Počítačové sítě- komunikace na síti

Počítačové sítě- komunikace na síti

STRUČNÁ HISTORIE POČÍTAČOVÝCH SÍTÍ ........................................................... 4 Síťové rozhraní........................................................................................................ 4 Koaxiální kabel .................................................................................................... 4 Přenosová média a další rozvoj .............................................................................. 5 Kroucená dvoulinka (twisted pair TP) .................................................................. 5 Světlovodné vlákno (fiber optics F) ...................................................................... 6 Radiový signál (mikrovlny) ................................................................................... 7 TOPOLOGIE SÍTÍ ....................................................................................................... 7 Sběrnice (BUS) ....................................................................................................... 7 Hvězda (Star) .......................................................................................................... 8 Kruh (Ring) .............................................................................................................. 8 Smíšená (Mixed) ..................................................................................................... 9 ISO/OSI ...................................................................................................................... 9 Fyzická vrstva (F)................................................................................................. 9 Linková vrstva (L) .............................................................................................. 10 Síťová vrstva (S) ................................................................................................ 10 Transportní vrstva (T) ........................................................................................ 10 Relační vrstva (R) .............................................................................................. 10 Prezentační vrstva (P) ....................................................................................... 11 Aplikační vrstva (A) ............................................................................................ 11 ZPŮSOB PŘENOSU INFORMACÍ ........................................................................... 11 Způsob přenosu informací .................................................................................... 11 Synchronní přenos ................................................................................................ 11 Asynchronní přenos .............................................................................................. 12 Paketový přenos.................................................................................................... 12 TYPY SPOJENÍ ........................................................................................................ 13 Virtuální okruh (virtual circuit) ................................................................................ 13 Pevné a komutované VC....................................................................................... 13 FYZICKÁ VRSTVA ................................................................................................... 13 Analogový okruh.................................................................................................... 14 Sériová linka ...................................................................................................... 14 Modem .................................................................................................................. 14 Přenosová rychlost ............................................................................................ 14 Digitální okruh ....................................................................................................... 15 ISDN .................................................................................................................. 15 LAN ....................................................................................................................... 15 Kategorie kabeláží ............................................................................................. 16 Konektory .......................................................................................................... 16 Optické vlákno (F).............................................................................................. 16 GSM ...................................................................................................................... 16 BTS.................................................................................................................... 17 BSC ................................................................................................................... 17 NSS ................................................................................................................... 17 Způsob komunikace .......................................................................................... 17 Datový přenos po GSM ..................................................................................... 17 GPRS .................................................................................................................... 18 LINKOVÁ VRSTVA .................................................................................................. 18 SLIP (Seriál line IP) ........................................................................................... 18 ISŠP Brno, Ing. František Kovařík

Strana - 1 -

24.5.2015


CSLIP (Compressed SLIP) ................................................................................ 18 HDLC ................................................................................................................. 19 I frame ............................................................................................................ 20 S frame .......................................................................................................... 20 U frame .......................................................................................................... 21 PPP ................................................................................................................... 21 Protokoly: ....................................................................................................... 21 Protokol LCP a navázání spojení ................................................................... 22 LOKÁLNÍ SÍTĚ (LAN) .............................................................................................. 22 Kdo je kdo v síti ..................................................................................................... 22 Technické prostředky LAN ................................................................................. 22 Typy uzlů ........................................................................................................ 23 Uživatelé sítě ..................................................................................................... 23 Servery ........................................................................................................... 23 Pracovní stanice............................................................................................. 24 Fyzická a logická struktura sítí ........................................................................... 24 TCP/IP – PROTOKOLY INTERNETU ...................................................................... 26 Síťové protokoly .................................................................................................... 26 MODEL TCP/IP ........................................................................................................ 27 Internet protokol (IP) ............................................................................................. 27 Protokol ICMP.................................................................................................... 29 Echo ............................................................................................................... 30 Nedoručitelný datagram ................................................................................. 30 Sniž rychlost odesílání ................................................................................... 30 Změň směrování ............................................................................................ 30 Žádost o směrování ....................................................................................... 30 Čas vypršel .................................................................................................... 30 Žádost o masku ............................................................................................. 31 Časová synchronizace ................................................................................... 31 Fragmentace ..................................................................................................... 31 Volitelné položky IP záhlaví ............................................................................... 32 Protokoly ARP a RARP ..................................................................................... 32 Protokol IGMP ................................................................................................... 33 Typ ................................................................................................................. 33 MRT ............................................................................................................... 33 CRC ............................................................................................................... 33 IP adresa oběžníku ........................................................................................ 33 Oběžníky a linkový protokol ............................................................................... 33 Protokoly TCP/UDP............................................................................................... 33 Protokol TCP ..................................................................................................... 34 Příznaky ......................................................................................................... 35 Kontrolní součet ............................................................................................. 35 Volitelné položky ............................................................................................ 35 Správa portů................................................................................................... 35 Navazování spojení ........................................................................................ 35 Ukončování spojení ........................................................................................ 36 Technika zpoždění odpovědi ......................................................................... 36 Technika okna ................................................................................................ 36 Zahlcení sítě................................................................................................... 37 Protokol UDP ..................................................................................................... 38 Fragmentace v UDP ....................................................................................... 38 ISŠP Brno, Ing. František Kovařík

Strana - 2 -

24.5.2015


Oběžníky ........................................................................................................ 38 IP nové generace .................................................................................................. 39 Základní rysy ..................................................................................................... 39 Struktura IPng záhlaví: ................................................................................... 39 Příklady využití rozšířeného záhlaví ............................................................... 40 ICMP v6 ............................................................................................................. 41 IPng adresace ................................................................................................... 41 Zápis adresy................................................................................................... 42 Používané bloky adresního prostoru IPng ..................................................... 42 Oběžníky v IPng ............................................................................................. 42 Jednoznačné adresy (Unicast) ....................................................................... 43

ISŠP Brno, Ing. František Kovařík

Strana - 3 -

24.5.2015


Stručná historie počítačových sítí O síti hovoříme již při spojení dvou počítačů (někdy v 80 letech 20. století). Důvodem spojování byla potřeba přenosu dat mezi PC a zvýšení spolehlivosti a rychlosti (tehdejší paměťová média měla kapacitu okolo 128MB, měla vyšší nespolehlivost). LPT, COM Propojování probíhalo prostřednictvím standardních rozhraních, tj. LPT (paralelní Centronics) nebo COM (sériové RS232). Hlavní nedostatky takových sítí:  Spojení peer to peer- malý počet spojených počítačů  Malé vzdálenosti (LPT do 5m, COM do 30m)  Nízké rychlosti přenosu (LPT asi 300kb/s, COM 115kb/s)  Poměrně výrobně komplikovaná kabeláž (vícežilové kabely, větší konektory, vyšší pravděpodobnost poruch). Závěr: komunikace se v té době ustálila po sériové lince, která byla spolehlivější (méně vodičů pro komunikaci), překlenula větší vzdálenosti (nižší vzájemné rušení), byla levnější (menší konektory i kabely).

Síťové rozhraní Ze zkušeností z předchozích let a z toho plynoucích nedostatků a dodatečných potřeb a nároků kladených na počítačovou komunikaci (přenos souborů, spouštění aplikací, posílání zpráv, nové služby atd.) se vývoj zaměřil na nové rozhraní PC, které by mohlo takovou komunikaci zajistit a současně by odstranilo nedostatky a omezení prvních sítí. Topologie tohoto nového (revolučního) způsobu propojení PC byla „sběrnice“, do níž byly počítače napojeny prostřednictvím specializovaného (jednoúčelového) síťového rozhraní. Terminátor Zo

Konektor T Koaxiální kabel

Koaxiální kabel Jako médium pro přenos sloužil koaxiální kabel pro své výhodné vf vlastnosti (měl homogenní chování ve velmi širokém kmitočtovém pásmu, které právě přenos digitálního Vnější opletení a izolace

signálu vyžaduje). Vnitřní vodič

dielektrikum


Strana - 4 -

24.5.2015


Pro potřeby komunikace v PC sítích se používal ve dvou provedeních:  Tenký koax.(thin)- průměr asi do 7mm- tehdy široce komerčně využíván pro propojování PC v budovách  Tlustý koax. (thick)- průměr do 1,5cm- používán pro vzájemné propojení skupiny budov, pro páteřní sítě Díky tomuto řešení se výrazně zlepšily možnosti komunikace mezi počítači a nastal nový, relativně samostatný a bouřlivý vývoj počítačových sítí. Souhrn zlepšení a přínosů:  Rychlost komunikace vzrostla na 1Mb/s až 10Mb/s (až 100x)  Překlenutelná vzdálenost až 185m (Thin) nebo 500m (Thick)- za předpokladu dvou stanic na síti  Napojitelnost více počítačů do každého úseku sítě (za cenu zkrácení překlenutelné vzdálenosti z důvodu vyššího vzájemného rušení)  Nižší náklady na realizaci sítě (jednodušší kabeláž, levnější konektory). I přes tyto výhody se projevily nové druhy nedostatků, které bylo potřeba dále odstraňovat a také trvalá potřeba diktovaná trhem snižování nákladů při budování sítí:  Omezení počtu napojených počítačů do jednoho segmentu z důvodu potřeby zachování dostatečné překlenutelné vzdálenosti  Obtížná diagnostika závad sítí v segmentu (vf chování přenosu signálu a vznik stojatého vlnění). Proto se hledalo řešení, které nakonec přineslo využití kombinace vhodné topologie sítí a nalezení nových médií pro přenos.

Přenosová média a další rozvoj Kroucená dvoulinka (twisted pair TP) Prvotním rozhodnutím bylo dosáhnout spojení pouze dvou komunikačních článků na síti, čímž by se odstranil nedostatek způsobený vzájemným rušením na daném segmentu a garantovala by se i překlenutelná maximální vzdálenost. Bylo však ale potřeba snížit cenu média, kterými jsou tyto články spojeny. Řešením nakonec bylo využití topologie „hvězda“, kdy jednotlivé počítače jsou propojovány přes společný uzel, který zajistí spolehlivou a bezkonfliktní vzájemnou komunikaci.

Jako médium se využilo levnější řešení (oproti koax kabelu), a to kroucené dvoulinky (TP), která má obdobné homogenní vlastnosti vůči signálu jako koax kabel, jenom nižší kvalitu. I ISŠP Brno, Ing. František Kovařík

Strana - 5 -

24.5.2015


cena vlastních konektorů a realizace kabeláže se opět výrazně snížila, takže i bylo nakonec ekonomické spojovat pouze dva články sítě navzájem. Výhody řešení:  Snížení nákladů na realizaci kabeláže (vyšší ekonomičnost)  Zachování rychlosti přenosu i s možností jejího zvyšování (až do 250Mb/s na 1 pár)  Překlenutelná vzdálenost do 100m  Jednoduchá diagnostika poruch a jejich rychlost odstraňování.

