IP

Počítačové sítě

Lekce 4: Síťová architektura TCP/IP

Počítačové sítě – Ing. Nulíček Vladimír

Co je TCP/IP?  V úzkém slova smyslu je to sada protokolů používaných v počítačích sítích s počítači na bázi Unixu: TCP = Transmission Control Protocol IP = Internet Protocol  V širším slova smyslu představuje TCP/IP celou soustavu protokolů, ne nutně vázanou na operační systém Unix, přičemž TCP a IP jsou sice nejznámější protokoly této soustavy, ale zdaleka ne protokoly jediné (v současné době cca 100 různých protokolů).  Správnější je ale považovat TCP/IP za ucelenou soustavu názorů o tom, jak by se počítačové sítě měly budovat, a jak by měly fungovat.  V nejširším slova smyslu tedy můžeme považovat TCP/IP za síťovou architekturu.


2


Pohled do historie  Počátky TCP/IP – 60.léta – agentura ARPA (Advanced Research Projects Agency) min.obrany USA – vývoj nových protokolů pro síť ARPANET  1977-79 – síť ARPANET přechází na protokoly TCP/IP – postupně se stává základem Internetu, který se rozšiřuje do akademického prostředí  Postupně se tato sada protokolů prosazuje do sítí pracujících na bázi Unixu (BSD Unix – Berkeley Software Distribution)  Dále se rozšiřuje i na další platformy (např. MS DOS, sálové počítače IBM apod.)  Pro svůj úzký vztah k síti Internet je soustava protokolů TCP/IP někdy označována také jako Internet Protocol Suite (doslova: soustava protokolů Internetu).


3


IP over everything (jednotná poklička)  IP vytváří jednotné přenosové prostředí nad všemi síťovými technologiemi  Protokoly vyšších vrstev neřeší rozdíly mezi přenosovými protokoly nižších vrstev  Princip tzv. „jednotné pokličky“  Možnost připojení k internetu všemi možnými technologiemi


4


Dilema pokličky


5


Jednotná poklička  Autoři TCP/IP se rozhodli pro "jednotnou pokličku", která zastírá konkrétní specifika jednotlivých IP sítí.  Takzvanou "pokličku" tvoří protokol IP, což je hlavní přenosový protokol síťové vrstvy v TCP/IP.  Fakticky jde o jednotnou nadstavbu, kterou tvoří:  přenosový protokol IP, který má všude stejné vlastnosti a všude poskytuje stejné služby. Tento protokol je nespojovaný, nespolehlivý a funguje na principu maximální snahy  jednotné adresování - virtuální 32-bitové adresy, tzv. IP adresy. Tyto adresy by měli vyhovovat "pohledu na svět", který má TCP/IP. To je, že svět je tvořen vzájemně propojenými dílčími sítěmi. IP adresy mají síťovou část, identifikující síť jako celek a dále uzlovou část identifikující uzel v rámci sítě  převodní mechanismy, které překládají mezi fyzickými adresami a virtuálními IP adresami (protokoly (ARP,RARP..)


6


Představa pokličky


7


Filosofie TCP/IP (vs. ISO/OSI)  ISO/OSI vychází ze snahy zajištění co nejspolehlivějšího přenosu dat již na nejnižších vrstvách modelu (spojovaný a spolehlivý charakter služeb).  TCP/IP vychází z filosofie „best effort“ – tj. neplýtvat kapacitou komunikačních podsítí ve snaze o zajištění 100% spolehlivého přenosu dat za cenu snížení rychlosti přenosu.  V komunikační podsíti tedy může docházet k určitým ztrátám dat (ne ovšem bezdůvodně, proto „best effort“, tj. nejlepší snaha o doručení dat.  Zajištění spolehlivosti až na vyšších vrstvách modelu.  TCP/IP předpokládá nespojovaný charakter přenosu dat v komunikační podsítí – jednoduchá datagramová služba


8


Odlišný přístup autorů TCP/IP a ISO/OSI ISO/OSI  Všechno musíme vymyslet sami nebo standardizovat to, co vymysleli jiní  Postup od složitého k jednoduššímu • složitá řešení, z nichž se postupně ubírá • nejprve vznikne standard, pak se zkoumá praktická realizovatelnost


TCP/IP  Co je rozumné, převezmeme a využijeme  Postup od jednoduššího ke složitějšímu • řešení vznikají nejprve jako "skromná", postupně se obohacují • nejprve se řešení ověří a teprve pak vzniká standard)

9


Konkrétní rozdíly TCP/IP a ISO/OSI  v pohledu na počet vrstev a způsob jejich fungování • jaké služby mají být nabízeny • na jaké úrovni mají být poskytovány • kde má být zajišťována spolehlivost • jak mají služby fungovat

 spolehlivost/nespolehlivost, spojovanost/nespojovanost, • princip maximální snahy vs. garance kvality služeb, … • zda má být ponechána možnost volby • mají aplikace právo si vybrat např. mezi spolehlivým a nespolehlivým přenosem?


