KOMUNIKAČNÉ A INFORMAČNÉ SIETE

Transcription

1 KOMUNIKAČNÉ A INFORMAČNÉ SIETE VRSTVOVÝ PROTOKOLOVÝ MODEL, REFERENČNÉ MODELY RM OSI A TCP/IP Ing. Michal Halás, PhD. michal.halas@stuba.sk, B- 514, hjp://

2 OBSAH Protokolové hierarchie Komunikácia medzi vrstvami Princíp vrstvenia Protokolový model RM OSI Protokolový model TCP/IP a jeho protokoly Porovnanie TCP/IP a RM OSI

3 Základné pojmy 3 Dátová komunikačná sieť je súhrnné označenie technických prostriedkov, pomocou ktorých je realizované prepojenie a výmena dát medzi komunikujúcimi zariadeniami. Protokol je množina pravidiel, ktoré používajú programy, operačné systémy alebo komunikačné zariadenia na komunikáciu medzi koncovými bodmi komunikačného systému.

4 Základné pojmy 4 Sieťová architektúra štruktúra riadenia celej komunikácie v sief, spolu s technickými a programovacími prostriedkami. Vrstvový model sieťovej architektúry reprezentácia štruktúry komunikácie pomocou vrsfev (layers) a k ním prislúchajúcich služieb a protokolov. Protokolový zásobník skupina spolupracujúcich protokolov (jeden, príp. viac protokolov na vrstvu), ktoré riadia celú komunikáciu medzi uzlami.

5 Protokolové hierarchie 5 Cudzinec prekladateľ sekretárka Cudzinci Myšlienka Myšlienka Prekladateľky Preklad do spoločného jazyka Preklad do spoločného jazyka Sekretárky Hlasová komunikácia Hlasová komunikácia

6 Filozofia vrsfev 6 Je veľmi zložité a náročné implementovať funkčnú sieť. Je potrebné jeden veľký problém dekomponovať na menšie časf, ktoré je možné riešiť samostatne. Dekompozícia je realizovaná po hierarchicky usporiadaných vrstvách: dobre to odpovedá povahe riešeného problému, výhodou je možnosť alternamvnych riešení na úrovni nižších vrsfev à väčšia modulárnosť.

7 Predstava dekompozície 7 Je potrebné rozdeliť sieť na vrstvy s jasne definovanou funkcionalitou. Vrstva Koľko má byť vrstiev? Sieť (ako celok) Vrstva Vrstva Vrstva Vrstva Čo má ktorá vrstva robiť? Ako má ktorá vrstva fungovať? Vrstva...

8 Spôsob komunikácie medzi vrstvami 8 Vrstva môže využívať služby len najbližšej nižšej vrstvy a poskytovať služby len pre najbližšiu vyššiu vrstvu. Vrstva Poskytovanie služieb STOP Vrstva Komunikácia s partnerskou vrstvou iného uzlu Vrstva Využívanie služieb

9 Vzťah služieb a protokolov 9 Služba špecifikácia množiny poskytovaných operácií nižšej vrstvy vyššej vrstve. Formálne je špecifikovaná skupinou základných operácií (primimv) a parametrov. Protokol definícia pravidiel, štruktúry a významu správ prenášaných medzi rovnakými vrstvami. vrstva k+1 vrstva k+1 služba poskytovaná vrstvou k vrstva k protokol vrstva k vrstva k-1 vrstva k-1

10 Vrstvový model sieťovej architektúry 10 každá vrstva vykonáva presne definované komunikačné funkcie, každá vrstva má definované rozhranie so susednými vrstvami, vrstvy pracujú podľa definovaného protokolu, vzájomne komunikujúce časf tej istej vrstvy sa nazývajú rovnocenné (rovnoľahlé) enfty (peers alebo peer enffes), každá vrstva vymieňa správy (dáta a riadiace informácie) s rovnocennou (peer) vrstvou na vzdialenom počítači, dáta vymieňané medzi dvoma peer enftami (prostredníctvom protokolu) sa nazývajú protokolové dátové jednotky (PDU- Protocol Data Unit).

11 Protokolové hierarchie 11 vrstva 1 sekretárka vrstva 2 prekladateľka vrstva 3 cudzinec Protokol vrstvy 3 Vrstva 3 Vrstva 3 Rozhranie vrstiev 2/3 Protokol vrstvy 2 Vrstva 2 Vrstva 2 Rozhranie vrstiev 1/2 Protokol vrstvy 1 Vrstva 1 Fyzické médium Vrstva 1

12 Princíp vrstvenia 12 Vrstva N v cieľovom uzle musí prijať iba informáciu vyslanú vrstvou N vysielajúceho uzla. Výstupné dáta sú prenášané smerom nadol cez každú vrstvu a vstupné dáta sú prenášané smerom nahor cez každú vrstvu. Každá vrstva vo vysielajúcom uzle pridáva hlavičku (header), peer vrstva v prijímajúcom uzle číta, interpretuje a odstraňuje túto hlavičku.