Světlovodné vlákno (fiber optics F) S rozmachem vývoje sítí a potřeb jejich vzájemného propojování i multimediální komunikace nabyla významu potřeba zvyšování překlenutelné vzdálenosti i propustnosti, tj. zejména propojování budov a měst bez nutnosti vysokých ekonomických nákladů. Takovým médiem, které splňuje tyto požadavky, byl optický kabel.

Základní charakteristika média:  Využívá vlastnosti skla, které propouští světlo určitých vlnových délek s minimálním útlumem a fyzikálního principu totálního odrazu  Možnosti světla, které umožňuje přenášet obrovské objemy dat vysokou rychlostí Existují dva typy kabelů (optických vláken):  Jednovidové (single mod SM)- tloušťka vlákna asi 9um, gradientní technologie výroby, světlo se šíří pouze v přímém směru (dražší)  Vícevidové (multi mod MM)- tloušťka vlákna asi 50um, světlo se šíří odrazy (levnější výroba) Světelnými budiči bývají buď impulsní LED nebo polovodičové lasery. Protože velikost vlákna i se skleněnou ochranou je 0,25mm, tak vlastní kabel obsahuje svazek desítek až stovek vláken. Komunikace po vláknu probíhá pouze v jednom směru (simplexní provoz), proto obousměrný provoz je zajištěn dvěma vlákny. Souhrn výhod:  Zvýšení překlenutelné vzdálenosti (MM asi 1km, SM asi do 100km)  Zvýšení možnosti rychlosti přenosu a přenosu objemu dat  Vysoký poměr užitnosti média (rychlost+objem dat+překlenutelná vzdálenost/cena)  Odstranění náchylnosti k elmg. rušení.  Redundantnost nabízí zvýšení spolehlivosti komunikace


Strana - 6 -

24.5.2015


Nevýhodou může být snad jen komplikovanější vzájemné propojování kabelů (speciální zabrušované konektory s adjustací vycentrování), které je však vyváženo vysokou užitností. Optické kabely se proto používají jako sběrné a pateřní propojovací kanály datových sítí WAN na úrovni měst až kontinentu.

Radiový signál (mikrovlny) S rozvojem radioelektroniky a komunikací v mikrovlnném pásmu prostřednictvím komunikačních satelitů se otevřela možnost přenosu dat i tímto přenosovým „médiem“ (bezdrátově vzduchem). Výhodou takového přenosu je využití volných kanálů (kapacity) přenosových cest určených doposud pro radiovou komunikaci. Vývojem nastalo sbližování způsobu komunikace ve formě digitalizace analogových spojů a tak ke sjednocení do jednoho digitálního spoje. Takový spoj může zajistit přenos nejen digitalizovaných telekomunikačních signálů (telefon, rozhlas, video), ale i signálů datových pro vzájemné (globální) spojování datových sítí. Výhody:  Využití stávajících již vybudovaných komunikačních cest (telekomunikační pozemní a satelitní spoje)  Obrovská překlenutelná vzdálenost (globální spojení)  Vysoká rychlost a objem přenášených dat Nevýhodou mohou být:  poplatky provozovatelům telekomunikačních kanálů  míra zabezpečení důvěrnosti dat. Zvláštním typem síťové komunikace může být tzv. mobilní bezdrátová komunikace (Wireless Fidelity WiFi). Ta vychází ze současných požadavků doby a vyspělé technické společnosti, tj. je kladen důraz na „mobilní“ přípojné body pro počítače a zejména zařízení, která datovou komunikaci používají a využijí (automobilový průmysl, vojenská technika apod.). Výhody:  mobilita koncových zařízení  téměř neomezená konektivita  velmi nízké zřizovací náklady

Topologie sítí Sběrnice (BUS) Jedna z prvních typů sítí zejména známá jako Ethernet.


Strana - 7 -

24.5.2015


 Realizováno na médiu koax nebo TP kabelu  Počet stanic omezen médiem  Byla jednoduchá a ekonomicky přijatelná  Komunikace probíhala ve všech směrech (oběžníkový způsob)  Připojení do sítě bez narušení komunikace

Hvězda (Star) Jedna z nejstarších sítí, zejména známá pod názvem ArcNet. Příliš se nerozšířil, nicméně postup „směrování“ se v budoucnu využil v síti ArpaNet a následně i v Internetu.

uzel

 Médium koax nebo TP  Omezená síťová architektura na danou hvězdu, počet stanic omezen možnostmi protokolu  Komunikace probíhala vždy mezi směrovanými body (spojované PC)  Vlastní směrování bylo realizováno v uzlu (středu) sítě  Připojení do sítě bez narušení komunikace

Kruh (Ring) Topologie zvolená zejména pro médium optického vlákna s provozovaným protokolem TokenRing. Nebyl příliš rozšířen (zejména z technických důvodu- náročnost realizace spojení článků v síti), spíše v průmyslové sféře s vysokou mírou elmg. rušení. Nicméně se dále zdokonalila po vyšší dostupnosti optických prvků sítě, v současné době provozována na protokolu FDDI (CDDI) (dva kruhy proti sobě- redundantní spojení pro vyšší spolehlivost sítě).  Médium FO, později i TP-DS  Ekonomicky náročnější, odolná proti elmg. rušení  Počet stanic omezen protokolem sítě  Komunikace probíhala cyklickým předáváním ze stanice na stanici  Porušení komunikace při výpadku nebo připojení stanice.


Strana - 8 -

24.5.2015


Smíšená (Mixed) Nejčastější způsob realizace tzv. strukturované kabeláže.

uzel

1. V rámci LAN kombinace sdružování článků sítě do skupin podle lokality místností uvnitř budov, do skupin po jednotlivých patrech budov a do skupiny z jednotlivých budov, využití oběžníkového způsobu komunikace nebo směrování. Realizováno zpravidla na jedné technologii (topologii). 2. V rámci WAN většinou spojování páteřními komunikačními kanály, využití směrování.

ISO/OSI Problematika sítí je tak komplexní a velmi široká, že ji bylo potřeba normalizovat z důvodů mezinárodní

slučitelnosti.

Proto

vznikl

mezinárodní

standard

ISO

(Internacional

standardization organization) pro komunikaci OSI (Open system interface), který ji popisuje vrstvovým modelem o 7 vrstvách. PC1 Aplikační Prezentační Relační Transportní Síťová Linková Fyzická

(A) (P) (R) (T) (S) (L) (F)

DTE

PC2 Aplikační (A) Prezentační (P) Relační (R) Transportní (T) Síťová (S) Linková (L) Fyzická (F)

< spojení aplikací > < spojení přenosu > < spojení PC > < spojení uzlů > < fyzické spojení >

DCE

DCE

DTE

Fyzické spojení

Fyzická vrstva (F) Zajišťuje fyzické spojení obou stran; patří do ní kabeláž, HW, konektory apod., komunikace probíhá oběžníkovým způsobem a je řízena vrstvou L.


Strana - 9 -

24.5.2015


Linková vrstva (L) Zajišťuje logické spojení podle linkové adresy na úrovni lokální (LAN); adresa musí být jedinečná, úzce souvisí s vrstvou F, může zajišťovat kontrolu bezchybnosti komunikace. Komunikace probíhá linkovými rámci. LF rámec

Flag

HEADER

CRC

PAY LOAD

Síťová vrstva (S) Zajišťuje přenos dat mezi vzdálenými počítači (WAN); klíčovým prvkem v komunikaci je směrovač (router). Základní jednotka přenosu- IP datagram. IP HEADER

DATA BLOCK

Zapouzdření do LFrámce

HEADER S vrstva nevidí zařízení na vrstvách F a L, tj. příslušné protokoly vrstev. FL rozhraní mohou být Ethernet, WiFi, sériový port, USB apod. S vrstva používá jednoznačnou adresu v rámci WAN (IP adresa). PC1 Aplikační (A) Prezentační (P) Přenos paketů Relační (R) Router Router Transportní (T) Síťová(S) Síťová Síťová LAN1 LAN2 LAN3 Linková (L) Linková Linková NP2 NP3 Fyzická (F) NP1 Fyzická Fyzická

CRC

PC2 Aplikační (A) Prezentační (P) Relační (R) Transportní (T) Síťová(S) Linková (L) Fyzická (F)

Transportní vrstva (T) Zajišťuje spojení mezi jednotlivými aplikacemi. T vrstva se nezabývá spojením, ale úplností a bezchybností předávaných dat aplikacím, Základní jednotka přenosu- transportní paket. TP HEADER obsahuje adresy aplikací, pro které je určen, tyto jednoznačně adresovány v rámci PC. TP HEADER DATA Zapouzdření do TP

IP HEADER

DATA BLOCK

HEADER CRC Mezi PC může existovat více transportních spojení současně (Email, HTTP, FTP …).

Relační vrstva (R) Zabezpečuje výměnu dat mezi aplikacemi, jejich kontrolu, integritu a korektní výměnu (otevření, uzavření). ISŠP Brno, Ing. František Kovařík

Strana - 10 -

24.5.2015


Příkladem může být práce se síťovým diskem- navázané spojení na T vrstvě, relace trvá po celou dobu sdílení disku. Jednotkou přenosu je relační paket, který je vložen do TP.

Prezentační vrstva (P) Pro reprezentaci (kódování, kompresi) a zabezpečení (šifrování, elektronický podpis) dat aplikacím. Jako příklad lze uvést pořadí bitů v bytu, šifrování, zajištění integrity, digitální podpis apod.

Aplikační vrstva (A) Předepisuje formát dat pro předávání mezi aplikacemi. Předepisuje komunikační protokol mezi aplikacemi- formát dat a řízení této komunikace.Mezi jednotlivými vrstvami vzniká tzv. virtuální spojení, kterými si vrstvy vyměňují služební informace. Tato komunikace je z hlediska uživatele transparentní.

