Architektury sieci komputerowych. (1)
ARCHITEKTURY SIECIOWE
Współczesne sieci komputerowe muszą zapewniać współpracę
różnorodnego sprzętu komputerowego oraz technologii sieciowych.
W tym celu niezbędne było opracowanie standardów architektur
sieciowych opierających się strukturze warstwowej.
ZASADY DZIAA
ANIA ARCHITEKTUR WARSTWOWYCH
Liczbę warstw ustala się w ten sposób, aby separować zasadniczo
różne funkcje i zadania. Każda wyróżniona warstwa zawiera
określony zakres problemów związanych z sieciami komputerowymi.
Poszczególne modele warstwowych architektur sieciowych obejmuje
różną liczbę warstw realizujących różne funkcje, ale współpraca
warstw jest zawsze taka sama. Zadaniem N-tej warstwy jest
oferowania usług warstwie wyższej (N+1) z jednoczesnym
izolowaniem warstwy N+1-wszej od sposobu realizacji tych usług.
Obiekty tej samej warstwy w różnych komputerach nawiązują
połączenie logiczne, ale w rzeczywistości dane nie są przesyłane
bezpośredni między nimi.
System A System B
Obiekty (procesy)
N+1 obiekt N+1 obiekt N+1 obiekt
warstwy (N+1)
Warstwa (N+1)
Usługi Punkty dostępu do
N SAP N SAP N SAP
warstwa N usług warstwy N
Protokół
Obiekty (procesy)
Warstwowy
N obiekt N obiekt
warstwy N
Usługi Punkty dostępu do
N-1 SAP N-1 SAP N-1 SAP
warstwa (N-1) usług warstwy (N-1)
Warstwa (N-1) Obiekty (procesy)
N-1 obiekt N-1 obiekt N-1 obiekt
warstwy (N-1)
K. Walkowiak, SK
Architektury sieci komputerowych. (2)
MODEL REFERENCYJNY ISO/OSI
Najważniejszym modelem warstwowym jest model OSI (Open
System Interconnection) opracowany w 1977 roku przez organizację
standaryzującą ISO oznaczany jako ISO/OSI.
W pracach nad modelem ISO/OSI kierowano się zasadami:
" każda warstwa ma realizować właściwie zdefiniowane funkcje,
" funkcje realizowane przez poszczególne warstwy powinny
uwzględniać powszechnie realizowane standardy,
" liczba warstw winna minimalizować ilość informacji
przepływającej przez styki międzywarstwowe,
" ilość warstw nie może być zbyt mała by wyraz
nie różnych
funkcji nie umieszczać w tej samej warstwie.
Warstwa Warstwa
Aplikacji Aplikacji
Połączenie logiczne między procesami warstwy apilakcji
Warstwa Warstwa
Prezentacji Prezentacji
Połączenie logiczne między procesami warstwy prezentacji
Warstwa Warstwa
Sesji Sesji
Nawiązanie sesji
Warstwa Warstwa
Połączenie logiczne między stacjami końcowymi
Transportowa Transportowa
przesyłającymi wiadomości
Warstwa Warstwa Warstwa Warstwa
Sieciowa Sieciowa Sieciowa Sieciowa
Warstwa Warstwa Warstwa Warstwa Warstwa Warstwa
A
ącza Danych A
ącza Danych A
ącza Danych A
ącza Danych A
ącza Danych A
ącza Danych
Warstwa Warstwa Warstwa Warstwa Warstwa Warstwa
Fizyczna Fizyczna Fizyczna Fizyczna Fizyczna Fizyczna
Kanał fizyczny Kanał fizyczny Kanał fizyczny
Stacja Węzeł podsieci Węzeł podsieci Stacja
końcowa komunikacyjnej komunikacyjnej końcowa
K. Walkowiak, SK
Architektury sieci komputerowych. (3)
Warstwa fizyczna zapewnia przekaz ciągów bitów między dwiema
lub wieloma stacjami połączonymi wspólnym medium fizycznym.
Warstwa definiuje elektryczne i mechaniczne charakterystyki styku.
Warstwa łącza danych opisuje metody niezawodnego przesyłania
danych łączem transmisyjnym miedzy dwoma stacjami. Główne
zadania tej warstwy to: tworzenie ramek informacyjnych/sterujących
oraz wyznaczanie ciągów kontrolnych, wykrywanie błędów
(korygowanie), generowanie ramek powiadomień, sterowanie
dostępem do medium komunikacyjnego.
Warstwa sieciowa jest odpowiedzialna za wybór trasy między stacją
z
ródłową a stacja docelową, wzdłuż której są przesyłane pakiety.
Odpowiada też za ochronę sieci przed przeciążeniami.
