Šířka pásma = propustnost komunikačního kanálu - zákl. pásmo baseband: pro přenos signálu s jednou frekvencí typicky LAN - úzké pásmo narrowband: pro hlasové přenosy typicky telefonní sítě - široké pásmo broadband: pro frekvenčně sdílené přenosové kanály typicky WAN Kódování: konverze dat do diskrétního signálu Modulace: konverze dat do analogového signálu (je to změna charakteristiky signálu pomocí nosného signálu) - amplitudová: málo odolná vůči rušení - kmitočtová: vhodná pro nižší rychlosti - fázová: nejodolnější, vhodná i pro vyšší rychlosti Používá se v bezdrátových technologiích, v přenosech optickými vlákny a v přenosech metalickými vodiči. Spread Spectrum metody, které rozprostírají elektromagnetické vlny určitého rozsahu frekvencí do tzv. frekvenční domény (výsledný signál má širší frekvenční rozsah) => signál je odolnější proti rušení, proti odposlechu a zkreslení Modulační technika rozprostřené spektrum (Spread Spectrum) a její techniky pro bezdrátové přenosy - DSSS (technika přímého rozprostřeného spektra): vyšší přenosová kapacita, vnitřní WLAN (mezi budovami) - FHSS (přeskakování mezi několika frekvencemi při přenosu bitu): odolnější vůči rušení, pokrytí větších oblastí - QPSK kvadraturní fázová modulace - 4 stavy, každý přenáší současně 2 bity Důvody pro modulaci a kódování: - zvýšení odolnosti přenosu menší bitová chybovost (Bit Error Ratio) - možnost synchronizace přenosu - zvýšení bezpečnosti přenosu Pořadí bitů v signálu určuje přenosová technologie (big/little endian; little = LAN) Měření charakteristiky přenosového kanálu: C = M x b (přenosová rychlost, modulační rychlost, počet bitů v signálu) Modulační techniku Manchester používá nejvýznamnější technologie LAN IEEE 802.3 (Ethernet) Problémy přenosů signálu: zkreslení, zpoždění, rušení => řešení: přenosové technologie (specifikace max. délek segmentů vodičů), prostředky obnovy signálu v optických a bezdrátových spojích (zesilovače, opakovače) Kapacita přenosového kanálu (max. přenosový rychlost b/s): - Ideální dle Nyquista C = 2 W log2 M.. přenosová rychlost, šířka pásma, modulační rychlost - Reálná dle Shannona C = W log2 (1 + S/N).. přenosová rychlost, šířka pásma, poměr signál/šum Přenosový kanál soubor prostředků mezi uzly sítě umožňující přenos signálu (vys/přij rozhraní, přenosové médium) Vytvářejí jej přenosové technologie, jenž specifikují: - rychlost přenosu, pořadí bitů ((little: první bit nedůležitý / big: první nejdůležitější) endian), charakteristiky signálu Požadavky na přenosové technologie: vysoká přenosová rychlost, dlouhé vzdálenosti bez ztráty kvality signálu, náklady Datový spoj = organizovaný komunikační kanál Datová jednotka (rámec) musí mít zajištěno oddělení režijních informací od dat dáno přenosovým protokolem: Flag (indik. začátku), Záhlaví (src&dest addr, řízení), Data, Zápatí (FCS kontrola bitové správnosti), Flag (indik. konce) Typy rámců: s pevnou délkou, s proměnlivou délkou, datové proudy Řízení datového spoje zahrnuje: - Synchronizaci rámců: asynchronní znakově orientovaný (start/stop bit po každém znaku), velká přenosová režie synchronní bitově orientovaný (začátek seq je dohodnutý bitový vzorek (preamble)), menší režie přenosu - Kontrola bitové správnosti (FCS) algoritmus kontrolu určen protokolem typy: paritní kontrola (sudá/lichá/podélná/příčná parita); cyklická redundantní kontrola CRC algoritmus spočte kontrolní sekvenci a vloží ji do rámce; cílový systém provede to stejné a porovná výsledky - Řízení toku rámců a bitové správnosti zabránění zahlcené přijímacího systému, omezení kolizí v kom. kanále Techniky pro komunikační kanály s násobným přístupem (typicky LAN) - Deterministické Token Ring - Stochastické (CSMA): stanice monitorují stav přenosového média a začnou vysílat až když je volné) - CSMA/CD (detekce kolize) Ověří, že je kanál volný (není-li, čeká s vysíláním). Během vysílání probíhá náslech kanálu současně s vysíláním a je-li kolize, zastaví vysílání a rozešle jamming signál, kterým upozorní ostatní - CSMA/CA (předchází kolizi) Je-li kanál volný určitou dobu, začne vysílat. Neúspěšně? => Začne exponenciálně čekat. Obsazeno? => čeká na uvolnění a poté opět exponenciálně čeká. Využívají bezdrátové technologie.
