Počítačové sítě Architektura 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

Počítačové sítě Architektura 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

Počítačové sítě Architektura 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

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

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

Počítačové sítě 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 (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

Počítačové sítě 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 Počítačové sítě - architektura TCP/IP

Počítačové sítě 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 Počítačové sítě - architektura TCP/IP

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

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

Počítačové sítě 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

Počítačové sítě 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 Počítačové sítě - architektura TCP/IP

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

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

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

Počítačové sítě IP 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) Rozsah identifikátorů skupin: 224.0.0.0 – 239.255.255.255 1 Číslo sítě Číslo uzlu 1 1 21 8 1 Identifikátor síťové skupiny 4 24 Počítačové sítě - architektura TCP/IP

Počítačové sítě IP vrstva – rozdělení adresového prostoru Typ adresy Rozsah adres Poznámka A 0.0.0.0 1.0.0.0 – 126.0.0.0 127.0.0.0 Vyhrazeno Používáno Vyhrazeno * B 128.0.0.0 128.1.0.0 – 191.254.0.0 191.255.0.0 C 192.0.0.0 192.0.1.0 – 223.255.254.0 223.255.255 D E 224.0.0.0 – 239.255.255.255 240.0.0.0. – 255.255.255.254 255.255.255.255 Speciální účel (multicast) Nepoužito Vyhrazeno ** Počítačové sítě - architektura TCP/IP

Počítačové sítě IP 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

Počítačové sítě IP 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

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

Počítačové sítě IP vrstva - směrování Přímé směrování Problém vyhledání MAC adresy (pro sestavení rámce) ke známé IP adrese Řešení: protokol ARP (Address Resolution Protocol): 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

Počítačové sítě IP 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

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

Počítačové sítě IP vrstva - směrování Formát zprávy protokolu ARP/RARP Počítačové sítě - architektura TCP/IP

Počítačové sítě IP 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

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

RARP request: „znám MAC, pošli IP“ 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“ DA MAC broadcast SA host A MAC   sender MAC host A MAC sender IP ???? target MAC MAC broadcast target IP IP broadcast RARP request DA host A MAC SA host C MAC   sender MAC host C MAC sender IP host C IP target MAC host A MAC target IP host A IP záhlaví Ethernet Počítačové sítě - architektura TCP/IP RARP reply

Počítačové sítě IP 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