1

Protokół TCP IP

Sieci komputerowe

Marek Pudełko

2

TCP

• TCP (ang. Transmission Control

Protocol) - strumieniowy protokół
komunikacji między dwoma
komputerami.

• Został stworzony przez Vintona Cerfa i

Roberta Kahna.

• Jest on częścią większej całości

określanej jako stos TCP/IP. W modelu
OSI TCP odpowiada warstwie
Transportowej.

3

Historia TCP/IP cz. 1

• Początki protokołów TCP / IP sięgają lat siedemdziesiątych, kiedy to

PENTAGON (amerykańskie ministerstwo obrony) potrzebowało sieci

komputerowej zdolnej do przetrwania wojny atomowej, potrafiącej

automatycznie rozpoznać uszkodzone łącza i wybrać zastępczą drogę

dla przesyłanych danych. Zniszczenie pojedynczych węzłów sieci nie

mogłoby doprowadzić do unieruchomienia całego systemu.

• W wyniku prac nad tym projektem powstała sieć ARPANET (nazwa

amerykańskiej agencji - Advanced Research Projects Agency -

Instytut Rozwoju Zaawansowanych Technologii ), którą można

uznać za kamień węgielny późniejszego Internetu.

• Sieć ARPANET pozostała pod patronatem tej organizacji, która

skupiła się na badaniach nad technologią komutacji pakietów i

rozwojem mechanizmów transportowych wykorzystujących między

innymi fale radiowe i satelity telekomunikacyjne.

• Wtedy to protokół komunikacyjny sieci został ochrzczony nazwą

"1812 PROTOCOL" pochodzący od numeru dokumentu opisującego

cały system.

• W roku 1975 kontrolę nad siecią ARPANET przejęła Agencja

Komunikacyjna Departamentu Obrony USA nazywana w skrócie DCA

(Defense Communication Agency). W tym czasie opracowano

nowy, udoskonalony zestaw protokołów sieciowych. Zestaw ten stał

się trzonem protokołu TCP/IP, który w 1978 roku był już na tyle

kompletny, że mógł być zaprezentowany Światu.

4

Historia TCP/IP cz. 2

• Powstanie TCP/IP było przełomem umożliwiającym budowę dużej liczby

nowych sieci połączonych z ARPANET-em.

• Rok 1982 - Departament Obrony utworzył sieć DDN, zaprojektowaną

jako coś w rodzaju obszaru centralnego dla rozproszonych sieci

tworzących Internet.

• W rok później (1983) Departament Obrony wydał oświadczenie

akceptujące TCP/IP w roli protokołu sieciowego, który ma być

stosowany przez wszystkie węzły łączące się z Internetem. Było to

początkiem lawinowego rozwoju sieci TCP/IP, ponieważ powstał

standard pozwalający na komunikację pomiędzy komputerami różnych

typów.

• Powstanie w latach osiemdziesiątych wielu tysięcy sieci lokalnych

(LAN) również przyczyniło się do wzrostu znaczenia TCP/IP. Sieć lokalną

można bardzo łatwo zbudować, a w miarę rosnących wymagań dowolnie

rozbudowywać. Wielkie znaczenie dla ekspansji TCP/IP miało masowe

wprowadzenie technologii sieciowej w sektorze biznesu i finansów.

• TCP/IP wydaje się "naturalnym" środkiem umożliwiającym

przekazywanie danych pomiędzy firmami używającymi różnorodnego

sprzętu produkowanego przez setki lub tysiące różnych firm.

• Do końca lat osiemdziesiątych TCP/IP uzyskało status siły napędowej

rozwoju sieci na całym świecie, wielkość sieci zwiększała się bardzo

szybko, liczba węzłów po niecałych trzydziestu latach urosła z

początkowych czterech do ponad trzydziestu milionów.

5

TCP

• TCP zapewnia wiarygodne połączenie dla wyższych warstw

komunikacyjnych przy pomocy sum kontrolnych i numerów

sekwencyjnych pakietów, w celu weryfikacji wysyłki i odbioru.

• Brakujące pakiety są obsługiwane przez żądania retransmisji.

Host odbierający pakiety TCP porządkuje je według numerów

sekwencyjnych tak, by przekazać wyższym warstwom modelu

OSI pełen, złożony segment.

• Chociaż protokół definiuje pakiet TCP, to z punktu widzenia

wyższej warstwy oprogramowania, dane płynące połączeniem

TCP należy traktować jako ciąg oktetów.

• W szczególności - jednemu wywołaniu funkcji API (np.

send()), nie musi odpowiadać wysłanie jednego pakietu. Dane

z jednego wywołania mogą zostać podzielone na kilka

pakietów lub odwrotnie - dane z kilku wywołań mogą zostać

połączone i wysłane jako jeden pakiet.

• Również funkcje odbierające dane (recv()) w pratyce

odbierają nie konkretne pakiety, ale zawartość bufora stosu

TCP/IP, wypełnianego sukcesywnie danymi z przychodzących

pakietów.

6

Nagłówek TCP

7

TCP

• Charakterystyczny dla TCP jest moment nawiązania

połączenia, nazywany ang. three-way handshake.

– Host inicjujący połączenie wysyła pakiet zawierający

segment TCP z ustawioną flagą SYN (Synchronize -
synchronizacja).