Způsob přenosu informací Způsob přenosu informací Synchronní přenos Používán pro přenosy, kde je vyžadována garance rychlosti přenosu (zvuk, video…), tj. zajištěna požadovaná šíře pásma. Při komunikaci se musí přenášet synchronizační signál, tzv. hodiny (CLK). U synchronního přenosu je nutný vždy jeden zdroj hodin! Tento signál může jít po vlastním vodiči, nebo jedním společným fyzickým kanálem. Data

CLK

Výhody synchronního provozu: Vyšší rychlost přenosu Efektivnější využití komunikačního kanálu (nižší režie) Běžně používán pro rychlosti nad 64kb/s 1.rámec

2.rámec

Slot 1 …………………….. Slot n

Slot 1 ……………………. Slot n

Rámec je dělen na sloty, každé spojení má vyhrazeno 1 nebo více slotů. Šířka pásma je dána počtem slotů /1s


Strana - 11 -

24.5.2015


Internet nepoužívá synchronní přenos, tj. negarantuje šířku pásma! Výjimku může tvořit případ Internetu od poskytovatele (potřeba garance šířky pásma pro přenos zvuku nebo videa)

Asynchronní přenos Používán pro přenosy, kde je vyžadována jednoduchost komunikace a její široká přizpůsobitelnost. Způsob synchronizace (rozlišení začátku a konce dat) je prováděn v datovém toku tzv. služebními signály. Podmínkou je, že tyto signály nejsou obsaženy ve vlastním datovém toku. Jako příklad lze uvést komunikační protokol dle normy ITU V.24 (analogie v USA RS232). Služební signál

Služební signál Vzorkovací signál

Vzorkovací signál je asi 10x vyšší, než přenosová rychlost. Každá strana komunikace si tento signál vytváří sama (na straně přijímače). Přenos dat i propustnost je nižší, než u synchronního (služební režie přenosu). Výhody asynchronního přenosu: Přizpůsobitelnost stran rychlosti komunikace Jednoduchost a dostatečná spolehlivost Běžně využíván do 64kb/s Využívá protokol ATM, kombinuje paketový přenos se synchronním. 1

Cell

2

Cell

n

Cell

Přenos dat probíhá ve stejných, ale menších paketech, tzv buńkách. Potom lze každé aplikaci přiřadit určitou buńku, čímž ji lze také garantovat šířku pásma. Další pojmy: Symetrický x asymetrický signál Rytmický x arytmický přenos

Paketový přenos Výhodný pro přenos bloků dat. Délka bloku může být obecně různá. Paket nese data vždy jedné aplikace (jedno spojení) a také směrovací informace (adresu určení). Výhoda: efektivní využití pásma i více aplikacemi.


Strana - 12 -

24.5.2015


Typy spojení Virtuální okruh (virtual circuit) Některé síťové protokoly vytváří VC, kterými potom prochází pakety. V případě narušení tohoto VC se spojení a přenos dat přeruší a musí se obnovit nový VC.

E

F

Příklad VC

A

B

D

Přes VC lze přenášet datagramy (bez garance doručení)- např. Frame Relay Lze navázat spojení s garancí doručení- např. X.25 Výhoda VC: Okruh je nejdříve sestaven )pomocí signalizace) a potom teprve přenášena data Každý paket potom nemusí nést globální adresu příjemce, ale pouze identifikaci okruhu V internetu se nepoužívá, protože zničení uzlu ve VC přeruší spojení! IP nepoužívá VC, proto vždy nese IP adresu příjemce (směrovací informace) a je dopravován samostatně. IP datagramy mohou dorazit do cíle i v jiném pořadí. Nad IP je protokol TCP, který spojení naváže a garantuje doručení dat.

Pevné a komutované VC Pevné-

pevně sestavené administrátorem (obdoba pevných linek)

Komutované (SVC)-

dynamicky

vznikající

podle

okamžité

potřeby.

Vytváří

se

signalizačními protokoly (obdoba vytáčených tlf. linek). Protokoly využívající virtuální okruhy- CONS (connection oriented net services) Protokoly nepoužívající virtuální okruhy- CLNS (connection less net services)

Fyzická vrstva Zajišťuje fyzické spojení v rámci LAN nebo mezi LAN a WAN. Na úrovni fyzické vrstvy je běžné použití tzv. všeobecných oběžníků (vysílání na všechny uzly v daném fyzickém spojení). Přenosové rychlosti v současnosti jsou mezi 10kb/s až po 10Gb/s.


Strana - 13 -

24.5.2015


Analogový okruh Sériová linka Napojení PC se odehrává většinou přes logické rozhraní COM. Komunikační protokol dle normy ITU V.24 (analogie v USA RS232). Sériový asynchronní arytmický přenos dat Běžně využíván do 64kb/s (limit rozhraní 115kb/s) Nulový modem- přímé spojení na rozhraní V.24 bez modemu.

Modem Slouží pro spojení PC na větší vzdálenosti za použití veřejné telefonní sítě (VTS). Komunikace je analogová ve zvukovém pásmu 0,3- 3,4kHz- nutná modulace a demodulace. S PC je modem spojen kabelem po rozhraní V.24, na telefonní síť telefonní linkou. (v případě interního modemu odpadá kabel V.24) Typy telefonních linek (spojení): Komutované (běžné telefony- vytáčené spojení) Pevné (pronajatá spojení za paušální poplatek, zpravidla napojení čtyřdrátem, lze realizovat full duplex- okruhy nutno křížit) Automatický modem- vytáčí číslo a přepíná se do režimu přenosu dat x příkazového módu Komunikace s PC pomocí AT příkazů (fy. Hayes) Modemy podporují: synchronní (rychlosti nad 64kb/s) i asynchronní přenos (do 64kb/s) Přeložené pásmo (Voice band)- do 56kb/s Analog

MODEM

VTS A/D

Internet

Přenosová rychlost Dle doporučení ITU V.32 V.32bis V.34 V.34+ V.90

Dig. MODEM

Přenosová rychlost 9,6kb 14,4kb 28,8kb 33,6kb 56,0kb (do PC) 33,6kb (od PC)

Komprese dat v modemu zvyšuje přenosovou rychlost (COM port PC limituje rychlost na 115kb/s) Komprese zvuku nebo videa až 40:1


Strana - 14 -

24.5.2015


Propustnost kanálu se kompresí zvyšuje!

Digitální okruh Modernější technika přenosu za využití nových technologií.

ISDN Basic Rate (euroISDN2)  2 datové kanály B, každý s propustností 64kb/s  1 signalizační kanál D, propustnost 16kb/s Význam signalizačního kanálu: sestavení vitrtuálního spojení („vytočení čísla“) signalizace dalšího hovoru nebo čísla zákazníka další typy signalizace Transmit

NT1

TELECOM

Send Rozhraní S/T (sběrnice)

Rozhraní U (tlf. dvoulinka)

režie 12b /0,25ms

= 48kb/s

kanál B 16b/0,25ms

= 64kb/s

kanál B 16b/0,25ms

= 64kb/s

kanál D 4b/0,25ms

= 16kb/s

celková přenosová rychlost: Přenos je synchronní ve slotech

192kb/s 0,25ms, na kanálu D se vytvoří virtuální okruh (tzv.

signalizace DSS1) síťovým protokolem.

LAN Slouží k propojení PC na kratší vzdálenosti (100m až n x km). Volba fyzického rozhraní závisí na volbě linkového protokolu. Problematika LAN se skládá z: 

problematiky kabeláže, která patří do FL



problematika síťových karet a ostatních zařízení, která patří jak do FL, tak i MAC (část SW realizována přímo v kartě)



problematika linkového protokolu (LLC), realizováno ovladači (programy)

Pro potřeby samostatného rozvoje tohoto způsobu komunikace byly normalizovány poslední vrstvy (linková a fyzická) organizací IEEE (Institut of Electrical and Electronics Engineers) pro různé typy LAN. ISŠP Brno, Ing. František Kovařík

Strana - 15 -

24.5.2015


Linková vrstva

IEEE 802.2- jednotná linková vrstva

LLC

IEEE 802.3- Ethernet

MAC

802.4- Token Bus

Fyzická vrstva

Fyzická

802.5- Token Ring

ISO OSI

IEEE

Ethernet

10Mb

(AUI- 10BASE5, BNC- 10BASE2, TP- 10BASET, F- 10BASEF)

FastEthernet

100Mb

(100BASETX, 100BASEFX)

Gb Ethernet

1Gb

(1000BASELX)

FDDI

100Mb- 1Gb

ArcNet

málo používané

Token Ring

málo používané

Propojení prováděno strukturovanou kabeláží.

Kategorie kabeláží Vždy 4 páry vodičů:  5E

garantuje šířku pásma do 100MHz

 6 (dielektrikum)


 7 (diel+stínění)


Konektory 1

2(O)

3

4(B)

5

6(G)

7

8(Br)

RJ45 (pro 4 páry) Ethernet-

páry 1,2 a 3,6

Telefon-

pár 4,5

Rezerva-

pár 7,8

Optické vlákno (F) Nízký optický odpor pro vlnové délky 850nm, 1300nm a 1500nm (infračervené spektrum) Vždy probíhá simplexní provoz => provoz na 2 vláknech druhy vláken: vícevidové (multi mod)- buzení LED nebo laserem, vlákno tloušťky 50um jednovidové (single mod)- buzení laserem, vlákno tloušťky 9um

GSM Bezdrátový systém pro rádiovou mobilní komunikaci. V počátku určen pro hlasovou komunikaci digitálním způsobem modulace, v současnosti nabývá nové možnosti pro přenos dat.


Strana - 16 -

24.5.2015


BTS Základní jednotku tvoří buňka pokrytá signálem z jedné BTS (Base Transceiver Station), která obsahuje přijímače a vysílače pro komunikaci s mobilními stanicemi (telefony). Primární frekvence-

900MHz (890- 915), šířka pásma 25MHz

Sekundární frekvence-

1800MHz (1710- 1785 nebo 1805- 1880) šířka pásma 75MHz

Frekvence rozděleny na kanály po 200kHz, v BTS musí být zachován odstup mezi nimi alespoň 9 x 200kHz- potom počet vysílačů bývá 1, 4 nebo 12

BSC Řídící stanice (Base Station Controler) pro několik buněk tvořených BTS

NSS Centrální řídící systém sítě operátora (Network and Switching Subsystem), který slouží pro přepínání hovorů (v rámci vlastní sítě nebo cizích sítí)

Způsob komunikace Komunikace s mobilní stanicí (mobilem) probíhá prostřednictvím kanálu TCH (Traffic channel). Každá vysílací frakvence rozdělena do 8 slotů (TCH/F), hlas přenášen rychlostí 13kb/s, data 12,6kb/s. TCH/F-

plná rychlost přenosu

TCH/H-

poloviční rychlost přenosu

TCH/8-

1/8 plné rychlosti

Mobil

BTS

NSS BSC

Cizí sítě

HLR VLR

Datový přenos po GSM Přenos dat probíhá kanálem TCH/F. Nevýhody: rychlost z PC 9,6kb/s nutnost sestavení okruhu (trvalé spojení i bez přenosu dat)


Strana - 17 -

24.5.2015


GPRS Používá paketový přenos (General Paket Radio Services), obdoba připojení v LAN a přenosu v Internetu (princip sítě v síti). Teoreticky je možné využít všech 8 slotů (vysílací kanál), tj. až 171,2kb/s. V praxi se předpokládá využití 4 slotů a přenosové rychlosti 28kb/s, později 56kb/s, v budoucnu 112kb/s.

