Omówienie TCP/IP. Historia

Transkrypt

1 PORADNIKI TCP/IP

2 Omówienie TCP/IP TCP/IP oznacza Transmision Control Protocol / Internet Protocol, jest nazwą dwóch protokołów, ale również wspólną nazwą dla rodziny setek protokołów transmisji danych używanych do zorganizowania komputerów i urządzeń komunikacji danych w sieciach. TCP/IP jest używany zarówno w sieciach globalnych, takich jak Internet i sieciach lokalnych. TCP/IP jest otwartą architekturą komunikacyjną szeroko rozpowszechnioną. Istnieją implementacje TCP/IP dla większości typów komputerów. TCP/IP został opracowany do łączenia hostów w ARPANET, któy był pierwszym wdrożeniem Internetu. ARPANET przeminął, ale TCP/IP żyje i jest stale rozwijany o nowe standardy. TCP/IP jest aktualnie używany w Internecie gdzie jest używany jako kluczowa technologia. Popularne protokoły z rodziny TCP/IP ro SMTP, co oznacza Simple Mail Transfer Protocol, FTP oznaczający File Transfer Protocol i protokół TELNET używany dla zdalnego dostępu. Historia TCP/IP sięga początków projektu badawczego finansowanego przez USA o nazwie DARPA (Defence Advanced Research Projects Agency). Projekt ten został podstawą eksperymentalnej sieci z 1969 roku zwanje ARPANET. W 1975 roku ARPANET wszedł do działania, kiedy okazało się,że eksperyment okazał się sukcesem. Protokół, którego używano zwał się NCP (Network Control Protcol). W 1979 roku opracowano nowy zestaw protokołów o nazwie TCP/IP. Wiele pomysłów w TCP/IP pochodzi od NCP. W 1983 roku protokół TCP/IP został zaadoptowany jako standard i wszystkie hosty w ARPANET zaczęły z niego korzystać. W 1984 roku ARPANET został podzielony na oddzielne sieci, i zaczęto używać nazwy Internet zamiast ARPANET.W 1987 roku Internet rozprzestrzenia się na całym świecie. Dzisiaj Internet Protocol jest wąskim gardłem dla przyszłego rozwoju. Nowa wersja Internet Protocol nazwana Ipv6, co oznacza IP version 6 została obecnie normalizowana. Daje on większą przestrzeń adresową i wspeira aplikacje multimedialne o wysokiej jakości. Internet DARPA rozpoczeła swoją pracę około 1969 roku. DARPA była znana ze swoich pomysłów o zabezpieczeniach w sieciach z komutacją pakietów, a wynikiem był sławny ARPANET z 1975 roku. Wielu badaczy brało udział w ARPANET. W 1979 roku DARPA utworzyła specjalny komitet zwany Internet Control and Configuration Board, ICCB, który później zmienił się w Internet Architecture Board, IAB. W 1983 roku ARPANET został podzielony na dwie oddzielne sieci, jedną dla celów badawczych druga dla celów wojskowych. Sieć badawcza była nazywana jeszcze ARPANET, a część wojskowa została nazwana MILNET. W tym czasie architektura TCP/IP została założona i używana.została opracowana technologia routera i używana do oddzielenia różnych sieci. Później wiele szkół i uniwersytetów w

3 USA były podłączone do tej sieci. Przykładem był MIT, Massachusetts Institute of Technology. To był początek Internetu Standardy Internetowe W celu obsługi wszystkich norm niezbędnych do architektury TCP/IP i komunikacji internetowej istniała potrzeba zorganizowanie standaryzacji. Najwyżej w hierarchii mamy ISOC (Internet Society). IAB, Internet Architecture Board, znajduje się poniżej ISOC. IAB obejmuje 16 członków różnych firm i usługodawców. IAB jest odpowiedzialny za tworzenie standardowych wniosków do oficjalnych standardów. Standardowe propozycje są nazywane RFC, co oznacza Request For Comments. Obecnie istnieje ponad 2200 różnych RFC. Niektóre z nich mają historyczne zastosowanie, niektóre zaś mają zastosowanie eksperymentalne. Poniżej IAB mamy trzy dobrze znane grupy. Pierwsza z nich to IETF, Internet Engineering Task Force, któy obejmuje różne grupy robocze, które testują wszystkie protokoły, zanim znajdzie się ostateczna wersja standardu dla IAB. Drugą jest IANA,Internet Assignment Number Authority, który jest odpowiedzialny za dkoument RFC zwany Assigned Numbers. Ten RFC przypisuje różne numery do różnych protokołów używanych w transmisji danych. Trzecią jest IRTF, Internet Research Task Force, która obejmuje różne grupoy badawcze patrzące w przyszłość; co stanie się w architekturą Internetu i TCP/IP. Architektury i protokoły rodziny TCP/IP Architektura TCP/IP obejmuje tylko cztery warstwy. Istnieje związek między warstwami w modelu OSI i TCP/IP. Warstwa jeden i dwa, które są warstwą fizyczną i łączem danych w modelu OSI odpowiadają warstwie fizycznej TCP/IP. Warstwa trzy która jest warstwą sieciową w modelu OSI odpowiada warstwie Internet TCP/IP.

4 Warstwa cztery jest warstwą transportu w obu modelach. Warstwa pięć, sześć i siedem w modelu OSI są zawarte w warstwie apliakcji architektury TCP/IP.Warstwa fizyczna opisuje interfejsy dla różnych typów sieci, takich jak Ethernet, Token Ring i X.25. Warstwa Internet opisuje protokół Internetu lub IP. Internet Control Message Protocol, ICMP jest protokołem wsparcia dla IP. Jest on używany do wysyłania informacji zwrotnej z powrotem do IP, na przykład jeśli coś pójdzie źle. Warstwa transportowa opisuje dwa protokoły: Transmision Control Protocol, TCP i User Datagram Protocol, UDP. Oba te protokoły transportują dane dla prawidłowej sesji, ale TCP robi to w wiarygodny sposób,a UDP jest dość niewiarygodny. Warstwa apliakcji obejmuje setkę protokołów aplikacji. Najczęściej są to Telnet, FTP, SMTP i HTTP. Przepływ ruchu Dana FTP jest wysyłana z aplikacji transferu plików w hoście źródłowym do protokołu transportu, TCP, w warstwie transportu. TCP dodaje swój nagłówek informacyjny zawierający numer portu źródłowego i przeznaczenia.numer portu jest używany do oddzielenia różnych sesji od siebie. Następnie, dane są przesyłane do warstwy Internetu. Protokół IP dodaje swój własny nagłówek z adresami IP. Wtedy wszystko jest umieszczane w ramce Ethernet, która jest wysyłana do routera za pomocą adresów fizycznych. Router sprawdza fizyczny adres przeznaczenia i widzi,że ramka została skierowana niego samego. Jeśli suma kontrolna, która jest zawarta w nagłówku, jest poprawna, router wysyła informacje do warstwy Internetu i protokołu IP. Roiter używa adresu IP przeznaczenia i własnej tablicy routingu dla dalszego przetwarzania.w tym przypadku host przeznaczenia w sieci Token Ring. Router używa adresu fizycznego w celu osiągnięcia hosta docelowego. Wszystko co jest wysłane z routera do sieci Token Ring są odbierane przez host przeznaczenia. Jeśli suma kontrolna jest poprawna informacja ta jest transferowana do protokołu IP w warstwie Internetu. Protokół IP spogląda w datagram i adres docelowy IP. Jeśli adres ten jest poprawny dane są przesyłane do powyższej warstwy transportowej. Protokół TCP spogląda na numer portu w nagłówku TCP i widzi,że jest to dana FTP. Dane te osiągają aplikację FTYP na hoście docelowym. Internet Protocol (IP) Najważniejszym protokołem w rodzinie TCP/IP jest nazywany Internet Protocol (IP). Protokół IP definuje strukturę pakietów danych,które są nazywane datagramami. IP jest również odpowiedzialne za adresy logiczne, zwane adresami IP oraz za przenoszenie między warstwą fizyczną a transportu. Protokół IP zapewnia dostawę usług datagramów między różnymi sieciami fizycznymi gdzie jest używane TCP/IP. Routery w sieciach TCP/IP używają protokołu do dostarczania datagramów do właściwego miejsca przeznaczenia.

5 Funkcje IP Podstawowe funkcje protokołu IP to adresowanie, routing i fragmentacja. Protokół IP obsługuje routing za pomocą unikalnego 32 bitowego długiego adresu IP. Każdy komputer podłączony do sieci posiada unikalny adres IP. Fragmentacja jest potrzebna, gdy dwie sieci mają się komunikować ze sobą, ale korzystają z pakietów o różnych rozmiarach. Protokół IP musi potem podzielić pakiety na mniejsze datagramy. Protokół IP jest protokołem bezpołączeniowym, co oznacza,że nie oferuje potwierdzenia, sprawdzania błędów i retransmisję, Oznacza to,że jeśli nie jest to obsługiwane przez protokoły w warstwie fizycznej, wtedy musi być to obsługiwane przez warstwę transportu. Routing W sieci z komutacją pakietów, routing jest "usługą", która wybiera drogę do wysłania pakietów i router odnosi się do każego urządzenia dokonując takiego wyboru. Jak to zrobić? Każdy podłączony host ma unikalny adres IP, i należy do sieci fizycznej. Każda sieć jest również identyfikowana przez unikalną liczbę IP. Router łączy dwie lub więcej sieci fizycznych ze sobą. Każdy interfejs na routerze ma unikalny adres IP, który należy do sieci fizycznej. Jeśli host w sieci LAN chce wysłać pakiety do innego hosta w tej samej sieci fizycznej, router sprawdza adres IP i widzi,że host docelowy jest w tej samej sieci. Nie ma potrzeby aby router cokolwiek robił. Ale jeśli host docelowy znajduje sięw innej sieci fizycznej, wtedy router wyznacza trasę pakietów do sieci fizycznej lub innego routera. Fragmentacja Na rysunku widać router, któy jest podłączony do sieci Token Ring

6 i Ethernet. Maksymalna długość palietów Token Ring to zwykle 4000 bajtów,ale Ethernet tylko 1500 bajtów. W tym przypadku konieczne jest dla routera aby podzielił pakiety na mniejsze kawałki. Jak widać na rysunku jest pakiet FTP wysłany z hosta w Token Ring do hosta w sieci Ethernet. Ten pakiet jest podzielony na dwa pakiety przez router.są pone ponownie łączone przez host docelowy. Jak widać, podział nie jest wykonywany przez host źródłowy. Jest to zwykle wykonywane przez router. Ponowne łączenie odbywa się na hoście docelowym Nagłówek IP Nagłówek jest dodatkową informacją, która musi być zawarta w ramce lub datagramie, aby protokół działał we właściwy sposób. Protkół IP ma różne funkcje. Najważniejszą jest dodawanie logicnzego adresu IP zarówno do hosta źródłowego i hosta przeznaczenia. Jest to konieczne dla routiong. Inne rzeczy zawarte w nagłówku IP to: 1.Numer wersji protokołu IP. Obecnie stosowaną wersją jest,ale kolejną generacją IP jest wersja 6 2.Istnieją także dwa pola z informacjami o długości IP Headre, IHL, co oznacza Internetwork Header Length, określa jak długi jest nagłówek, a także gdzie zaczynają się dane. 3.Total Length określa liczbę bajtów zarówno nagłówka i danych 4.Type Of Service, TOS, jest polem, które nie jest używane powszechnie w nagłówku IP 5.Informacje fragmentacji zawsze zaczynają się od zera, po której następują dwie flagi DF, co oznacza Don't Fragment i również MF, co oznacza More Fragments. Jeśli są fragmenty flaga DF będzie wyzerowana, a MF będzie jedynką. Fragment Offset określa informacje jakich potrzebuje host przeznaczenia aby móc złożyć fragmenty w odpowiedniej kolejności. Działa to tak. Host przeznaczenia ma bufor dla różnych fragmentów. Fragment Offset określa gdzie w buforze zaczyna się bieżący fragment. Z pomocą Total Length i IHL, jest to długość nagłówka, host przeznaczenia może wyliczyć długość fragmentu danych.w ten sposób host przeznaczenia poskłada te fragmenty.a co z polem Identyfication? Celem tego pola jest pokazanie jakie fragmenty należą do siebie. Fragmenty które należą do siebie mają taki sam numer identyfikacyjny 6.Pole Time to Live, TTL, jest liczbą która mówi przez ile routerów datagram jest przepuszczany zanim jest odrzucany. Jest to konieczne aby zabezpieczyć datagramy przed zapętleniem na zawsze w sieci. Maksymalna liczba jaka może być ustawiona to 255. Każdy router, który przepuszcza datagram zmniejsza tą liczbę o 1. 7.Pole Protocol określa protokół na powyższej warstwie, którym może być TCP lub UDP. 8.Header Checksum jest używane aby upewnić się,że zawartość nagłówka IP nie jest uszkodzony. 9.W nagłówku są zawarte dwa pola na adresy IP.Jeden dla hosta źródłowego a drugi dla hosta docelowego. 10.Pole opcji nie jest powszechnie używane. Opcje są czasem używane do opisania sposobu przechodzenia przez sieć.

7 Funkcje TCP TCP oznacza Transmission Control Protocol, jest jednym z dwóch protokołów transportu w rodzinie TCP/IP. Drugim jest UDP. TCP ma dwie główne funkcje. Pierwsza to transfer danych w wiarygodny sposób między dwoma hostami. Druga funkcja to dostarczanie danych do poprawnych sesji lub apliakcji umieszczonych na powyższej warstwie TCP. 1. TCP buduje niezawodne usługi w Internet Protocol.Jest to robione z pomocą trójdrożnego uzgadniania. Źródło wysyła sygnał synchronizacji. Przeznaczenie wysyła potwierdzenie dla tego sygnału i własny sygnał synchronizacji. Źródło potwierdza ten sygnał. Połączenie jest teraz ustanowione a dane mogą być transferowane w niezawodny sposób. Ponieważ TCP działa w ten sposób można powiedzieć,że połączenie jest zorientowane protokołowo. 2. Aby uzyskać unikalne połączenie międzyu dwoma komputerami, używamy numeru portu i adresu IP. Jeśli występują różne sesje pochodzące z tego samego hosta, wtedy różne numery portów są wykorzystywane w celu oddzielenia tych sesji TCP - Połączenia Połączenie TCP składa się z trójdrożnego uzgadniania zanim dane zostaną przetransferowane między dwoma hostami. Pierwsza flaga synchronizacji, zwana SYN, wysyłana jest z hosta źródłowego do hosta docelowego. ACK, co oznacza Potwierdzenie, i nowa flaga SYN jest zwracana z powrotem. Ponadto musi być potwierdzone przez źródło przez ACK. Teraz połączenie jest ustanowione i dane mogą być przekazywane. Wszystkie dane które są transferowane są wysyłane razem z kolejną liczbą. Liczba ta jest używana do składania danych w odpowiedniej kolejności, ale posiada również funkcję kontrolną, która pokazuje jak wiele bajtów danych zostało przesłanych. Dane które zostały przetransferowane musza być potwierdzone prze host docelowy sygnałem ACK. TCP - Numerowanie Sygnał synchronizacji wysłany przez host źródłowy zawiera flagę synchronizacji SYN, ale zawiera również kloejny numer, który daje hostowi docelowemu punkt odniesienia dla przychodzących danych. Host docelowy Host docelowy wysyła sygnał zwrotny, który zawiera cztery różne pozycje.pierwszą jest flaga ACK a drugą flaga SYN. Trzecią pozycją jest kolejna liczba, która daje hostowi źródłowemu punkt odniesienia dla przychodzących danych z hosta przeznaczenia. Czwartą pozycją jest numer potwierdzenia, którą jest kolejna liczba, jaką host źródłowy powinien użyć następnym razem. Powodem jest to aby upewnić się,że komunikacja jest właściwa i wiarygodna. Host źródłowy odsyła sygnał potwierdzenia, który zawiera trzy różne pozycje. Pierwszą jest flaga ACK a drugą oryginalny numer porządkowy, zwiększający się o 1. Trzecią pozycją

