TCP/IP

Wprowadzenie do TCP/IP
Wykład nr 3
Wprowadzenie

do TCP/IP
TCP/IP to zestaw protokołów dla pakietowej
sieci rozległej WAN, o nazwie pochodzącej od
dwóch protokołów składowych
−
TCP - Transmission Control Protocol
− IP - Internet Protocol
Możliwości TCP/IP

Może działać na sprzęcie różnych producentów

Zawiera wbudowane trzy podstawowe aplikacje umożliwiające:
−
pracę zdalną,
−
transfer plików,
−
korzystanie z poczty elektronicznej

Schemat adresowania IP pozwala na łatwe łączenie wielu sieci

Udostępnia dwa niezależne mechanizmy transportowe


W warstwie aplikacyjnej TCP/IP opiera się na relacji
klient/serwer
Może współpracować z różnymi protokołami poziomu łącza
danych i różnymi typami nośnika
Protokół TCP/IP - zalety



otwartość i niezależność od specyfikacji sprzętowoprogramowej systemów komputerowych,
możliwość integracji wielu różnych rodzajów sieci
komputerowych,
wspólny schemat adresacji pozwalający na jednoznaczne
zaadresowanie każdego użytkownika,

istnienie standardowych protokołów warstw wyższych.

dobrą odtwarzalność po awarii,

wysoki współczynnik obsługi błędów,

mały stopień obciążenie danych własnymi strukturami,

możliwość dodawania nowych sieci bez przerywania
istniejącej obsługi,
4
Historia protokołu TCP/IP






1962 - pojawienie się koncepcji wielkiej sieci
komputerowej, rozpoczęcie prac nad projektem
DARPA
1966-69 - powstanie sieci ARPANET i prace nad jej
rozwojem
1970 - powstanie protokołu NCP (Network Control
Protocol)
1973 - idea sieci o architekturze otwartej TCP/IP
(Transmission Control Protocol-Internet Protocol)
1977-80 - powstanie dwóch protokołów dotyczących
scalania sieci IGP i EGP (Interior Gateway Protocol i
Exterior Gateway Protocol)
1985 - akceptacja TCP/IP jako ogólnego standardu i
rozpoczęcie prac nad jego udoskonalaniem
Problemy TCP/IP

Internet rozrasta się w postępie geometrycznym, ilość
przyłączonych hostów podwaja się z każdym rokiem.
Groźba wyczerpania się możliwości 32-bitowego
adresowania stała się faktem.
Przyszłość TCP/IP - Next Generation


Nowy, 128-bitowy system adresowania
Udoskonalona postać nagłówka IP z rozszerzeniami
dla aplikacji i opcji

Brak sumy kontrolnej

Nowe pole kontrolne zwane etykietą potoku


Zabezpieczenie przed zjawiskiem tzw. fragmentacji
pośredniej
Wbudowane narzędzia kryptograficzne i
mechanizmy weryfikacji
Architektura TCP/IP

TCP/IP a model OSI

Adresowanie

Warstwy TCP/IP
TCP/IP a model OSI

Zestaw protokołów TCP/IP nie jest w pełni
zgodny z siedmiowarstwowym modelem
odniesienia OSI.
−
wyłącznie trzy warstwy ponad warstwą łącza
danych
−
nie tworzy pełnej hierarchii w ścisłym znaczeniu
tego słowa
−
funkcje spełniane przez poszczególne warstwy
modelu OSI nie pokrywają się z funkcjami warstw
modelu TCP/IP
−
siłą napędową rozwoju TCP/IP są użytkownicy
końcowi
TCP/IP a model OSI
Adresowanie



Każdy komputer w sieci TCP/IP ma niepowtarzalny, 32bitowy adres IP identyfikujący nie tylko komputer, lecz
również sieć do której należy.
Adresy IP są 32-bitowe i zapisuje się je w notacji
dziesiętnej oddzielając poszczególne segmenty adresu
kropkami.
Na adres IP składają się trzy podstawowe elementy :
−
bity określające klasę adresu
−
część identyfikująca sieć lokalną
−
część identyfikującą konkretny komputer w sieci
Adresowanie



Aplikacje komunikują się ze sobą z wykorzystaniem
portów
Istnieje tzw. lista dobrze znanych portów, zawierająca
adresy standardowych aplikacji i usług TCP/IP.
Porty służą do identyfikacji aplikacji i usług
wykorzystujących TCP lub UDP jako protokół
transportowy.
Adresowanie IP

