podstawytcpip.pdf

Wykład – Mikrosystemy Elektroniczne

Mikroserwery TCP/IP – podstawy TCP/IP

1. Informacje ogólne

Siecią komputerową można nazwać wszystko, co pozawala dwóm, bądź większej liczbie

komputerów komunikowanie się ze sobą, lub z innymi urządzeniami. Dzięki sieciom można

wykorzystać komputery do współużytkowania informacji, współpracy przy realizacji zadań,

do drukowania, wymiany poczty elektronicznej, wymiana plików, itp.

Sieci składają się z wielu elementów, są to sprzęt oraz oprogramowanie .

Podstawowe sprzętowe składniki niezbędne do funkcjonowania wszelkiego rodzaju

sieci to:

urządzenia dostępu,

urządzenia wzmacniania przesyłanych sygnałów (wzmacniaki).

Urządzenia transmisji są stosowane do transportu sygnałów biegnących przez sieć do

miejsc docelowych. Takimi nośnikami są kable koncentryczne, skrętka dwużyłowa, kable

światłowodowe (nośniki sieci lokalnej (LAN – Local Area Network) mogą być również

niematerialne, np. powietrze, które przesyła światło, fale radiowe, mikrofale).

formatowanie danych w taki sposób, aby nadawały się one do przesyłania w sieci,

umieszczanie w sieci tak sformatowanych danych,

odbieranie danych do nich zaadresowanych.

W sieci LAN urządzeniami dostępu są między innymi karty sieciowe. Karta taka pełni

funkcję portu, za pomocą którego komputer przyłączony jest do sieci. Karty sieciowe

oprawiają dane w ramki, których wysłania domagają się aplikacje komputera, po czym

umieszczają te dane, które mają postać binarną, w sieci, a także odbierają ramki

zaadresowane do obsługiwanych przez nie komputerów.

W sieciach rozległych (WAN – Wide Area Network) urządzeniami dostępu są routery.

Działają one na poziomie warstwy sieci modelu OSI i składają się z protokołów dwojakiego

rodzaju: protokołów trasowania i protokołów trasowalnych. Protokoły trasowalne, takie jak

protokół IP, używane są do transportowania danych poza granice domen warstwy łącza

danych. Protokoły trasowania udostępniają wszystkie funkcje niezbędne do:

określania w sieci WAN ścieżek optymalnych dla każdego adresu docelowego,

odbierania pakietów i przesyłanie ich dalej do miejsca docelowego z wykorzystaniem

ścieżek.

Wzmacniak jest urządzeniem, które odbiera przesyłane sygnały, wzmacnia je i wysyła z

powrotem do sieci. W sieciach LAN wzmacniak - częściej zwany koncentratorem -

umożliwia przyłączanie do sieci wielu urządzeń. Generalnie ważną funkcją koncentratorów

jest regenerowanie sygnałów. Sygnały elektroniczne umieszczone w sieci ulegają

zakłóceniom:

tłumienia,

zniekształcenia.

Tłumienie można eliminować zmniejszając długość kabli na tyle, by moc sygnału

umożliwiała mu dotarcie do wszystkich części okablowania. Jeśli kabel musi być długi,

można na kablu zamocować wzmacniak. Zniekształcenia powodują większy problem

urządzenia transmisji,

Urządzenia dostępu są odpowiedzialne za:

Wykład – Mikrosystemy Elektroniczne

związany z przesyłaniem sygnałów. Wzmacniaki nie potrafią rozróżniać sygnałów

prawidłowych od zniekształconych i wzmacniają wszystkie sygnały.

Składnikami programowymi niezbędnymi do utworzenia sieci są:

protokoły - określają sposoby komunikowania się urządzeń,

programy poziomu sprzętowego, nazywane mikroprogramami, sterownikami lub

programami obsługi, czyli umożliwiają działanie urządzeniom, takim jak np. karty

sieciowe.

Sterownikiem urządzeń określa się program, który umożliwia sterowanie określonym

urządzeniem, można go porównać do miniaturowego systemu operacyjnego obsługującego

jedno urządzenie. Sterownik karty sieciowej dostarcza interfejsu dla systemu operacyjnego

hosta.

