Architektura TCP/IP v současnosti nejpoužívanější síťová architektura architektura sítě Internet Uplatnění user-end systémy (implementace všech funkčních vrstev) mezilehlé systémy (implementace spodních funkčních vrstev) vývoj TCP/IP 1973 zahájení vývoje na základě zadání DoD U.S.A. projekt DARPA 1976 vznik protokolu Ethernet pro LAN 1983 TCP/IP zvolen za základní protokol ARPAnetu internet 1984 implementace TCP/IP do OS UNIX 1989 Internet 1992 WWW 1
Architektura TCP/IP sada protokolů přiřazených do různých funkčních vrstev TCP/IP Protocol Family TCP/IP implementace na různých systémových platformách - heterogenní sítě Architektura TCP/IP standard de facto Standardy TCP/IP dokumenty RFC (Request for Comments), volně přístupné Charakteristika TCP/IP dominantní postavení současným požadavkům již příliš nevyhovuje nutnost řešit nedostatečnosti vytvářením funkčních mezivrstev a novými protokoly Výhoda: nespecifikuje vlastnířešení přístupu k datovému spoji - vytváří rozhraní pro různé přenosové technologie LAN a WAN 2
Architektura TCP/IP TCP Aplikační vrstva Sada aplikačních protokolů Transportní vrstva UDP Síťová vrstva (IP vrstva) ICMP IGMP OSPF ARP IP RARP Vrstva síťového rozhraní (specifikováno příslušným RFC dokumentem pro každý určitý typ přenosové technologie ) 7 Aplikační 6 Prezentační 5 Relační 4 Transportní 3 Síťová 2 Spojová 1 Fyzická 3
Vrstva síťového rozhraní (Network Access Layer) přístup k přenosovému médiu může být využita některá z technologií uvedená v tabulce IP TCP/IP IEEE 802.3 IEEE 802.11 FDDI. LLC Logical Link Control Media Acccess Control vrstva datových spojů vrstva fyzická 4
Architektura TCP/IP Vrstva síťová (Internet Layer) směrování a přepojování datagramu, fragmentace/defragmentace datagramů - protokoly: IP (Internet Protocol) základní protokol sítě, vysílá datagramy, fragmentuje a znovusestavuje datagramy, služba bez spojení, současná verze IPv4 následující IPv6 ARP, RARP (Address Resolution Protocol, Reverse ARP) mapování logické síťové (IP) adresy do do fyzické () adresy a naopak ICMP (Internet Control Message Protocol) generace řídících zpráv o chybách a nestandardních událostech při přenosu datagramu IGMP (Internet Group Management Protocol) správa síťových skupin mapování skupinové adresy do síťové skupinové adresy OSPF (Open the Shortest Path First) směrovací protokol a další 5
Architektura TCP/IP Vrstva transportní (Transport Layer) koncový přenos mezi dat mezi komunikujícími procesy (odpovídá transportní vrstvě OSI), protokoly: TCP (Transmission Control Protocol) služba se spojením UDP (User Datagram Protocol) služba bez spojení 6
Architektura TCP/IP Vrstva aplikační (Application Layer) množina protokolů poskytujících uživatelské síťové služby a systémové síťové služby (např. směrovací protokoly), závislost na určitém typu transportu dat (TCP nebo UDP) nebo možnost volby, aplikační vrstva se nejvíce rozšiřuje o nové protokoly, protokoly povinné, doporučené, volitelné. TELNET virtuální terminál (vzdálený přístup k hostitelskému systému) FTP (File Transfer Protocol) přenos souborů mezi uzly SMTP (Simple Mail Tranfer Protocol) přenos elektronické pošty 7
IPvrstva Počítačové sítě IP vrstva Protokoly: IP, ARP, RARP, ICMP, IGMP, OSPF UDP TCP Transportní vrstva ICMP IGMP OSPF Síťová vrstva ARP IP RARP Ethernet driver Vrstva síťového rozhraní 8
transportní rozhraní UDP TCP ICMP IGMP typ IP 06 17 01 02 Ethernet frame typ 0x0800 Ethernet frame typ 0x0806 Ethernet frame typ 0x8035 IP datagram ARP request/reply RARP request/reply Typy rámců podle datového obsahu 9
IP vrstva IP vrstva Adresace Směrování PDU Fragmentace Logická síťová adresa 32 bitů (4 oktety) zápis dotted decimal 2 části identifikátor IP sítě (IP network address) + číslo uzlu (host/node address) příklad: 147.132.1.3 Centrálněřízené přidělování adres hierarchie NIC Typy adres: třída A N.H.H.H třída B N.N.H.H třída C N.N.N.H 10
IP vrstva IP adresy pro jedinečnou identifikaci uzlu v Internetu - přidělené organizací IANA (Internet Assigned Numbers Authority) http://www.iana.org unicast třídy A, B, C multicast třída D v unicast i multicast oblasti má IANA vyhrazené bloky adres (RFC 3300 Special-Use IPv4 Addresses) IP adresy privátní pro používání v intranetech (RFC 1918 Address Allocation for Private Internets ) třída A 10.0.0.0 10.255.255.255 třída B 172.16.0.0. 172.31.255.255 třída C 192.168.0.0. 192.168.255.255 11
IP vrstva Metody adresování privátních sítí intranetů NAT (Network Address Translation) opakované přidělování adres PC1 Firewall IP 1 Intranet Intranet PC2 Zásobník IP 2 veřejných PC3 IP IP 3 PAT (Port Address Translation) jedna společná adresa PC1 PC2 PC3 Firewall Globální veřejná IP IP 1 IP 1 IP 1 12
