Stejně jako TCP identifikuje aplikace na počåtačåch pomocå tak zvanüho portu (čåslo). Data jsou balenü do IP datagramu, jak je znàzorněno na nàsledujåcåm obràzku. U tohoto protokolu se zàsadně snažåme vyhnout fragmentaci dat, ikdyž je možnà. UDP zàhlavå obsahuje čåsla zdrojovüho a cålovüho portu, informaci o dülce dat a kontrolnå součet, které nemuså bét vyplněn. Vyvstàvà otàzka, k čemu je tento protokol vlastně dobré? Na prvnå pohled se tento protokol přece tvàřå jako slabšå přåbuzné protokolu TCP. Jeho jedinečnost spočåvà v tom, že adresàtem tohoto protokolu nemuså bét pouze jednoznačnà IP adresa ale i skupina stanic. Lze tedy prostřednictvåm tohoto protokolu takü posålat oběžnåky (broadcast) a adresnü oběžnåky (multicast), tj. rozesålànå dat mnoha uživatelům najednou. VyužitÅ UDP se nabåzå při různéch "real-time" přenosech. NapřÅklad přenos videa nebo poslouchànå hudby online. PřenàšÅ se totiž vždy velké objem dat a jejich potvrzovànå by bylo pro såť opravdu nàročnü (protokol TCP). Použije se proto protokol UDP. V přåpadě ztràty nějaküho datagramu nàm napřåklad blikne obrazovka, nebo na malé okamžik neslyšåme zvuk. UDP mà využitå nejen v takovéch specialitàch. BěžnÉ smrtelnåk jej použåvà velmi často. Při každüm překladu domünovüho jmüna na IP adresu. DNS servery totiž použåvajå ke komunikaci protokol UDP.

6 FTP (File Transfer Protocol) FTP je protokol pro přenos souborů v såtåch TCP/IP. Je využåvàn napřåklad různémi internetovémi archivy souborů nebo pro upload souborů na webové server. Implementace protokolu FTP vychàzå z architektury klient-server. Klient je iniciàtorem přenosu souborů, server je druhou stranou, kterà spolupracuje. Klient je typicky představovàn programem, které si spuståme na počåtači, a serverem je dümon na počåtači, kam nebo odkud chceme soubory přenüst. Směr přenosu přitom nenå důležité. Protokol FTP se snažå minimalizovat nàroky na různü systümovü prostředky - žàdà o jejich přidělenå až na zàkladě skutečnü potřeby, a po jejich použitå je zase vràtå. Po celou dobu komunikace mezi klientem a serverem existuje jen to, co zajišťuje vysålànå a přåjem nejrůznějšåch přåkazů a odpovědå mezi klientem a serverem, to, co je potřeba pro přenos dat, vznikà dynamicky na zàkladě potřeby. ŘÅdÅcÅ spojenå Jeho åkolem je nejprve navàzat spojenå s interpretem protokolu na serveru, a potü iniciovat jednotlivü akce a řådit jejich průběh. Interpret na serveru čekà na navàzànå spojenå na portu TCP, implicitně 21. Jakmile je spojenå navàzàno, existuje po celou dobu existence relace a je využåvàno pro potřeby řåzenå relace. Pro komunikaci je použito protokolu TCP/IP. DatovÉ spojenå Jakmile se interpreti dohodnou, že budou přenàšet data, vytvořå si každé svůj přenosové proces (DTP, Data Transfer Process). Tyto procesy si pak mezi sebou navàžå samostatnü spojenå (opět prostřednictvåm TCP, tedy spolehlivü a spojovanü), a jeho prostřednictvåm zajistå přenos dat. Při vlastnåm přenosu jsou veškerà data přenàšena zàsadně jako 8-bitovÜ Byty. NavàzànÅ řådåcåho spojenå zajišťuje klient, povinnost navàzat datovü spojenå mà naopak server (tzv. aktivnå mãd), nebo klient (tzv. pasivnå mãd). V aktivnåm mèdu sdělå klient serveru, na kterüm portu naslouchà (port 20, často takü vyššå než 1024) a server vytvořå datovü spojenå, v pasivnåm mèdu klient přikàže serveru naslouchat (server v odpovědi sdělå adresu a port) a sàm se připojå. PasivnÅ mèd je véhodné z hlediska