8 jest numer potwierdzenia, która jest kolejną liczbą jakiej host przeznaczenia powinien użyć następnym razem. Teraz host źródłowy wysyła dane razem z numerem porządkowym. Liczba ta jest poprzednią liczbą porządkową zwiększoną o liczbę przetransferowanych bajtów. Host docelowy potwierdza to przez wysłanie sygnału któy zawiera trzy różne pozycje. Pierwszą jest flaga ACK, kolejną liczba porządkowa i w końcu numer potwierdzenia. TCP Potwierdzenie (ACK) Host, który wysyła informacje do innego hosta zawsze zapisuje kopię danych które są przesyłane. Kiedy potwierdzenie zostało odebrane kopia danych jest czyszczona,ale jeśli coś poszło nie tak, kopia danych jest wysyłana ponownie. TCP Window Rozmiar okna jest używany do kontroli przepływu. Określa on jak wiele dodatkowych bajtów danych host docelowy jest w stanie przyjąć. Funkcja ta jest używana kiedy aplikacja w wyższej warstwie nie obsłuży wszystkich odebranych danych. TCP Zastosowanie portów Numery portów są używane dla oddzielenie różnych sesji od siebie. Są dwa typy portów, porty serwera i porty klienta. Port serwera jet numerowany od 1 do Port klienta jest losowymm numerem między 1024 a Dla usług,które są szeroko stosowane, takich jak telnet i ftp, liczby te są przydzielane centralnie. Jest to uregulowane w standardowym dokumencie RFC. Jest to RFC 1700, zatytułowany Przypisywanie Liczb. RFC opisuje,oprócz innych rzeczy, numery portów przypisanych do dobrze znanych usług.serwer może obsługiwać kilka sesji w tym samym czasie. Numery portów klienta i serwera wraz z adresami IP klienta i serwera, identyfikują unikalne sesje między hostem źródłowym a hostem przeznaczenia. Funkcje UDP TCP nie jest jedynym protokołem transportowym w rodzinie TCP/IP. Właściwie są dwa. Drugim jest UDP, User Datagram Protocol. UDP nie jest w stanie obsłużyć uzgadniania. Oznacza to,że UDP jest protokołem bezpołączeniowym. Niezawodność musi być dołączona przez aplikacje a nie protokół transportowy. Podobnie jak TCP, UDP pozwala aplikacjom na kontakt usługi na pewnym porcie na odległym komputerze, ale nie ustanawia połączenia.jest to doskonałe do nadawania ruchu, gdzie ruch jest adresowany do wszystkich hostów w sieci. UDP Zastosowanie portów Zastosowanie portów e UDP działa w ten sam sposób jak w TCP.

9 Numery portów klienta i serwera razem z adresami IP klienta i serwera identyfikują unikalną sesję między hostem źródłowy i przeznaczenia. Numer portu jest używany dla wysyłania danych do właściwej aplikacji. Jest wiele typów apliakcji, które używają UDP.Niektóre przykłady to NFS (Network Filesystem), SNMP (Simple Network Management Protocol) i DNS (Domain Name Service)