Format adresu IP
149.156.96.9

Klasy adresów IP
Bity
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Klasa A
0
Adres sieci (7 bitów)
Klasa B
1
0
Klasa C
1
1
0
Klasa D
1
1
1
0
Adresy grupowe
Klasa E
1
1
1
1
Adresy eksperymentalne
Adres hosta (24 bitów)
Adres sieci (14 bitów)
Adres hosta (16 bitów)
Adres sieci (21 bitów)
Adres hosta (8 bit)
13
Adresowanie – klasy adresowe
klasę A rozpoczyna liczba od 0 do 127.
klasę B rozpoczyna liczba od 128 do 191.
klasę C rozpoczyna liczba od 192 do 223.
klasę D rozpoczyna liczba od 224 do 239.
klasę E rozpoczyna liczba od 240 do 255.
Adresowanie IP

Maski podsieci
Adres w notacji dziesiętnej
Notacja binarna
Pełny adres sieciowy 192.168.5.10
11000000.10101000.00000101.00001010
Maska podsieci
255.255.255.0
11111111.11111111.11111111.00000000
Adres sieci
192.168.5.0
11000000.10101000.00000101.00000000
Adres klienta
0.0.0.10
00000000.00000000.00000000.00001010

Zastosowanie
Bity
0
1
Adres klasy B
1
0
Maska klasy B
1
1
Klasa B
1
0
Maska podsieci
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Adres sieci (14 bitów )
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Adres hosta (16 bitów )
1
1
1
1
0
0
Adres sieci (14 bitów )
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
Adres posieci
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
Adres hosta (8 bitów )
1
1
0
0
0
0
0
0
0
15
0
DNS (Domain Name System)


DNS jest usługą polegającą na tłumaczeniu podanych w formacie
mnemonicznej adresów internetowych (np. www.agh.edu.pl) na
odpowiadające im numery IP.
Wprowadzono w celu ułatwienia zapamiętania adresów
www.agh.edu.pl <==> 149.156.96.2
Kod
com
edu
gov
mil
org
int
net
Rozwinięcie
commercial
educational
governemet
military
organization
international
network
Opis
komputer komercyjny (np.: microsoft.com)
komputer edukacyjny (np.: uniwersytecki: agh.edu.pl)
komputer rządowy (np.: urm.gov.pl)
komputer wojskowy lub organizacji związanej z wojskiem
inne organizacje
organizacje międzynarodowe
komputer zawierający zasoby sieciowe
16
DNS

Znaczenie poszczególnych części adresu
usługa.nazwa.kategoria.kraj
Wykaz dostępnych usług
Lista występujących kategorii
ftp
www
archie
gopher
irc
com (commercial)komercjalny
edu (educational) edukacyjny
gov (governemet) rządowy
mil (military)
wojskowy
org (organization) inne organizacje
net (network)
zasobów sieciowych
serwer FTP
serwer World Wide Web
serwer usługi Archie
serwer usługi Gopher
serwer usługi IRC
Warstwy TCP/IP