Techniky pro dvoubodové komunikační kanály (typicky WAN): - techniky řízení toku: STOP and WAIT / SLIDING WINDOW - techniky řízení správnosti přenos: - pozitivní/negativní potvrzení (ACK/NACK) - opakování vyslání rámce po neobdržení potvrzení (ARQ) Techniky zvýšení využitelnosti komunikačního kanálu (multiplexing sdílení spoje): - TDM (časové sdíl. sp.): rámce z více zdrojů jsou vysílaný ve zvolených časových úsecích (time slots) - synchronní TDM: pro každý zdroj je pevně stanovený časový úsek; jednodušší implementace - asynchronní TDM (statistické, inteligentní): dynam. alokace časových úseků, náročnější implementace - FDM (frekvenční sdíl. sp.): přenos více signálů (každý užívá jinou část pásma) jedním širokopásmovým médiem - OFDM (ortogonální): možno současně vysílat stovky dat.signálů, které se sčítají; využití bezdrát, optika - CDM (kódové sdíl. sp.): více zdrojů současně vysílá data zakódovaná rozdílnými kódy = sdílení TDM i FDM - MIMO (prostorový multiplexing): více antén na vys/přij pro zlepšení výkonu přenosů; využití 3G, 4G, bezdrát Komunikační proces (proces výměny dat) klíčové koncepty: Architektura (struktura řízení komunikace uspořádaná ve vrstvách), Služba (funkce poskytované nadřazené vrstvě), Entita, Funkce, Protokol (souhrn pravidel dialogu). - zdroj slouží: uživateli k přístupu k síťové službě přes aplikaci, k vytvoření datové zprávy, k zajištění přesunu paketů mezi vzdálenými procesy a end zařízeními, k zajištění vyslání rámců do data-linku připojeného k cílovému systému - cíl slouží: k příjmu signálu na přijímači cíl. systému, k příjmu a zpracování rámce, ke zpracování paketu Síťová architektura pomocí protokolů zabezpečuje: přístup aplikací k síťovým službám, předávání zpráv mezi vzdálenými procesy, přenos paketu mezi vzdálenými procesy, vysílání/příjem signálu a datových rámců. Služební primitiva jsou prostředky komunikace (přes přístupový bod k síť. službě SAP) mezi uživat. a poskytovat. služby: - REQUEST - generuje uživatel; aby službu vyvolal, předá poskytovateli parametry potřebné k určení služby - INDICATION - generuje poskytovatel služby; informuje, že partnerský uživatel na vzdáleném systému vyvolal akci - RESPONSE - generuje uživatel; potvrzuje dokončení předcházející procedury - CONFIRMATION generuje poskytovatel; zpráva pro uživatele o výsledku procedury vyžadované REQUESTem Dvě entity na téže úrovni různých systémů jsou v interakci prostřednictvím protokolů po virtuálních spojích: - virt. spoje jednosměrné: pro služby nespojované (UDP) po předání zprávy se ukončí - virt. spoje obousměrné: pro služby spojované (TCP) řízená komunikace Fragmentace: Datové jednotky protokolu PDU jsou generovány na každé fční vrstvě a předávány vrstvě nižší sousední. PDU = data převzatá z vyšší vrstvy + vlastní data režijní (záhlaví). Velikost PDU vyvolává potřebu fragmentace. Encapsulation: na zdroji zapouzdření (enc.); PDU se předává mezi entitami sousedních vrstev; na cíli: odpouzdření (dec.) Klíčové složky protokolů: Syntaxe: formát dat; Sémantika: význam řídících dat pro koordinaci a řízení chybovosti mezi komunikujícími entitami; Časování: časové návaznosti, pravidla dialogů. Adresa MAC adresa fyzického síťového rozhraní: - 48 bitů uspořádaných v 6 oktetech, vyjádřená v šestnáctkovém tvaru (první 3 oktety přiděleny výrobci, zbylé NIC) - MAC broadcast adresa FF:FF:FF:FF:FF:FF adresa všech síťových rozhraní na spoji - MAC nulová adresa 00:00:00::00:00:00 rezervována pro cílové adresy zkušebních a prázdných rámců Referenční model OSI (definuje funkce vytvářející komuni aplikační (přístup ke komunik. systému a síťovým službám) prezentační (transformace formátu dat) relační (správa dialogu) transportní (zajištění komunikace mezi uživ., tvorba a ukončení virt. spojení, přenos dat) síťová (způsob přenosu dat, (de)fragmentace, směrování stanovení přenosové cesty paketů mezi sítěmi dle logické síťové adresy) datových spojů (přepínání mezi fyzickými porty dle cílové MAC adresy) fyzická kační proces) vrstvy:
Multiplexing síťových architektur: různé síť. arch. užívají stejné přenosové technologie (Ethernet užívají TCP/IP, AppleTalk) Multiplexing přenosových technologií: jedna síť. arch. může využívat různé přenosové technologie Techniky přenosů: - Přepínání spojů: komutovaný spoj (dial-up) - Přepínání paketů: - virtuální spoje: vytvoření virt. přenos. kanálu, spojovaný spolehlivý přenos s QoS (bývá u vys-rych. spojů) - datagramová služba: přenosová cesta není předem známá, pakety označeny cílovou adresou Protokoly LAN: - implementace všesměrového vysílání (broadcasting), - implementace promiskuitního režimu (příjem všech vysílaných rámců), - multiplexing služby protokolů data-linkové vrstvy sdílí více uživatelů různých architektur - adresová filtrace: příjem pouze určitých rámců - protokolová filtrace: příjem rámců, které obsahují PDU určitých protokolů síťové vrstvy - podpora skupinového vysílání MAC multicasting Protokoly vrstvy data-link v sítích LAN; specifikace IEEE 802 určuje specifikace F a D-L vrstvy (802.3 pro Ethernet). Záhlaví IEEE 802.3 pro Ethernet (nespojovaná): flag dst_addr src_addr délka data+typ(protokoly IP/ARP/RARP) fcs flag Záhlaví IEEE 802.2 pro