13 Princíp vrstvenia 13 Zapuzdrenie protokolov vyššej vrstvy PDU Protocol Data Unit PCI Protocol Control Informa:on SDU Service Data Unit (N+1)-PDU Vrstva N+1 (N)-PCI (N)-SDU Vrstva N (N)-PDU Vrstva N-1 (N-1)-PCI (N-1)-SDU

14 Princíp vrstvenia 14 Hlavička - definovaná protokolom - s údajmi pre partnerskú vrstvu Dáta Vrstva Dáta Vrstva Vrstva Dáta Vrstva Vrstva Dáta Vrstva Vrstva Dáta Vrstva

15 Komunikácia medzi vrstvami 15 Enfta z vrstvy N+1 (service user) žiada a akceptuje služby z vrstvy N (service provider) pomocou primimv (primifves) cez SAP (service access point). Primimvy v abstraktnej forme vyjadrujú logickú výmenu informácii medzi vrstvami, nešpecifikujú konkrétnu implementáciu. SAP (Service Access Point) prístupové miesto služby, cez ktoré vrstva N+1 môže využiť služby ponúkané vrstvou N.

16 Komunikácia medzi vrstvami 16 SAP Service Access Point SDU Service Data Unit prístupové miesto pre volanie služby nižšej vrstvy. užitočná informácia pre službu nižšej vrstvy. PCI Protocol Control Informafon PDU Protocol Data Unit riadiaca informácia pre volanie služby nižšej vrstvy. dátová jednotka rozhrania. PDU = PCI + SDU Vrstva príkaz data Vrstva

17 Elementárne operácie 17 Služba je formálne špecifikovaná skupinou elementárnych operácií (primimv), parametrov (väčšina operácií má parametre). Štyri typy elementárnych operácií požiadavka (request) vyššia vrstva žiada službu najbližšej nižšej vrstvy, indikácia (indicafon) nižšia vrstva oznámi vyššej vrstve požadovanú akfvitu, odpoveď (response) vyššia vrstva potvrdí príjem primimvy indicafon, potvrdenie (confirm) nižšia vrstva potvrdí, že akfvita bola dokončená.

18 Elementárne operácie 18 Uzol 1 Uzol 2 Vrstva N Vrstva N-1 Vrstva N-1 Vrstva N Request t1 Indication t2 Confirm t3 Response Čas t4 Service user A Service user B Vrstva N (service user) Confirm Request Indication Response SAP Vrstva N-1 (service provider)

19 Štandardizácia 19 Sieťové štandardy dve kategórie štandardov n de jure štandardy n de facto štandardy Hlavné organizácie pre tvorbu štandardov ISO - (Internafonal Standards Organizafon), ITU- T - (Internafonal Telecommunicafon Union Telecommunicafons standardizafon sector), IEEE - (Insftute of Electrical and Electronics Engineers), ANSI - (American Nafonal Standards Insftute), IETF - (Internet Engineering Task Force).

20 Modely sieťových architektúr 20 RM OSI (Open Systems Interconnecfon Reference Model) vytvorený medzinárodnou organizáciou ISO (Internafonal Standards Organizafon), 7 vrsfev. TCP/IP model zastrešený organizáciou IETF, 4 vrstvy.

21 RM OSI 21 Open Systems Interconnecfon Reference Model ISO OSI bol pokusom vytvoriť univerzálnu sieťovú architektúru, skončil ako sieťový model bez protokolov, fe sa dopĺňali postupne, vznikal maximalisfckým spôsobom, pri ktorom sa autori snažili zahrnúť všetko, čo by sa niekomu a niekedy mohlo hodiť, n výsledok bol dosť ďaleko od reálnej praxe celé riešenia sa často ukázali ako nerealizovateľné a hľadala sa implementovatelná podmnožina, mnohé východiskové predpoklady sa ukázali ako chybné.

22 Vrstvy RM OSI 22 model pozostáva zo 7 vrsfev v dnešnej dobe sa to zdá zbytočne veľa Poskytuje rôzne sieťové služby pre aplikácie 7 aplikačná vrstva Konvertuje informáciu, definuje formát dát 6 prezentačná vrstva vrstvy orientované na podporu aplikácií Uskutočňuje, riadi spojenia medzi aplikáciami 5 relačná vrstva Komunikačná kontrola medzi koncovými bodmi 4 transportná vrstva prispôsobovacia vrstva Vnáša informáciu do siete 3 sieťová vrstva Riadi zabezpečenia medzi uzlami, adresovanie 2 linková vrstva vrstvy orientované na prenos dát Konektivita výslednej entity k médiu 1 fyzická vrstva

