Wykład 1:

“Wprowadzenie”

Mikołaj Leszczuk

2

About Me! :-)



mgr inż. Mikołaj Leszczuk



Katedra Telekomunikacji AGH w
Krakowie



AGH, Kraków, al. Mickiewicza 30,
Pawilon D-5 (ul. Czarnowiejska 78),
pokój 1.23



Telefon AGH: (12) 617-35-99



e-Mail:

[e-mail]

3

Tematyka przedmiotu



Wprowadzenie do sieci telekomunikacyjnych



Warstwa 1 - fizyczna



Warstwa 2 - łącza danych



Warstwa 3 – sieciowa



Warstwa 4 - transportowa



Warstwa 5 - sesji



Warstwa 6 - prezentacji



Warstwa 7 - aplikacji

4

Organizacja zajęć



Czas trwania przedmiotu: 30 godzin

lekcyjnych plus laboratorium



Wykład: 90 minut, zwykle co drugi

tydzień



Laboratorium: 90 minut, zwykle co drugi

tydzień



Wykład na WWW:

http://eit.agh.edu.pl/~

miklesz/wyklad/



Pozostałe kwestie

5

Zasady otrzymywania
zaliczenia.



Co 2-3 tygodnie, na początku wykładu – test w

zakresie ostatnio przerobionego materiału z

wiedzy:



Teoretycznej



Praktycznej



Nieusprawiedliwiona nieobecność na teście =>

ocena niedostateczna z danego testu



Średnia testów => ocena końcowa



Osoby, nie otrzymają oceny pozytywnej, mogą w

test z całego semestru,



Ocena końcowa będzie średnią oceny negatywnej i

oceny z testu poprawkowego

6

Literatura (1/2)



“ISO/OSI Network Model”

[

www.ussg.iu.edu/usail/network/nfs

]



“ISO – International Organization for

Standardization”

[

www.iso.ch

]



“Jak działają sieci komputerowe. Interaktywny

podręcznik sieci komputerowych”

[

www.man.poznan.pl/~pawelw/dyplom

]



“Podstawy protokołu TCP/IP”

[

www.man.rzeszow.pl/docs/ip

]

7

Literatura (2/2)



“Sieci komputerowe TCP/IP zasady, protokoły i
architektura” [WNT Warszawa 1997]



“Wielka encyklopedia sieci komputerowych”
[wyd. Robomatic – Łódź 1995]



“Bezpieczeństwo w Unixie i Internecie”



“Podręcznik użytkownika sieci komputerowej”
[wyd. NASK Warszawa 1995]

8

Warstwowa architektura
logiczna

System A

Proces A

Procesy

użytkowe

Najwyższa

warstwa

(N+1)-warstwa

N-warstwa

(N-1)-warstwa

System B

Proces B

System C

Proces C

Nośnik sygnału

Usługi (N+1)-warstwy

Usługi N-warstwy

Usługi (N-1)-warstwy

9

Warstwowa architektura
sieci komputerowych
(1/4)



Warstwową architekturę sieci

komputerowych

opracowano w celu ułatwienia

projektowania sieci komputerowych oraz

oprogramowania systemów sieciowych.



Wyróżniono w niej pewną liczbę poziomów

hierarchii (

warstw

), usługi i funkcje przypisane

każdemu z nich oraz protokoły komunikacyjne i

jednostki danych używane na poszczególnych

poziomach.



Duże firmy opracowały swoje architektury (modele

zamknięte), wśród których były m.in.

architektura SNA (System Network

Architecture)

firmy IBM i

architektura DNA

(Digital Network Architecture)

firmy DEC.

10

Warstwowa architektura
sieci komputerowych
(2/4)



System otwarty realizuje pewne

funkcje

, które

dzieli się na grupy tworzące hierarchię.



Każda grupa stanowi pewien podsystem.



Jeżeli połączymy ze sobą kilka systemów

otwartych, to podsystemy, w których realizowane

są takie same

funkcje

utworzą

warstwę

.