Oprogramowanie komunikacyjne pozwala korzystać z pasma przesyłania utworzonego i

udostępnionego przez składniki sieci. Przykładami takich programów komunikacyjnych są

programy mapowania dysków, sieć WWW, telnet, ftp, a nawet poczta elektroniczna.

Magistrala sieci LAN jest siecią, która do komunikacji w sieci używa karty interfejsu

sieciowego (karty sieciowej). Magistralowa sieć lokalna składa się z następujących

elementów składowych:

interfejsu fizycznego lub nadajnika - odbiornika dla każdego urządzenia przyłączanego do

sieci,

protokoły transmisji i komunikacji,

oprogramowania umożliwiającego użytkownikom komunikowanie się i udostępnianie

zasobów.

1.1. Pojęcia podstawowe z zakresu sieci komputerowych

Pakiet – „paczka danych” przesyłana między urządzeniami przy wykorzystaniu łącza

komunikacyjnego (sieciowego); zawiera nagłówek i dane.

Protokół – sposób komunikowania się z innym systemem; zbiór zasad określających

zachowanie się partnerów w komunikacji; określa parametry czasowe dla

poszczególnych sygnałów oraz strukturę danych.

Przełącznik ( ang. switch ) - działanie podobne do koncentratora. Obsługuje łącza przełączane

(większa wydajność).

Ramka – sekwencja bitów przesyłany przez łącze fizyczne.

Repeater – proste urządzenie pomocnicze, którego zadaniem jest regeneracja sygnału

przesyłanego kablem. Pozwala to na zwiększenie długości połączenia, co w

efekcie przyczynia się do zwiększenia rozpiętości sieci.

Router - sieciowe urządzenie trasujące (przekaźnik), odpowiedzialne za przesyłanie pakietów

informacji między dwoma odległymi od siebie komputerami. Routerem może być

zarówno komputer z zainstalowanym odpowiednim oprogramowaniem jak i

opracowane specjalnie do tego celu urządzenie elektroniczne.

Topologia sieci - sposób fizycznego połączenia komputerów w jeden zespół.

DTE (data terminal equipment) - urzadzenie terminalowe danych lub inaczej

stacja, jest unikalnym, zaadresowanym urządzeniem w sieci.

Urządzenie nadawczo-odbiorcze (transceiver) – urządzenie, które umożliwia

stacji transmisje „do” i „z” któregoś ze standartowych mediów normy IEEE

medium transmisyjnego, czyli nośnika (magistrala),

Wykład – Mikrosystemy Elektroniczne

802.3. Dodatkowo transceiver Ethernetowy zapewnia izolację elektryczną

pomiędzy stacjami oraz wykrywa i reaguje na kolizje.

MAU (Medium Attachement Unit) moduł dołączania medium jest jednym z określeń IEEE

na transceiver. Karta sieciowa najczęściej ma zintegrowany wewnątrz

transceiver.

AUI (Attachment Unit Interface) - połączenie pomiędzy kontrolerem i transceiverem.

Aktualnie prawie nie występuje, był to rodzaj kabla i gniazdek, do

komunikowania się karty sieciowej z dołączanymi do niej transceiverami.

Dopiero transceiver mógł zostać podłączony do medium transmisyjnego (np.:

koncentryk, skrętka)

Segment – część okablowania sieci ograniczona przez mosty (bridge), przełączniki (switche),

rutery, wzmacniaki lub terminatory. Najczęściej połączenie między dwoma

komputerami lub koncentratorem i komputerem (dla skrętki i światłowodu), lub

jeden odcinek kabla koncentrycznego łączącego wiele urządzeń.

Wzmacniak (repeater) – stanowi połączenie elektryczne między dwoma segmentami sieci.

Jego zadaniem jest wzmocnienie i odnowienie sygnału w celu zwiększenia

rozległości sieci. W żaden sposób nie ingeruje w zawartość logiczną ramki.

Koncentrator (hub, concentrator) – umożliwia podłączenie (w topologii gwiazdy) wielu

urządzeń sieciowych w jeden segment. W rozważaniach można go traktować jak

połączenie wielu wzmacniaków (wieloportowy wzmacniak).