10


TCP/IP vs. ISO/OSI


11


Základní rysy TCP/IP


12


Základní rysy TCP/IP


13


Preference nespojovaných přenosů


14


Preference nespolehlivých přenosů


15


Preference přístupu „best effort“


16


Důraz na internetworking


17


Důsledky pro architekturu TCP/IP


18


Úspěšnost TCP/IP


19


Pohled TCP/IP na svět

dílčí sítě pospojované pomocí směrovačů


20


TCP/IP vs. ISO/OSI


21


TCP/IP vs. ISO/OSI


22


Vrstva síťového rozhraní (Ethernetová vrstva)  Nejnižší vrstva umožňuje přístup k fyzickému přenosovému médiu.  Je specifická pro každou síť v závislosti na její implementaci  TCP/IP tuto vrstvu nepokrývá, tj. sám nedefinuje protokoly, které fungují pod síťovou vrstvou  například Ethernet, Token Ring, nebo ATM  různé způsoby adresování, různou velikost přenášených rámců, různý charakter poskytovaných služeb  TCP/IP tuto strukturu zastřešuje – vytváří tzv. „jednotnou pokličku“ nad těmito technologiemi


23


Síťová vrstva (IP Layer, Internet Layer)      

Je realizována pomocí protokolu IP. Technologicky nezávislá Odpovídá přibližně síťové vrstvě modelu ISO/OSI Stará se o adresování, směrování a předávání datagramů. Na této vrstvě pracují směrovače (routery) a brány (gateway). Nespojovaný charakter přenosů v TCP/IP – tato vrstva zajišťuje jednoduchou (nespolehlivou) datagramovou službu.


24


Síťová vrstva (IP Layer, Internet Layer)


25


Hostitelské počítače a směrovače


26


Koncepce síťové vrstvy


27


Koncepce síťové vrstvy


28


Koncepce protokolu IP (v4)


29


Podpora fragmentace


30


IP adresy


31


Další součásti síťové vrstvy


32


Transportní vrstva (Transport Layer)  Je implementována až v konečných zařízeních  Jsou možné 2 transportní protokoly: TCP(Transmission Control Protocol)

UDP (User Datagram Protocol)

 Funguje spojovaně (vyžaduje navázání a ukončení spojení)  Zajišťuje spolehlivý provoz (kontinuelní potvrzování a selektivní opakování)  Data přebírá po bytech, ale datový tok přenáší po blocích (TCP segmenty)  Adaptivní (přizpůsobí se podmínkám přenosu)  Velký a složitý kód

 Funguje nespojovaně  Nespolehlivý provoz  Data přebírá po blocích a vkládá je do tzv. UDP datagramů  Jednoduchá nadstavba nad síťovým IP protokolem (malý a jednoduchý kód)  „Princip maximální snahy“ – snaha vyhovět všem požadavkům i za cenu určité nespolehlivosti


33


Transportní vrstva (Transport Layer)

Do úrovně síťové vrstvy: nespolehlivý přenos Na úrovni síťové vrstvy: spolehlivý přenos (TCP) nebo nespolehlivý přenos (UDP) Aplikace si mohou samy vybrat, který protokol budou využívat. Lekce 4: Síťová architektura TCP/IP

34


Koncepce transportní vrstvy


35


UDP – User Datagram Protocol


36


TCP – Transmission Control Protocol


37


Metoda okénka


38


Vývoj transportní vrstvy


39


Vývoj transportní vrstvy


40


Aplikační vrstva (Application Layer) • Jejími entitami jsou jednotlivé aplikační programy, které na rozdíl od referenčního modelu ISO/OSI komunikují přímo s transportní vrstvou. Případné prezentační a relační služby, které v modelu ISO/OSI zajišťují samostatné vrstvy, si zde musí jednotlivé aplikace v případě potřeby realizovat samy.


41


Aplikace v TCP/IP


42


Síťová neutralita vs. podpora QoS


43


Dodatečná podpora QoS


44


Princip Over The Top (OTT)


45


Zapouzdření dat v TCP/IP


46


Zapouzdření dat v TCP/IP V rodině protokolů TCP/IP funguje zapouzdřování následujícím způsobem:  blok dat, který má být odeslán protokolem TCP nebo UDP je předán modulu, který implementuje protokol TCP nebo UDP  UDP modul přidá před tento blok UDP hlavičku a výsledný datagram předá vrstvě IP; TCP přidá před tento blok TCP hlavičku a výsledný segment předá vrstvě IP  IP vrstva přidá před datagram IP hlavičku, čímž se vytvoří IP paket, a předá paket ovladači realizujícímu protokol linkové vrstvy  linková vrstva vytvoří z paketu přidáním hlavičky a patičky rámec, který bude pomocí fyzické vrstvy odeslán do sítě  přijatý rámec je dekódován jednotlivými vrstvami opačným postupem než byl vytvořen a blok dat je předán vrstvou UDP aplikaci (spolu z s informacemi z nižších vrstev)


47

IP

Recommend Documents