SIECI KOMPUTEROWE

STOS PROTOKOŁÓW TCP/IP. ADRESACJA IP

Stos protokołów TCP/IP

(ang. Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

W latach 1973-78 Agencja DARPA i Stanford University opracowały dwa wzajemnie

uzupełniające się protokoły: połączeniowy TCP i bezpołączeniowy IP. Protokoły te służą do łączenia

oddzielnych fizycznie sieci w jedną sieć logiczną. Wykorzystywane są w systemach UNIXowych,

sieciach lokalnych i rozległych.

Najistotniejsze zalety protokołów TCP/IP:

otwartość i niezależność od specyfikacji sprzętowo-programowej systemów

komputerowych,

możliwość integracji wielu różnych rodzajów sieci komputerowych,

wspólny schemat adresacji pozwalający na jednoznaczne zaadresowanie każdego

użytkownika,

istnienie standardowych protokołów warstw wyższych .

Współcześnie protokoły TCP/IP to zestaw wielu protokołów przeznaczonych m.in. do:

transferu danych: IP, TCP, UDP (User Datagram Protocol),

kontroli poprawności połączeń: ICMP (Internet Control Message Protocol),

zarządzania siecią: SNMP (Simple Network Management Protocol),

zdalnego włączania się do sieci: TELNET,

usług aplikacyjnych, np. przesyłanie plików: FTP (File Transfer Protocol),

Architektura protokołów TCP/IP jest czterowarstwowa (w odróżnieniu od siedmiowarstwowej

architektury ISO/OSI). Wyróżniamy w niej następujące warstwy:

1. aplikacji,

2. transportową,

3. Internet,

4. dostępu do sieci

1

SIECI KOMPUTEROWE

STOS PROTOKOŁÓW TCP/IP. ADRESACJA IP

Jak w każdym modelu warstwowym, dane generowane przez programy aplikacyjne są

przekazywane w dół stosu, kiedy mają być wysłane przez sieć i w górę stosu przy odbiorze. Każda

warstwa stosu dodaje do danych przekazywanych z warstwy wyższej informacje sterujące w postaci

nagłówków. Nagłówek dodany w warstwie wyższej jest traktowany jako dane w warstwie niższej.

Nazewnictwo struktur danych w zależności od wykorzystywanego protokołu transportowego

przedstawia poniższy schemat

TCP UDP

warstwa aplikacji

strumień (ang. stream) wiadomość (ang. message)

warstwa transportowa

segment pakiet

warstwa Internet

datagram datagram

warstwa dostępu do sieci

ramka (ang. frame)

ramka (ang. frame)

FUNKCJE POSZCZEGÓLNYCH WARSTW:

warstwa dostępu do sieci

- najniższa w hierarchii architektury protokołów TCP/IP. Jej funkcje odpowiadają w przybliżeniu

funkcjom trzech najniższych warstw modelu ISO/OSI.

Do komunikacji w sieciach rozległych lub przez łącza szeregowe wykorzystuje m.in. takie protokoły

jak: X.25 (w sieciach pakietowych), PPP (Point-to-Point Protocol) lub SLIP (Serial Line IP).

warstwa Internet

- podstawowym protokołem tej warstwy jest IP, który jest odpowiedzialny za przesyłanie pakietów

zwanych datagramami między użytkownikami sieci. Jest to protokół bezpołączeniowy, tzn., że

datagramy są przesyłane przez sieć bez kontroli poprawności ich dostarczenia. W efekcie datagram

może zostać zgubiony w sieci, przekłamany lub zniekształcony. Protokół IP jest przeznaczony do sieci o

bardzo dobrej jakości i niezawodności łączy transmisyjnych.

Drugim protokołem tej warstwy jest ICMP ściśle związany z IP. Służy on do przesyłania komunikatów

o nieprawidłowościach w pracy sieci. Protokół pozwala na przesyłanie wiadomości sterujących między

węzłami sieci. Wiadomości te dotyczą sterowania przepływem, testowania połączeń, wskazania

alternatywnych połączeń i wykrywania niedostępnych użytkowników.

2

SIECI KOMPUTEROWE

STOS PROTOKOŁÓW TCP/IP. ADRESACJA IP

warstwa transportowa

- zapewnia bezpośrednie połączenie między końcowymi użytkownikami (systemami) wymieniającymi

informacje. Najważniejsze protokoły tej warstwy to TCP oraz UDP.