2. Warstwowy model sieci komputerowej ISO – OSI (International Standard

Organization - Open Systems Interconnection)

W 1977 roku „Międzynarodowa Organizacja Normalizacji ISO "International

Organization for Standardization" www.iso.org opracowała wzorcowy „Model łączenia

systemów otwartych” (Open System Interconnection). Ideą przyświecającą tym działaniom,

było umożliwienie współdziałania ze sobą produktów pochodzących od różnych

producentów.

Proces komunikacji został podzielony na 7 etapów, zwanych warstwami, ze względu na

sposób przechodzenia pomiędzy nimi informacji. Często struktura tworzona przez warstwy

OSI nazywana jest stosem protokołów wymiany danych. Warstwy od 1 do 3 umożliwiają

dostęp do sieci, a warstwy od 4 do 7 obsługują komunikację końcową.

W złożonym zagadnieniu komunikacji wyodrębnia się pewne niezależne zadania, które

mogą być rozwiązywane przez wydzielone układy sprzętowe lub pakiety oprogramowania

zwane obiektami. Klasę obiektów rozwiązujących dane zagadnienie nazywa się warstwą .

Pojęcie warstwy nie jest jednoznaczne z pojęciem protokołu – funkcje danej warstwy mogą

być wykonywane przez kilka różnych protokołów. Każdy protokół komunikuje się ze swoim

odpowiednikiem, będącym implementacją tego samego protokołu w równorzędnej warstwie

komunikacyjnej systemu odległego. Warstwy (a dokładnie konkretne protokoły zawarte w tej

warstwie) komunikują się bezpośrednio z odpowiadającymi im warstwami w odległym

hoście. Należy więc też zapewnić reguły przekazywania informacji w dół do kolejnych

warstw pracujących na danym komputerze. Dane przekazywane są od wierzchołka stosu,

poprzez kolejne warstwy, aż do warstwy fizycznej, która przesyła je poprzez sieć do

odległego hosta. Na szczycie stosu znajdują się usługi świadczone bezpośrednio

użytkownikowi przez aplikacje sieciowe, na spodzie – sprzęt realizujący transmisję sygnałów

niosących informacje.

Każda kolejna warstwa musi jedynie znać format danych wymagany do komunikacji

poprzez warstwę niższą zwany protokołem wymiany danych. Przy przechodzeniu do warstwy

Wykład – Mikrosystemy Elektroniczne

niższej dana warstwa dokleja do otrzymanych przez siebie danych nagłówek z informacjami

dla swojego odpowiednika na odległym hoście. W ten sposób kolejne warstwy nie ingerują w

dane otrzymane z warstwy poprzedniej. Przy odbieraniu danych z warstwy niższej, dana

warstwa interpretuje ten nagłówek „doklejony” poprzez swojego odpowiednika i jeśli

zachodzi potrzeba przekazania danych do warstwy wyższej, usuwa swój nagłówek i

przekazuje dane dalej.

Tabela 1. Numeracja i nazwy warstw modelu OSI

Nazwa warstwy modelu OSI Numer warstwy

Aplikacji

Prezentacji

Sesji

Transportu

Sieci

Łącza danych

Fizyczna (sprzętowa)

Rys. 1. Transmisja danych pomiędzy kolejnymi warstwami ISO – OSI

Warstwa fizyczna (sprzętowa)

Warstwa najniższa nazywana jest warstwą fizyczną . Jest ona odpowiedzialna za

przesyłanie strumieni bitów. Odbiera ramki danych z warstwy 2, czyli warstwy łącza danych,

i przesyła szeregowo, bit po bicie, całą ich strukturę oraz zawartość. Jest ona również

odpowiedzialna za odbiór kolejnych bitów przychodzących strumieni danych. Strumienie te

są następnie przesyłane do warstwy łącza danych w celu ich ponownego ukształtowania.

Warstwa łącza danych

Druga warstwa modelu OSI nazywana jest warstwą łącza danych . Jak każda z warstw,

pełni ona dwie zasadnicze funkcje: odbierania i nadawania. Jest ona odpowiedzialna za

końcową zgodność przesyłania danych. W zakresie zadań związanych z przesyłaniem,

warstwa łącza danych jest odpowiedzialna za upakowanie instrukcji, danych itp. W tzw.

ramki. Ramka jest strukturą rodzimą - czyli właściwą dla - warstwy łącza danych, która

zawiera ilość informacji wystarczającą do pomyślnego przesyłania danych przez sieć lokalną

do ich miejsca docelowego. Pomyślna transmisja danych zachodzi wtedy, gdy dane osiągają

miejsce docelowe w postaci niezmienionej w stosunku do postaci, w której zostały wysłane.