W każdej

warstwie

może istnieć element

aktywny, tzw.

obiekt

.



Obiekty

znajdujące się w tej samej

warstwie

(mogą być w różnych systemach otwartych)

nazywane są

partnerami

.

11

Warstwowa architektura
sieci komputerowych
(3/4)



Każda

warstwa

świadczy usługi na rzecz

obiektów warstwy

wyższej.



Partnerzy

mogą realizować określone

funkcje

,

np. nawiązanie połączenia.



Zasady współdziałania

partnerów

przy

realizacji określonych funkcji określa

protokół

.



Partnerzy warstwy

N oferują

partnerom

warstwy

N+1 usługi

warstwy

N oraz

warstw

niższych, przy czym w

warstwie

N nie jest

znany sposób realizowania usług w

warstwach

niższych – wiadomo jedynie, że takie usługi są

dostępne.

12

Warstwowa architektura
sieci komputerowych
(4/4)



W ramach pojedynczego systemu usługi

warstwy

N są dostępne w

punktach

udostępniania usług

, przy czym do jednego

punktu

może być dołączony tylko jeden

obiekt

warstwy

N+1 i jeden

warstwy

N, ale jeden

obiekt warstwy

N+1 lub N może być

dołączony do wielu

punktów udostępniania

usług

.



Każdy

obiekt

ma swoją nazwę, a każdy

punkt

udostępniania usług

jest określony przez

adres.

13

Protokoły, obiekty i

punkty udostępniania

usług

(N+1)-obiekt

N-obiekt

(N-1)-obiekt

(N-1)-obiekt

Protokół

(N+1)-warstwy

(N+1)-obiekt

N-obiekt

(N-1)-obiekt

(N-1)-obiekt

Protokół

N-warstwy

Protokół

(N+1)-warstwy

Protokół

(N+1)-warstwy

(N+1)-warstwa

N-warstwa

(N-1)-warstwa

obiekty (nazwa)

punkty udostępniania usług (adres)

14

Operacje elementarne
(1/3)



W celu zapewnienia jednoznaczności
opisu usług i niezależności ich od
implementacji wprowadzono tzw.
operacje elementarne, które dostępne
są na styku warstwy N (usługodawca) a
obiektami warstwy N+1 (usługobiorcy).



Wyróżniono cztery rodzaje takich
operacji.

15

Operacje elementarne
(2/3)

1.

Żądanie

– generowane przez obiekt

warstwy N+1 w celu zainicjowania
określonego działania warstwy N lub
partnera.

2.

Zawiadomienie

– generowane przez

warstwę N w celu:



poinformowania obiektu w warstwie N+1,
że partner podjął pewne działania lub życzy sobie
podjęcia pewnych działań,



poinformowania obiektu w warstwie N+1
o pewnych działaniach usługodawcy.

16

Operacje elementarne
(3/3)

3.

Odpowiedź

– generowana przez obiekt

warstwy N+1 dołączony do punktu
udostępniania usług warstwy N w celu
określenia zakończenia działania
zainicjowanego dostarczeniem zawiadomienia
do tego punktu.

4.

Potwierdzenie

– generowane przez warstwę

N do punktu udostępniania usług tej warstwy
w celu określenia zakończenia działanie
zainicjowanego żądaniem skierowanym do
tego punktu.

17

Model ISO/OSI (1/3)



Model wzorcowy ISO/OSI (angielskie OSI

Reference Model)



OSI = Open Systems Interconnection

– system

otwarty = zgodny z zaleceniami modelu odniesienia

i zdolny do wymiany informacji z innymi systemami

otwartymi



Standard ISO 7498



Powstały pod koniec lat siedemdziesiątych (1978 r.)



Zbiór zasad komunikowania się urządzeń sieciowych



7 niezależnych warstw



Każda zbudowana na bazie warstwy poprzedniej

18

Model ISO/OSI (2/3)



Nie określa fizycznej budowy warstw, a

koncentruje się na sposobach ich współpracy.



Takie podejście do problemu sprawia, że:



Każda warstwa może być implementowana przez

producenta na swój sposób



Urządzenia sieciowe od różnych dostawców będą

poprawnie współpracować



Poszczególne warstwy sieci to niezależne całości



Nie wykonują widocznych zadań w odosobnieniu

od pozostałych warstw, ale programistycznego

punktu widzenia są odrębnymi poziomami.

19

Model ISO/OSI (3/3)



Komunikacja pomiędzy komputerami odbywa

się na poziomie odpowiadających sobie warstw



Dla każdej z nich – własny protokół komunikacyjny



W rzeczywistej sieci komputerowej komunikacja

odbywa wyłącznie się na poziomie warstwy fizycznej



Informacja każdorazowo przekazywana do

sąsiedniej niższej warstwy aż do dotarcia do

warstwy fizycznej



pomiędzy wszystkimi warstwami z wyjątkiem

fizycznej – komunikacja wirtualna, możliwa dzięki

istnieniu połączenia fizycznego



ISO/OSI często upraszczany do 4 warstw (model

TCP/IP)

20

Model ISO/OSI

Warstwa 1 – Fizyczna

Warstwa 2 – Łącza danych

Warstwa 3 – Sieciowa

Warstwa 4 – Transportowa

Warstwa 5 – Sesji

Warstwa 6 – Prezentacji

Warstwa 7 – Aplikacji

21

Warstwy ISO/OSI

aplikacji

prezentacji

sesji

transportowa

sieciowa

łącza danych

fizyczna

aplikacji

prezentacji

sesji

transportowa

sieciowa

łącza danych

fizyczna

sieciowa

łącza danych

fizyczna

stacja 1

stacja 2

węzeł

wiadomości

wiadomości

wiadomości

wiadomości

pakiety

ramki

bity

pakiety

ramki

bity

22

Warstwa 1 – fizyczna
(ISO/OSI physical layer)



Funkcje tej warstwy:



Sprzęgniecie z medium

transmisji danych



Dekodowanie sygnałów



Określanie amplitudy

prądu/napięcia



Określanie parametrów

mechanicznych łączówek

(kształtu, wymiarów i

liczby styków)



Inne kwestie transmisji



Odpowiedzialna za
transmisję strumienia
bitów między węzłami



Definiuje protokoły
opisujące interfejsy
fizyczne, czyli aspekty:



Mechaniczny



Elektryczny



Funkcjonalny



Proceduralny



Przykłady: UTP, STP

23

Warstwa 2 – łącza danych
(ISO/OSI data link layer)



W związku z podatnością

warstwy fizycznej na

zakłócenia i wynikające

stąd błędy oferuje

własne mechanizmy

kontroli błędów w

przesyłanych:



Ramkach



Pakietach



CRC – Cyclic

Redundancy Check



Zapewnia niezawodne
łącze pomiędzy
sąsiednimi węzłami



Nadzoruje przepływ
informacji przez łącze



odpowiedzialna za
odbiór i konwersję
strumienia bitów
pochodzących z
urządzeń transmisyjnych



Przykłady: “Ethernet”,
“WLAN”

24

Warstwa 3 – sieciowa
(ISO/OSI network layer)



Odpowiada, za obsługę

błędów komunikacji



Odpowiedzialna za

funkcje routingu, który

wyznacza optymalną

pod względem liczby

połączeń drogę

przesyłania pakietu

przez sieć (w oparciu o

stałe tablice opisane w

sieci)



Steruje działaniem

podsieci transportowej



Dostarcza środków do
ustanawiania, utrzymania
i rozłączania połączeń
sieciowych miedzy
systemami otwartymi, w
których rezydują
komunikujące się
aplikacje



Przesyła dane pomiędzy
węzłami sieci wraz z
wyznaczaniem trasy
przesyłu



Przykład: IP

25

Warstwa 4 – transportowa
(ISO/OSI transport layer)



Obsługuje dane

przyjmowanych z

warstwy sesji



Zapewnia usługi

połączeniowe



Wszystkie protokoły w

warstwie transportowej

są typu “od końca do

końca” (end-to-end)



Oznacza to, że działają

one tylko między

końcowymi systemami

otwartymi



Zapewnia przezroczysty
transfer danych między
stacjami sesyjnymi



Odciąża je od zajmowania
się problemami
niezawodnego i
efektywnego pod
względem kosztów
transferu danych



Opcjonalnie dzieli dane
na mniejsze jednostki



Przykłady: TCP, UDP

26

Warstwa 5 – sesji
(ISO/OSI session layer)



Usługi warstwy sesji:



Sterowanie wymianą
danych



Ustalanie punktów
synchronizacji danych (dla
celów retransmisji w
wypadku przemijających
przekłamań na łączach)



Umożliwienie odzyskania
danych (utraconych w
wyniku przerwy w
łączności) przez ponowne
ich przesłanie



Umożliwia aplikacjom
organizację dialogu oraz
wymianę danych między
nimi



Realizuje określenie
parametrów sprzężenia
użytkowników



Pełni szereg funkcji
zarządzających



Przykłady: HTTP, FTP, SMTP

27

Warstwa 6 – prezentacji
(ISO/OSI presentation layer)



Umożliwia

reprezentowanie

informacji, którą się

posługują stacje

aplikacyjne podczas

komunikacji



Obsługuje formaty

danych



Kompresuje przesyłane

dane, pozwalając na

zwiększenie szybkości

transmisji informacji



Zapewnia:



Tłumaczenie danych



Definiowanie ich

formatu



Odpowiednią składnię



Kodowanie i

dekodowanie zestawów

znaków



Wybór algorytmów,

które do tego będą

użyte



Mechanizmy kodowania

danych w celu ich

utajniania



Kowersję kodów

28

Warstwa 7 – aplikacji
(ISO/OSI application layer)



Pełni rolę okna między

współdziałającymi

procesami aplikacyjnymi



Zapewnia programom

użytkowym usługi

komunikacyjne



Stara się stworzyć

wrażenie

przezroczystości sieci

(jest to szczególnie

ważne w przypadku

obsługi rozproszonych

baz danych)



Określa formaty
wymienianych danych



Opisuje reakcje systemu
na podstawowe operacje
komunikacyjne



Dostarcza procesom
metod dostępu do
środowiska OSI



Przykłady: przeglądarka
(Mozilla, Internet
Explorer), program
pocztowy (Outlook,
Mozilla Mail)

29

Prokotoły, ramki, pakiety
(1/5)



W modelu odniesienia OSI poszczególne
warstwy komunikują się przy użyciu
ściśle określonych

protokołów

.



Powstaje tzw. stos

protokołów

.



Protokół

jest zdefiniowanym sposobem

komunikowania się z innym systemem.



Określa czas dla poszczególnych
sygnałów oraz strukturę danych.

30

Prokotoły, ramki, pakiety
(2/5)



W środowiskach sieciowych dane
przesyłane są:



W

pakietach

przez warstwy

protokołów

.



Jako

ramki

(strumień bitów) przez

połączenia fizyczne.



Pakiet

jest rodzajem „paczki danych”

przesyłanej między urządzeniami przy
użyciu łącza komunikacyjnego.

31

Prokotoły, ramki, pakiety
(3/5)



Dane umieszczane są w

pakietach

przez różne

podsystemy komunikacyjne (warstwy),
następnie tworzone są

ramki

, które przesyła się

przez łącza komunikacyjne.



Jednym z głównych powodów tworzenia

pakietów

i

ramek

jest ograniczenie wpływu

błędów pojawiających się przy transmisji do
niewielkich części przesyłanych informacji, co
ułatwia ich retransmisję.