– Host odbierający połączenie, jeśli zechce je obsłużyć odsyła

pakiet z ustawionymi flagami SYN i ACK (Acknowledge -
potwierdzenie).

• Inicjujący host powinien teraz wysłać pierwszą porcję danych,

ustawiając już tylko flagę ACK (gasząc SYN).

• Jeśli host odbierający połączenie nie chce lub nie może

odebrać połączenia, powinien odpowiedzieć pakietem z
ustawioną flagą RST (Reset).

– Prawidłowe zakończenie połączenia polega na wysłaniu

flagi FIN.

8

IP

• IP (ang. Internet Protocol) to protokół komunikacyjny

warstwy sieciowej modelu OSI (warstwy internet w

modelu TCP/IP). Używany powszechnie w Internecie i

sieciach lokalnych.

• Dane w sieciach IP są wysyłane w formie bloków

określanych mianem pakietów. W przypadku protokołu

IP, przed rozpoczęciem transmisji, nie jest zestawiana

wirtualna sesja komunikacyjna pomiędzy dwoma

hostami, które nie komunikowały się ze sobą wcześniej.

• Protokół IP jest protokołem zawodnym - nie

gwarantuje, że pakiety dotrą do adresata, nie zostaną

sfragmentowane, czy też zdublowane, a ponadto mogą

dotrzeć do odbiorcy w innej kolejności niż zostały

nadane. Niezawodność transmisji danych jest

zapewniana przez protokoły warstw wyższych,

znajdujących się w hierarchii powyżej warstwy

sieciowej. 1982-standartem TCP/IP

9

Nagłówek protokołu IP

10

Struktura pakietu IP:

1 bajt 2 bajt 3 bajt
4 bajt

nr wersji długość typ obsługi długość całkowita
pakietu

protokołu nagłówka

identyfikator flagi przesunięcie
N

(3 bity) (13 bitów)
A

czas życia protokół suma kontrolna
nagłówka G

nadrzędny
Ł

adres źródłowy IP
Ó

W

adres docelowy IP
E

K

opcje
niewykorzystane

D A N E

O

P

C

J

A

11

TCP/IP

• Protokół TCP/IP (ang. Transmission Control

Protocol/Internet Protocol) jest bezspornie
wszechobecnym i najbardziej udanym z pośród
dotychczas zaprojektowanych protokołów
komunikacyjnych.

• TCP/IP to protokół kontroli transmisji i protokół

internetowy, to pakiet standardowych protokołów
umożliwiających łączenie komputerów za
pośrednictwem sieci.

• TCP/IP jest protokołem komunikacji otwartej.

Otwartość oznacza możliwości komunikacji miedzy
dowolna kombinacją urządzeń, bez względu na ich
fizyczna różnorodność.

• TCP/IP zwane jest także stosem protokołów ze

względu na strukturę warstwową.

12

Warstwy TCP IP

•

Model odniesienia TCP/IP, inaczej niż OSI, bardziej skupia się na

dostarczaniu wzajemnych połączeń niż sztywnym dopasowaniu do

warstw funkcji, jest znacznie bardziej elastyczny od modelu OSI.

•

Podstawowa różnica miedzy modelem OSI a poniższym polega na

braku stałej gwarancji dostarczania pakietów przez warstwę

transportową. Zestaw TCP/IP oferuje prostszy protokół

datagramów użytkownika (UDP, User Datagram Protocol), w

którym wszystkie warstwy stosu TCP/IP wykonuja określone

obowiązki lub uruchamiają aplikacje. Protokoły TCP i IP łącznie

zarządzają przepływem danych przez siec w obu kierunkach.

•

Tymi warstwami dla modelu TCP/IP są:

1. Warstwa łącza - zawiera protokoły ARP i RARP, obsługujące

transmisję pakietów

2. Warstwa sieciowa – zawiera protokoły ICMP, IP, IGMP, RIP, OSPF i

EGP. Są to raczej protokoły niskiego poziomu i ezoteryczne, nie

wymagające zbytniej troski.

3. Warstwa transportowa – zawiera protokoły UDP i TCP. Pierwszy

dostarcza pakiety prawie bez sprawdzania, drugi natomiast

gwarantuje bezstratne ich dostarczenie.

4. Warstwa aplikacji - zawiera protokoły SMTP, FTP, NFS, NIS, LPD,

Telnet.

13

Właściwości TCP IP

•

Protokół TCP/IP umożliwia prace w sieciach niejednorodnych,
tworzenie sieci miedzyplatformowe. Protokół ten ma
następujące cechy charakterystyczne:

1. Dobrą odtwarzalność po awarii
2. Możliwość dodawania nowych sieci bez przerywania istniejącej

obsługi

3. Wysoki współczynnik obsługi błędów
4. Niezależność od platformy
5. Mały stopień obciążenia danych własnymi strukturami
6. Duża wydajność

•

Protokóły TCP i IP łącznie zarządzają przepływem danych przez
siec w obu kierunkach. IP przesyła pakiety bez ich rozróżniania,
natomiast zadaniem TCP jest gwarancja ich dotarcia. Protokół
TCP odpowiada za działania następujące :

1. Uzgadnianie tożsamości (handshake)
2. Zarządzanie pakietami
3. Sterowanie przepływem
4. Wykrywanie i obsługa błędów

14

Klasy adresów IP