LLC (logical link control): DSAP (dst_service_acces_point) SSAP (src_sap) CNTL (typ služby) - protokol FDDI (fiber distributed data int) LAN původně pro optiku, později i pro metaliku; spolehlivý,rychlý: ideál pro páteřní LAN; připojení až 500 st. v síti; záhlaví: MAC záhlaví (media access ctrl) LLC PDU (data) FCS Frame status - typy rámců: datové, nedatové, tokeny (deterministický přístup, předání oprávnění k vysílání), topologie duální kruh Standardy WLAN: - standard IEEE 802.11b: dosah 100 m; rychlost 5 6 Mbps; nejrozšířenější WLAN technol. Současnosti - standard IEEE 802.11g: dosah 150 m; rychlost 12 Mbps; možnost umístit klienty a AP typu b a g - standard IEEE 802.11n: vylepšuje předchozí; používá techniku MIMO (příjem na více anténách) Typy propojení WLAN: BSA: služby pro oblast jednoho AP; ESS: služby mezi oblastmi APů (roaming); P2P: ad hoc, bez APů Standard WPAN: - standard IEEE 802.15.1-3 Bluetooth: komunikace mezi bezdrátovými zařízeními, dosah do 20 m Protokoly WAN: - HDLC (high-level data link ctrl) flag, addr, řízení, data, FCS, flag definuje pro spoje half a full-duplex: - 3 typy komunikujících stanic (jaké rámce vysílají komunikující stanice): primární (vysílá příkaz ), sekundární (vysílá odpověď ), kombinovaná (vysílá příkaz i odpověď) - 3 režimy přenosu dat (kdo může v nevyvážené configuraci zahájit přenos dat): NRM (jen prim. stan.), ARM (může i sekundární stanice), ABM (vyvážená conf s komb. stanicemi) - 2 typy konfigurace datového spoje: vyvážená conf, nevyvážená conf - 2 typy rámců: - číslovaný (obsahuje pořadová čísla rámce) datový (obsahuje uživatelská data), nedatový (řízení spoje) - nečíslovaný (bez pořad. čísel): režijní rámec (tvorba/ukončení spojení, určení režimu přenosu) - LAP (link acces protocol) tvorba a vysílání dat přes P2P spoje vznikl z HDLC - PPP (p2p protocol) pro dial-up přístup do internetu flag addr řízení protokol(uvnitř zapouzdřeno PDU) data FCS flag ustavuje 2 úrovně protokolů (LCP pro řízení spoje; autentizace uzlů, NCP pro řízení sítě; prot. pro síť. prot.) - ATM (async transfer mode) vysoké přenosové rychlosti, spojovaná komunikace s QoS, koncepce odlišná od OSI TCP/IP v současnosti nejpoužívanější síťová architektura (zvolen za zákl. protokol ARPAnetu); implementace: - user-end systémy (PC, servery,..) implementace všech funkčních vrstev - mezilehlé uzly (switche, routery) implementace spodních funkčních vrstev Je to standard de facto, jeho standardy jsou dokumenty RFC (volně přístupné) V: Vytváří rozhraní pro různé přenosové technologie LAN a WAN; N: Současným požadavkům již příliš nevyhovuje. Architektura TCP/IP vs. RM OSI Rozhraní IP vrstvy a vrstev přenosových
Architektura TCP/IP: - vrstva síťová: směrování a přepojování dtgů, (de)fragmentace dtgů protokoly: - IP = základní protokol sítě, vysílá dtgy, (de)fragmentuje dtgy - ARP, RARP = mapování logické síťové adresy dp fyzické adresy (IP => MAC) - ICMP = generování řídících zpráv o chybách a nestd událostech při přenosu dtgu - IGMP = správa síťových skupin (mapování skupinové MAC addr do síť. skupinové addr) - OSPF = interní směrovací protokol (uvnitř autonomních systémů) - vrstva transportní: koncový přenos dat mezi komunikujícími procesy (užívá TCP/UDP tran. prt.) - vrstva aplikační: množina protokolů poskytujících uživatelské síť. služby a systémové síť.služby - protokoly systémové: DNS (přiřazení IP addr k doménovému jménu) - protokoly uživatelské: TELNET (virt. terminál vzdálený přístup k host. systému), FTP, SMTP IP adresa = logická síťová adresa (32 bitů, 4 oktety) zápis dotted decimal; složena z identifikátoru IP sítě + čísla uzlu Typy adres: - třída A S.U.U.U (1.0.0.0-126.0.0.0) ; maska 255.0.0.0 - třída B S.S.U.U (128.0.0.0-191.254.0.0) ; maska 255.255.0.0 - třída C S.S.S.U (192.0.1.0-223.255.254) ; maska 255.255.255.0 - třída D (224.0.0.0-239.255.255.255) multicast (zbylé unicast) - třída E (240.0.0.0-255.255.255.254) nepoužito - globální broadcast = 255.255.255.255 - vyhrazeno pro OS UNIX = 127.0.0.0 Metody adresování privátních sítí intranetů: NAT opakované přidělování adres PAT jedna společná adresa Metody adresace v LAN: - Classfull Addressing = masky pro určitou třídu (A,B,C) - Classless Addressing CIDR = princip prefixů adres (nikoliv masky) - Podsítě = určení podsíťové (subnet) masky dle počtu adresovaných zařízení v podsíti - NAT = překlad veřejných adres do privátních (a úspora veřejných adres) - VLSM = v jedné LAN více podsíťových masek (každé rozhraní má jinou masku) efektivnější využití adresního prostoru Směrování (výběr cesty pro datagram): - přímé (předání cílovému uzlu v téže IP síti) zdroj i cíl ve stejné IP síti; do rámce nutno vložit MAC addr cílového uzlu - nepřímé (předání routeru v síti ten předá dál) zdroj a cíl v různých IP sítích; do rámce nutno vložit MAC addr routeru Vyhledání MAC adresy ke známé IP adrese => protokol ARP: - vyšle ARP request na MAC broadcast a uzel, jenž pozná svou IP addr (z ARP req) pošle ARP reply se svou MAC addr ARP cache uchovává záznamy získané v předchozích ARP aktivitách Vyhledání IP adresy ke známé MAC adrese => protokol RARP: - vyšle rámec s RARP request na MAC broadcast a odpovídá mu server, který má