Ramka musi więc zawierać mechanizm umożliwiający weryfikowanie integralności jej

zawartości podczas transmisji.

Wykład – Mikrosystemy Elektroniczne

W wielu sytuacjach wysyłane ramki mogą nie osiągnąć miejsca docelowego lub ulec

uszkodzeniu podczas transmisji. Warstwa łącza danych jest odpowiedzialna za

rozpoznawanie i naprawę każdego takiego błędu. Warstwa łącza danych jest również

odpowiedzialna za ponowne składanie otrzymanych z warstwy fizycznej strumieni binarnych

i umieszczanie ich w ramkach. Ze względu na fakt przesyłania zarówno struktury, jak i

zawartości ramki, warstwa łącza danych nie tworzy ramek od nowa. Buforuje ona

przychodzące bity dopóki nie uzbiera w ten sposób całej ramki.

Warstwa sieci

Warstwa sieci jest odpowiedzialna za określenie trasy transmisji między komputerem-

nadawcą, a komputerem-odbiorcą. Warstwa ta nie ma żadnych wbudowanych mechanizmów

korekcji błędów i w związku z tym musi polegać na wiarygodnej transmisji końcowej

warstwy łącza danych. Warstwa sieci używana jest do komunikowania się z komputerami

znajdującymi się poza lokalnym segmentem sieci LAN. Umożliwia im to własna architektura

trasowania, niezależna od adresowania fizycznego warstwy 2. Korzystanie z warstwy sieci nie

jest obowiązkowe. Wymagane jest jedynie wtedy, gdy komputery komunikujące się znajdują

się w różnych segmentach sieci przedzielonych routerem.

Warstwa transportu

Warstwa ta pełni funkcję podobną do funkcji warstwy łącza w tym sensie, że jest

odpowiedzialna za końcową integralność transmisji. Jednak w odróżnieniu od warstwy łącza

danych - warstwa transportu umożliwia tę usługę również poza lokalnymi segmentami sieci

LAN. Potrafi bowiem wykrywać pakiety, które zostały przez routery odrzucone i

automatycznie generować żądanie ich ponownej transmisji. Warstwa transportu identyfikuje

oryginalną sekwencję pakietów i ustawia je w oryginalnej kolejności przed wysłaniem ich

zawartości do warstwy sesji.

Warstwa sesji

Piątą warstwą modelu OSI jest warstwa sesji . Jest ona rzadko używana; wiele protokołów

funkcje tej warstwy dołącza do swoich warstw transportowych. Zadaniem warstwy sesji

modelu OSI jest zarządzanie przebiegiem komunikacji podczas połączenia miedzy dwoma

komputerami. Przepływ tej komunikacji nazywany jest sesją. Warstwa ta określa, czy

komunikacja może zachodzić w jednym, czy obu kierunkach. Gwarantuje również

zakończenie wykonywania bieżącego żądania przed przyjęciem kolejnego.

Warstwa prezentacji

Warstwa prezentacji jest odpowiedzialna za zarządzanie sposobem kodowania wszelkich

danych. Nie każdy komputer korzysta z tych samych schematów kodowania danych, więc

warstwa prezentacji odpowiedzialna jest za translację między niezgodnymi schematami

kodowania danych. Warstwa ta może być również wykorzystywana do niwelowania różnic

między formatami zmiennopozycyjnymi, jak również do szyfrowania i rozszyfrowywania

wiadomości.

Warstwa aplikacji

Najwyższą warstwą modelu OSI jest warstwa aplikacji . Pełni ona rolę interfejsu

pomiędzy aplikacjami użytkownika a usługami sieci. Warstwę tę można uważać za inicjującą

sesje komunikacyjne.

Mimo, iż model składa się z siedmiu warstw, to określona sesja komunikacyjna nie musi

wykorzystywać wszystkich siedmiu, lecz tylko niektóre z nich. Np., komunikacja w ramach

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: