Katedra Informatyki Stosowanej
Politechnika Łódzka
Al. Politechniki 11, 90-925 Łódź
Tel. (0-42) 631-26-89
Sieci komputerowe I
Wykład 3: Protokoły UDP, TCP i IP.
Opracowanie:
mgr Łukasz Sturgulewski (lsturgu@kis.p.lodz.pl)
Adresy w Internecie (adresy IP).
Wstęp.
Główne zadania stawiane systemowi adresowania w sieciach rozległych:
Potrzeba globalnego systemu identyfikacji każdej jednostki przyłączonej do sieci.
Identyfikator ma za zadanie określić: nazwę, adres i trasę do jednostki docelowej.
W najpopularniejszej obecnie wersji IPv4 używa się 32-bitowych adresów. Część adresu identyfikuje sieć a pozostała reszta określa konkretną jednostkę znajdującą się w tej sieci.
Adresy IP zostały podzielone na klasy (zwiększa to znacznie elastyczność tego rozwiązania). Klasa, do której należy dany adres, jest identyfikowana przez pierwsze trzy bity (analizowane do napotkania zera).
Klasa |
Charakterystyka |
A |
7 bitów adres sieci 24 bity adres jednostki w tej sieci Klasa wykorzystywana w dużych sieciach |
B |
14 bitów adres sieci 16 bity adres jednostki w tej sieci Klasa wykorzystywana w średnich sieciach |
C |
21 bitów adres sieci 8 bity adres jednostki w tej sieci Klasa wykorzystywana w małych sieciach |
Tabela 1 Klasy adresów.
Adres IP określa sieć oraz konkretny węzeł w tej sieci - nie jest więc związany z jednostką, ale z przyłączeniem do sieci.
W celu ułatwienia analizy adresu IP, a także jego zapamiętania, stosuje się konwencję zapisu:
a.b.c.d
gdzie a, b, c, d są liczbami całkowitymi z zakresu 0-255, oznaczającymi kolejne 8 bitów z całego 32 bitowego adresu.
Jak identyfikowane są jednostki w sieciach TCP/IP?
W sieciach TCP/IP stosuje się identyfikatory będące 32-bitowymi liczbami całkowitymi (zwanymi adresami IP). Adres IP składa się z pary (ids, idm), gdzie:
ids - określa sieć w której znajduje się dana jednostka;
idm - określa jednoznacznie jednostkę w tej sieci.
Co oznacza adres IP?
Adres IP określa sieć oraz węzeł w tej sieci, czyli przyłączenie do sieci.
Spójrzmy na urządzenie (ogólnie węzeł) o wielu przyłączeniach do sieci (np. router) posiadający wiele adresów. Każdy adres odpowiada jednemu połączeniu urządzenia z siecią.
W niezbyt precyzyjnym uproszeniu adres IP nazywany jest adresem komputera lub jednostki.
Jakie są konsekwencje stosowania powyższych rozwiązań?
Należy pamiętać, że zmiana sieci, do której przyłączone jest urządzenie pociąga za sobą konieczność zmiany adresu IP.
Pakiety IP kierowane do urządzeń, które posiadają wiele adresów mogą podążać różnymi drogami - zależnymi od części adresu identyfikującej sieć.
Po co stosuje się klasy adresów oraz które z nich są najważniejsze?
W celu zapewnia elastyczności adresów oraz uproszczeń w wyznaczaniu sieci zdefiniowano pięć klas adresów IP.
Klasę identyfikują najstarsze bity adresu, które analizowane są do napotkania zera. W zależności od pozycji, na której znajduje się zero określamy klasę adresu.
Najważniejsze (najpopularniejsze) są trzy pierwsze:
klasa A: 7 bitów adres sieci, 24 bity adres jednostki (wykorzystywana w dużych sieciach);
klasa B: 14 bitów adres sieci, 16 bitów adres jednostki (wykorzystywana w średniej wielkości sieciach);
klasa C: 21 bitów adres sieci, 8 bitów adres jednostki (wykorzystywana w małych sieciach);
Jak zapisuje się adresy IP?
W celu ułatwienia zapamiętania oraz użytkowania adresy IP zapisuje się w postaci czterech liczb dziesiętnych oddzielonych kropkami. Każda z tych liczb to jeden oktet adresu IP.
Zebranie adresów specjalnych.
Istniej kilka kombinacji zer (bieżący) i jedynek (każdy)
same zera: Dany komputer (do wykorzystania tylko w czasie rozruchu systemu);
ids = zera, idm = komputer: Komputer w danej sieci (do wykorzystania tylko w czasie rozruchu systemu);
same jedynki: Ograniczone rozgłaszanie (w sieci lokalnej)
ids = sieć, idm = jedynki: Ukierunkowane rozgłaszanie;
127.0.0.1: Pętla zwrotna.
