Počítačové sítě Architektura TCP/IP - úvod

1. Počítačové sítěArchitektura TCP/IP - úvod • Architektura TCP/IP je v současnosti nejpoužívanější síťová architektura – architektura sítě Internet • Uplatnění TCP/IP • 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 Počítačové sítě - architektura TCP/IP

2. Počítačové sítěArchitektura TCP/IP - úvod • Charakteristika TCP/IP • dominantní postavení • současným požadavkům již příliš nevyhovuje - neřeší QoS, zabezpečení přenosů, atd. • nutnost řešit nedostatečnosti vytvářením funkčních „mezivrstev“ a novými protokoly • Výhody: • nespecifikuje vlastní řešení přístupu k datovému spoji • vytváří rozhraní pro různé přenosové technologie LAN a WAN Počítačové sítě - architektura TCP/IP

3. Počítačové sítěArchitektura TCP/IP - úvod • Architekturu TCP/IP vytváří sada protokolů přiřazených do různých funkčních vrstev („TCP/IP Protocol Family“) • Architektura TCP/IP je implementována na různých systémových platformách • Heterogenní sítě – zařízení různých systémových platforem komunikující prostřednictví protokolů sady TCP/IP • Architektura TCP/IP je standard „de facto“ - všeobecně přijatá, nemá „vlastníka“ (oficiální standardizační organizaci • Standardy TCP/IP jsou dokumenty RFC (Request for Comments) • Archivy RFC dokumentů jsou volně přístupné (např. http://www.faqs.org/rfcs/ ) Počítačové sítě - architektura TCP/IP

4. Aplikační vrstva Sada aplikačních protokolů 7 Aplikační 6 Prezentační 5 Relační Transportní vrstva TCP UDP 4 Transportní Síťová vrstva (IP vrstva) ICMP IGMP OSPF ARP IP RARP 3 Síťová 2 Spojová Vrstva síťového rozhraní (specifikováno příslušným RFC dokumentem pro každý určitý typ přenosové technologie ) 1 Fyzická Počítačové sítěArchitektura TCP/IP Počítačové sítě - architektura TCP/IP

5. IP TCP/IP vrstva datových spojů vrstva fyzická IEEE 802.3 IEEE 802.11 FDDI Počítačové sítěArchitektura TCP/IP • Vrstva síťového rozhraní (Network Access Layer) – přístup k přenosovému médiu – může být použita technologie Ethernet, Wi-fi, FDDI, atd. LLC Logical Link Control MAC Media Acccess Control Počítačové sítě - architektura TCP/IP

6. Počítačové sítěArchitektura 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 (MAC) 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 MAC adresy do síťové skupinové adresy • OSPF (Open the Shortest Path First) – směrovací protokol • a další Počítačové sítě - architektura TCP/IP

7. Počítačové sítěArchitektura 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 Počítačové sítě - architektura TCP/IP

8. Počítačové sítěArchitektura 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 Počítačové sítě - architektura TCP/IP

9. Transportní vrstva UDP TCP ICMP IGMP OSPF Síťová vrstva IP ARP RARP Ethernet driver Vrstva síťového rozhraní Počítačové sítěIP vrstva • IPvrstva • Protokoly: IP, ARP, RARP, ICMP, IGMP, OSPF Rozhraní transportních služeb Rozhraní síťových služeb Počítačové sítě - architektura TCP/IP

10. Rozhraní transportních služeb TCP UDP IGMP ICMP Čísla protokolů 06 17 01 02 Rozhraní síťovýchslužeb Ethernet frame – typ 0x0800 IP datagram Počítačové sítě - architektura TCP/IP

11. Počítačové sítěIP 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 • Centrálně řízené přidělování adres – hierarchie NIC • Typy adres: třída A – N.H.H.H třída B – N.N.H.H třída C – N.N.N.H Počítačové sítě - architektura TCP/IP

12. Počítačové sítěIP 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 Počítačové sítě - architektura TCP/IP

13. Firewall Zásobník veřejných IP IP 1 PC3 PC3 PC2 PC1 PC1 PC2 Intranet IP 2 IP 3 IP 1 Firewall Globální veřejná IP IP 1 Intranet IP 1 Počítačové sítěIP vrstva • Metody adresování privátních sítí – intranetů • NAT (Network Address Translation) – opakované přidělování adres • PAT (Port Address Translation) – jedna společná adresa Počítačové sítě - architektura TCP/IP

14. Počítačové sítěIP 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 – přidělení IP adres je spojeno s registrací domén - společnost CZ.NIC, z.s.p.o. Počítačové sítě - architektura TCP/IP