Po drugie: stosowanie długich transmisji
mogłoby spowodować duże opóźnienia w ruchu.

32

Prokotoły, ramki, pakiety
(4/5)



Strukturę pakietu i ramki definiuje
protokół komunikacyjny.



Zazwyczaj pakiet zawiera:



nagłówek,



dane.



Pakiet może mieć różne rozmiary, ale
zazwyczaj określa się jego maksymalną
długość.

33

Prokotoły, ramki, pakiety
(5/5)



W nagłówkach mogą znajdować się:



adres:



nadawcy,



odbiorcy,



informacje potrzebne do obsługi błędów i zapewniające

prawidłową transmisję danych,



wskaźnik ostatniego pakietu,



identyfikator informacji,



numer określający, którą częścią informacji jest pakiet,



itp.

34

Przechodzenie pakietu przez
stos protokołów

warstwa

aplikacji

warstwa

prezentacji

warstwa

sesji

warstwa

transportowa

warstwa

łącza danych

warstwa

sieciowa

warstwa

fizyczna

warstwa

aplikacji

warstwa

prezentacji

warstwa

sesji

warstwa

transportowa

warstwa

łącza danych

warstwa

sieciowa

warstwa

fizyczna

stacja

robocza

serwer

35

Tworzenie, transmisja
i odtwarzanie pakietów

t s p a

dane

p a

dane

warstwa

aplikacji

warstwa

prezentacji

warstwa

sesji

warstwa

transportowa

warstwa

łącza danych

warstwa

sieciowa

warstwa

fizyczna

warstwa

aplikacji

warstwa

prezentacji

warstwa

sesji

warstwa

transportowa

warstwa

łącza danych

warstwa

sieciowa

warstwa

fizyczna

dane

a

dane

p a

dane

s p a

dane

n t s p a

dane

dane

a

dane

s p a

dane

t s p a

dane

n t s p a

dane

d

n

t

s

p

a

a

p

s

t

n

d

n t s p a

dane

d

d

n t s p a

dane

d

d

36

Protokoły komunikacyjne
poszczególnych warstw



Protokoły aplikacji

– obejmują warstwy aplikacji,

prezentacji i sesji; zapewniają wzajemne oddziaływanie

aplikacji i wymianę danych. Przykłady to FTP, Telnet,

SMTP, SNMP i NetBIOS.



Protokoły transportowe

– realizują połączeniowe

usługi przesyłania danych, zapewniają wymianę danych

pomiędzy systemami końcowymi w sposób sekwencyjny.

Przykłady to TCP, SPX, NetBIOS i NetBEUI.



Protokoły sieciowe

– zapewniają usługi łączy

dla systemów komunikacyjnych, obsługują adresowanie

i informację rutingu, weryfikację błędów oraz żądania

retransmisji. Obejmują również procedury dostępu

do sieci. Przykłady to IP i IPX.

37

Dialog między
równorzędnymi warstwami
protokołów



Tworzenie żądania i wysyłanie danych.



Odbieranie żądania i danych.



Odrzucenie żądania lub danych.



Potwierdzenie odbioru.



Obsługa buforowania nadchodzących danych.



Przerwanie i ponowny start transmisji.



Ustanowienie priorytetów transmisji.



Obsługa wykrywania błędów, korekcji i retransmisji.



Utrzymywanie sesji połączeniowych.



Numerowanie i ustawianie kolejności pakietów.



Obsługa adresowania i routingu.

38

Różne stosy protokołów:
Przykłady różnych stosów

OSI

NetWare

UNIX

Warstwa aplikacji

NetWare Core Protocol

Network File System

(NFS)

Warstwa prezentacji

Warstwa sesji

Warstwa transportowa

SPX

TCP

Warstwa sieciowa

IPX

IP

Warstwa łącza danych

LAN drivers

LAN drivers

ODI

NDIS

Media Access Control

Warstwa fizyczna

Warstwa fizyczna

Warstwa fizyczna

39

Różne stosy protokołów:
Uwagi



Producenci zazwyczaj nie uwzględniają w

pełni 7-warstwowego modelu OSI i stosują

własne stosy protokołów



Protokoły:



ustalają zasady komunikacji – opisują:



szczegóły formatu komunikatów,



sposób odpowiadania na otrzymany komunikat,



określają jak komputer ma obsługiwać pojawiające

się:



błędy



inne nienormalne sytuacje.