7 konfigurace firewallů, kdy je jednoduššå z hlediska bezpečnosti povolit spojenå vytvořenü pouze klientem, než předpoklàdat nàhodně vybrané port datovüho spojenå. Protokol takü připouštå, aby klient řådil přenos mezi dvěma servery. ŘÅdÅcÅ spojenå je mezi klientem a oběma servery, datovü se vytvàřå pouze mezi servery. Data tak neproudå přes klientské počåtač. FTP Server FTP je dnes jednou z nejčastěji použåvanéch služeb na Internetu pro předàvànå dat. Je určena jak k downloadu a uploadu souborů z serveru nebo na server, tak i k pràci se soubory přåmo na disku vzdàlenüho počåtače na němž běžå FTP server. Pro přåstup k FTP serveru se použåvà nejčastěji FTP klient, které poskytuje véhody graficküho prostředå a nevyžaduje hlubšå znalosti FTP protokolu. Je jich celà řada jak z kategorie shareware tak i freeware např. CuteFTP, či Total Commander. POP3 protokol POP3 protokol (Post Office Protocol verze 3) je určen k jednoduchümu a rychlümu stahovànå pošty ze vzdàlenüho åložiště na počåtač, které nemuså bét nutně nepřetržitě připojen k internetu. Protokol POP3 mà pro svü åčely vyhrazen TCP port 110. Komunikace probåhà v střådajåcåch se véměnàch mezi klientem a serverem. Po otevřenå TCP spojenå začånà komunikaci server. PotÜ přechàzå spojenå do fàze autorizace, ve kterü se muså klient serveru prokàzat, že je opràvněn přistupovat k informacåm. Po åspěšnü autorizačnå fàzi přichàzå na řadu transakčnå fàze, ve kterü probåhà informovànå o počtu mailů, jejich stahovànå a mazànå. VeškerÜ změny v tüto fàzi jsou pouze zaznamenàvàny, avšak nejsou provàděny. Po uzavřenå spojenå po němž nastàvà fàze åprav, ve kterü jsou všechny dřåve provedenü změny reàlně provedeny a zapsàny na disk. PotÜ dochàzå k rozpojenå spojenå. AutorizačnÅ fçze Protokol nepředepisuje přåmo žàdnou formu autorizace, avšak bezkonkurenčně nejrozšåřenějšå je metoda USER/PASS.Tato metoda provàdå autorizaci pomocå dvojice přåkazů USER a PASS. Klient nejdřåve zasålà login (USER). OdpovÅ-li server pozitivně, nàsleduje zaslànå hesla (PASS). Pokud jmüno a heslo odpovådà ådajům na serveru, spojenå je autorizovàno. Pokud nenå použit nějaké z protokolů pro šifrovànå, např. SSL/TLS, jsou jmüno a heslo přenàšeny bez jakükoliv ochrany a tak nenå velké problüm je (předevšåm na lokàlnå såti) odposlechnout. TransakčnÅ fçze Po uzavřenå autorizačnå fàze přechàzå spojenå do transakčnå fàze. V tüto fàzi je POP3 server povinen otevřåt přåstup do danü schrànky. VeškerÜ změny provàděnü v tomto spojenå jsou nynå zaznamenàvàny a provàděny pouze virtuàlně. K jejich realizaci dojde až ve fàzi åprav. FÇze åprav PotÜ, co klient odešle přåkaz QUIT na server POP3, postoupå spojenå do fàze åprav, ve kterü se provedou všechny předešlü åpravy a uvolnå se alokované zàmek. PotÜ dojde k uzavřenå spojenå. PodstatnÜ je, že pokud dojde k uzavřenå spojenå z jinéch přåčin, předchozå změny se neprovedou.

8 Protokol IMAP Protokol IMAP (Internet Message Access Protocol) je narozdål od protokolu POP3 mnohem složitějšå a nabåzå mnohem většå komfort pro pràci se zpràvami. IMAP protokol je optimalizovàn pro pràci s poštou v režimu dlouhodobüho připojenå. Na rozdål od protokolu POP, kde se zpràvy stahujå okamžitě ze serveru do klientsküho počåtače, jsou zpràvy stàle uloženy na serveru. Snad nejdůležitějšå rozdål od POP3 je možnost pràce se zpràvami na straně serveru. Klient může zpràvy přesouvat mezi schrànkami, editovat zpràvy, uklàdat, načåtat. Protokol IMAP je optimalizovàn pro pràci s mobilnåmi zařåzenåmi. Umožňuje selektivnå načåtànå ovéch zpràv, nebo dokonce jejich čàstå. Tato vlastnost je nedocenitelnà při přåstupu k poštovnå schrànce po pomalü telefonnå lince (napřåklad z mobilnåho telefonu). Protokol ICMP Protokol ICMP (Internet Control Message Protocol) sloužå pro přenos chybovéch a řådåcåch zpràv mezi uzly a směrovači såtě TCP/IP. Mnoho běžně použåvanéch såťovéch pomůcek je realizovàno pràvě pomocå protokolu ICMP, jako přåkaz traceroute, které přenàšå UDP datagram se speciàlně nastavenou hlavičkou (IP TTL pole). TakÜ přåkaz ping využåvà protokolu ICMP a to přåkaz Echo Request/replay. K zàkladnåm funkcåm protokolu ICMP patřå: 1. testovànå dostupnosti a stavu cålovüho uzlu såtě (Echo Request/Reply) 2. řåzenå zahlcenå såtě a toku paketů (Source quench) 3. aktualizace směrovacåch tabulek uzlů od IP směšovačů (Redirect) 4. odesålànå masky podsåtě (Address mask request/reply)

9 ZÇhlavÅ protokolu ICMP TYPE CODE CHS I SN OD 1B 1B 2B 2B 2B (n-4)b Symboly v polåch zàhlavå protokolu ICMP a jejich véznam OznačenÅ VÖznam TYPE(Type) Typ a formàt zpràvy ICMP (Echo, Teplat) CODE (Code) UpřesněnÅ informace k typu zpràvy CHS (Checksum) ZabezpečenÅ zpràvy proti chybàm I (Identifier) Identifikace odpovědi k vyslanümu požadavku SN (Sequence Number) SekvenčnÅ čåslo zpràvy OD (Optional Data) PřenàšenÜ inf. A zpràvy protokolu ICMP Kèdy přåkazu pole TYPE protokolu ICMP Kãd VÖznam 0 Echo Replay 3 Destination Unreachable 4 Source Quench 5 Redirect 8 Echo Request Kèdy přåkazu pole CODE protokolu ICMP Kãd VÖznam 0 Network Unreachable 1 Host Unreachable 2 Protocol Unreachable 3 Port Unreachable 4 Fragmentation Needed 5 Source Route Failed 6 Network Unknown 7 Host Unknown 8 Source Host Isolated