Warstwa transportowa jest pierwszą warstwą mającą nadzór nad
całością połączenia między stacją z
ródłową i stacja docelową. Jej
głównym zadaniem jest zapewnienie niezawodnego i przez
roczystego
przekazu między stacjami końcowymi.
Warstwa sesji zapewnia środki do nawiązania i rozwiązania sesji
oraz zarządzaniem połączeniem między dwoma procesami.
Warstwa prezentacji zapewnia przekształcanie danych użytkownika
do postaci standartowej stosowanej w sieci (szyfrowanie, kompresja).
Warstwa zastosowań (aplikacji) zapewnia obsługę użytkownika w
dostępie do usług oferowanych przez środowisko OSI (transmisja
plików, dostęp od zdalnych baz danych, zdalny terminal, zdalne
obliczenia, poczta elektroniczna).
K. Walkowiak, SK
Architektury sieci komputerowych. (4)
ARCHITEKTURA SNA
Architektura SNA (ang. Systems Network Architecture) została
opracowana przez firmę IBM w 1974 r., aby umożliwić łączenie ze
sobą produktów tej firmy należących do rodziny 3270. Architektura
SNA opracowana została z przeznaczeniem dla scentralizowanych
sieci.
Struktura sieci SNA jest hierarchiczna z wydzieleniem kilku warstw.
Urządzeni końcowe, tworzące najniższą warstwę, dołączane są do
sieci za pomocą specjalizowanych koncentratorów tworzących
warstwę drugą. Kolejną warstwę tworzą komputery komunikacyjne.
Zarządzanie tą hierarchiczną siecią jest scentralizowane i realizowane
przez centralne komputery (ang. mainframe). Struktura pojedynczego
fragmentu sieci jest drzewiasta. Model SNA obejmuje 7 warstw:
" Fizyczna odpowiedzialna za transmisję bitów przez łącze fizyczne.
" Sterowania łączem danych steruje przepływem ramek między
sąsiednimi węzłami sieci, stosuje protokoły SD:C, Token Ring.
" Nadzoru nad ścieżką połączeniową zajmuje się sterowaniem
przepływem między węzłami sieci oraz routingiem.
" Sterowania transmisją danych śledzi zmiany stanów połączeń.
" Synchronizacji przepływu jest odpowiedzialna za synchroniczny
przepływ danych podczas sesji.
" Usług prezentacji przygotowuje odpowiedni format danych.
" Usług transakcyjnych/aplikacji obejmuje aplikacje użytkownika.
K. Walkowiak, SK
Architektury sieci komputerowych. (5)
ARCHITEKTURA TCP/IP
Architektura TCP/IP została opracowana w celu umożliwienia
komunikacji pomiędzy systemami pochodzącymi o wielu różnych
dostawców. Architektura TCP/IP jest powiązana z rozwojem
Internetu, je standaryzacją i rozwojem zajmuje się organizacja IETF
(ang. Internet Engineering Task Force), która publikuje dokumenty o
nazwie RFC (ang. Request For Comments).
Podstawy TCP/IP są efektem pracy grupy rozwojowej sieci
ARPANET stworzonej w 1968 r. Obecnie protokoły TCP/IP są
najbardziej popularnym zestawem protokołów dzięki rozwojowi
Internetu.
Protokoły TCP/IP są używane również w środowisku systemów
operacyjnych UNIX, Novell NetWare 5.x, Windows dla siec
lokalnych opartych na technologii Ethernet.
WARSTWY MODELU TCP/IP
Model ISO TCP/IP
Warstwa aplikacji
Warstwa prezentacji Warstwa aplikacji
Warstwa sesji
Warstwa transportowa Warstwa transportowa
Warstwa sieciowa Warstwa między sieciowa
Internet
Warstwa łącza danych Warstwa dostępu
Warstwa fizyczna do sieci
K. Walkowiak, SK
Architektury sieci komputerowych. (6)
ODNIESIENIE MODELI TCP/IP DO ISO/OSI
Porównując warstwy modelu ISO/OSI z architekturą TCP/IP warto
zwrócić uwagę na to, że:
" W przypadku warstw 1 i 2 TCP/IP korzysta z już istniejących
standardów sieciowych i technologii, np. Ethernet.
" Podstawowy protokół warstwy 3 to IP (ang. Internet Protocol),
który izoluje wyższe warstwy od zagadnień pracy sieci, adresuje
datagramy, zapewnia wymianę danych między niejednorodnymi
systemami. Warstwa 3 używa również protokołu ICMP (ang.
Internet Control Message Protocol).
" Większość zadań związanych z zarządzaniem i sterowaniem
przepływem wiadomości jest realizowana przez protokół
połączeniowy TCP (ang. Transmission Control Protocol), który
gwarantuje dostarczenie do danych do adresata. Innym
protokołem tej warstwy jest bezpołączeniowy protokół
datagramowy UDP (ang. User Datagram Protocol), który nie
gwarantuje pełnej poprawności i integralności przesyłanych
danych. UDP jest przeznaczony do realizacji usług czasu
rzeczywistego.