IP vrstva Způsob přidělování IP adres delegování na úrovně kontinentů a státní úrovně APNIC (Asia Pacific Network Information Centre) - Asia/Pacific Region ARIN (American Registry for Internet Numbers) - North America and Sub-Sahara Africa LACNIC (Regional Latin-American and Caribbean IP Address Registry) Latin America and some Caribbean Islands RIPE NCC (Réseaux IP Européens) - Europe, the Middle East, Central Asia, and African countries located north of the equator V ČR přidělání IP adres je spojeno s registrací domén - společnost CZ.NIC, z.s.p.o. 13
Adresy typu A Počítačové sítě IP vrstva Bity 1 7 24 0 Číslo sítě Číslo uzlu Rozsah adres: 1.0.0.0 126.0.0.0 Počet adres uzlů: 16 777 214 Adresy typu B Bity 2 14 16 1 0 Číslo sítě Číslo uzlu Rozsah adres: 128.0.0.0 191.254.0.0 Počet adres uzlů: 65 634 14
Adresy typu C Počítačové sítě IP vrstva Bity 3 21 8 1 1 0 Číslo sítě Číslo uzlu Rozsah adres: 192.0.1.0 223.255.254.0 Počet adres uzlů: 254 Adresy typu D (identifikace síťových skupin) Bity 4 28 1 1 1 0 Identifikátor síťové skupiny Rozsah identifikátorů skupin: 224.0.0.0 239.255.255.255 15
IP vrstva rozdělení adresového prostoru Typ adresy Rozsah adres Poznámka A 0.0.0.0 1.0.0.0 126.0.0.0 Vyhrazeno Používáno 127.0.0.0 Vyhrazeno * B 128.0.0.0 128.1.0.0 191.254.0.0 Vyhrazeno Používáno 191.255.0.0 Vyhrazeno C 192.0.0.0 192.0.1.0 223.255.254.0 Vyhrazeno Používáno 223.255.255 Vyhrazeno D E 224.0.0.0 239.255.255.255 240.0.0.0. 255.255.255.254 255.255.255.255 Speciální účel Nepoužito Vyhrazeno ** 16
IP vrstva rozdělení adresového prostoru * - 127.0.0.0 vyhrazeno pro OS UNIX 127.0.0.1 je adresa interního síťového rozhraní (loopback) ** - 255.255.255.255 je IP globální broadcast pokrývá všechny IP uzly všech IP sítí datagramy s touto adresou jsou na IP směrovačích filtrovány Maska sítě vyfiltruje z IP adresy adresu IP sítě (nebo podsítě viz dále), implicitní masky: Třída A 255.0.0.0 Třída B 255.255.0.0 Třída C 255.255.255.0 17
IP podsítě (subsítě) Počítačové sítě IP vrstva podsítě Rozdělení velké sítě na řadu menších podsítí Velikost podsítě určuje správce Směrovač používá masku podsítě a IP adresu cílového uzlu k určení cílové podsítě Pro vytvoření adres podsítí se použijí horní bity z pole H (adresa uzlu) Maska podsítě implicitní maska sítě + bity z pole H použité pro adresování podsítí IP broadcast Adresa pokrývající všechny uzly dané sítě nebo podsítě 18
IP vrstva - směrování Směrování - výběr cesty pro datagram: Přímé směrování - předání cílovému uzlu na téže IP síti/podsíti Nepřímé směrování - předání některému ze směrovačů na téže síti/subsíti Problém: do rámce je třeba vložit adresu cílového uzlu se známou IP adresou nebo adresu směrovače se známou IP adresou 19
IP vrstva - směrování Řešení: protokol ARP (Address Resolution Protocol) zajistí Vyšle rámec s ARP dotazem (ARP request) na broadcast cílovou adresu Uzel, který poznal svou IP adresu uloženou v ARP dotazu vygeneruje ARP odpověď (ARP reply), do které svou adresu vloží ARP cache 20
8 b. Formát zprávy ARP/RARP protokolu v rámci Ethernet 6 6 2 2 2 2 2 6 4 6 4 18 DA SA Type HW Prot. Type Type Eth. IP 1 0x0800 ARP 0x0806 RARP 0x8035 HW size Eth. 6 Prot. size IP 4 oper. ARP req 1 rep 2 RARP req 3 rep 4 sender addr. sen. target IP addr. addr. tar. IP addr PaddingFCS PDU protokolu ARP/RARP 28 B (+ 18 B padding) záhlaví a zápatí rámce 21
Protokol ARP (Address Resolution Protocol) A B C R ARP reply: posílám k IP v tvém requestu ARP request: znám IP, pošli DA broadcast SA router R sender router R sender IP router R IP target????? target IP host B IP ARP request DA router R SA host B sender host B sender IP host B IP target router R target IP router R IP pole záhlaví Ethernet ARP reply 22
Protokol RARP (ReverseAddress Resolution Protocol) RARP C B A server R ARP reply: posílám IP k v tvém requestu RARP request: znám, pošli IP DA broadcast SA host A sender host A sender IP???? target broadcast target IP IP broadcast RARP request DA host A SA host C sender host C sender IP host C IP target host A target IP host A IP pole záhlaví Ethernet RARP reply 23
IP vrstva - směrování Protokol RARP reverzní funkce (přiřazení známé adrese logická IP adresa) použití: např. bezdiskové pracovní stanice Směrovací tabulky mapy pro určení cesty Směrovací tabulky směrovačů statické (manuálně vytvořené), dynamické (směrovač vytvoří mapu určitým algoritmem z informací získaných prostřednictvím směrovacích protokolů) topologie celé sítě (směrovací oblasti) Směrovací tabulky koncových uzlů minimální mapy s určeným výchozím směrovačem (default router) 24