Linková vrstva Je to vrstva úzce související s fyzickou vrstvou a její architekturou. Existuje velké množství linkových protokolů.

SLIP (Seriál line IP) Vkládá IP pakety přímo do linky. Při řízení linky jsou mezi data vkládány ESC sekvence (analogie komunikace mezi PC a terminálem nebo tiskárnou). Je to velmi jednoduchý protokol, určen pro přenos paketů síťových vrstev. FLAG

0xdb

0xdc

0xdb

0xdd

FLAG

IP datagram 0xc0

0xdb

FLAG- křídlová značka, která uvozuje každý linkový datagram. Je tvořena 1B sekvencí 0xc0. protože se nesmí v datech objevit tato sekvence, je nahrazen výskyt 0xc0 ESC sekvencí 0xdb, 0xdc, a znak ESC sekvencí 0xdb, 0xdd. Na přijímací straně jsou tyto ESC sekvence opět odstraněny. Protokol nezabezpečuje: o Detekci chyb při přenosu (nutno použít alespoň na úrovni modemů) o Protokol nenese info o přenášeném protokolu síťové vrstvy (nelze na jedné lince mixovat protokoly), také nefunguje ARP o Oba konce spojení se neinformují o své adrese či konfiguraci o Nelze použít pro synchronní linky (z důvodů ESC sekvence) Vhodný pro pomalé a méně poruchové sériové linky.

CSLIP (Compressed SLIP) Navíc proti SLIP komprimuje záhlaví TCP/IP (40B zkracuje na 3B- 16B). Nekomprimuje data! Z tohoto protokolu také vychází protokol PPP, který si navíc tuto konfiguraci a kompresi dohodne s druhou stranou. Princip komprese (autorem komprese Van Jacobson): o Zjistilo se, že během komunikace se záhlaví protokolu příliš nemění. Potom je možné přenášet pouze změny nebo přírůstky změn. o Komprese se provede pouze u TCP paketu, neprovádí se u UDP, ICMP nebo v případě nastavení příznaků RST, SYN, FIN nebo nenastavení ACK. o Kompresor ověří komprimovatelnost paketu, pokud je možná, tak komprimuje


Strana - 18 -

24.5.2015


o Kompresor komprimuje „jednotlivá spojení“, pro každé udržuje SLOT s info o záhlaví o V případě již existujícího spojení provede kompresi s označením ukazatelů o V případě neexistujícího spojení založí nové (buď ve volném SLOTu nebo nahradí nejstarší spojení) linka

Kompresor

Kompresor

SLOT (0 až 255)

SLOT (0 až 255)

Komprimované záhlaví Č

I

P

S

A

W

Číslo Slotu (spojení)

U Č

Kontrolní součet TCP (nezkrácen) U W A S I

Urgent Přírůstek okna Přírůstek potvrzení Přírůstek odeslání Přírůstek identifikací IP

DATA 1. byt záhlaví tvoří maska, která obsahuje info o změnách v záhlaví. Speciální případ je komunikace pro protokoly Telnet a Rlogin, kdy se nastaví příznaky AWU. Potom záhlaví obsahuje pouze 3B a 1B dat. Problematika komprese je dále rozpracována, že již existuje možnost komprese UDP, IPv6 apod.

HDLC Vznikl z protokolu SDLC fy IBM, určen pro synchronní přenos. Později byla norma HDLC rozšířena pro asynchronní přenos (například PPP, který je od HDLC odvozen). Módy HDLC: 1. ABM (ABME) (asynchronous balanced mode)- pro propojení dvou stanic plným duplexem, existuje v rozšířené verzi Stanice 2 Stanice 1


Strana - 19 -

24.5.2015


2. NRM (NRME) (normal response mode)- odpovídá SDLC, spojení více stanic na poloduplexním spoji (přepínaný duplex), existuje také v rozšířené verzi; společné přenosové médium, jedna stanice řídící, ostatní podřízené, definován tzv. pooling, tj. řízení, kdy která stanice vysílá. Řídící stanice může dávat příkazy- podřízené pouze odpovídají. Tento mód méně běžný. Řídící stanice

3. ARM (asynchronous response mode)málo běžný. Podřízená stanice

Podřízená stanice

Formát rámce HDLC: FLAG

ADR

Řídící pole

DATA

CRC

Záhlaví

FLAG

zápatí

FLAG- uvozuje každý datový rámec, tj. začíná a končí FLAG značkou, která je 8b 0x7e (šest 1 po sobě). Bitově orientovaná synchronní verze HDLC využívá „bit stuffingu“, tj. vkládání a následné vypouštění 0 po sekvenci 5x1 v datovém toku. U znakově orientovaného přenosu se tato technika nepoužívá (data musí být v blocích 7b nebo 8b). ADR- toto pole je dlouhé 8b- adresa stanice, pro kterou je určen datagram (má význam u módu NRM). V PPP má hodnotu 8x1 (oběžník) CRC- kontrolní součet, zpravidla 32b nebo 16b DATA- obsahuje data, tj. protokoly vyšších vrstev Řídící pole- nejsložitější část, rozlišujeme 3 typy HDLC rámců:  I frame (8/16b)- informační rámce, určeno k přenosu dat  U frame (8b)- nečíslované rámce, nejen pro data, ale i řídící funkce (inicializace , řízení linky a diagnostika)  S frame (8/16b)- rámce supervizora, pro řízení toku dat (žádost o vysílání, potvrzení I rámců), neobsahují zpravidla datová pole I frame N(R) Potvrzení přijetí rámce

P/F pool

N(S) číslo vyslaného rámce

0

Povolení vysílat (nastaví řídící stanice shodí podřízená stanice)

S frame N(R) Potvrzení přijetí rámce

P/F pool

X

X

X

X

C C příkazy

0

1

RR- přijímač připraven RNR- přijímač nepřipraven REJ- odmítnutí (chybný rámec, zopakovat)


Strana - 20 -

24.5.2015


U frame C

C

C

P/F pool

C

C

1

1

Povolení vysílat (nastaví řídící stanice shodí podřízená stanice)

Typy příkazů: SABM (SABME) SNRM (SNRME) UA DISC DM FRMR XID UI Příklady dialogů:

- příkazy pro nastavení komunikačního módu - slouží k potvrzení nastavení módu - odpojení - potvrzení odpojení - odmítnutí rámce, začíná se nastavení linky - výměna konfiguračních info mezi stanicemi - pro přenos nečíslovaných datových rámců nastavení linky

SABME UA

odpojení linky

DISC DM FRMR

reset linky SABME

UA Vlastnosti HDLC.  Zjišťuje chybné rámce  Vyžádá retransmisi chybných číslovaných rámců  Pomocí UI umožňuje mixovat více síťových protokolů

PPP Má tvar rámců HDLC, navíc však umožňuje:  Využívat rozhraní V.24  Používat asynchronní přenos nebo bitově či znakově synchronní  Vyžaduje full duplexní dvoubodový spoj (pevné nebo komutované linky)  Nepoužívá I- rámce, pouze U- rámce (nečísluje a tedy neopakuje přenos)  Umožňuje přenos více síťových protokolů FLAG

ADR

1B

1B

Řídící pole 1B

Protokol

DATA

2B

CRC 2B

Protokoly: Součástí je 5 služebních protokolů:  LCP (C021h)- slouží k navázání spojení  PAP, CHAP, EAP… (C023h)- slouží k autentizaci  Protokol pro zpětné volání


Strana - 21 -

24.5.2015

FLAG 1B


 Další protokoly- šifrování přenosu, komprimaci dat, rozložení zátěže (MLP), rozšiřování přenosového pásma (BAP)  Skupina protokolů NCP (8xxxh), např.: IPCP (8021h)- pro IP IPV6CP (8057h)- pro Ipv6 IPXCP (802bh)- pro IPX Protokol LCP a navázání spojení Je to služební protokol, který je společný všem síťovým protokolům přenášeným touto linkou. Je určen k navázání, ukončení spojení, dohodě na autentizačním algoritmu apod. Linka se nachází ve stavu: 

Navazování spojení



Autentizace



Síťový protokol a



Ukončování spojení.

Zpětné volání

Navazování spojení

Autentizace

Odpojena

Další protokoly Ukončování spojení

Síťový Síťový protokol Síťový protokol protokol

Další protokoly slouží k vyjednání dalších možností linky, např. šifrování (PAP, CHAP, EAP), komprimaci (CCP), nastavení linky pro protokoly IP vrstvy (vyjednávací NCP).

Lokální sítě (LAN) Kdo je kdo v síti Lokální síť (jak bylo zmíněno v předchozích kapitolách) je vzájemné spojení všech prostředků sítě. LAN má zpravidla rozsah jedné nebo více budov. Prostředky sítě můžeme rozdělit na: 

technické zabezpečení komunikace sítě (kabely, konektory, uzly a zesilovače)



prostředky síť užívající.

Technické prostředky LAN V případě sítě na bázi spojení sběrnicovým způsobem je tato síť rozčleněna na segmenty (kratší úseky), které jsou vzájemně spojeny uzly pro překlenutí větších vzdáleností mezi ISŠP Brno, Ing. František Kovařík

Strana - 22 -

24.5.2015


segmenty. Podle typů segmentů a v závislosti na požadovaném provozu na síti rozlišujeme různé typy uzlů. Typy uzlů Opakovač (Repeater) Slouží pro prosté překlenutí větších vzdáleností nebo vhodné strukturování kabeláže. V případě, že segment bude tvořit pouze jedna stanice (PC), bude pro spojení používána kroucená dvojlinka a takový opakovač se nazývá lidově „HUB“. Je to jednoduché zařízení pracující pouze na FL, opakuje všechny rámce do všech portů uzlu, používá stejnou LL. Most (Bridge) Pracuje obdobně jako opakovač, jenom již neopakuje všechny rámce do všech portů, ale pouze tam, kde se nachází adresovaná stanice. Zpravidla slouží k propojení dvou nesourodých sítí LAN. Pracuje tedy i na LL, protože je schopen rozlišovat linkovou adresu, kterou si ukládá do tabulky. Tabulka může být naplňována ručně administrátorem nebo automaticky odposlechem provozu na síti. Pouze oběžníky rozesílá do všech portů. Spínač (Switch) Je to zařízení, které v sobě zahrnuje výhody více portů opakovače a selektivní výběr mostu. V poslední době se proto nahrazují opakovače spínači, které optimalizují zatížení jednotlivých segmentů sítě (tzv. přepínaný Ethernet). Navíc tzv. inteligentní spínače umožňují propojit segmenty i s různými typy LL (Eth a FDDI apod.). Mohou také obsahovat vyrovnávací paměť pro vyrovnání různých rychlostí spojených sítí. Směrovač (Router) Je to zařízení, které již pracuje až na síťové vrstvě a používá se pro napojení LAN na WAN. Často je to počítač, který může plnit i další jiné funkce (Firewall, DNS apod.) Usměrňuje provoz na základě směrovací informace v síťových rámcích (směruje).

