12.03.2015 каф. Вычислительной техники, Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, вед.преп. Шоберг А.Г. 1 Стек протоколов TCP/IP Описание. - презентация

1 каф. Вычислительной техники, Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, вед.преп. Шоберг А.Г. 1 Стек протоколов TCP/IP Описание. Сравнение с моделью ОSI

2 каф. Вычислительной техники, Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, вед.преп. Шоберг А.Г Существуют разногласия в том, как вписать модель TCP/IP в модель OSI, поскольку уровни в этих моделях не совпадают. В стеке TCP/IP определены 4 уровня. Эти уровни выполняют те же функции, что и семь уровней модели OSI. 4Прикладной уровень 3Межхостовый уровень 2Межсетевой уровень 1Уровень сетевого доступа 1. Соответствие стека протоколов TCP/IP модели OSI

3 каф. Вычислительной техники, Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, вед.преп. Шоберг А.Г Соответствие уровней стека TCP/IP семиуровневой модели OSI. Физический Канальный Сетевой Транспортный Сеансовый Представительный Прикладной Сетевого доступа Межсетевой Транспортный Прикладной Уровни модели OSI Уровни модели TCP/IP

4 каф. Вычислительной техники, Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, вед.преп. Шоберг А.Г Объединение канального и физического уровней модели OSI в единый сетевой уровень TCP/IP было обусловлено требованием независимости от используемой среды передачи данных. 1. Физический 2. Канальный 3. Сетевой 4. Транспортный 5. Сеансовый 6. Представительный 7. Прикладной Не специфицированы Ethernet, X25, PPP, SLIP, Token Ring, FDDI IP, ICMP, ARP RARP,RIP TCP, UDP HTTP FTP TELNET SMTP SNMP NFS XDR RPC Уровни OSIУровни TCP/IP

5 каф. Вычислительной техники, Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, вед.преп. Шоберг А.Г Сетезависимые и сетенезависимые уровни стека TCP/IP Сетевого доступа Межсетевой Транспортный Прикладной Приложение конечного пользователя Сетевого доступа Межсетевой Транспортный Прикладной Приложение конечного пользователя Сетевого доступа Межсетевой Сетевого доступа Межсетевой сеть 1 сеть 2 сеть 1 Сетевой интерфейс

6 каф. Вычислительной техники, Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, вед.преп. Шоберг А.Г Рассматривая многоуровневую архитектуру TCP/IP, можно выделить в ней, подобно архитектуре OSI, уровни, функции которых зависят от конкретной технической реализации сети, и уровни, функции которых ориентированы на работу с приложениями. Дело в том, что функции протоколов канального и физического уровней реализуются в настоящее время, как правило, едиными техническими средствами (сетевыми контроллерами). Согласно терминологии TCP/IP элементы сетевого уровня называются подсетями (subnetworks). Протоколы прикладного уровня стека TCP/IP работают на компьютерах, выполняющих приложения пользователей. Даже полная смена сетевого оборудования в общем случае не должна влиять на работу приложений, если они получают доступ к сетевым возможностям через протоколы прикладного уровня. Протоколы транспортного уровня уже более зависят от сети, так как они реализуют интерфейс к уровням, непосредственно организующим передачу данных по сети. Однако, подобно протоколам прикладного уровня, программные модули, реализующие протоколы транспортного уровня, устанавливаются только на конечных узлах. Протоколы двух нижних уровней являются сетезависимыми, а, следовательно, программные модули протоколов межсетевого уровня и уровня сетевых интерфейсов устанавливаются как на конечных узлах составной сети, так и на маршрутизаторах

7 каф. Вычислительной техники, Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, вед.преп. Шоберг А.Г Каждый уровень набора протоколов TCP/IP взаимодействует с ближайшими соседними уровнями. Уровень приложений источника использует службы сквозного (транспортного) уровня и отсылает данные вниз, на этот уровень. Сходные отношения существуют в интерфейсе сквозного (транспортного) и сетевого (межсетевого) уровней и в интерфейсе сетевого уровня и уровня доступа к сети. В хосте-адресате отношения между уровнями ограничиваются передачей данных вышестоящему уровню. Такое использование каждого отдельного уровня не навязывается архитектурой. Как показано на следующем слайде, существует возможность разработки приложений, которые бы непосредственно активизировали службы любого уровня. Большинство приложений, например, требует надежного протокола сквозной передачи, а, следовательно, используют протокол TCP. Некоторым специализированным приложениям не требуется службы протокола TCP. Некоторые из этих приложений, такие как протокол SNMP (простой протокол сетевого управления), использует альтернативный протокол сквозной передачи, протокол UDP (протокол пользовательских дейтаграмм); другие же непосредственно используют протокол IP. Для прямой активизации уровня доступа к сети были разработаны приложения, не работающие с объединениями сетей. 2. Взаимодействие протоколов TCP/IP