uloženou mapu přiřazení MAC-IP IP vrstva; IP protokol základní protokol síťové vrstvy (tvoří dtg; zajišťuje jejich přenos přes směrovače; je-li velikost dtg > MTU => rozděluje pakety na fragmenty: další samostatné dtg, (de)fragmentaci (znovu sestavení) provádí cíl. sys. V IP datagramů jsou vloženy buď transportní pakety (UDP/TCP) z TR vrstvy nebo PDU protokolů z IP vrstvy (ICMP, OSPF). IP datagramy jsou zapouzdřeny do rámců protokolů D-L vrstvy (v rámcích D-L vrstvy také zprávy od protokolů ARP/RARP). Záhlaví IP dtg: version(4= IPv4) HLEN(délka záhlaví) total_length(celk.velikost dtg) header_checksum(kontrol.součet záhl) TTL (max. počet průchodů mezilehlými routery;je-li 0 a dtg není v cíl.ip síti=>chybová ICMP msg) protocol(kód prt.jehož PDU je v dtg zapouzdřeno tcp/icmp) Původně bity 8-15 pro spec. požadavků na přenos dtg. Nyní DSCP,ECN (řízení provozu (s QoS) a řízení přenosů) Řízení fragmentace: IDENTIFICATION(ident.frg) FLAGS(příznak frgace; MF/DF more/don t frg) FRG OFFSET(umístění frg v rámci pův.dtg) IP OPTION Protokol ICMP informace o chybách a jiných událostech (v rámci IP dtg; IP záhl. ICMP záhl.-typ,kód,checksum ICMP data) - kým generována: cílovým uzlem dtg ke kterému se ICMP msg vztahuje nebo směrovačem, kterým tento IP dtg prochází;typy chyb: time exceeded (kód 0/1; 0 gen R,1 gen uzel), dst unreachable (nedostupný host,port,síť), redir err (gen R s nekorektně zaslaným dtg)
IP multicast slouží ke skupinové komunikaci v IP vrstvě (podpora v adresách tř. D (224.00-239.FF), jenž jsou rezervovány pro směrovací prot. a správu multicast provozu; podpora protokolem skupinové adresace IGMP): - zdroj vysílá jeden dtg, na směrovačích se multicastem jeho kopie vysílají do větví multicast stromu - ip multicast směrovací protokoly: PIM (nezávislý protokol přenosu multicast), DVMRP (směrovací protokol přenosu multicast s vektory vzdáleností), MOSPF (protokol první nejkratší cesty pro přenos multicast) Protokol IGMP dynamicky registruje členy, patřící do skupiny adres třídy D. routery, používající IGMP naslouchají jeho zprávám a odesílají dotazy, aby zjistili, které jsou aktivní skupiny v LAN routery (směrovače) spolu komunikují pomocí multicast směrovacích protokolů Formát IGMP msg (v rámci IP dtg; IP záhl. IGMP msg-verze, typ, nepoužito, checksum) Nastavení cíl. IP addr v záhlaví dtg: obecné vyhledávání query 224.0.0.1 nebo vyhledávání urč. skupiny query ident.multic.skup. Mapování IP adresy tř. D do MAC multicast adresy: 23 bitů se kopíruje do MAC multicast (do posledních tří oktetů) IPv6: náhrada současné IPv4 (rozsáhlejší paměť. prostor, tři typy adres unicast (individuální), multicast (skupinové), anycast (výběrové), zvýšení bezpečnosti). IPv6 adresa má 128 bitů (šestnáctkový zápis jako u MAC adres; 8 dvojic oddělených : ; zkrácené zápisy pro skupinu nul :: - lze použít jen jednou). Prefixy označujeme příslušnost k určité síti/subsíti (např. FF::/8 = multicast addr, ::1/128 = loopback IPv4 má loopback 127.0.0.1 ). Záhlaví IPv6: Flow Label (ident. proudu dtgů), Payload Length (počet B dtg za std záhl.), Hop Limit (max. počet routerů), Next Header (následující IPv6 záhl. nebo typ dat), Routing Header (popis přenosové trasy), Fragment Header (řeší frgaci dtg) Princip autokonfigurace určení vlastní IP addr: vygenerování z vlastní MAC adresy nebo dynamické přidělení DHCP serverem Protokol ND (neighbor discovery) využívá 5 zpráv ICMPv6 pro provádění 9 funkcí: - vyhledání lokálních routerů - informace o routeru a síti, ve které se nachází - kontrola existence a dostupnosti sousedů v síti - odpověď na kontrolu existence a dostupnosti (obdoba ARP reply) - upozornění na potřebu změny v routovací tabulce IPsec autentizace dtg, šifrování obsahu: - vytvoření bezpečnostní asociace (SA) mezi komunikujícími stranami protokolem IKE (Internet Key Exchange) - výměna kryptografických klíčů pro autentizaci a šifrování obsahu dtgu (ESP: formát šifrovaného dtg) Řešení koexistence IPv4 a IPv6: - dvou protokolové systémy - tunely (zapouzdření paketů IPv6 do dtgů IPv4 nebo UDP dtgů) - automatické tunelování ( - převodník 6over4 mapuje IPv4 do posledních 32 bitů IPv6 - převodník SIT IPv6 uzel vytváří IPv4 adresy jejich překladem do adresy IPv6 s určit. prefixem - administrované tunelování (přes zprostředkovatele) - proxy překlad prováděný až na aplikační vrstvě (např. na web-serveru) IP routing IP sítě jsou propojeny směrovači (routery), jejichž fce odpovídá L3 modelu OSI (a ta odpovídá IP vrstvě modelu TCP/IP) Směrovače provádějí přepojování dtgů mezi IP sítěmi (dtgová služba) a určují nejlepší cestu pro dtgy dle směrovacích map (tabulek). Architektura internetu: Core-network (jádro sítě), obsahuje Core routers pův. koncept Autonomní systémy, obsahuje hraniční směrovače AS souč. koncept Směrovací mapy (tabulky): směrovač získává info o IP sítích (pro každou obsahuje adresu, rozhraní, bránu a metriku) - Staticky: Adminem ručně editované záznamy; možnost chybné conf; Router nemůže tvořit alternativní cesty - Dynamicky: Informacemi šířenými směrovacími prot. se mapy vypočítávají; snadná adaptace na změny sítě; Směrování: Přímé zdroj i cíl ve stejné IP síti; Nepřímé zdroj a cíl v různých IP sítích.
Každý směrovač musí mít mapu pro celý internet => řešením jsou autonomní systémy (komplexy sítí a směrovačů). AS jsou registrovány u NIC a mají přidělen unique id, který používají směr. prot. v procesu vzájemné výměny směr. info. Existují 2 úrovně směrování v AS architektuře: - uvnitř AS (směrování inter. směr. prot. IGP) - mezi AS (směrování exter. směr. prot. EGP) Interní protokoly IGP: - RIPv1 a RIPv2 založené na algoritmu DVA (bellman-ford); Vysílání RIP msg skrz IP broadcast každých 30 sec. Není-li přijata RIP msg po dobu 3 min., platnost směrovací tabulky vyprší (dojde ke ztrátě konektivity) Vyváří ploché směrovací oblasti, nevytváří alternativní cesty. Implementace RIP jsou součástí OS Unix. Použití v malých a středních sítích (problémy: pomalé šíření informace, náchylnost ke vzniku smyček). Nastavení RIP na routerech a PC: - aktivní (generují a šíří RIP zprávy) - pasivní (jen přijímají RIP zprávy od aktivních) - OSPF založené na algoritmu LSA (dijsktr); Šíření zpráv mezi OSPF routery komunikace pomocí přenosů multicast. Vytváří hierarchické sítě tvořené směrovacími oblastmi, vytváří paralelní cesty rozdělení zatížení sítě. Oblasti OSPF (každá připojena k páteřní síti) zahrnují více síti. Nelze-li připojit oblast k páteři, vytvoří se virt. spoj jinudy OSPF doména:intra area(router uvnitř oblasti), inter area(router páteřní oblasti), AS hraniční směrovač(mezi OSPF doménami) OSPF pakety: hello (oslovení sousedních routerů), DBD (odpověď na hello), LSRP (žádost o vyslání LSUP), LSUP (update paket obsahuje buď info o stavu routerů v oblasti nebo seznam směrovačů připojených k LAN), LSAP (potvrzení příjmu aktuál. paketu) Externí protokoly EGP: - EGP protokol jednoduchý protokol na bázi stromové struktury; zjistí každému routeru sousední R se kterými bude komunikovat a periodicky tohle sousedství ověřuje. Se sousedy vyměňuje informace o dostupnosti sítí ve svém AS. - BGP protokol hvězdicová struktura; v současnosti oficiální externí protokol Internetu (routery WAN podporují BGP). Používá transportní protokol TCP. Dokáže šířit informace i mezi interními směrovačí (uvnitř AS). Kombinuje LSA a DVA. Funkce BGP: naváže+udržuje komunik. se sousedními R, prve vyšle celou směr.mapu, nevysílá periodicky(jen aktualizuje směr.info) Typy zpráv BGP: - OPEN (navázání spojení se sousedním routerem) - UPDATE (předání informace o sítích, které jsou dosažitelné touto směrovací cestou nebo aktualizace směr. cest) - KEEPALIVE (periodické ověření spojení routerem) - NOTIFICATION (chybová zpráva) Směrovače šíří své směrovací tabulky IP broadcastem nebo IP multicastem. Algoritmy pro výpočet směrovacích cest: - DVA (distance vector algorithm) Bellman-Ford Algorithm NET GATEWAY DISTANCE směrovače vysílají obsah své směrovací tabulky a přijímají info vysílané ostatními směrovači a podle nich aktualizují obsah své tabulky (protokoly založené na DVA definují malé přirozené číslo, které omezuje hodnotu DISTANCE (max. hopcount). Dojde-li v tabulce k dosažení této hodnoty, síť se považuje za nedosažitelnou a záznam se z tabulky odstraní protokoly vhodné pro menší sítě). Nevýhody: vysílání celých tabulek => velké datové pakety => větší zatížení sítě - LSA (link state algorithm) Dijkstr Algorithm směrovače vysílají jen info o stavu spojů, ke kterým jsou připojeny a přijímají jen změny stavů spojů (poté opět počítají nejkratší cestu). LSP (link state packets) jsou vysílány všem ostatním směrovačům ve stejné směrovací oblasti (flooding). Každý směrovač si z obdržených info vytváří kompletní topologickou mapu sítě. Výhody: menší pakety, velikost obsahu nezávisí na velikosti sítě, vhodné pro velké sítě. Typy konfigurace PC routeru (základní nastavení PC routeru je IP forwarding): - Statický routing (nastavení směrovacích cest) - Dynamický routing (volba směrovacího protokolu RIP nebo OSPF) směrovací SW Quagga - Default routing (nastavení default brány)
Vrstva transportní je nejnižší vrstva, na kterou se odvolávají síťové aplikace (systémové a uživatelské); zajišťuje sekvenční přenos dat mezi komunikujícími procesy, poskytuje službu aplikační vrstvě; transportní protokoly: - TCP - služba se spojením - spolehlivá (zajistí doručení dat. segmentů ve stejném pořadí v jakém byly odeslány) - vytvoří mezi komun. procesy (jejich porty) virtuální 8bit full-duplex komunik. kanál - při přenosu vyloučí ztráty, bitové nesprávnosti či duplicity - TCP spojení = dvojice komunikujících socketů - spotřebitelé (uživatelské síť.aplikace): - přenos souborů mezi síťovými uzly (protokol FTP) - relace přes síťový terminál (protokol TELNET) - přístup ke zdrojům systému (protokol WWW-HTTP) - předávání elektronických poštovních zpráv (protokol SMTP) - TCP komunikace: 1) vytvoření spojení, 2) řízený přenos proudu dat s eventuálním opakovaným odesláním nekorektně přijatých segmentů 3) ukončení spojení - formát TCP záhlaví: - src port, dst port, - seq_no (pořadové číslo) = je-li nastaven flag SYN, seq_no = počáteční číslo sekvence, je-li flag SYN nenastaven, seq_no = pořadové číslo prvního datového oktetu v segmentu, - ack_no (další seq_no) představuje seq_no následujícího segmentu (vysíláno po celé TCP spojení) - data_offset (délka záhlaví) = počátek dat - window size (určuje velikost Sliding Window = počet oktetů, které je možno přenést bez ACK) - checksum (kontrolní součet) - urgent Pointer (specifikuje offset posledního oktetu urgentních dat kde leží poslední oktet urg. dat) - řídící bity (flags): - URG (určuje platnost pole URGENT POINTER) - RST (vyvolá reset TCP spojení) - SYN (iniciuje