Uživatelé sítě Jsou to veškerá zařízení užívající LAN. Rozlišujeme: 

servery a



pracovní stanice (klienty).

Servery Jsou to veškeré prostředky, který ostatním účastníkům sítě nabízejí nějaké své služby. Patří mezi ně počítače nabízející: 

prostor pro ukládání souborů a dat (FS)



pracovní prostředí pro aplikace (AS)


Strana - 23 -

24.5.2015




prostor pro manipulaci s tabulkovými daty (DBS)



poštovní služby (EMS)



terminálové služby (TS)



hypertextové služby (HTS)



tiskové služby (PS)



multimediální služby (MMS) apod.

Pokud server nedovoluje plnit i funkci pracovní stanice, potom jej nazýváme dedikovaný. Pracovní stanice Jsou to prostředky sítě, které pouze využívají nabízené služby serverů v síti, ke kterým mají přístup (uživatelská práva). Často bývá klientem i samotný server, tj.plní obě funkce. Ne každá stanice proto bude moci využívat všechny nabízené služby v síti, do níž je napojena

Fyzická a logická struktura sítí Z hlediska síťového prostředí rozlišujeme vzájemně komunikující uzly (node), které vlastně představují jednotlivé fyzické prostředky sítě. Tyto prostředky jsou tvořeny pracovními stanicemi nebo servisními uzly (servery). Z hlediska uživatelů, kteří tyto prostředky používají rozlišujeme: 

uživatele (klienty), tj. osoby nebo programy, využívající služeb servisních uzlů a



administrátory, tj. osoby nebo programy, které mohou tyto prostředky sítě spravovat (konfigurovat, nastavovat práva přístupu, monitorovat provoz apod.).

Základní filozofie využívání služeb na síti je založena na právech přístupu k těmto službám, tj. na míře důvěry toho kterého serveru. Tuto míru důvěry definoval administrátor sítě pro každý server na síti tzv. tabulkou pověření (Trustee). Každý uživatel (i administrátor), který používá prostředky dané sítě se musí autentizovat (prokázat, že je to skutečně ten, kdo má definovánu důvěru na daném serveru). Tato autentizace je většinou zajištěna tzv. uživatelským účtem, tj. definováním nejméně jednoznačného přihlašovacího jména uživatele (name) a bezpečnostního hesla (password). Name: pickA Passw: n876x.

Name: pickB SRV1

SRV2

Passw: n885y.

Client (Nick)

Nevýhody fyzické struktury: 

z hlediska administrátora je nutné provádět všechny změny a nastavení na každém prostředku zvlášť


Strana - 24 -

24.5.2015




z hlediska uživatelů je nutné znát různá jména a hesla ke každému prostředku sítě (z důvodu bezpečnosti)

Z důvodu zjednodušení práce v rozsáhlých sítích a zvýšení bezpečnosti jejich provozu se přechází na definování logické struktury sítě. Každý prostředek v takové struktuře potom představuje objekt s přesně definovanými vlastnostmi a funkcemi. Takových objektů potom může být definováno mnohem více, než je celkový počet fyzických uzlů sítě. Jako příklad lze uvést: 

kontejnery (organizační objekty) pro hierarchickou organizaci sítě



uživatel a skupina (účty) pro definici jednotných autentizačních údajů



tisková fronta pro organizaci tisku na síťových tiskárnách a jiné.

Logická struktura je systematický logický popis síťové struktury, který je uložen ve formě databázového souboru na serveru. Výhody logické struktury: 

z hlediska administrátora je správa takové síťové struktury práce s databází jako jedním souborem



z hlediska uživatelů je proces přihlašování procesem autentizačním, kdy si každý server ověřuje míru důvěry i autentizaci uživatele u této centrální databáze.

Bezpečnost takovéto sítě je zajištěna bezpečností databáze, tj.: 

distribuovatelností (rozdělení a rozmístění na různé servery v síti)



replikačním procesem (více kopií a pravidelnou aktualizací)



ochranou transakčním procesem (ochrana proti výpadku při přenosu).

Name: nick Passw: n876x.

SRV1

SRV2

Client (Nick)

Příklady logických struktur sítí: 

NDS – Netware Directory Services (Novell)



AD- Active Directory (MS Windows NT)



DNS- Domain Name Services (Internet).


Strana - 25 -

24.5.2015


TCP/IP – protokoly internetu Síťové protokoly Počítače používají ke vzájemné komunikaci tzv. síťové protokoly (TCP/IP, IPX/SPX, NetBeUI, AppleTalk apod.). Analogicky je lze přirovnat k diplomatickému, státnímu, královskému protokolu užívanému v lidské společnosti. Pravidla komunikace (normy), které u Internetu představují tzv. RFC (request for comments), kterých je v současnosti více, jak 3000, avšak z 1. tisíce je aktuálních jen několik (důvodem je rychlý rozvoj této technologie). Normy vydává mezinárodní normalizační úřad (ISO), který normalizoval soustavu protokolů nazvaných ISO OSI. Další organizace zabývající se normalizací je ITU (pro telekomunikaci v Ženevě- dříve CCITT, která je již od roku 1865) nebo IEEE (pro elektrotechnická zařízení). Dostupnost norem na Internetu- RFC, RIPE, PKCS nebo www.cpress.cz/knihy/tcp-ip-bezp. Lze také nastudovat v knihovnách (např. ITU normy v Praze na TEST-COMu) Proč je tolik protokolů?  Komunikace po síti je problematika široká a komplikovaná  Překrývá

mnoho

různých

profesí

(analog/číslicová

technika,

HW/SW,

telekomunikace/elektrotechnika apod.)  Efektivnější rozvoj jednotlivých částí „odděleně“


Strana - 26 -

24.5.2015


Komunikace virtuální

Analogie komunikace: Dva cizinci

Vrstva překladatelů

Vrstva myšlenek

A

B

IA

IB

Vrstva fyz.přenosu

Komunikace reálná (spojení

Úplný komunikační kanál

Model TCP/IP Tato rodina síťových protokolů se nezabývá F a L vrstvami. Pro Internet se tedy pro tyto vrstvy používají protokoly ISO OSI standardizované ITU. ISO OSI a TCP/IP jsou nesouměřitelné, existuje však mezi nimi určitá analogie. Komunikační zařízení vyhovující ISO OSI se používají pro přenos IP datagramů protokolů TCP/IP. . APPLICATION LAYER FTP Telnet

HTTP IMAP SSL TCP

DNS

RIP

NFS XDR RPC BOOTP UDP

TFTP

IP ICMP

IGMP

ARP

RARP

LL / FL

Internet protokol (IP) Odpovídá S vrstvě ISO/OSI Přenáší IP datagramy, kdy každý v záhlaví nese adr. příjemce- tj. úplnou směrovací info pro jeho dopravu k adresátovi. Každý datagram je sítí přenášen samostatně, tj. mohou k adresátovi dorazit v jiném pořadí. IP má celosvětově jednoznačnou (normalizovanou) adresu (1 síťové rozhraní může mít více IP adres, ne však naopak). Internet je tvořen jednotlivými LAN, které jsou propojeny pomocí směrovačů (router, gateway). ISŠP Brno, Ing. František Kovařík

Strana - 27 -

24.5.2015


IP protokol je tvořen: Vlastním protokolem IP (přenáší data vyšších vrstev) Služebními protokoly (virtuální komunikace mezi odpovídajícími IP vrstvami) o ICMP, IGMP- signalizace a řízení IP a doprava adresných převodníků o ARP, RARP- zpravidla na IP nezávislé protokoly (neobsahují IP záhlaví) Příklad přenosu IP datagramů z IP1 na IP2 („překládání“ L rámců z MAC1/MAC2, HW3/HW4 a MAC5/MAC6) ETHERNET2 MAC6

HDLC

Router 1 MAC2 HW3

IP2

Router 2 HW4 MAC4

ETHERNET1 MAC1 IP1

IP datagram se skládá ze záhlaví a přenášených dat. Délka je zpravidla 20B; může obsahovat volitelné položky, pak je o to delší. Verze IP (4b)

Délka záhlaví (4b)

Typ služby (1B) Příznaky (3b)

Identifikace IP datagramu (2B) Délka života TTL (1B)

Celková délka IP datagramu (2B)

Protokol vyšší vrstvy (1B)

Offset fragmentu (13b) CRC IP záhlaví (2B)

IP adresa odesílatele (4B) IP adresa příjemce (4B) Volitelné položky záhlaví DATA

Verze IP- číslo pro verzi protokolu (pro IP v4 rovno 4) Délka záhlaví- celková délka záhlaví (včetně CRC) vyjádřena v počtu 4bajtů (číslo 5 znamená 5x4B). V případě použitých volitelných položek musí být délka násobkem 4B, takže v případě nevyužití se doplní nevýznamnou výplní. Maximální délka je proto 60B (15x4B) Typ služby- slouží ke specifikaci kvality přenosu. Definována RFC2474; využije se zejména pro aplikace požadující garanci šířky pásma (přenos zvuku, videa apod.) protokolem RSVP (RFC2205) Celková délka IP datagramu – vyjádřena v B, proto je IP datagram maximálně 162 B dlouhý Identifikace IP datagramu, příznaky a fragment offset- slouží pro mechanismus fragmentace datagramů. Význam příznaků:


Strana - 28 -

24.5.2015


0

DF -

MF další fragment / žádný další fragment nelze fragmentovat/ fragmentace možná

-

Doba života datagramu- (TTL) slouží k zamezení nekonečného toulání datagramu. Tuto položku každý směrovač snižuje alespoň o jedničku. Pokud již je TTL=0, potom se datagram zahazuje a odesílateli je toto signalizováno ICMP. TTL je obecně parametrem jádra OS (u WIN je klíčem registru). Protokol vyšší vrstvy- nese číslo protokolu vyšší vrstvy. Dokonce i ICMP a IGMP se chovají jako takové protokoly. Tato čísla přiřazuje organizace IANA (www.iana.org/numbers.html ). (např. ICMP= 1, IGMP= 2, TCP=6, UDP=11h) Mohou to být i protokoly, které tunelují jiné, které internet nepodporuje. Např. IP-IP (4), Eth-IP (97), IPX-IP(111). To lze například využít i pro vytvoření VPN (virtuální privátní sítě), pokud využijeme šifrování takového protokolu. CRC IP záhlaví- kontrolní součet pouze ze záhlaví (způsob výpočtu je uveden v RFC1071 a RFC1141). Tento součet se musí vždy vypočítat, když datagram prochází směrovačem (změna TTL). IP adresa odesílatele a příjemce- jsou to 4B jedinečné adresy komunikujících stran. Volitelné položky- využívány jen ojediněle, rozšiřují možnosti IP a mohou být někdy i zneužívány.

Protokol ICMP Je to služební protokol IP, který slouží k řízení takovéto virtuální komunikace. Umožňuje: Signalizaci mimořádných událostí v sítích, Řízení a kontrolu směrování, Časovou synchronizaci, Žádost o odezvu, Řízení rychlosti (snižování). Záhlaví ICMP paketu je 8B: Typ (1B)

Kód (1B)

CRC (2B) Proměnná část záhlaví (4b)

Typ a Kód- hrubé a jemné dělení druhů událostí předávaných ICMP pakety. CRC- kontrolní součet ze záhlaví paketu. Některé typy používaných zpráv: Typ Kód Popis 0 0 Echo 3 0-13 Nedoručitelný IP datagram 4 0 Sniž rychlost odesílání ISŠP Brno, Ing. František Kovařík

Strana - 29 -

Co sign Zpracuje ANSW APL APL Err OS Err 24.5.2015


5 8 9 10 11 12 13 14 17 18

0-3 0 0 0 0-1 0-1 0 0 0 0

Změň směrování Žádost o echo Odpověď na žádost o směrování Žádost o směrování Čas vypršel (TTL=0) Chybný parametr (IP záhlaví) Požadavek na časovou synchronizaci Odpověď na časovou synchronizaci Žádost o masku podsítě Odpověď na žádost o masku podsítě

Err QUE ANSW QUE Err Err QUE ANSW QUE ANSW

OS APL,OS APL APL APL APL APL OS APL OS

Echo Nejjednodušší způsob testování přítomnosti protějšího účastníka komunikace. Všechny OS podporující TCP/IP obsahují aplikaci ping, která umožňuje využít některé příkazy ICMP. Každá stanice musí tento typ příkazu podporovat (výjimku mohou tvořit pouze jmenné DNS servery). Nedoručitelný datagram Pokud nelze datagram předat dále adresátovi a je zahozen, je odesílatel touto zprávou o tom informován. Důvody jsou upřesněny kódem zprávy. Sniž rychlost odesílání V případě přetížení sítě na některém ze směrovačů tento odesílateli signalizuje požadavkem snížení rychlosti. Odesílatel u TCP paketů rychlost sníží, u UDP paketů toto ignoruje. Změň směrování Tímto příkazem se provádí dynamické změny směrovacích tabulek OS, kdy se optimalizuje cesta přes směrovače. Žádost o směrování Je to nová možnost využití tohoto služebního protokolu, která umožňuje dynamicky konfigurovat svou směrovací tabulku. Po startu stanice oběžníkem vyšle na LAN tento požadavek, na který ji směrovač odpoví IP položkami a příslušnou preferencí. Čím je vyšší preference, tím je adresa více preferována. Směrovače na takovou žádost nejen samy odpovídají, ale v náhodném intervalu mezi 9 až 10min oběžníkem samy generují odpovědi na žádost o směrování. Čas vypršel Signalizuje, že položka TTL=0, tj. datagram bude zlikvidován. Obdobně se postupuje i v případě, že není možné včas IP datagram sestavit z fragmentů.


Strana - 30 -

24.5.2015


Tohoto příkazu využívá i program tracert, který mapuje cestu k cílové stanici přes jednotlivé směrovače na cestě. (lze zkusit na Fidži kula.usp.ac.fj) TTL=4 TTL=2

TTL=3

TTL=1 Zdrojová stanic stanice

Směrovač 1

Time exceed

Směrovač 2

Směrovač 3

Cílová stanice

Time exceed Time exceed

Echo

Žádost o masku Tímto příkazem může bezdisková stanice žádat o masku své sítě, pokud obdržela protokolem RARP IP adresu. Toto je však v současnosti vytláčeno aplikačním protokolem BOOTP nebo DHCP, který je komplexnější. Časová synchronizace Tímto se žádá cílový počítač o čas (časové razítko). Na žádost o časovou synchronizaci cílový počítač vyplní čas přijetí žádosti a čas odeslání. Zdrojový počítač potom koriguje přijatý čas o čas RTT (dobu procházky od zdrojového počítače k cílovému).

Fragmentace Tento proces nastává z toho důvodu, že linkový rámec má omezenou maximální délku, což omezuje i velikost datagramu rámcem přenášeného. Tato velikost se nazývá MTU (maximal transfer unit) a je např. Linkový protokol MTU Ethernet II 1500B Ethernet SNAP 1492B FrameRelay 1600B FDDI 4478B Protože teoretická délka IP datagramu může být až 16kB, tak také může být na lince MTU menší, než datagram. Směrovač se rozhodne na základě příznaku „fragmentace možná“ a provede fragmentaci, nebo ne (pak o tom informuje zpět odesílatrele). MTU lze zjistit také pomocí aplikace ping s parametrem –f (zákaz fragmentace) a parametrem –l (délka datagramu B). ICMP signalizace také může obsahovat položku MTU (9,10B v záhlaví), pokud tuto implementaci směrovač podporuje. Oprávnění skládat fragmentované datagramy má pouze příjemce. K označování fragmentů se využívá položek záhlaví příznaky a offset fragmentu (vyjadřuje počet B z dat původního IP datagramu, které již byly vloženy do předchozích fragmentů). Celková délka se tak prodlužuje o násobek (n-1) délky IP záhlaví (n- počet fragmentů)! ISŠP Brno, Ing. František Kovařík

Strana - 31 -

24.5.2015


Síť nerozlišuje mezi přenosem celého (nefragmentovaného) IP datagramu a fragmentu. Je proto také možné fragmentovat fragment. Fragmentace je chápána jako nutné zlo, pro extrémně bezpečnou komunikaci se fragmentace zakazuje.

Volitelné položky IP záhlaví Tyto patří k zajímavostem protokolu TCP/IP a mohou být i nebezpečné a proto mnozí „provideři“ takové datagramy zahazují. Existují například tyto možnosti: Zaznamenávej směrovače (ping –r 5 adresa)- vytvořeno 5 slotů pro záznamy IP Zaznamenávej čas (ping –s 3 adresa)- vytvořeny 3 sloty pro timestamp Explicitní směrování (ping –j router adresa)- lze uvést jen některé routery Striktní explicitní směrování (ping –k router router… adresa)- uvést všechny routery Upozornění pro směrovač lze přenášet i info pro samotný směrovač Bezpečnostní omezení podle RFC1108

Protokoly ARP a RARP ARP řeší problém přiřazení linkové adresy IP datagramu, který má být přenesen na nejbližší směrovač (v LAN). Adresu odesílatele známe, ale adresu příjemce je potřeba získat. Postup: Vyšle se linkový oběžník (adresa= 6xFFh) Datová část obsahuje IP odesílatele a IP adresáta, pro něhož se hledá linková adresa Odpoví ten směrovač, který má ve směrovací tabulce IP adresáta. Typ LP Typ SP HS PS Operační kód typ linkového protokolu (Eth II = 1) typ síťového protokolu (IP=800h)  délka linkové adresy (Eth= 6B) délka síťové adresy (IP=4B)  operační kód (ARP Q=1,ANS=2, RARP Q=3,ANS=4) V dalším poli jsou: Source MAC Source IP Destination MAC (0) Destination IP Do pracovní paměti (ARP cache) se naplní položka MAC adresy pro danou IP. Tu lze vyčíst ze systému příkazem arp –a. Lze také ručně vkládat

položky parametrem –s (statická

položka) nebo rušit položku –d. Filtrace ARP: spočívá ve statickém naplnění ARP cache u serveru, takže ten nemusí použít ARP dotaz. Proxy ARP: využívá se u LAN, na kterých je směrovač (ARP pracuje pouze na LAN). Na směrovači běží proxy ARP, kdy na ARP dotaz k IP adrese směrovač doplní svou linkovou adresu. Protokol RARP sloužil ke zjištění IP adresy u bezdiskových stanic. Tento protokol je však již nahrazen aplikačním protokolem DHCP.


Strana - 32 -

24.5.2015


Protokol IGMP Je to služební protokol, který slouží k šíření adresných oběžníků (multicasts). Aktuální je nyní verze 2 (RFC2236), jeho struktura je: IP záhlaví

Typ (1B)

MRT (1B)

IP adresa oběžníku (4B)

CRC (2B)

Typ dotaz směrovače na další členy (11h) požadavek na členství ve skupině (16h) opuštění skupiny (17h) MRT Používá se pouze v dotazu směrovače; v desetinách sec čas, do kterého musí všichni členové opakovat požadavek na členství ve skupině. CRC Obdobný výpočet, jako u ICMP. IP adresa oběžníku Představuje vlastní adresu v intervalu 224.0.0.0 až 239.255.255.255. protože takové oběžníky jsou vyhrazeny pro LAN, mívají nastavenu hodnotu TTL=1. Jádrem internetu je MBONE (Multicast Backbone), kde je zabezpečeno šíření adresných oběžníků. Vznikají skupiny členů pro daný oběžník, které jsou dynamicky prověřovány.