Protokół TCP jest protokołem połączeniowym umożliwiającym wykrywanie błędów na obu końcach

połączenia. Ma on możliwość ustanowienia i utrzymania połączenia wirtualnego między dwoma

użytkownikami w celu przesyłania danych, sterowania przepływem, przesyłania potwierdzeń oraz

kontroli i korekcji błędów.

Protokół UDP jest protokołem bezpołączeniowym, nie posiada mechanizmów sprawdzania

poprawności dostarczenia danych do miejsca przeznaczenia.

Segmenty TCP jak i pakiety UDP w celu ich dalszego przesłania są umieszczane wewnątrz datagramu

IP.

warstwa aplikacji

- protokoły tej warstwy dostarczają użytkownikom różnych usług wykorzystując jako protokołów

transportowych TCP lub UDP.

Najbardziej znane protokoły warstwy aplikacji korzystające z TCP to:

TELNET – umożliwia zdalne łączenie z systemem,

FTP - przesyłanie plików przez sieć,

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) dla wymiany poczty elektronicznej, Natomiast do

bardziej znanych protokołów warstwy aplikacji korzystających z protokołu UDP należą:

DNS (Domain Name Service) – odpowiada za zamianę adresów IP na tzw. adresy

domenowe,

RIP (Routing Information Protocol) - wymiana informacji związanych z aktualizacją reguły

doboru tras w węzłach sieci (routing),

NFS (Network File System) - współdzielenie plików przez wiele komputerów dołączonych

do sieci.

ROUTERY, HOSTY, GNIAZDA

Protokoły TCP/IP wyróżniają dwa typy urządzeń sieciowych: routery (lub gatewaye) oraz

hosty (czyli komputery). Routery służą do przesyłania pakietów między sieciami, a na hostach

instalowane jest oprogramowanie aplikacyjne użytkowników.

3

SIECI KOMPUTEROWE

STOS PROTOKOŁÓW TCP/IP. ADRESACJA IP

4

FTP SMTP NFS DNS

TCP

UDP

IP (ICMP)

interfejs A

(np. PPP)

FTP SMTP NFS DNS

TCP

UDP

IP (ICMP)

interfejs A

(np. PPP)

sieć A

sieć B

IP (ICMP)

interfejs A
(np. PPP)

interfejs B

(np. PPP)

Router

lub

Gateway

warstwa
aplikacji

warstwa
transportowa

warstwa
Internet

warstwa dostępu
do sieci

host A

host B

Każda aplikacja korzystająca z protokołów TCP/IP jest identyfikowana za pomocą numeru

portu. (W systemach UNIX numery portów dla odpowiednich aplikacji zapisane są w pliku

/etc/services). Z kolei protokoły transportowe są określone za pomocą numerów protokołów. (W

UNIXie numery protokołów zapisane są w pliku /etc/protocols). Wykorzystanie numerów portów i

numerów protokołów pozwala łączyć dane generowane przez różne aplikacje z kilkoma protokołami

transportowymi i dalej te protokoły z protokołem IP. Podejście takie daje możliwość tzw. multipleksacji

danych, czyli np. umożliwia równoczesną komunikację wielu aplikacji z TCP.

W Internecie niektóre numery portów są zarezerwowane i wstępnie przypisane do tzw. dobrze

znanych usług (mogą przyjmować numery od 0 do 255). Dobrze znane usługi to np. takie protokoły

sieciowe jak FTP: porty 20 i 21, TELNET: 23, SMTP: 25, POP3: 110.

Protokoły TCP/IP używają również pojęcia gniazdo.

Gniazdo to kombinacja adresu IP i

numeru portu.

W związku z tym gniazdo jednoznacznie określa proces w Internecie, czy zakończenie

logicznego łącza komunikacyjnego między dwiema aplikacjami. Jeśli aplikacje realizowane są na

dwóch różnych komputerach, to para odpowiadających im gniazd definiuje połączenie w protokole

połączeniowym TCP.

PROTOKÓŁ IP

Protokół bezpołączeniowy, co oznacza, że nie sprawdza on poprawności dostarczenia

datagramów do miejsc przeznaczenia. Podstawowe funkcji protokołu IP:

a) określenie struktury datagramu,

b) określenie schematu adresacji,

c) kierowanie ruchem datagramów w sieci,

d) dokonywanie fragmentacji datagramu i odtwarzanie z fragmentów oryginalnego

datagramu.