TCP spojení) - ACK (ukončuje platnost pole ack_no) - FIN (iniciuje ukončení TCP spojení) - TCP volby(max.velikost seg přenášeného v rámci TCP,zvětšení sliding window,určení čas.známek na každý seg) - stavy TCP spojení: - při normálním průběhu otevírání - při normálním průběhu uzavírání. - UDP - služba nespojovaná - nespolehlivá, efektivní (rychlá, malá režie provozu) - pro apps s malým objemem dat, které správnost přenosu dat samy hlídají - pro apps vyžadující multi/broad-cast - spotřebitelé (progy pro sys. síť. služby): - šíření směrovací informací (protokol RIP) - šíření systémových hodin (protokol NTP) - překlady doménových jme (protokol DNS) - správa IP sítí (protokol SNMP) UDP datagram (v IP dtg): ip_header(src ip addr, dst ip addr, protokol, délka paketu) udp_header(src port, dst port, délka paketu, checksum) udp_data(spolu s udp_header je pro ně spočítán kontrolní součet checksum) Program pro výpis informací o stavu síťového subsystému v OS počítač: netstat (-u = udp, -t = tcp, -l = listening porty) Transportní protokoly jsou prostředkem, kterým se zajistí pro uživ. app spojení dvou počítačů v IP síti Přístup k transportní vrstvě z vrstvy aplikační multiplexing transportních služeb a IP služby: Aplikační protokoly (A vrstva) komunikují přes TCP nebo UDP (transportní protokoly T vrstvy) s protokol IP (protokol S vrstvy) Rozhraní SAP mezi aplikační a transportní vrstvou identifikuje aplikační protokol, který bude transportní službu užívat Číslo portu 16 bitová proměnná Port schránka na obsah transportního PDU Socket IP addr user end systému + č. portu Adresový prostor portů spravuje IANA (dané hty pro poskytovatele daných síť.služeb); well-known porty 1 1023; dále lze registrovat
Aplikační vrstva poskytuje aplikacím přístup k síťovým službám, zajišťuje autentizaci komunik. stran a řídí jejich dialog protokoly této vrstvy jsou specifikovány ve standardech RFC - protokoly základní (tradiční) - SMTP, FTP, TELNET, DNS - protokoly doporučené - SNMP, HTTP, SSH, DHCP - protokoly volitelné - implementace modelu C-S: App typu C spouští uživatel ve své relaci; App typu S (programy typu daemon) spouští root (zpravidla skriptem) Rozhraní služeb (přístup k transportní vrstvě z vrstvy aplikační), srovnání RM OSI a TCP/IP DHCP slouží pro automatizované přidělování IP adres a dalších síťových parametrů (def gw, subnet mask), UDP - předchůdce DHCP BootstrapProtocol (BootP) - protokol pronajímá (automaticky přiřazuje na základě požadavku uzlu) IP adresy - dynamicky: pronájem z rozsahu, který má server k dispozici - staticky: přiřazení IP addr k určité MAC addr - implementace S: w-k p 67(daemon dhcpd, konf v /etc/conf/dhcp.conf), C: w-k p 68 (nastavení konf na dynam. režim) - formát DHCP zprávy: IP_header UDP_header DHCP_msg(C msg: Discovery, Request; S msg: Offer, Acknowledge) - průběh relace: - C > DHCP discovery (C vyhledává na subsíti server), - S > DHCP offer (S posílá C IP addr a další params) - C > DHCP request (C posílá broadcast všem S o své volbě) - S > DHCP ack/nack (S posílá C dobu propůjčení adresy) DNS - DHCP zpráva, parametry - OP specif. operace, HTYPE typ síť. HW, HLEN délka HW addr, HOPS počet R přes které byl request forwardován - distribuovaná databáze, kterou používají TCP/IP aplikace k mapování doménových jmen do IP adres (a naopak) - může používat buď UDP nebo TCP - založen na principu C-S, well-known port 53 - implementace: BIND (berkeley internet name domain): DNS server (daemon named), DNS klient (knihovní fce resolver), nástroje pro ověření fcí DNS (utilita nslookup), konfigurační soubory (named.conf) - komunikační režimy DNS C S: iterace, rekurze - formát DNS zprávy (požadavek/odpověď) DNS_header DNS_msg (HEADER, QUESTION, ANSWERS, AUTHORITY, INFO) - sekce QUESTIONS = sekce požadavků obsahuje jeden dotaz: - query name(vyhledávané doménové jméno) - query type(typ záznamu)- A:IPv4 addr, NS:nameserver, CNAME:alias domény, PTR:odkaz do inverzní domény, MX.. mailserver pro doručování pošty, SOA.. hlavička, vyskytuje se právě jednou - query class - DNS záznamy (RR) tvoří: základní zónový soubor, reverzní zónové soubory, zónový soubor pro specifické domény (i reverzní), zónový soubor pro kořenové domény - autorita zóny = všechny subdomény pod danou zónou - protokol užívají ve vzájemné komunikaci - DNS klient s DNS servery (požadavek&odpověď) UDP - DNS servery (primární a sekundární DNS server) k přenosu kopií DNS databází TCP TLD (top level domain) oblasti: - arpa (doména 2. úrovně pro ni je in-addr, in-addr.arpa je reverzní doména např. 11.1.168.192.in-addr.arpa) - generic ( - cc (country code) SLD (second level domain) v TLD arpa - inverzní doména IPv4 - doménová jména zón v oblasti geografické (cc) a v oblasti generic