Oběžníky a linkový protokol Je to jeden z problémů, jak doručit oběžník konkrétní stanici na LAN, tj. určení linkové adresy. To umožňují i linkové protokoly, kdy je nastaven nejnižší bit 1.B linkové adresy. Adresa linkového oběžníku se pak vytváří mapováním IP adresy do linkové adresy. Za tím účelem je IANA registrována jako fiktivní výrobce síťových adaptérů s číslem 00.00.5e. Problém vzniká s mapováním části IP adresy , která potom musí být ošetřena vyššími vrstvami (IP protokolem). 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 x x x …. x 1110

linková adresa

n n n n n x x x …. x

IP adresa oběžníku

n- nejednoznačné mapování adresy (5b) x- mapování adresného linkového oběžníku (23b)

Protokoly TCP/UDP Odpovídá vrstvám R, P a A Zavádí speciální „prezentačně-aplikační“ protokoly (SSL, S/MIME …) Z praktického hlediska lze rozdělit na: Uživatelské protokoly pro aplikace uživatelů (HTTP, SMTP, Telnet, FTP, IMAP, POP3 …)


Strana - 33 -

24.5.2015


Služební protokoly pro správu Internetu (RIP, OSPF, SNMP …).

Protokol TCP IP spojuje 2 počítače na globální úrovni, TCP příslušné aplikace na nich běžící. Je to protokol: „connection oriented“, tj. vytváří virtuální okruh na dobu spojení; okruh je plně duplexní, přenášené bajty jsou číslovány a integrita přenosu zajištěna CRC, zabezpečení proti

poruchám technických prostředků (ne proti inteligentním

narušitelům), spojení je na úrovni „portů“ (2B číslo), základní jednotka přenosu je TCP segment (paket). Rozdíl mezi segmentací a fragmentací (TCP segmentuje, IP fragmentuje). Struktura TCP záhlaví: Source port (2B)

Destination port (2B) Pořadové číslo odeslaného bajtu (4B) Pořadové číslo přijatého bajtu (4B)

Délka záhlaví (4b)

Rezerva (6b)

U A P R S F R C S S Y I G K H T N N

Délka okna (Win size) (2B) Ukazatel nálehavých dat (2B)

TCP CRC (2B) Volitelné položky záhlaví DATA

Source/destination port- odesílatel a příjemce segmentu. Jednoznačné číslo, které identifikuje komunikační kanál. Jednoznační identifikace v internetu= source port/dest. port, source IP/dest. IP, protokol (TCP) Pořadové číslo odeslaného B- číslo 1.B TCP segmentu (nese do pořadového čísla délky segmentu). Číslování obecně nezačíná od 0, ale od náhodné binární hodnoty. Pořadové číslo přijatého B-číslo následujícího B, který je příjemce připraven přijmout (potvrzení, že správně přijal vše až do tohoto čísla –1). Délka záhlaví- vyjadřuje délku záhlaví (násobky 4B) Délka okna- přírůstek poř. čísla přijímaného B, který bude příjemce ještě akceptovat.


Strana - 34 -

24.5.2015


Ukazatel naléhavých dat- je platný při nastavení příznaku URG. Po přičtení k poř číslu odeslaných B ukazuje na konec naléhavých dat (lze využít např. u TELNET pro interpretaci příkazu ABORT apod.). Příznaky URG- TCP nese URG data ACK- TCP má platné pole „pořadové číslo přijatého B“, potvrzení přijetí předchozích dat PSH- signalizace, že TCP má aplikační data RST- odmítnutí TCP spojení SYN- odesílatel začíná s novou sekvencí číslování, TCP nese počáteční pořadové číslo B (ISN) FIN-

odesílatel skončil přenos dat (poslední segment)

Kontrolní součet TCP CRC se počítá nejen z dat, ale i z některých položek IP záhlaví! Vždy vyžaduje sudý počet B. Pseudozáhlaví: IP adresa odesílatele (4B) IP adresa příjemce (4B) 00h (1B)

Protokol vyšší vrstvy (1B)

Délka IP dat (2B)

TCP segment

Volitelné položky Max. 40B max. délka segmentu (MSS) – vždy proběhne při navazování spojení (příznak SYN) zvětšení okna (shift count) časové razítko + echo časového razítka čítač spojení nový čítač spojení echo čítače spojení. Správa portů Privilegované- do 1023 (všeobecně známá čísla portů, přiděluje IANA) www.iana.org Neprivilegované (klientské)- na 1023 (W2K přiděluje do 5000)

Navazování spojení Klient ISŠP Brno, Ing. František Kovařík

Server Strana - 35 -

24.5.2015


SYN_SENT

SYN (MSS) (S) SYN_RCVD ACK (A,S)

ESTABLISHED ACK (A)

ESTABLISHED

Stavy spojení: Server:

LISTEN-

naslouchání

SYN_RCVD přijal segment SYN Klient:

SYN_SENT odeslal segment SYN

Stavy lze vypsat

netstat –a

Ukončování spojení Uzel 1 FIN_WAIT

Uzel 2 (A,F) CLOSE_WAIT ACK (A,F)

CLOSED ACK (A)

jeden směr

(A,F) FIN_WAIT

CLOSE_WAIT CLOSED FIN_WAIT

aktivní uzavírání spojení

CLOSE_WAIT

pasivní uzavření spojení

CLOSED

spojení uzavřeno

Technika zpoždění odpovědi Snahou je minimalizace komunikace (zejména interaktivní protokoly TELNET, FTP). Proto si systém spustí hodiny s tikem zpravidla 200ms. Po každém tiku kontroluje a případně odešle najednou potvrzení i případná data. Nagleův algoritmus- SW nečeká na tik, ale na nějaká data z protější strany, která současně potvrzuje.

Technika okna Data se druhé straně posílají až do velikosti okna. Okno inzeruje příjemce a vyjadřuje schopnost pojmout objem dat. Velikost bývá v násobcích MSS (v B) ISŠP Brno, Ing. František Kovařík

Strana - 36 -

24.5.2015


WIN (4k) MSS(1k) (1) (2) (3) ACK (2) WIN (4k) (4) (5) ACK (3) WIN(0) Zahlcení sítě Toto je zase problém odesílatele. Při zahlcení hrozí ztráta dat, která nemohou směrovače přenést (zbržďuje komunikaci). Proto se zavádí „congestion window“ (CWND). Minimální mez je vyjádřena hodnotou SSTRESH (v násobcích MSS). Odesílatel odesílá nepotvrzená data do max. velikosti WND (omezuje příjemce) a která současně nepřevyšují CWND (omezuje odesílatel). Pomalý start Maximální CWND se určuje dynamicky (podle aktuálního provozu na síti). Vyšle 1 segment (čeká na ACK)

n=0

Vyšle 2 segmenty (čeká ACK)

n=1

Vyšle 4(2n) segmenty (čeká ACK)

n=2

… Pokračuje až do doby, pokud nebude potvrzeno (nucen opakovat), potom nastaví SSTRESH =CWND/2. Odesílatel si udržuje aktuální hodnoty proměnných: MSS

naplněno staticky při SYN,

WIN

příjemce mění dynamicky,

CWIND a SSTRESH. Vyhýbání se zahlcení Pokud bude CWND < SSTRESH, pak odesílatel bude chápat, že je ve fázi pomalý start Pokud bude CWND > SSTRESH, pak odesílatel bude provádět růst o velikost asi MSS/8 (Congestion avoidance algorithm) Ztráta segmentu Povinnost příjemce je potvrdit při přijetí segmentu mimo pořadí potvrzení posledního platně přijatého v pořadí. Tím nastává k duplikování potvrzení tohoto pořadí, což je běžný jev na internetu. Pokud však odesílatel obdrží tuto duplikaci 3x po sobě, potom zopakuje přenos chybějícího segmentu. Následně pak příjemce může potvrdit i segmenty přijaté mimo pořadí.


Strana - 37 -

24.5.2015


Tento algoritmus rychlého zopakování umožňuje zopakovat pouze chybějící segment a tím komunikaci urychlit. Volba zvětšení okna Rozšiřující položka umožňuje zvětšit okno nad 64kB (2B), a to v násobcích 2n, kde n je parametr příkazu (nabývá hodnoty 0-14). To znamená, že WIN může být až 2 16 x 214=230>1GB. Větší okno nemá smysl, protože číslo potvrzovaného B může být max 2 32. I přesto, že by okno bylo ve 100xMB se může stát, že se bude internetem potulovat segment již potvrzeného okna, avšak se stejným číslem. To může následně řešit další volitelná položka „časové razítko“. Odesílatel potom vkládá jednorázovou rostoucí posloupnost -> čas. Pak příjemce vloží své časové razítko a zopakuje poslední přijaté časové razítko.

Protokol UDP Je to jednoduchá alternativa TCP. Poskytuje nespojované služby. Záhlaví: Source port (2B)

Destination port (2B)

Délka dat (2B)

UDP CRC (nepovinné) (2B) Data

Sada čísel portů je nezávislá na TCP. Délka dat-

délka záhlaví + data

Kontrolní součet (UDP CRC)- počítán nejen z dat, ale i ze stejného pseudozáhlaví, jako TCP. Je dokonce nepovinný! (nebezpečí, že v některých případech mohou být data chybně interpretována; např. kombinace UDP+ SLIP). Fragmentace v UDP Je sice obecně možná, ale spíše se jí snažíme vyhýbat. Např. u DNS: DNS dotaz -> UDP DNS odpověď -> UDP (max 512B), v případě delší odpovědi je nastaven příznak v aplikačních datech TC (truncated). Pokud odpověď nestačí, vrátí TCP dotaz a server pomocí TCP odpoví. Oběžníky TCP neumí, UDP však ano! Adresátem může být všeobecná skupina nebo adresná skupina. Problém UDP je dožádat nedoručená data, zejména multicast. Kdy to bývá potřeba? Např u MFTP (multicast FTP). To potom řeší nové protokoly (PGM) pro šíření oběžníků, kdy adresát se ptá nejbližšího mrouteru (směrovač šířící adresné oběžníky).


Strana - 38 -

24.5.2015


IP nové generace Je to protokol, který by měl odstranit nedostatky nebo omezení v současnosti používaného protokolu IPv4. Nazývá se protokolem IP Next Generation (IPng) nebo také IPv6. Historicky lze tento vývoj charakterizovat tak, že IPv4 byl specifikován v 1/1980 a inovován v 9/1981. IPv6 byl specifikován o 15 let později, ve 12/1995 a v současnosti aktualizován RFC 2460.

Základní rysy IP adresa je 16-ti bajtová Filosoficky zcela nový pohled na stavbu IP  chybí kontrolní součet záhlaví,  málo využívaná pole přesunuta do nepovinných (dalších) hlaviček základní záhlaví má vždy délku 40B (32B zabírají IP adresy). Struktura IPng záhlaví: Verze IP(6) 4b

Třída dat 4b

Identifikace toku dat (Flow label) (3B)

Délka dat (Pay load length) 2B

Další hlavička (1B)

Počet hopů (TTL) (1B)

Source IP adresa (16B)

Destination IP adresa (16B) Volitelné položky (další hlavičky) DATA

Verze IP- číslo pro verzi protokolu (pro IP v6 rovno 6) Třída dat- klasifikuje přenášená data pro případ rozhodování při zahlcení sítě (směrovač datagramy zahazuje) Interval 0-7 – určeno pro klasický provoz 0

nespecifikovaná data

1

provoz na pozadí (news)

2

automatický provoz (mail)

3 4

uživatelem (člověkem) prováděné velké přenosy (FTP)

5 6

interaktivní provoz (Telnet, X-Win)

7

řízení sítě (směrovací protokoly, SNMP)

Interval 8-15 – určeno pro přenosy v reálném čase (audio, video) Vyšší hodnota má vždy vyšší prioritu. ISŠP Brno, Ing. František Kovařík

Strana - 39 -

24.5.2015


Identifikace toku dat- spolu s IP adresou odesílatele jednoznačně identifikuje jeden dílčí tok dat v internetu (u IPv4 se provádí podle adresy příjemce). Směrovač potom řeší úlohu směrování pouze 1x (1.datagram toku) a do paměti si poznamená výsledek směrování tohoto toku, podle něhož pak odesílá další datagramy (urychlení přenosu). Tato informace může být v paměti směrovače max. 6 sec; proto v případě výpadku v toku dat se provádí znovu analýza. Jinou možnost by nabízela při zajištění šířky přenášeného pásma. Směrovač lze totiž konfigurovat tak, že pro určité (identifikované) datové toky může takto garantovat propustnost (vnitřní časovač hlídá prioritu vyprazdňování bufferu). Délka dat- udává délku datagramu (bez záhlaví). Lze však pomocí další hlavičky specifikovat tzv. volbu „ohromný datagram“, který umožňuje přenos delších datagramů. Další hlavička- specifikuje typ volitelného záhlaví. Příklady některých typů: 0 informace pro směrovače 4 IP protokol (součást vyšších vrstev) 6 TCP protokol (součást vyšších vrstev) 17 UDP protokol (součást vyšších vrstev) 43 směrovací info 44 záhlaví fragmentu 45 protokol IRP (součást vyšších vrstev) 46 protokol RRP (součást vyšších vrstev) 50 bezpečnostní hlavička 51 autentizační hlavička 58 protokol ICMP 59 další hlavička nenásleduje 60 jiná volba Počet hopů- použití odpovídá položce TTL. Směrovače vždy snižují alespoň o 1. Příklady využití rozšířeného záhlaví Typ 0 – informace pro směrovače Typ (1B)= 0h

Délka (1B)

Typ volby

Volba (další parametry)

rozsáhlý datagram Typ volby= 0c2h, v dalších parametrech jsou 4B obsahující délku přenášeného datagramu explicitní směrování Typ (1B)= 0h Rezerva

Typ= 0h, v další volbě jsou pak tyto parametry: Délka (1B)

Typ volby= 0h

n

Maska striktního směrování (3B)

Pole n obsahuje počet směrovačů, přes které má datagram procházet (každý směrovač po směrování snižuje o 1).


Strana - 40 -

24.5.2015


Pole maska explicitního směrování obsahuje info (bitově zleva doprava) pro směrovač, zda má pro následující „hop“ dodržet striktní směrování (je-li nastaven, tak použít explicitní hodnotu). Směrování probíhá tzv. „koloběhem explicitních“ IP adres v hlavičkách (IP adresa dalšího směrovače se vždy přesune do destination IP adresy, z níž se použitá IP adresa přesune na její uvolněnou pozici v rozšířené hlavičce). Fragmentace datagramů

v IPng může fragmentaci provádět pouze OS

odesílatele! Pole posunutí fragmentu (pro budoucí sestavení datagramu) je součástí další hlavičky, délka tohoto posunutí je udávána v násobcích 8mi bajtů. Autentizační hlavička slouží k zajištění integrity dat a autentizaci odesílatele, což zvyšuje odolnost a ochranu datagramu proti jeho změně útočníkem Bezpečnostní hlavička umožňuje stejně jako autentizace ochranu datagramu, ale navíc i šifrování přenosu. Tato hlavička musí být vždy poslední hlavičkou! Lze implementovat následujícími způsoby: a) Šifrování provádí odesílatel, dešifruje příjemce nebo b) Odesílatel ani příjemce nešifrují, to mohou provádět směrovače pro přenosy přes méně bezpečné zóny (nazývány jako „Security gateway“)..

ICMP v6 Řeší obdobné úkoly, jako ICMP v4. Navíc však zajišťuje překlad IP -> MAC adresu (nahradil zastaralé protokoly ARP a RARP). Dále také umožňuje zjistit adresu směrovače na LAN (jako položku default do směrovací tabulky), a to pomocí adresného oběžníku. Typy příkazů jsou rozděleny do dvou skupin, a to: 1. skupina

obsahuje a řeší chybové zprávy a stavy (rozsah 0 až 07fh)

2. skupina

obsahuje informační stavy a zprávy (rozsah 80h až 0ffh)

IPng adresace Rozlišují se 3 typy adres: 1. jednoznačná adresa síťového rozhraní (Unicast), 2. adresa

skupiny

síťových

rozhraní

(Anycast);

jsou

přidělovány

z prostoru

jednoznačných adres (Unicast). Jako příklad lze uvést adresa „subnet-router anycast“, která má na místě adresy rozhraní samé nuly (z pohledu IPv4 to odpovídá adrese sítě), 3. adresný oběžník (Multicast). Již neexistuje všeobecný oběžník (Broadcast).


Strana - 41 -

24.5.2015


Zápis adresy Existují 3 možné přístupy k zápisu IP adresy: 1. hexadecimální „hhhh:hhhh:…..:hhhh“, tj. vždy dvojice bajtů oddělená dvojtečkou, 2. zkrácený zápis pomocí zdvojené dvojtečky, která nahrazuje sled libovolného množství čtveřic „0“ a v zápise se může vyskytovat pouze 1x (např. „12BC:0000:….:0000:11 -> 12BC::11“ nebo loopback „::1“), 3. kombinací hexadecimálního zápisu (v prefixu) a desítkového zápisu posledních 4B, které

se

používá

v kombinovaném

prostředí

IPv4

a

IPv6

(např.

„25A3::192.168.200.18“). adresy sítí se zapisují obdobně, jako u adres IPv4, tj. prefixový s lomítkem a počtem maskovacích bitů (např. „90:1::5/62“). Používané bloky adresního prostoru IPng  ::0 dosud nespecifikovaná adresa, rozhraní bez přidělené IP,  ::1

smyčka (loopback), obdoba 127.0.0.1,

 001b/3

agregovatelné, globálně jednoznačné adresy (Unicast),

 2001::/16

adresy přidělované Internet Registry, které jsou přidělovány poskytovatelům

např.

2001:0000:: až 2001:01F8::/29

IANA

2001:0200:: až 2001:03F8::/29

APNIC (Asie, Pacifik)

2001:0400:: až 2001:05F8::/29

ARIN (Amerika)

2001:0600:: až 2001:07F8::/29  2002::/16

RIPE NCC (Evropa)

pro přenosy v sítích „6 to 4“ (RFC 3056),

 1111111010b/10 jednoznačné adresy v rámci LAN (obdoba rezervovaných IP adres třídy C, např. „FE80::“),  1111111011b/10 jednoznačná adresa v rámci LAN firmy (obdoba rezervovaných IP adres třídy B),  FF/8

adresné oběžníky (Multicast)

Oběžníky v IPng Na rozdíl od IPv4 jsou oběžníky a jejich přenos řešeny bezproblémově a navíc je výrazně rozšiřována jejich funkčnost. Prefix v adrese je FFh, což signalizuje oběžník. Tvar adresy je následující:


Strana - 42 -

24.5.2015


FFh (1B)

000T (4b)

Skupinová adresa (14B)

Rozsah (4b)

Z předchozího je patrné, že daná skupina má téměř neomezený počet členů (2

112

).

Hodnota T má význam takový, že pokud je „1“, tak je adresa oběžníku dočasná, pokud je „0“, adresa je přiřazena trvale, specifikuje skupinu, která je členem tohoto oběžníku; může nabývat hodnot:

Rozsah

1- oběžník v rámci lokálního uzlu, 2- oběčník v rámci LAN, 5- oběžník v rámci firmy, 8- oběžník v rámci vyššího organizačního celku, E- globální oběžník. V rámci oběžníků také existují vyhrazené oběžníky, např.: FFxx::1

pro všechny stanice (počítače i směrovače),

FFxx::2

pro všechny směrovače

FFxx::9

pro všechny směrovače s protokolem RIP

apod. Například „FF02::2“ je adresou multicastu pro všechny směrovače na LAN). Jednoznačné adresy (Unicast) To je specifikováno RFC 2450. struktura je následující: 001b (3b)

TLA ID (13b)

Sub TLA (13b)

3b

Pro internet registry

NLA ID (2B) poskytovatel

SLA ID (2B) interní podsítě firmy

firmy

Identifikace rozhraní (8B)

TLA ID

specifikuje účel daného rozsahu IP adres (např. „2001:/16“ je rozsahem pro poskytovatele),

Sub TLA

rozdělení rozsahu pro globální (kontinentální) členění (např. pro RIPE, APNIC apod.),

NLA ID

zbytek bitů (3b) ze sub TLA a poskytovatelem vyžádaná část tohoto rozsahu je určena pro národní poskytovatele. Ti určitý rozsah adres potom přidělují svým zákazníkům (firmám) (část z NLA),

SLA ID

tento rozsah adres je vždy k dispozici zákazníkům (firmám) pro jejich interní podsítě,

Identifikace rozhraní globálně vždy jednoznačná adresa rozhraní (až 264 různých uzlů); tu lze v současnosti sestavit i z 6B linkové adresy (specifikace IEEE 802) tzv. EUI-64 konverzí: Specifikace A výrobce (3B)

Sériové číslo (3B)

EUI-64 Adresa výrobce


FFFE (2B)

Strana - 43 -

Sériové číslo

24.5.2015


IPv6 xxxxxx10

(2B)

FFFE (2B)

Sériové číslo

Souhrnně lze tedy říci, že Unicast adresy budou tedy globálně jednoznačné a budou odrážet 64b identifikační adresu uzlu, což umožní i autentizaci prováděných komunikací na tomto protokolu.


Strana - 44 -

24.5.2015

Počítačové sítě- komunikace na síti

Recommend Documents