" Warstwie 5 i częściowo 6 odpowiadają protokoły Telnet i
wirtualnego terminala.
" Warstwom 6 i 7 odpowiada protokół przekazu plików FTP (ang.
File Transfer Protocol), które zapewniają przekaz plików między
niejednorodnymi urządzeniami i systemami operacyjnymi.
K. Walkowiak, SK
Architektury sieci komputerowych. (7)
PRZEPA
YW DANYCH DLA ARCHITEKTURY TCP/IP
TCP UDP
Warstwa
strumień wiadomość
aplikacji
Dane Dane
Warstwa
segment pakiet
transportowa
N Dane N Dane
Warstwa
datagram datagram
Internet
N N Dane N N Dane
Warstwa
dostępu
ramka ramka
do sieci
N N N Dane N N N Dane
PROTOKOA
Y TCP/IP
Ważniejsze protokoły w rodzinie TCP/IP to: FTP, Telnet, SMTP (ang.
Simple Mail Transfer Protocol), Xwin, SNMP (ang. Simple Network
Management Protocol), TFTP (ang. Trivial File Transmission
Protocol), RPC (ang. Remote Procedure Call), NFS (ang. Network
File System), ARP (ang. Address Resolution Protocol).
FTP NFS
Telnet SMTP Xwin SNMP TFTP RPC
TCP UDP
IP i ICMP
ARP
IEEE 802.X
K. Walkowiak, SK
Architektury sieci komputerowych. (8)
PROTOKÓA
IP
Protokół IP jest protokołem bezpołączeniowym (RFC791). Informacje
między stacjami są wymieniane bez potrzeby zawiązywania sesji i
ustalania jej parametrów. Zapewnia to prostotę działania, ale nie
zapewnia niezawodnego dostarczenia danych do odbiorcy.
1 bajt 2 bajt 3 bajt 4 bajt
Wersja Dł. Nag. Typ usług Całkowita długość pakietu
Identyfikacja Flagi Przesunięcie fragmentu
Czas życia Protokół Suma kontrolna
Adres z
ródłowy
Adres docelowy
Opcje
Dane
Numer wersji podaje numer wersji protokołu IP (IPv4, IPv6).
Długość nagłówka wielkość nagłówka w 32 bitowych słowach.
Typ obsługi definiuje typ usług oferowanych przez IP.
Długość całkowita określa całkowitą długość pakietu IP wraz z
nagłówkiem w bajtach (maksymalnie 65535).
Identyfikator, flagi, przesunięcie służą do kontroli segmentacji
pakietu, umożliwia przesyłanie pakietów podzielonych na części.
Czas życia TTL (ang. Time To Live) pomaga routerom mierzyć czas
jaki pakiet pozostaje w sieci zmniejszając o 1 wartość tego pola po
każdym kolejnym routerze. Kiedy TTL osiągnie wartość 0 pakiet jest
usuwany z sieci.
Protokół wskazuje na protokół wykorzystujący dany pakiet.
Suma kontrolna służy do kontroli poprawności nagłówka.
K. Walkowiak, SK
Architektury sieci komputerowych. (9)
ADRESACJA W PROTOKOLE IP
W sieciach IP używa się adresu 32 bitowego. Adres ten składa się z
dwóch elementów: numeru sieci oraz numeru komputera w sieci, przy
czym wielkość tych elementów może się zmieniać. Decyduje o tym
tzw. maska, która także jest 32 bitowym ciągiem, posiadającym
wartość jeden na pozycjach bitów odpowiadających numerowi sieci, a
wartość zero na pozycjach bitów odpowiadających numerowi
urządzenia w sieci.
Klasy adresów w sieci IP
Klasa A (0-127) 0 numer sieci (7) urządzenie (24)
Klasa B (128-191) 1 0 numer sieci (14) urządzenie (16)
Klasa C (192-223) 1 1 0 numer sieci (21) urządzenie (8)
Klasa D 1 1 1 0 adres rozgłoszeniowy (28)
Specjalne adresy to: 0 - adres  samego siebie , 255 - adres
rozgłoszeniowy.
Adres 156.17.43.60 przy masce 255.255.255.224 to adres sieci
156.17.43.32, adres komputera na 5 ostatnich bitach.
Adres 156.17.43.30 przy masce 255.255.255.0 to adres sieci
156.17.43.0, adres komputera na 8 ostatnich bitach.
Adres 156.17.43.30 przy masce 255.255.0.0 to adres sieci 156.17.0.0,
adres komputera na 16 ostatnich bitach.