Warstwa aplikacji

Warstwa sieciowa

Warstwa transportowa

Warstwa łącza danych
Warstwa łącza danych

W TCP/IP nie ma określonych standardowych
protokołów na poziomie warstwy łącza. Wybór
zależy od przeznaczenia i wymagań stawianych
sieci. W sieci TCP/IP mogą być
wykorzystywane różne protokoły łącza, np.:
−
Ethernet
−
Token Ring
−
FDDI (Fiber Distributed Data Interface)
−
X.25
Technologie sieciowe
• Arcnet - Attached Resource Computer Network – pierwszy
standard sieci lokalnych, umożliwiał transport z prędkością
2,5 Mbps. Sieć budowana była w oparciu o magistralę przy
wykorzystaniu kabla koncentrycznego.
• Ethernet - standard sieci lokalnych opracowany w 1976
przez Xerox, Dec i Intel, określający techniczne zasady
transmisji danych do 10 Mbps.
• FastEthernet - standard umożliwiający transmisję z
prędkością do 100 Mbps
• TokenRing - prędkość 4-16 Mbps budowana w topologii
pierścień.
• FDDI - transmisja do 100 Mbps, topologia podwójnego
pierścienia, światłowód.
• ATM - Asynchronous Transfer Mode, transmisja do 622 20
Mbps.
Ewolucja technologii sieciowych
Obsługiwane
aplikacje
Szybkość transmisji
w Mb/s
Sieci LAN
GE
GE
1000
FE
FDDI
100
10
1
Eth10
100VGany
LAN
HSTR
interakcyjne usługi
mutlimedialne
(interakcyjny przekaz
obrazów)
ATM
622
100
25
usługi mutlimedialne
(przekaz obrazów stałych
o dużej rozdzielczości)
TR16
interakcyjny przekaz
danych
wspomagane komputerowo projektowanie,
zarządzanie i wytwarzanie
(CAD/CAM)
TR4
Eth3
ISDN-P
0,1
ISDN
X.25
0,01
Sieci WAN
asynchroniczny transfer
plików (poczta elektroniczna, asynchoniczny
transfer danych
X.25
1985
1990
Rok wprowadzenia
1995
2000
21
Urządzenia pomocnicze
• Regeneratory to urządzenia mające za zadanie
utrzymanie fizycznej komunikacji między stacjami
roboczymi a serwerem.
• Koncentrator (hub) to elementarny węzeł
komunikacyjny w sieci LAN umożliwiający łączenie i
rozgałęzianie dróg komunikacyjnych.
• Wzmacniak (repeater) to urządzenie sieci lokalnej
wzmacniające sygnał, dzięki czemu istnieje możliwość
rozszerzenia sieci.
22
Urządzenia pomocnicze
Druga grupa obejmuje urządzenia umożliwiające
połączenie między sieciami tj.
• Most (bridge) – urządzenie łączące dwie lub więcej
jednakowe sieci umożliwiające przesyłanie danych
między nimi.
• Router – umożliwia połączenie sieci LAN i WAN
• Brama (gateway) łączy sieci o różnych sposobach
przesyłania danych
23
Warstwa aplikacji

Warstwa aplikacyjna jest niezależna od platformy
sprzętowej i wykorzystuje technologię klient/serwer.
Klient inicjuje aplikacje, a serwer odpowiada na
żądanie klientów. Realizacją tej koncepcji są
podstawowe aplikacje TCP/IP:
−
TELNET (aplikacja umożliwiająca pracę zdalną)
−
FTP (aplikacja umożliwiająca transfer plików)
−
SMTP (aplikacja obsługująca pocztę elektroniczną)
Inne protokoły warstwy aplikacyjnej

X (protokół udostępniający rozproszone środowisko okienkowe)

KERBEROS (protokół zabezpieczający)

CMOT (protokół zarządzania informacjami)

SNMP (protokół zarządzania siecią)




RPC (programy pozwalające aplikacjom wywoływać procedurę
uruchamiającą serwer)
NFS (rozproszony system zarządzania plikami)
TFTP (protokół przesyłania plików wykorzystującym UDP jako
mechanizm transportowy)
DNS (rozproszona baza danych zawierająca adresy IP i ich
aliasy)
Warstwa transportowa

TCP/IP zawiera dwa mechanizmy
transportowe:
−
TCP jest zorientowanym połączeniowo
bezpiecznym protokołem, przeprowadzającym
automatyczne retransmisje w przypadku wykrycia
błędów. Steruje on danymi otrzymanymi z góry, z
warstwy aplikacyjnej.
−
UDP jest protokołem typu bezpołączeniowego, to
znaczy nie sprawdzającym poprawności danych i
nie przeprowadzającym retransmisji. UDP jest
używany w specyficznych warunkach przez
niektóre aplikacje sieciowe. Aplikacje korzystające z
UDP muszą mieć własne mechanizmy weryfikacji i
retransmisji danych.
Realizacja niezawodnego
połączenia
Reakcja na utratę pakietu
Warstwa sieciowa



Odpowiada za obsługę komunikację między
komputerami.
Przyjmuje pakiety z warstwy transportowej
razem z informacjami identyfikującymi odbiorcę,
sprawdza czy wysłać datagram wprost do
odbiorcy czy też do routera.
Zajmuje się także datagramami przychodzącym
sprawdzając ich poprawność i stwierdzając czy
należy je przesłać dalej czy też przetwarzać na
miejscu.
Warstwa sieciowa - protokoły

IP (Internet Protocol)

ICMP (Internet Control Message Protocol)

ARP (Address Resolution Protocol)

RARP (Reverse Address Resolution
Protocol)
IP - Internet Protocol





Najbardziej podstawowa usługa - przenoszenie pakietów
bez użycia połączenia nosi nazwę Internet Protocol
Usługa ta jest zdefiniowana jako zawodny system
przenoszenia pakietów bez użycia połączenia.
Każdy pakiet obsługiwany jest niezależnie od innych.
Pakiety z jednego ciągu mogą podróżować różnymi
ścieżkam, niektóre z nich mogą zostać zgubione, inne
natomiast dotrą bez problemów.
Pakiet może zostać zagubiony, zduplikowany, zatrzymany
lub dostarczony z błędem, a system nie sprawdzi, że coś
takiego zaszło, a także nie powiadomi o tym ani nadawcy,
ani odbiorcy
IP - zadania




Definiuje podstawowe jednostki przesyłanych danych,
używane w sieciach TCP/IP.
Określa dokładny format wszystkich danych przesyłanych
przez sieć.
Definiuje operacje trasowania, wykonywane przez
oprogramowanie IP. Polega ono na wybieraniu trasy, którą
będą przesyłane dane.
Określa zbiór reguł, które służą do realizacji zawodnego
przenoszenia pakietów. Opisują one w jaki sposób węzły i
routery powinny przetwarzać pakiety, jak i kiedy powinny
być generowane komunikaty o błędach oraz kiedy pakiety
mogą być porzucane.
ICMP
(Internet Control Message Protocol)



Powstał aby umożliwić routerom oznajmianie o
błędach oraz udostępnianie informacji o
niespodziewanych sytuacjach
Protokół ICMP jest traktowany jako wymagana część
IP i musi być realizowany przez każdą implementację
IP
Gdy datagram powoduje błąd, ICMP może jedynie
powiadomić pierwotnego nadawcę o przyczynie
ARP
(Address Resolution Protocol)


Aby dwie maszyny mogą się komunikować zachodzi
potrzeba przekształcenia adresu IP na adres fizyczny tak
aby informacja mogła być poprawnie przesyłana.
Przekształcenia adresu IP na adres fizyczny dokonuje
protokół odwzorowania adresów ARP, który zapewnia
dynamiczne odwzorowanie i nie wymaga przechowywania
tablicy przekształcania adresowego.
Zasada działania ARP
RARP (Reverse ARP)


protokół odwrotnego odwzorowania adresów RARP
umożliwia uzyskiwanie adresu IP na podstawie znajomości
własnego adresu fizycznego (pobranego z interfejsu
sieciowego).
Komputery bez dysku twardego pobierają adres IP z
maszyny uprawnionej do świadczenia usług RARP, po
przesłaniu zapytania z własnym adresem fizycznym.
Zasada działania RARP
Adresowanie zasobów za pomocą URL
URL - Uniform Resource Locator


oznacza ujednolicony format adresowania
zasobów (informacji, danych, usług), stosowany
w Internecie i w sieciach lokalnych.
URL składa się z części określającej rodzaj
zasobu/usługi (ang. scheme), dwukropka i
części zależnej od rodzaju zasobu (ang.
scheme-specific part).
np: http://agh.edu.pl
39
URL - Uniform Resource Locator
<schemat> : <autoryzacja> : <port> / <ścieżka> ? <zapytanie> # <fragment>
lub z użytkownikiem i hasłem:
<schemat> : // użytkownik:hasło @ <autoryzacja> : <port> / <ścieżka> ? <zapytanie> #
<fragm>
http://www.jakis-serwer.pl:8080/katalog1/katalog2/plik?
\___/ \_________________/\___/\___________________/
|
|
|
|
schemat autoryzacja port ścieżka do pliku
(protokół) (nazwa serwera)
parametr1=wartosc1&parametr2=wartosc2#fragment_dokumentu
\___________________________________/ \__________________/
|
|
zapytanie
fragment
40
URL - Uniform Resource Locator
Przykładowy URL:
http://www.wikipedia.com/wiki/URL
gdzie:
http – protokół dostępu do zasobu
www.wikipedia.com – adres serwera
wiki/URL – ścieżka dostępu do zasobu
41
URL - Uniform Resource Locator

najpopularniejsze rodzaje zasobów
* FTP
* HTTP
* HTTPS
* MAILTO
* telnet
* NNTP
* file
* news
42