8 каф. Вычислительной техники, Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, вед.преп. Шоберг А.Г Некоторые протоколы набора TCP/IP IP RSVPOSPFIGMPICMP UDPTCP SNMPTELNETSMTPHTTPFTPBGP MIME

9 каф. Вычислительной техники, Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, вед.преп. Шоберг А.Г BGP – Протокол граничного шлюза FTP – Протокол передачи файлов HTTP – Протокол передачи гипертекстовых файлов ICMP – Протокол управления сообщениями Internet IGMP – Протокол управления группами IP – Протокол Internet MIME – Многоцелевые расширения почты Internet OSPF – Первоочередное открытие кратчайших маршрутов RSVP – Протокол резервирования ресурсов SMTP – Простой протокол передачи почты SNMP – Простой протокол сетевого управления TCP – Протокол управления передачей UDP – Протокол пользовательских дейтаграмм

10 каф. Вычислительной техники, Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, вед.преп. Шоберг А.Г В сеть UDP Прикладные протоколы TCP Поток IP Дейтаграмм Сегмент Сетевые интерфейсы Пакет (дейтаграмма) Кадр (фрейм) Название единиц данных, используемые в TCP/IP

11 каф. Вычислительной техники, Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, вед.преп. Шоберг А.Г Каждый коммуникационный протокол оперирует с некоторой единицей передаваемых данных. Названия этих единиц иногда закрепляются стандартом, а чаще просто определяются традицией. В стеке TCP/IP за многие годы его существования образовалась устоявшаяся терминология в этой области. Потоком называют данные, поступающие от приложений на вход протоколов транспортного уровня TCP и UDP. Протокол TCP нарезает из потока данных сегменты. Единицу данных протокола UDP часто называют дейтаграммой (или датаграммой). Дейтаграмма это общее название для единиц данных, которыми оперируют протоколы без установления соединений. К таким протоколам относится и протокол межсетевого взаимодействия IP. Дейтаграмму протокола IP называют также пакетом. В стеке TCP/IP принято называть кадрами (фреймами) единицы данных протоколов, на основе которых IP-пакеты переносятся через подсети составной сети. При этом не имеет значения, какое название используется для этой единицы данных в локальной технологии Рассмотрим потоки данных, проходящие через стек протоколов. В случае использования протокола TCP, данные передаются между прикладным процессом и модулем TCP. Типичным прикладным процессом, использующим протокол TCP, является модуль FTP. Стек протоколов в этом случае будет FTP/TCP/IP/ETHERNET. При использовании протокола UDP, данные передаются между прикладным процессом и модулем UDP. Например, SNMP (Simple Network Management Protocol - простой протокол управления сетью) пользуется транспортными услугами UDP. Его стек протоколов выглядит так: SNMP/UDP/IP/ETHERNET.

12 каф. Вычислительной техники, Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, вед.преп. Шоберг А.Г Модули TCP, UDP и драйвер Ethernet являются мультиплексорами n x 1. Действуя как мультиплексоры, они переключают несколько входов на один выход. Они также являются демультиплексорами 1xn. Как демультиплексоры, они переключают один вход на один из многих выходов в соответствии с полем типа в заголовке протокольного блока данных. Когда процесс генерирует блок данных и передает его протоколу TCP, который с целью управления, может разбить этот блок на меньшие части. К каждому такому фрагменту TCP присоединяет управляющую информацию (называемую заголовком TCP), формируя при этом сегмент TCP. Присоединенную управляющую информацию должен будет использовать объект протокола TCP хоста-приемника. Далее протокол TCP передает каждый сегмент протоколу IP с указанием о передаче хосту-приемнику. Эти сегменты должны передаваться через одну или несколько сетей и ретранслироваться через один или несколько промежуточных маршрутизаторов. Эта операция также требует использования управляющей информации, поэтому протокол IP присоединяет к данным заголовок с управляющей информацией, формируя, таким образом, дейтаграмму IP. На последнем этапе каждая дейтаграмма IP предоставляется уровню доступа к сети с целью передачи ее через первую сеть, находящуюся на ее пути к адресату. Уровень доступа к сети присоединяет к данным собственный заголовок, создавая, таким образом, пакет, или кадр.

13 каф. Вычислительной техники, Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, вед.преп. Шоберг А.Г Физическая сеть ICMPIPARPRARP UDPTCP Приложение Состав стека протоколов TCP/IP

14 каф. Вычислительной техники, Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, вед.преп. Шоберг А.Г Когда данные получены, происходит обратный процесс (демультиплексирование). На каждом уровне удаляется соответствующий заголовок, а оставшийся сегмент передается на вышестоящий уровень, и так продолжается, пока исходные пользовательские данные не будут доставлены процессу-адресату. Когда Ethernet-кадр попадает в драйвер сетевого интерфейса Ethernet, он может быть направлен либо в модуль ARP (Address Resolution Protocol адресный протокол), либо в модуль IP (Internet Protocol - межсетевой протокол). На то, куда должен быть направлен Ethernet-кадр, указывает значение поля типа в заголовке кадра. Если IP-пакет попадает в модуль IP, то содержащиеся в нем данные могут быть переданы либо модулю TCP, либо UDP, что определяется полем "протокол" в заголовке IP-пакета. Если UDP-датаграмма попадает в модуль UDP, то на основании значения поля "порт" в заголовке датаграммы определяется прикладная программа, которой должно быть передано прикладное сообщение. Если TCP-сообщение попадает в модуль TCP, то выбор прикладной программы, которой должно быть передано сообщение, осуществляется на основе значения поля "порт" в заголовке TCP-сообщения.

15 каф. Вычислительной техники, Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, вед.преп. Шоберг А.Г Модули данных протокола в архитектуре TCP/IP Сетевой заголовок Заголовок IP Заголовок TCP Пользовательские данные Поток байтов приложения Сегмент TCP Дейтаграмма IP Сетевой пакет

16 каф. Вычислительной техники, Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, вед.преп. Шоберг А.Г Описание уровней стека протоколов TCP/IP Отличием архитектуры стека TCP/IP от многоуровневой организации других стеков является интерпретация функций самого нижнего уровня уровня сетевых интерфейсов. Протоколы этого уровня должны обеспечивать интеграцию в составную сеть других сетей. Для каждой технологии, включаемой в составную сеть подсети, должны быть разработаны собственные интерфейсные средства. Сетевого доступа Межсетевой Транспортный Прикладной Ethernet, IEEE Token Ring, IEEE FDDI, PPP, X25

17 каф. Вычислительной техники, Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, вед.преп. Шоберг А.Г Стержнем всей архитектуры является уровень межсетевого взаимодействия, который реализует концепцию передачи пакетов в режиме без установления соединений, то есть дейтаграммным способом. Именно этот уровень обеспечивает возможность перемещения пакетов по сети, используя тот маршрут, который в данный момент является наиболее рациональным. Сетевого доступа Межсетевой Транспортный Прикладной IP,RIP ARP/RARP, ICMP,IGMP

18 каф. Вычислительной техники, Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, вед.преп. Шоберг А.Г Обеспечение надежной информационной связи между двумя конечными узлами решает транспортный уровень стека TCP/IP На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Сетевого доступа Межсетевой Транспортный Прикладной Transmission Control Protocol (TCP) User Datagram Protocol (UDP)

19 каф. Вычислительной техники, Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск, вед.преп. Шоберг А.Г Прикладной уровень объединяет все службы, предоставляемые системой пользовательским приложениям. Прикладной уровень реализуется программными системами, построенными в архитектуре клиент-сервер, базирующимися на протоколах нижних уровней. Передача файлов TFTP, FTP, NFS -SMTP,POP3 Удаленный доступ Telnet Управление сетью SNMP Система имен - DNS Сетевого доступа Межсетевой Транспортный Прикладной