Architektura TCP/IP
Piotr Steć
[e-mail]
26 paz
dziernika 2002 roku
1
Spis treści
1 Model ISO OSI 3
2 Cechy Protokołu TCP/IP 5
3 Struktura TCP/IP 6
4 Protokoły TCP/IP 7
5 TCP 9
6 UDP 14
7 IP 15
8 ICMP 18
9 ARP 19
10 IGMP 20
2
Notes:
1. Model ISO OSI
Łączy aplikację Model OSI
użytkownika z siecią.
Związana z sieciowym API
Zapewnia konwersję
systemu.
Aplikacji
pomiędzy formatami danych
używanymi w różnych
Prezentacji
systemach.
Zarządzanie
Sesji
połączeniem pomiędzy
dwoma maszynami w sieci.
Zapewnia dostarczenie
Transportowa
pakietów transmitowanych
przez warstwę sieci.
Sieci
Adresowanie i
odnajdywanie drogi.
Łącza Danych
Odpowiada za
tworzenie i interpretację
Fizyczna
Zapewnia połączenia
elektryczne i mechaniczne.
3
Notes:
Przepływ danych w modelu OSI
Aplikacji
Dane aplikacji
Prezentacji
NP Pakiet Aplikacji
Sesji
NSe Pakiet Prezentacji
Transportowa
NT Pakiet Sesji
Sieci
NSi Pakiet Transportowej
Łącza Danych
NŁ Pakiet Sieci Błąd
Fizyczna
Pakiet Łącza Danych
NP  nagłówek warstwy prezentacji
NSe  nagłówek warstwy sesji.
NT  nagłówek warstwy transportowej.
NSi  nagłówek warstwy sieci.
NA
 nagłówek warstwy łącza danych.
4
Notes:
2. Cechy Protokołu TCP/IP
TCP/IP jest protokołem standaryzowanym.
Pozwala na połączenia pomiędzy różnymi systemami
operacyjnymi.
Posiada skalowalną architekturę typu klient serwer.
Zapewnia dostęp do Internetu.
5
Notes:
3. Struktura TCP/IP
Protokoły specyficzne
dla aplikacji: SNMP, FTP,
SMTP, HTTP, ...
Aplikacji
Prezentacji Aplikacji
Jak w OSI. Protokoły TCP i
UDP.
Sesji
Transportowa Transportowa
Dostarczanie pakietów
poprzez IP (Internet
Sieci Internetu
Protocol).Inne protokoły tej
warstwy to: ICMP, IGMP,
Łącza Danych
Interfejsu
ARP
Sieciowego
Fizyczna
BezpoS
rednia komunikacja
Model OSI Model TCP/IP
z siecią.
6
Notes:
4. Protokoły TCP/IP
Transmission Control Protocol (TCP)
User Datagram Protocol (UDP)
Internet Protocol (IP)
Internet Control Message Protocol (ICMP)
Adres Resolution Protocol (ARP)
Internet Group Management Protocol (IGMP)
7
Warstwa
Aplikacji
Gniazda (Sockets) Notes:
Warstwa
Transportowa
TCP UDP
IP
Warstwa
Internetu
IGMP ICMP ARP
Warstwa
Interfejsu
Sieciowego
Rozmieszczenie protokołów w warstwach modelu TCP/IP.
Porty i gniazda
Adres IP + Port = Selektor
131.107.2.200 137 131.107.2.200(137)
8
Notes:
5. Transmission Control Protocol (TCP)
Komunikacja zorientowana na połączenia
Wybierz numer
i słuchaj
Odpowiedz, potwierdx

i słuchaj
Potwierdx

Transmisja danych
9
Notes:
Ruchome Okna
Okno Nadawcze Bufor Danych
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
...
Okno Odbiorcze
Typowe okno ma rozmiar pozwalający pomieścić 8 stan-
dardowych ramek ethernet u.
Urządzenie nadawcze może wysłać całe okno nie czekając
na potwierdzenie każdej ramki.
Ramki należące do jednego okna mogą być odebrane w
innej kolejności niż zostały nadane; urządzenie odbiorcze
musi je ustawić we właściwej kolejności.
Transmisja danych zostaje wstrzymana, jeśli nadawca
nie otrzyma potwierdzenia odbioru.
10
Notes:
Potwierdzenia
Okno Nadawcze (1-8) Bufor Danych Okno Odbiorcze
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4
...
[
ACK
ACK
Przesunięte Okno Odbiorcze
WyS
lij (5-12)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8
...
[ [
ACK
ACK
WyS
lij (9-16)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
...
[
[
ACK
ACK
ACK  Potwierdzenie odebrania pakietu.
Okno odbiorcze wysyła potwierdzenie co dwa pakiety odebra-
ne we właściwej kolejności.
11
[
[
[
[
[
Notes:
Limity Czasowe
Czas retransmisji.
Dla każdego wysłanego pakietu ustawiany jest czas re-
transmisji, którego wartość wynosi zwykle 1s.
Okno Nadawcze
1 2 3 4 5 6 7 8
Jeśli w tym czasie nie nadejdzie potwierdzenie odebrania
pakietu, pakiet jest retransmitowany, a wartość zegara
podwajana.
Jeśli po pięciu próbach nie uda się wysłać pakietu, po-
łączenie jest zrywane.
12
Notes:
Opóz
nione potwierdzenia.
Zegar opóz
nionego potwierdzenia jest ustawiany dla pa-
kietów, które dotarły poza kolejnością.
Okno Odbiorcze
1 3 4 5
Wysłanie potwierdzenia dla pary 1-2 jest niemożliwe, ze-
gar jest ustawiany dla pakietu 1.
Czas opóz
nionego potwierdzenia jest zawsze ustawiony
1
na 200ms lub czasu retransmisji.
5
Jeśli pakiet 2 nie nadejdzie przed upływem limitu czaso-
wego, wysyłane jest potwierdzenie tylko dla pakietu 1.
Okno odbiorcze przesuwa się o jeden pakiet w prawo
i czeka na brakujący pakiet. Żadne potwierdzenia dla
pakietów które nadeszły po brakującym pakiecie (3 8)
nie są wysyłane.
13
Notes:
6. User Datagram Protocol (UDP)
Nie wymaga nawiązania sesji pomiędzy dwoma maszy-
nami.
Nie gwarantuje dostarczenia pakietów, ani zachowania
kolejności pakietów.
Posiada bardzo mały nagłówek w stosunku do TCP.
W małym stopniu obciąża komunikujące się maszyny i
sieć.
Nadaje się do nadawania w sieć ogłoszeń o charakterze
ogólnym i do transmisji danych w czasie rzeczywistym.
14
Notes:
7. Internet Protocol (IP)
Najważniejszy protokół w całej strukturze TCP/IP.
Cały ruch z warstwy transportu przechodzi przez IP.
Protokół IP jest odpowiedzialny za obsługę i adresowanie
pakietów oraz wyszukiwanie dla nich trasy przez sieć.
Jest to protokół bezpołączeniowy, nie gwarantujący do-
starczenia pakietów (wiarygodność muszą zapewniać
protokoły wyższych warstw).
15
Notes:
Adresowanie
Klasa Początek Koniec
A 1.0.0.0 127.0.0.0
B 128.0.0.0 191.255.0.0
C 192.0.0.0 223.255.255.0
Inne 224.0.0.0 254.0.0.0
A A A A Zniszcz
Zniszcz
Zniszcz
T T T T
131.107.2.20 I 131.107.2.21 I 131.107.2.22 I 131.107.2.23 I
0820CC1 F 0820CC2 F 0820CC3 F 0820CC4 F
Adres Docelowy Adres ródłowy Typ Opcje Adres Doc.
Adres r.
Dane
IP 131.107.2.23 131.107.2.23
FFFFFFFF 0820CC4 IP
Rozgłaszanie (Broadcast)
Jeśli w sieci pojawi się pakiet o adresie docelowym kończącym
się liczbą 255, wszystkie maszyny muszą go potraktować, jak
by był adresowany do nich.
16
Notes:
Fragmentacja i Składanie
Jeśli pakiet jest zbyt duży, aby go przesłać siecią do której pod-
łączona jest maszyna, pakiet jest dzielony na mniejsze pakiety
po stronie nadawcy i ponownie składany po stronie odbiorcy.
A A A A Zniszcz
Zniszcz
Zniszcz
T T T T
131.107.2.20 I 131.107.2.21 I 131.107.2.22 I 131.107.2.23 I
0820CC1 F 0820CC2 F 0820CC3 F 0820CC4 F
Adres Docelowy Adres ródłowy Typ Opcje Adres Doc.
Adres r.
Dane
IP 131.107.2.23 131.107.2.23
FFFFFFFF 0820CC4 IP
Typowym przykładem zastosowania tej techniki jest połącze-
nie sieci ethernet i token-ring. W sieci token-ring ramki mogą
być znacznie większe niż w sieci ethernet.
17
Notes:
8. Internet Control Message Protocol
(ICMP)
Protokół ICMP jest odpowiedzialny za raportowanie błędów
dotyczących dostarczania datagramów IP. Może również prze-
syłać komunikaty kontrolujące transfer danych pomiędzy dwie-
ma maszynami bez udziału użytkownika. Wiadomości ICMP
można podzielić na dwie kategorie:
Raporty błędów:
System docelowy nieosiągalny (Destination unre-
achable)
Przekierowanie (Redirect)
Tłumienie nadawcy (Source quench)
Przekroczony czas (Time exceeded)
Wiadomości ogólne:
Żądanie echa (Echo request)
Odpowiedz
na echo (Echo reply)
18
Notes:
9. Adres Resolution Protocol (ARP)
ARP jest odpowiedzialny za mapowanie adresów IP na
fizyczne adresy adapterów sieciowych.
Jeśli adresu IP nie ma w tablicy, protokół poszukuje dla
niego adresu fizycznego używając broadcast ów.
Jeśli szukanego adresu IP nie ma w fizycznym segmencie
sieci, ARP zwraca fizyczny adres routera.
Net to Media Table: IPv4
Device IP Address Mask Flags Phys Addr
------ -------------------- --------------- ----- ---------------
hme0 e10.issi.uz.zgora.pl 255.255.255.255 00:01:02:23:9b:b4
hme0 e08.issi.uz.zgora.pl 255.255.255.255 00:01:02:23:9c:20
hme0 f09.issi.uz.zgora.pl 255.255.255.255 00:07:95:0a:18:a4
hme0 e04.issi.uz.zgora.pl 255.255.255.255 00:50:da:3c:82:73
hme0 e05.issi.uz.zgora.pl 255.255.255.255 00:50:04:0b:3c:1a
hme0 d5.issi.uz.zgora.pl 255.255.255.255 00:02:b3:0a:d5:a2
hme0 g3.issi.uz.zgora.pl 255.255.255.255 00:04:76:8e:86:d0
19
Notes:
10. Internet Group Management
Protocol (IGMP)
IGMP jest protokołem pozwalającym na dodawaniem
adresów IP do grup adresowych i ich z tych grup usuwa-
niem.
Maszyny podłączone do sieci mogą należeć do wielu
grup.
Grupy używają specjalnego zakresu numerów IP  nu-
merów multicast (klasa D).
20