SIECI KOMPUTEROWE

STOS PROTOKOŁÓW TCP/IP. ADRESACJA IP

Adresy IP v.4

W sieciach wykorzystujących protokoły TCP/IP wykorzystywane są, zdefiniowane

w IP v.4,

4-bajtowe adresy jednoznacznie określające sieć oraz komputer dołączony do tej sieci

. Istnieje 5

podstawowych klas adresów zdefiniowanych przez IP v. 4: A, B, C, D, E. Struktura binarna adresów w

tych klasach przedstawiona jest na rysunku poniżej. Dla rozszerzenia zakresów adresów zdefiniowano

protokół IP v.6, w którym adresy są 16-bajtowe .

A.

0

B

1 0

C

1 1 0

D

1 1 1 0

E

1 1 1 1 0

A:

1

.0.0.0 –

127

.0.0.0

- numer sieci w I-ym bajcie

- 1

sieć- ok. 1,6 mln hostów

B:

128.0.

0.0 –

191.255.

0.0

- numer sieci w 2 pierwszych bajtach

- 16320 sieci o 65024 hostach w każdej

C:

192.0.0.

0 –

223.255.255.

0

- numer sieci w 3 pierwszych bajtach

- ok. 2 mln sieci po 254 hosty

D, E, F:

224.0.0.0 – 254.0.0.0

- adresy eksperymentalne, zarezerwowane do zastosowań specjalnych, nie

określają żadnej sieci;

-

przykład wykorzystania: transmisja grupowa IP (ang. IP multicasting) –

usługa pozwalająca na przesłanie danych do wielu miejsc w Internecie

jednocześnie.

Adresy IP umożliwiają tworzenie sieci logicznych w jednej dużej sieci fizycznej posiadającej

jeden adres IP. Można tego dokonać korzystając z bitów części identyfikującej komputer w adresie IP

oraz 32-bitowej maski podsieci.

5

SIECI KOMPUTEROWE

STOS PROTOKOŁÓW TCP/IP. ADRESACJA IP

PODSIECI – MASKA SIECI

1. Podział jest już widoczny w wyodrębnieniu w adresach IP części sieciowej i

części hosta.

Domyślnie sieć przeznaczenia jest uzyskiwana z części sieciowej adresu IP

⇒

hosty o identycznych numerach sieci IP powinny znajdować się w tej samej sieci

2. Wewnątrz sieci można zastosować podobny schemat wyodrębnić mniejsze sieci

⇒

podział na

podsieci.

Podsieć:

jest rozszerzeniem pojęcia podziału pól bitowych, jak w klasach A, B i C,

część sieciowa jest rozszerzana tak, by zawierała niektóre bity z części hosta,

liczba bitów, interpretowana jako numer podsieci, jest określona przez tzw.

maskę

podsieci

lub

maskę sieci,

-

maska podsieci =

32-bitowa liczba określająca maskę bitową dla części

sieciowej adresu IP,

jeśli bit w masce jest jedynką, to odpowiadający mu bit w adresie IP jest

interpretowany jako bit adresu sieci,

jeżeli bit maski wynosi zero, oznacza, że należy do części adresu określającej

komputer,

odpowiada za dostarczanie datagramów do pewnego zakresu adresów IP,

podsieci są generowane przez administratora,

określają wewnętrzny podział sieci (administracyjny, lokalizacyjny, itp.) – nie są

widoczne z zewnątrz.

Przykład zastosowania podsieci:

Sieć klasy B:

149.76.

0.0

Maska dla tej sieci:

255.255.

0.0

Możliwy podział na 254 podsieci:

149.76.

1

.0

-

149.76.

254

.0

Maska dla podsieci: 255.255.

255

.0

6

SIECI KOMPUTEROWE

STOS PROTOKOŁÓW TCP/IP. ADRESACJA IP

Klasa B:

część sieciowa

część hosta

149

76

12

4

Klasa B z podsiecią:

część sieciowa

podsieć

część hosta

149

76

12

4

W związku z nieustanną redukcją puli adresów IP v.4 wprowadzono IP v.6 oraz

wykorzystuje się tzw. adresy nierutowalne. Zakresy adresów IP zarezerwowanych dla sieci

prywatnych, wewnętrznych:

A:

10.0.0.0 -

10.255.255.255

B:

172.16.0.0

-

172.31.0.0

C:

192.168.0.0 -

192.168.255.0

7