40

Różne stosy protokołów:
Enkapsulacja i konwersja



Produkt korzystający z jednego stosu protokołów

nie może bezpośrednio współpracować z produktem

korzystającym z innego stosu protokołów



W celu osiągnięcia możliwości współpracy stosuje

się różne metody

enkapsulacji

(encapsulation)

i

konwersji protokołów

(protocol convertion)



Enkapsulacja

polega na przesyłaniu pakietu

określonego protokołu wewnątrz innego pakietu w innym

protokole



Technika ta pozwala na przesyłanie danych między

sieciami korzystającymi z jednakowego protokołu

za pośrednictwem sieci korzystającej z innego protokołu

41

Różne stosy protokołów:
Enkapsulacja pakietów



Enkapsulację użyto w technice IP tunnelling, pozwala ona

na przesyłanie pakietów IPX wewnątrz TCP/IP



Do łączenia odrębnych sieci i enkaspulacji służą routery

ruter

pakiet IPX

pakiet TCP/IP

pakiet IPX

stacja

robocza

stacja

robocza

NetWare

LAN

NetWare

LAN

TCP/IP LAN

stacje

robocze

42

Różne stosy protokołów:
Konwersja protokołów



Konwersja

protokołów jest procesem tłumaczenia

sygnałów elektrycznych lub formatów danych jednego

systemu komunikacyjnego na postać umożliwiającą

transmisję w innym systemie



Możliwe są różne poziomy

konwersji

, np. zmieniające:



kody ASCII na inny kod



strumień danych asynchroniczny na synchroniczny



W

konwersji

pakietu uczestniczą wszystkie warstwy

stosu protokołów (poza warstwą aplikacji)

43

Model TCP/IP

Warstwa 1 – Łącza

Warstwa 2 – Sieciowa

Warstwa 3 – Transportowa

Warstwa 4 – Aplikacji

44

Warstwa 1 – łącza
(TCP/IP link layer)



Odbiera datagramy IP i przesyła je
przez daną sieć



Definiuje sprzęt sieciowy i sterowniki
urządzeń

45

Warstwa 2 – sieciowa
(TCP/IP network layer)



Odpowiada za obsługę

komunikacji jednej

maszyny z drugą



Przyjmuje pakiety z

warstwy transportowej

razem z informacjami

identyfikującymi

maszynę – odbiorcę



Enkapsułuje pakiet w

datagramie IP



Wypełnia jego nagłówek



Sprawdza czy wysłać
datagram:



wprost do odbiorcy



do routera



Przekazuje datagram do
interfejsu sieciowego



Zajmuje się danymi
przychodzącymi:



sprawdzając ich
poprawność



ew. przesłając dalej

46

Warstwa 3 – transportowa
(TCP/IP transport layer)



Jej podstawowym
zadaniem jest
zapewnienie komunikacji
między jednym
programem
użytkownika, a drugim



Warstwa ta może
regulować przepływ
informacji



Może też zapewnić
pewność przesyłania



W tym celu organizuje:



wysyłanie przez
odbiorcę potwierdzenia
otrzymania



ponowne wysyłanie
utraconych pakietów
przez nadawcę

47

Warstwa 4 – aplikacji
(TCP/IP application layer)



Programy użytkowe:



Współpracują z jednym z protokołów na

poziomie warstwy transportowej



Wysyłają lub odbierają dane w postaci

pojedynczych komunikatów lub

strumienia bajtów



Na najwyższym poziomie użytkownicy

wywołują programy użytkowe, które

mają dostęp do usług TCP/IP