Informace (jmenné mapy) pro jednotlivé zóny poskytují jmenné servery (nameservers) Databáze kořenových nameserverů jsou v v Internetu centrálně distribuovány Doménové jméno může být: - úplné (hribek.mech.les.cz.) - relativní (hribek platí v doméně mech.les.cz.) NMS (network management system) řeší problémy: rozsáhlých sítí, stále vzrůstající počet uzlů, nemožné provádět správu velkých sítí - fční oblasti managementu sítě def. dle ISO: chybový management, výkonnostní management, bezpečnostní management SNMP správa a řízení velkých sítí, princip C-S, je to systémový služba, transport UDP, well-known porty 161 a 162 řídící stanice NMS (Network Management Station); SNMP (simple network management protocol) monitoring provozu v určitých uzlech sítě => ukládání do databáze (provede agent) sběr dat od agentů (provede manager) formát SNMP: záhlaví(č.verze,jm.komunity) PDU_msg(Get,Trap- v důsledku výjim.události, getbulk-požadavek k zaslání seznamu bindings) SNMP paket (v rámci LAN rámce): LAN_header IP_header UDP_header SNMP_msg LAN_trailer nekompatibilita mezi SNMPv1 a SNMPv2 se řeší proxy agentem MIB (management information base) hierarchická organizace shromažďovaných dat - každý objekt má přiděleno jméno a numerický identifikátor - 5 povinných charakteristik objektu - name, syntax- datový typ a struktura, access- přípustné operace, status- platnost objektu, description - objektově orientovaná databáze dat, data jsou sdružovány do skupin (tříd- definovány atributy, chováním, operacemi) - typy objektů: - skalární objekt (jednoduché instance objektu) - tabulární objekt (násobné instance objektu) - MIB databázi spravuje agent (SNMP server); manager (SNMP klient) může požadovat nebo nastavovat hodnoty - ve zprávách protokolu se používá číselná reprezentace určení objektů - schéma příkl.skup. udpindatagrams (počet udp dtgů doručených), udpinerrors (počet chybových dtgů), udpoutdatagrams (počet udp vyslaných dtgů) SMI (structure of management information) = datová reprezentace v SNMP - určuje definice pro sady vzájemně souvisejících objektů (tzv. moduly) ve třech úrovních: 1) definice modulu 2) definice objektu 3) definice oznámení ASN.1 = standard pro popis zprávy (tj. datové jednotky aplikace) odpovídá prezentační vrstvě OSI = není programovací jazyk (většina OS má nástroje k podpoře ASN.1, podporují jej program.jaz. C++, Java apod.) = používá se k definicím datových struktur (pojmenovaných modulů) obecný formát pojmenovaného modulu: <modul_name>definitions::= BEGIN definice modulu, výběr instance, popis elementů END = datové typy ASN.1 (abstraktní: jednoduché (integer, boolean), strukturované (sequence), výběrové (choice)) Kódování a kódovací pravidla odpovídá relační vrstvě OSI. = obecný kódovací formát ASN.1 BER Triplet EMAIL princip store and forward, využití MX záznamů v DNS v původní specifikaci email pouze text (protokol SMTP) user@mailserver.doména - mailserver musí být na portu 25 pro poštovní službu a pro doménu MX má záznam v zón. DNS souboru Protokoly e-mail systému: - SMTP (protokol pro přenos poštovních msg) využívá TCP (tvoří neautentizované TCP spojení), well-known port 25 (C-S) - průběh relace MTA dle SMTP: C iniciuje TCP spojení => obousměr dialog (C dává S data) => ukončení příkazem - ip dtg se zprávou protokolu SMTP: ip_header tcp header pdu_smtp (request/reply) - příkazy SMTP (4znak. řetězce) seřazeno sekvenčně pro předání dat: - HELLO<parametry> - identifikace klienta - MAIL<parametry> - identifikace odesílatele - RCPT<parametry> - identivikace příjemce - DATA<parametry> - žádost o příjem dat - QUIT<parametry> - uzavření SMTP dialogu a TCP spojení - princip komunikace: požadavek&odpověď(hand-shake); kód odpovědi XYZ: X-typ odp., Y-obsah odp., Z-rozlišení odp. X 1(pozitivní předběžná odp) 2(+ konečná odp) 3(+ průběžná odp) 4(neg. přechodná odp) 5(- trvalá odp) Y 0(syntaxe) 1(informativní charakter) 2(stav spojení) 3,4(nespecifikováno) 5(stav transakce u příjemce) - záhlaví zprávy elektronické pošty příklady klíčových slov: From:, Date:, Subject:, - MIME (protokol pro strukturování těla zprávy specifikace obsahu těla zprávy) - Obálka záhlaví SMTP záhlaví MIME (Content-Type: jednoduchý/kompozitní (složen z více částí) podtyp tělo zpráv
- POP3 (autorizovaný přístup do mailboxu ze vzdáleného klienta, výpis info o stavu mailboxu, lze označit zprávy pro výmaz) - přechod do jednotlivých stavů probíhá v příkazových sekvencích: AUTORIZACE, TRANSAKCE, AKTUALIZACE - používá TCP, well-known port 110 (C-S) - implementace: na straně S daemon, na straně C poštovní app (Outlook), příkaz=řetězec & odpověď= + ok / - err - IMAP4 (autorizovaný přístup do mailboxu ze vzdáleného klienta, lze sdílet schránku více uživateli), TCP, w-k p 143 (C-S) - značka (tag) (CHECK check nejsou-li nové zprávy, LOGIN usr pass, CREATE name - tvoř mailbox) příkaz parametry - odpovědi: označené (tag OK/NO/BAD) či neoznačené (odp. na určité příkazy SELECT? => FLAGS seznam) Logické moduly e-mail systému (mail xx agent): - MTA (transfer) zajistí přenos zprávy, podporuje protokol SMTP - MDA (delivery) zajistí uložení zprávy do mailboxu uživatele - MRA (retrieve) zajistí klientovi přístup do uživatelova mailboxu (podporuje POP3 a IMAP4) - MUA (user) vytváří rozhraní pro přístup uživatele k poštovním službám WWW se skládá: - z jednoznačné globální identifikace www zdrojů (URL lokalizace a vyhledání zdroje typ URI); - formáturl http:// <host> [: <port>] [<abs_path> [? <query>] ] (namísto query <key>=<value>&<key>=.. - std jazyk pro vytváření www dokumentů (HTML), - komunikačního protokolu (HTTP základ systému WWW jednoduchý prot. aplikační vrstvy, TCP, well-known p. 80) - princip C-S (požadavek&odpověď = HTTP transakce (C posílá požadavek na zaslání kopie souboru, server jej akceptuje a kopii ve své odpovědi odesílá) odpovědi původně text docs, nyní podpora MIME - i netext.) - formát a obsah zpráv HTTP je specifikován v RFC dokumentech - současná verze HTTP/1.1; přínosy: možnost nastavení virt. serverů, podpora bezpečných transakcí - popis zprávy HTTP: verze protokolu (HTTP/1.1), request: metoda (požadavek): - GET žádá o zaslání celé entity, specifikované v URI - HEAD žádá o zaslání záhlaví entity, specifikované v URI - POST odesílá obsah zprávy do entity, specifikované v URI (odeslání dat zapsaných do formuláře) - DELETE žádá o výmaz entity, specifikované