23 Vrstvy RM OSI fyzická prenos a príjem bitov (elektrické a mechanické vlastnosf, modulácie, synchronizácia... ) prenáša bity 2. linková prenos rámcov, detekcia chýb + ich oprava, pridáva hlavičku, adresa je fyzická, každý uzol vidí len susedov (potvrdzovanie rámcov, synchronizácia, riadenie chybovosf) prenáša rámce 3. sieťová prenos paketov konečnému adresátovi, smerovanie, používa logickú adresu prenáša pakety

24 Vrstvy RM OSI transportná komunikácia medzi koncovými užívateľmi nielen medzi uzlami, detekcia a/alebo oprava chýb prenáša segmenty 5. relačná riadenie relácie, (zabezpečenie - šifrovanie, synchronizácia, podpora transakcií, určenie spôsobu komunikácie, ukončenie prenosu, obnovenie prerušeného dialógu) 6. prezentačná rovnaké interpretovanie rovnakých dáta, konverzia (kódovanie znakov, formát číslic) 7. aplikačná jednotné rozhranie medzi programom a sieťou, spoločné časf aplikácií (prenos správ, el. pošta, www)

25 Vrstvy RM OSI 25 Fyzická, spojová a sieťová vrstva sú typu klient- klient (peer- to- peer). Transportná, relačná, prezentačná a aplikačná vrstva sú typu end- to- end. Koncový uzol (end node) Medziuzol (Intermediate node) Koncový uzol (end node) Proces A Proces B aplikačná vrstva A-PDU Application layer prezentačná vrstva P-PDU Presentation layer relačná vrstva S-PDU Session layer transportná vrstva Segmenty Transport layer sieťová vrstva sieťová vrstva Pakety Network layer linková vrstva linková vrstva Rámce Data link layer fyzická vrstva fyzická vrstva Bity Physical layer prenosové médium

26 Vrstvy RM OSI 26 Každá vrstva môže používať služby len najbližšej nižšej vrstvy. Každá vrstva môže pridať hlavičku (header) alebo ukončenie (trailer) do dátového balíku. Outgoing PDU Construction Aplikácia A Aplikácia B Incoming PDU Reduction A H data aplikačná vrstva Application layer A H data P H A-PDU prezentačná vrstva Presentation layer P H A-PDU S H P-PDU relačná vrstva Session layer S H P-PDU T H S-PDU transportná vrstva Transport layer T H S-PDU N H T-PDU sieťová vrstva Network layer N H T-PDU L H N-PDU L T linková vrstva Data link layer L H N-PDU L T PL-PDU fyzická vrstva Physical layer PL-PDU Prenosové médium

27 Vrstvy RM OSI 27 Hlavička linkovej vrstvy Hlavička sieťovej vrstvy Hlavička transportnej vrstvy Hlavička relačnej vrstvy Hlavička prezentačnej vrstvy Hlavička aplikačnej vrstvy Header (hlavička) riadiacia informácia L N T S P A Správa L Koncovka linkovej vrstvy Trailer (ukončenie) riadiaca informácia Bity prenášané fyzickou vrstvou komunikačnej siete Vysielajúci proces dáta Prijímajúci proces dáta aplikačná vrstva Virtuálny dátový tok A dáta Application layer dáta prezentačná vrstva P A dáta Presentation layer dáta relačná vrstva S P A dáta Session layer Vrstvy stroja segmenty transportná vrstva T S P A dáta Transport layer pakety sieťová vrstva N T S P A dáta Network layer rámce linková vrstva L N T S P A dáta L Data link layer Vrstvy média bity fyzická vrstva bity Physical layer Skutočný dátový tok

28 TCP/IP 28 TCP/IP model alebo Internet model - vytvorený IAB (Internet Architecture Board) pod zášftou IETF (Internet Engineering Task Force). Štandardy TCP/IP siem - RFC dokumenty (Request For Comment) - každý RFC dokument má jedinečné číslo. 4 vrstvy. 4 Application layer Aplikačná vrstva 3 Transport layer Transportná vrstva 2 Network or Internet layer Sieťová - Internetová vrstva 1 Network Interface layer Vrstva sieťového rozhrania

29 Vrstvy TCP/IP 29 Aplikačná vrstva slúži na pripojenie k užívateľskej aplikácii, ktorá riadi komunikáciu, obsahuje veľké množstvo protokolov. Transportná vrstva zabezpečuje transport dát aplikačnej vrstvy medzi dvomi koncovými uzlami, na prenos používa dva protokoly, n User Datagram Protocol (UDP) nespojovo orientovaný a nespoľahlivý prenos, n Trasmission Control Protocol (TCP) spojovo orientovaný a spoľahlivý prenos.