Adres IP wraz z numerem portu (ang. socket) nosi nazwę gniazdka.
Do konwersji adresów IP na adresy fizyczne MAC służy protokół
ARP (ang. Address Resolution Protocol).
K. Walkowiak, SK
Architektury sieci komputerowych. (10)
PROTOKÓA
TCP
TCP to protokół zorientowany połączeniowo (RFC793). Połączenie
umożliwia sterowanie przepływem, potwierdzanie odbioru,
zachowanie kolejności danych, kontrolę błędów, przeprowadzanie
retransmisji.
1 bajt 2 bajt 3 bajt 4 bajt
Port z
ródłowy Port docelowy
Numer sekwencyjny
Numer potwierdzenia
Dł. Nag. Rezerwa Znaczniki Okno
Suma kontrolna Wskaz
nik pilności
Opcje
Dane
Port z
ródłowy i port docelowy zawierają numery portów procesów
aplikacyjnych korzystających z usług TCP.
Numer sekwencyjny zawiera numer pierwszego bajta w segmencie.
Numer potwierdzenia zawiera numer sekwencyjny następnego
oczekiwanego bajtu po stronie odbiorczej, jednocześnie potwierdza
poprawne odebranie poprzednich bajtów.
Długość nagłówka wielkość nagłówka w 32 bitowych słowach.
Okno określa liczbę bajtów jaką może zaakceptować odbiorca.
PROTOKÓA
UDP
UDP to protokół bezpołączeniowy nie posiadający mechanizmów
sprawdzających poprawność transmisji (RFC 768).
1 bajt 2 bajt 3 bajt 4 bajt
Port z
ródłowy Port docelowy
Długość Suma kontrolna
Dane
K. Walkowiak, SK
Architektury sieci komputerowych. (11)
USA
UGI DNS
DNS (ang. Domain Name Service) jest usługą dostępną w sieci
Internet, przyporządkowującą adresom sieciowym IP łatwe do
zapamiętania nazwy. W sieciach IP wprowadzono podział na
hierarchiczne domeny. Podstawowe nazwy domen to: .com
(organizacje komercyjne), .edu (organizacje edukacyjne), .org
(organizacje niekomercyjne), .gov (instytucje rządzowe), .net
(organizacje świadczące usługi sieciowe), .mil (instytucje wojskowe).
Drugi podział to domeny związane z granicami państw, np. .pl., .uk .
PROTOKOA
Y ROUTINGU W SIECIACH TCP/IP
RIP (ang. Routing Information Protocol) to protokół, w którym
zastosowano algorytm dystansowy-wektorowy (ang. distance-vector).
Wartością miary to liczba przejść (przeskoków) między routerami
(ang. hop-count).
Protokół BGP (ang. Border Gateway Protocol) wykonuje routing
międzydomenowy. Stosowany jest algorytm dystansowy (ang.
distance-vector). Wartość miary jest arbitralnie przypisywana do
łącza przez administratora.
OSPF (ang. Open Shortest Path First) jest protokołem klasy link-
state, wykorzystującym algorytm SPF Dijkstry.
SLIP (ang. Serial Line IP) umożliwia asynchroniczny lub
synchroniczny transfer przez łącza dzierżawione lub komutowane.
PPP (ang. Point-to-Point Protocol) umożliwia asynchroniczny lub
synchroniczny transfer przez łącza dzierżawione lub komutowane.
K. Walkowiak, SK
Architektury sieci komputerowych. (12)
INNE ARCHITEKTURY SIECIOWE
" Architektura DNA (ang. Digital Network Architecture) została
opracowana przez firmę DEC, aby umożliwić łatwe zestawianie
sieci składających się z produktów tej firmy.
" Architektura oparta na sieciowych systemach operacyjnych takich
jak Novell Netware, Windows NT, UNIX.
" Architektura ATM (ang. Asynchronous Transfer Mode) związany z
technologią ATM opracowywaną przez ATM Forum.
PORÓWNANIE WYBRANYCH ARCHITEKTUR SIECIOWYCH
Warstwa
ISO SNA DNA TCP/IP
Usług Użytkownika
7 Aplikacji transakcyjnych Zarządzania
Usług
6 Prezentacji prezentacji Aplikacji Aplikacji
Synchronizacji Nadzoru
5 Sesji przepływu nad
Sterowania sesją
transmisją Transportowa
4 Transportowa danych Transportowa TCP/UDP
Nadzoru nad
ścieżką Sieciowa/ Międzysieciowa
3 Sieciowa połączeniową routingu IP/ICMP
Sterowania A
ącza Dostępu
2 A
ącza łączem danych danych do sieci
danych
1 Fizyczna Fizyczna Fizyczna Fizyczna
K. Walkowiak, SK