15. 1 7 24 0 Číslo sítě Číslo uzlu 1 1 14 16 1 0 Číslo sítě Číslo uzlu Počítačové sítěIP vrstva • Adresy typu A Bity Rozsah adres: 1.0.0.0 – 126.0.0.0 Počet adres uzlů: 16 777 214 • Adresy typu B Bity Rozsah adres: 128.0.0.0 – 191.254.0.0 Počet adres uzlů: 65 534 Počítačové sítě - architektura TCP/IP

16. 1 1 21 8 1 1 0 Číslo sítě Číslo uzlu 4 24 1 1 1 0 Identifikátor síťové skupiny Počítačové sítěIP vrstva • Adresy typu C Bity Rozsah adres: 192.0.1.0 – 223.255.254.0 Počet adres uzlů: 254 • Adresy typu D (identifikace síťových skupin) Bity Rozsah identifikátorů skupin: 224.0.0.0 – 239.255.255.255 Počítačové sítě - architektura TCP/IP

17. Počítačové sítěIP vrstva – rozdělení adresového prostoru Počítačové sítě - architektura TCP/IP

18. Počítačové sítěIP vrstva – rozdělení adresového prostoru • Poznámky k vyhrazeným adresám: • 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 Počítačové sítě - architektura TCP/IP

19. Počítačové sítěIP vrstva – podsítě IP podsítě (subsítě) • 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 Počítačové sítě - architektura TCP/IP

20. Počítačové sítěIP 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 MAC adresu cílového uzlu se známou IP adresou nebo MAC adresu směrovače se známou IP adresou Počítačové sítě - architektura TCP/IP

21. Počítačové sítěIP vrstva - směrování • Přímé směrování • Problém vyhledání MAC adresy (pro sestavení rámce) ke známé IP adrese • Řešení: protokol ARP (AddressResolutionProtocol): • Vyšle rámec s ARP dotazem (ARP request) na MAC broadcast cílovou adresu • Uzel, který poznal svou IP adresu uloženou v ARP dotazu vygeneruje ARP odpověď (ARP reply) , do které svou MAC adresu vloží • ARP cache – uchovává záznamy získané v předchozích ARP aktivitách Počítačové sítě - architektura TCP/IP

22. Počítačové sítěIP vrstva - směrování • Protokol RARP – reverzní funkce (přiřazení známé MAC adrese logická IP adresa) • Použití např. v bezdiskové pracovní stanici, terminálu apod. Počítačové sítě - architektura TCP/IP

23. Počítačové sítěIP vrstva - směrování • Zprávy protokolu ARP a RARP zapouzdřené v rámci Ethernet Ethernet frame – typ 0x0806 ARP – request/reply Ethernet frame – typ 0x8035 RARP – request/reply Počítačové sítě - architektura TCP/IP

24. Počítačové sítěIP vrstva - směrování • Formát zprávy protokolu ARP/RARP Počítačové sítě - architektura TCP/IP

25. Počítačové sítěIP vrstva - směrování • Poznámky k formátu ARP/RARP zprávy (pole Hardware Type a Opcode) Typ síťového rozhraní, které zprávu vysílá Typ ARP zprávy Počítačové sítě - architektura TCP/IP

26. SA router R MAC SA host B MAC sender MAC router R MAC sender MAC host B MAC sender IP router R IP sender IP host B IP target MAC ????? target MAC router R MAC target IP router R IP target IP host B IP DA DA MAC broadcast router R MAC B C A R Protokol ARP (Address Resolution Protocol) ARP request: „znám IP, pošli MAC“ ARP reply: „posílám MAC k IP v tvém requestu“ ARP request záhlaví Ethernet ARP reply Počítačové sítě - architektura TCP/IP

27. SA host A MAC SA host C MAC sender MAC host A MAC sender MAC host C MAC sender IP host C IP sender IP ???? target MAC host A MAC target MAC MAC broadcast target IP IP broadcast target IP host A IP DA DA MAC broadcast host A MAC Protokol RARP (ReverseAddress Resolution Protocol) C RARP server A B R RARP request: „znám MAC, pošli IP“ ARP reply: „posílám IP k MAC v tvém requestu“ RARP request Počítačové sítě - architektura TCP/IP RARP reply záhlaví Ethernet

28. Počítačové sítěIP vrstva - směrování • Nepřímé směrování – směrovací mapy (směrovací tabulky) • 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/default gateway) Počítačové sítě - architektura TCP/IP