30 Vrstvy TCP/IP 30 Internetová vrstva zabezpečuje smerovanie komunikácie v sief, zisťuje aká je topológia siete a vyberá tú najlepšiu cestu, zabezpečuje adresovanie, dáta posiela v označených blokoch, používa Internet protocol (IP). Vrstva sieťového rozhrania poskytuje protokolu IP funkčnosť pre enkapsuláciu datagramov, zabezpečuje prenos a transformáciu dát až po samotný prenos dát komunikačným médiom.

31 Vrstvy TCP/IP 31 SIEŤOVÉ PREPOJENIE HOST A SMEROVAČ SMEROVAČ HOST B VRSTVOVÉ PREPOJENIE Koncový uzol Medziuzol Medziuzol Koncový uzol Aplikácia A Aplikácia B Application layer Transport layer PEER- TO - PEER Application layer Transport layer Network or Internet layer Network or Internet layer Network or Internet layer Network or Internet layer Network Interface layer Network Interface layer Network Interface layer Network Interface layer ETHERNET FIBER, SATELLITE ETHERNET

32 Základné protokoly TCP/IP 32 Data Application layer UDP Header UDP Data Transport layer IP Header IP Data Network or Internet layer Frame Header Frame Data Frame footer Network Interface layer

33 Základné protokoly TCP/IP 33 APLIKAČNÉ PROTOKOLY NFS FTP HTTP IMAP XDR TELNET SSL DNS RPC BOOTP TFTP TCP UDP ICMP IGMP IP - protokol ARP RARP LINKOVÁ A FYZICKÁ VRSTVA

34 RM OSI a TCP/IP 34 Korešpondencia vrsfev SW Brány RM OSI TCP/IP 7 Application layer 4 Uživateľská aplikácia Operačný systém FW HW Smerovač 3 Prepínač 2 Opakovač 1 Presentation layer Session layer Transport layer Network layer Data link layer Physical layer Application layer Transport layer Network or Internet layer Network Interface layer

35 RM OSI a TCP/IP 35 Model RM OSI model bol navrhnutý skôr ako samotné protokoly, dôležitý pre štúdium sief, protokoly nepopulárne. TCP/IP pôvodne nerozlišoval jasne medzi službami, rozhraniami a protokolmi, ako prvé existovali protokoly, následne bol vytvorený model, model prakfcky neexistuje. TCP/IP model vznikol ako riešenie prakfckého inžinierskeho problému. Na druhej strane OSI model je výsledkom teorefckého prístupu a vznikol fež v skoršej fáze evolúcie komunikačných siem. Preto je jednoduchšie porozumieť OSI modelu, ale TCP/IP model je v skutočnosf aplikovaný.

36 Protokoly a vrstvy 36 umiestnenie protokolov vo vrstvovom modeli RM OSI Application layer Presentation layer Session layer FTP DNS TELNET NetBIOS emulator NCP Netware core protocol X.29 PAD 4 Transport layer TCP SPX 3 Network layer IP IPX X Data link layer Physical layer Ethernet v.2 IEEE CSMA/CD IEEE IEEE Token Ring HDLC X.21 RM OSI LANs WANs

37 Enfta / protokol 37 vrstvy nie sú jednoliate, v každej vrstve môže existovať a fungovať niekoľko relamvne samostatných enmt, enfta môže byť napr. proces, démon, úloha. enfty v rovnakej vrstve môžu plniť rozdielne funkcie, nekonkurovať si, plniť obdobné funkcie ale iným spôsobom t.j. konkurovať si. protokol definuje pravidlá komunikácie medzi enftami rovnakých vrsfev, každý protokol vždy prislúcha do určitej konkrétnej vrstvy. protokol určuje spôsob, akým je realizovaná určitá služba, pre každú vrstvu môže existovať niekoľko alternamvnych protokolov, súčasné použife rôznych protokolov (v rámci tej istej vrstvy) sa nemusí vylučovať.

38 Sieťový model / sieťová architektúra 38 sieťový model je ucelená predstava o tom, ako majú byť technologicky riešené siete Zahŕňa: predstavu o počte vrsfev predstavu o tom, akú ma každá vrstva funkciu Nezahŕňa: konkrétnu predstavu o tom, ako má ktorá vrstva svoje úlohy plniť n konkrétne protokoly sieťová architektúra obsahuje okrem toho: konkrétnu predstavu o spôsobe fungovania jednotlivých vrsfev n konkrétne protokoly príklad sieťového modelu: referenčný model ISO/OSI príklad sieťovej architektúry: TCP/IP

39 KOMUNIKAČNÉ A INFORMAČNÉ SIETE VRSTVOVÝ PROTOKOLOVÝ MODEL, REFERENČNÉ MODELY RM OSI A TCP/IP Ing. Michal Halás, PhD. michal.halas@stuba.sk, B- 514, hjp://