v URI CGI standard pro definice rozhraní mezi webserverem a externími aplikačními programy; - proměnné pro HTTP server mohou být zpracovány v CGI programech - REQUEST_METHOD určuje způsob předání informací (GET/POST) - QUERY_STRING obsahuje data přenášená metodou GET - REMOTE_ADDR IP adresa PC, z nějž přišel požadavek - AUTH_TYPE způsob použité autorizace uživatele HTTPS HTTP šifrované přes spojení SSL nebo TLS interakce C-S vyžaduje autentizaci S (povinně) a C (volitelně) HTTP response: 200 299 = požadavek splněn, 400 499 = chyba na straně C, 500 599 = chyba na straně S KONTEXT s WWW: hypertext. doc (odkazy URL), HTML=podmnožina specifikace SGML, vývoj web systému konsorcium W3C Implementace HTTP serveru WWW server Apache Implementace HTTP klienta WWW prohlížeč Mozilla Firefox. FTP autorizovaný přístup do souborového systému hostitelského uzlu obousměr. přenos kopií souborů mezi C a S používá TCP, vytváří dvě TCP spojení - TCP spojení pro řízení (well-known port 21) spojení celá po celou dobu FTP relace - TCP spojení pro vlastní přesun dat (well-known port 20) spojení trvá po dobu přenosu fáze komunikace FTP klient FTP server - otevření řídícího TCP spojení na port 21 - identifikace a autentizace uživatele - otevření datového spojení (aktivní/pasivní) - datový přenos (na datovém spojení) - nedatové operace (na řídícím spojení) - ukončení FTP dialogu uzavření řídícího spojení příkazy protokolu FTP (klient) - přík. pro řízení přístupu (USER - ident.uživ., PASS - autent. uživ., CWD - změna prac. adresáře) - přík. pro stanovení parametrů přenosu (PORT - spec. datového portu C, PASV spec. dat. portu S) - přík. služeb (RMD - výmaz adresáře, PWD - výpis cesty prac. adresáře, LIST - výpis obsahu adresáře)
Datové definice v protokolu FTP - Specifikace souboru (TYPE): typ ASCII (textový formát) nebo např. Image file type (binární soubor) - Struktura souborů (STRU): File st. proud bytů, Page st. posloupnost stránek pro soubory s náh. přístupem do paměti - Přenosový režim (MODE): výchozí Stream režim posloupnost bytů lze použít pro všechny datové typy AKTIVNÍ vs. PASIVNÍ datové spojení: pasivní FTP spojení: dat. spojení navazuje C (příkaz PASV), server odpovídá (posílá IP addr a naslouchající TCP port) aktivní FTP spojení: dat. spojení navazuje S (portu 20 má přenášená data), C naslouchá na portu (zaslal příkazem PORT) Odpovědi protokolu FTP (3ciferný čís. kód XYZ): X = typ odpovědi, Y = obsah odpovědi. Protokol TFTP jednoduchá protokol (C S požadavek odpověď) - používá UDP, well-known port 69, neobsahuje autentizační sekvenci (přístupy autorizovány conf. nastavením na S) - využití TFTP u bez diskových počítačů (terminály) - implementace: S (tftpd daemon), C (tftp) - formát IP dtg s TFTP zprávou: IP_header UDP_header TFTP_header(typ zprávy, data záhlaví) TFTP_data (u dat. msg) - typ zprávy: Read Request, Write Request ]- nedatové, Data ]- datová, Acknowledgement, Error ]- nedatové - data záhlaví: DATA (poř. číslo offset bloku), ACK (poř. číslo bloku potvrzovaných dat), ERROR (kód chyby,chyb.msg) TFTP Read request TFTP Write request - klientské aplikace DHCP A TFTP jsou uloženy v permanentních pamětech (EPROM, ROM) - po zapnutí žádá stanice o přidělení IP addr (prot. BootP/DHCP), po obdržení addr žádá TFTP S o data potřebná ke spuštění (jádro), po obdržení dat se jádro natáhne do operační paměti RAM a počítač se spustí Protokoly vzdálených terminálů: - TELNET (základní protokol TCP/IP) - komunikace C-S, používá TCP, well-known port 23, autorizovaný přístup ke vzdálenému serveru - přenos dat nešifrovaných možnost odposlechu během přenou - zajistí obousměrný 8bitový komunikační kanál pro procesy terminálově orientované - vyjednává podmínky komunikace mezi stranami (obě strany musí vyjednané podmínky akceptovat) - NVT: virtuální síť. zařízení vytvořené po vytvoření TCP spojení (spol.síť.terminál komunik. stran) - příklady voleb: Echo, Typ terminálu, řádkový/znakový režim, atd.. - přenášená data: Tisknutelné znaky ASCII (text. řetězce), řídící znaky ASCII, příkazy protokolu TELNET - např. Abort (ukončení procesu), EOF (konec souboru), BRK (konec), AYT (jsi tam?) - výměna podmínek komunikace (odesílatel IAC<params>, příjemce IAC<params>, typ oper.do/dont/will/wont) - problém je v bezpečnosti = lze odchytávat data z C na S (zejména login údaje) - implementace: S (telnetd daemon), C (program telnet/putty) - SSH zajišťuje víc funkcí než TELNET,zřizuje zabezpečený kanál pro datové přenosy,obecné označ.pro prot. i SW produkty - komunikace C-S probíhá v zabezpečeném TCP spojení - typy šifrování: symetrická a asymetrická šifra - zprávy SSH: typ zprávy určuje záhlaví (SSH má vlastní jazyk pro popis dat ve zprávách) - kryptografická kontrola integrity (platnost, konzistentnost a přenosnost) přenášených dat - bezpečnostní záruky protokolu SSH: - důvěrnost dat, integrita dat, autentizace obou komunikujících stran, autorizovaný přístup k uživ. účtům - bezpečnostní aspekty SSH: - volba a dojednání algoritmů, generování a výměna klíčů, vazba mezi klíčem a identitou - kryptografické algoritmy: - symetrické: komunikující strany užívají společný tajný klíč (secret key)=> problém distribuce tajného klíče - Diffie-Hellman algoritmus pro výměnu tajného klíče - asymetrické: komunikující strany užívají různé klíče veřejný (public key) a privátní (private key) - hash funkce: jednocestné funkce vytvářející z libovolné bitové sekvence datový blok určené délky - implementace: S (program sshd - daemon), C (program ssh,scp Linux; program putty/winscp Windows)