Co to jest ograniczone rozgłaszanie?
W ograniczonym rozgłaszaniu mamy możliwość wysłania pakietów do wszystkich znajdujących się w tej samej sieci lokalnej, co nadawca. Nie jest wymagana znajomość adresu sieci.
Co to jest ukierunkowane rozgłaszanie?
Wysyłanie pakietów do wszystkich maszyn znajdujących się w wyspecyfikowanej w adresie sieci. To czy usługa zostanie zrealizowana zależy od sieci, do której wysyłamy pakiety.
Co to jest adres pętli zwrotnej?
Adres pętli zwrotnej służy do testowania TCP/IP oraz komunikacji międzyprocesowej lokalnej dla danej jednostki. Oprogramowanie protokołu komunikacyjnego przekazuje pakiety z adresem pętli zwrotnej bezpośrednio jednostce bez wysyłania ich w sieć. Adresy pętli zwrotnej mają numer sieci równy 127.
Jak przydzielane są adresy?
Zadanie przydziału i zarządzania adresami, w celu zapewnienia jednoznaczności, spoczywa na jednej organizacji IANA (Internet Assigned Number Authority). Przydzielaniem adresów sieciom przyłączającym się do Internetu zajmuje się INTERNIC (Internet Network Information Center). Otrzymaną pulą adresów instytucje mogą zarządzać już na własną rękę.
Jaka jest kolejność bajtów przy przesyłaniu adresu IP?
Zastosowano metodę, w której komórka o najniższym adresie zawiera najstarszy bajt liczby (najpierw starszy bajt - big endian). Od strony pakietu najbardziej znaczący bajt liczby znajduje się bliżej początku adresu, zaś najmniej znaczący - na końcu.
UDP (User Datagram Protocol).
Wielozadaniowość systemów operacyjnych wymusiła powstanie portów protokołów.
Protokół UDP zapewnia zawodne, bezpołączeniowe usługi transportowe. UDP daje możliwość rozróżnienia datagramów między wieloma adresatami w obrębie jednej jednostki docelowej.
Programy użytkowe biorą na siebie całą odpowiedzialność za rozwiązywanie problemów niezawodności, czyli:
gubienie komunikatów;
duplikowanie;
opóźnienia;
dostarczanie w niewłaściwej kolejności;
utratę łączności z adresatem.
Po co powstał taki protokół?
Minimalna, dodatkowa ilość przesyłanych danych przez sieć (małe obciążenie).
Jaki jest podstawowy problem przy testowaniu aplikacji?
Aplikacje wykorzystujące UDP, napisane bez obsługi błędów transmisji, ale testowane w środowisku sieci lokalnej, mogą działać bardzo dobrze, podczas gdy w sieci rozległej praktycznie przestaną funkcjonować.
Format datagramów UDP.
0 16 31
Port UDP nadawcy |
Port UDP odbiorcy |
Długość komunikatu UDP |
Suma kontrolna UDP |
DANE |
|
... |
|
Porty - używane do odnajdywania procesu oczekującego na dany datagram;
Długość - liczba oktetów datagramu UDP (min. 8);
Suma kontrolna - (może być zero, gdy nie używana). W celu obliczenia sumy kontrolnej stosuje się pseudonagłówek zawierający dodatkowo:
Adres IP nadawcy;
Adres IP odbiorcy;
PROTO - typ kodu protokołu (dla UDP 17);
Długość komunikatu UDP (bez pseudonagłówka).
Główne zadanie protokołu UDP.
Rozróżnianie między nadawcami i odbiorcami w obrębie jednej maszyny.
Jak przydzielane są numery portów?
Są dwa sposoby:
Oparte na centralnym autorytecie: Niskie numery portów są przypisane określonym usługom.
Oparte na wiązaniach dynamicznych: Wysokie numery portów przydzielane są dynamicznie przez oprogramowanie sieciowe.
TCP (Transmission Control Protocol).
TCP to protokół komunikacyjny realizujący usługę niezawodnych strumieni. Definicje protokołu określają przede wszystkim format danych i potwierdzeń, które są wymienione między jednostkami, aby mieć pewność, że dane zostały prawidłowo dostarczone do celu. W warstwowym ułożeniu protokołów TCP znajduje się nad IP. To właśnie dzięki TCP programy użytkownika mogą jednocześnie korzystać z sieci. TCP rozdziela przychodzące pakiety między działające programy. Końcowy odbiorca jest identyfikowany po numerze portu (będący liczbą całkowitą). Protokół TCP jest zorientowany na połączenie, które musi nastąpić pomiędzy dwoma końcówkami przed rozpoczęciem transmisji. Każdy punkt końcowy jest identyfikowany przez adres IP i port węzła np.: