1 Počítačové sítě 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

2 Počítačové sítě 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 vlastní řešení přístupu k datovému spoji - vytváří rozhraní pro různé přenosové technologie LAN a WAN

3 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 TCPUDP Síťová vrstva (IP vrstva) ICMP IGMP OSPF ARP IP RARP Vrstva síťového rozhraní (specifikováno příslušným RFC dokumentem pro každý určitý typ přenosové technologie )

4 Počítačové sítě Vrstva síťového rozhraní (Network Access Layer) – přístup k přenosovému médiu – může být využita některá z technologií uvedená v tabulce v tabulce LLC Logical Link Control MAC Media Acccess Control TCP/IP vrstva datových spojů vrstva fyzická IP IEEE IEEE FDDI …….

5 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

6 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

7 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

8 Počítačové sítě IP vrstva IPvrstva Protokoly: IP, ARP, RARP, ICMP, IGMP, OSPF Ethernet driver ARPRARP IP ICMPIGMPOSPF TCPUDP Transportní vrstva Vrstva síťového rozhraní Síťová vrstva

9 transportní rozhraní Ethernet frame – typ 0x8035 Ethernet frame – typ 0x0806 Ethernet frame – typ 0x0800 IP datagram ARP – request/reply RARP – request/reply UDP TCP IGMP ICMP typ IP Typy rámců podle datového obsahu

10 Počítačové sítě 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: –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

11 Počítačové sítě IP vrstva IP adresy pro jedinečnou identifikaci uzlu v Internetu - přidělené organizací IANA (Internet Assigned Numbers Authority) – –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 – –třída B – –třída C –

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

13 Počítačové sítě IP vrstva Způsob přidělování IP adres – delegování na úrovně kontinentů a státní úrovně –APNIC (Asia Pacific Network Information Centre) - Asia/Pacific RegionAPNIC (Asia Pacific Network Information Centre) –ARIN (American Registry for Internet Numbers) - North America and Sub-Sahara AfricaARIN (American Registry for Internet Numbers) –LACNIC (Regional Latin-American and Caribbean IP Address Registry) – Latin America and some Caribbean IslandsLACNIC (Regional Latin-American and Caribbean IP Address Registry) –RIPE NCC (Réseaux IP Européens) - Europe, the Middle East, Central Asia, and African countries located north of the equatorRIPE NCC (Réseaux IP Européens) V ČR – přidělení IP adres je spojeno s registrací domén - společnost CZ.NIC, z.s.p.o.

14 Počítačové sítě IP vrstva Adresy typu A Bity Rozsah adres: – Počet adres uzlů: Adresy typu B Bity Rozsah adres: – Počet adres uzlů: Číslo sítěČíslo uzlu Číslo sítěČíslo uzlu

15 Počítačové sítě IP vrstva Adresy typu C Bity Rozsah adres: – Počet adres uzlů: 254 Adresy typu D (identifikace síťových skupin) Bity Rozsah identifikátorů skupin: – Číslo sítěČíslo uzlu Identifikátor síťové skupiny

16 Počítačové sítě IP vrstva – rozdělení adresového prostoru Typ adresyRozsah adresPoznámka A – Vyhrazeno Používáno Vyhrazeno * B – Vyhrazeno Používáno Vyhrazeno C – Vyhrazeno Používáno Vyhrazeno DEDE – – Speciální účel Nepoužito Vyhrazeno **

17 Počítačové sítě IP vrstva – rozdělení adresového prostoru * vyhrazeno pro OS UNIX – je adresa interního síťového rozhraní (loopback) ** 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 – Třída B – Třída C –

18 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

19 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

20 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

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

22 Formát zprávy ARP/RARP protokolu v rámci Ethernet Ethernet DASA Type ARP 0x0806 RARP 0x b. HW Type Eth. „1“ Prot. Type IP 0x0800 HW size Eth. „6“ Prot. size IP „4“ sender MAC addr. target MAC addr. sen. IP addr. oper. ARP req „1“ rep „2“ RARP req „3“ rep „4“ tar. IP addr Padding FCS záhlaví a zápatí rámce PDU protokolu ARP/RARP 28 B (+ 18 B padding)

23 ABC R DA MAC broadcast SA router R MAC sender MAC router R MAC sender IP router R IP target MAC ????? target IP host B IP DA router R MAC SA host B MAC sender MAC host B MAC sender IP host B IP target MAC router R MAC target IP router R IP ARP request: „znám IP, pošli MAC“ ARP reply: „posílám MAC k IP v tvém requestu“ pole záhlaví Ethernet ARP request ARP reply Protokol ARP (Address Resolution Protocol)

24 C BA R DA MAC broadcast SA host A MAC sender MAC host A MAC sender IP ???? target MAC MAC broadcast target IP IP broadcast 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 RARP request: „znám MAC, pošli IP“ARP reply: „posílám IP k MAC v tvém requestu“ pole záhlaví Ethernet RARP request RARP reply Protokol RARP (ReverseAddress Resolution Protocol) RARP server

25 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)