Wykład 1:
“Wprowadzenie”
Mikołaj Leszczuk
Wykład 1:
“Wprowadzenie”
Mikołaj Leszczuk
2
About Me! :-)
mgr inż. Mikołaj Leszczuk
Katedra Telekomunikacji AGH w
Krakowie
AGH, Kraków, al. Mickiewicza 30,
Pawilon D-5 (ul. Czarnowiejska 78),
pokój 1.23
Telefon AGH: (12) 617-35-99
e-Mail:
3
Tematyka przedmiotu
Wprowadzenie do sieci telekomunikacyjnych
Warstwa 1 - fizyczna
Warstwa 2 - łącza danych
Warstwa 3 – sieciowa
Warstwa 4 - transportowa
Warstwa 5 - sesji
Warstwa 6 - prezentacji
Warstwa 7 - aplikacji
4
Organizacja zajęć
Czas trwania przedmiotu: 30 godzin
lekcyjnych plus laboratorium
Wykład: 90 minut, zwykle co drugi
tydzień
Laboratorium: 90 minut, zwykle co drugi
tydzień
Wykład na WWW:
Pozostałe kwestie
5
Zasady otrzymywania
zaliczenia.
Co 2-3 tygodnie, na początku wykładu – test w
zakresie ostatnio przerobionego materiału z
wiedzy:
Teoretycznej
Praktycznej
Nieusprawiedliwiona nieobecność na teście =>
ocena niedostateczna z danego testu
Średnia testów => ocena końcowa
Osoby, nie otrzymają oceny pozytywnej, mogą w
test z całego semestru,
Ocena końcowa będzie średnią oceny negatywnej i
oceny z testu poprawkowego
6
Literatura (1/2)
“ISO/OSI Network Model”
[
www.ussg.iu.edu/usail/network/nfs
]
“ISO – International Organization for
Standardization”
[
]
“Jak działają sieci komputerowe. Interaktywny
podręcznik sieci komputerowych”
[
www.man.poznan.pl/~pawelw/dyplom
]
“Podstawy protokołu TCP/IP”
[
]
7
Literatura (2/2)
“Sieci komputerowe TCP/IP zasady, protokoły i
architektura” [WNT Warszawa 1997]
“Wielka encyklopedia sieci komputerowych”
[wyd. Robomatic – Łódź 1995]
“Bezpieczeństwo w Unixie i Internecie”
“Podręcznik użytkownika sieci komputerowej”
[wyd. NASK Warszawa 1995]
8
Warstwowa architektura
logiczna
System A
Proces A
Procesy
użytkowe
Najwyższa
warstwa
(N+1)-warstwa
N-warstwa
(N-1)-warstwa
System B
Proces B
System C
Proces C
Nośnik sygnału
Usługi (N+1)-warstwy
Usługi N-warstwy
Usługi (N-1)-warstwy
9
Warstwowa architektura
sieci komputerowych
(1/4)
Warstwową architekturę sieci
komputerowych
opracowano w celu ułatwienia
projektowania sieci komputerowych oraz
oprogramowania systemów sieciowych.
Wyróżniono w niej pewną liczbę poziomów
hierarchii (
warstw
), usługi i funkcje przypisane
każdemu z nich oraz protokoły komunikacyjne i
jednostki danych używane na poszczególnych
poziomach.
Duże firmy opracowały swoje architektury (modele
zamknięte), wśród których były m.in.
architektura SNA (System Network
Architecture)
firmy IBM i
architektura DNA
(Digital Network Architecture)
firmy DEC.
10
Warstwowa architektura
sieci komputerowych
(2/4)
System otwarty realizuje pewne
funkcje
, które
dzieli się na grupy tworzące hierarchię.
Każda grupa stanowi pewien podsystem.
Jeżeli połączymy ze sobą kilka systemów
otwartych, to podsystemy, w których realizowane
są takie same
funkcje
utworzą
warstwę
.
W każdej
warstwie
może istnieć element
aktywny, tzw.
obiekt
.
Obiekty
znajdujące się w tej samej
warstwie
(mogą być w różnych systemach otwartych)
nazywane są
partnerami
.
11
Warstwowa architektura
sieci komputerowych
(3/4)
Każda
warstwa
świadczy usługi na rzecz
obiektów warstwy
wyższej.
Partnerzy
mogą realizować określone
funkcje
,
np. nawiązanie połączenia.
Zasady współdziałania
partnerów
przy
realizacji określonych funkcji określa
protokół
.
Partnerzy warstwy
N oferują
partnerom
warstwy
N+1 usługi
warstwy
N oraz
warstw
niższych, przy czym w
warstwie
N nie jest
znany sposób realizowania usług w
warstwach
niższych – wiadomo jedynie, że takie usługi są
dostępne.
12
Warstwowa architektura
sieci komputerowych
(4/4)
W ramach pojedynczego systemu usługi
warstwy
N są dostępne w
punktach
udostępniania usług
, przy czym do jednego
punktu
może być dołączony tylko jeden
obiekt
warstwy
N+1 i jeden
warstwy
N, ale jeden
obiekt warstwy
N+1 lub N może być
dołączony do wielu
punktów udostępniania
usług
.
Każdy
obiekt
ma swoją nazwę, a każdy
punkt
udostępniania usług
jest określony przez
adres.
13
Protokoły, obiekty i
punkty udostępniania
usług
(N+1)-obiekt
N-obiekt
(N-1)-obiekt
(N-1)-obiekt
Protokół
(N+1)-warstwy
(N+1)-obiekt
N-obiekt
(N-1)-obiekt
(N-1)-obiekt
Protokół
N-warstwy
Protokół
(N+1)-warstwy
Protokół
(N+1)-warstwy
(N+1)-warstwa
N-warstwa
(N-1)-warstwa
obiekty (nazwa)
punkty udostępniania usług (adres)
14
Operacje elementarne
(1/3)
W celu zapewnienia jednoznaczności
opisu usług i niezależności ich od
implementacji wprowadzono tzw.
operacje elementarne, które dostępne
są na styku warstwy N (usługodawca) a
obiektami warstwy N+1 (usługobiorcy).
Wyróżniono cztery rodzaje takich
operacji.
15
Operacje elementarne
(2/3)
1.
Żądanie
– generowane przez obiekt
warstwy N+1 w celu zainicjowania
określonego działania warstwy N lub
partnera.
2.
Zawiadomienie
– generowane przez
warstwę N w celu:
poinformowania obiektu w warstwie N+1,
że partner podjął pewne działania lub życzy sobie
podjęcia pewnych działań,
poinformowania obiektu w warstwie N+1
o pewnych działaniach usługodawcy.
16
Operacje elementarne
(3/3)
3.
Odpowiedź
– generowana przez obiekt
warstwy N+1 dołączony do punktu
udostępniania usług warstwy N w celu
określenia zakończenia działania
zainicjowanego dostarczeniem zawiadomienia
do tego punktu.
4.
Potwierdzenie
– generowane przez warstwę
N do punktu udostępniania usług tej warstwy
w celu określenia zakończenia działanie
zainicjowanego żądaniem skierowanym do
tego punktu.
17
Model ISO/OSI (1/3)
Model wzorcowy ISO/OSI (angielskie OSI
Reference Model)
OSI = Open Systems Interconnection
– system
otwarty = zgodny z zaleceniami modelu odniesienia
i zdolny do wymiany informacji z innymi systemami
otwartymi
Standard ISO 7498
Powstały pod koniec lat siedemdziesiątych (1978 r.)
Zbiór zasad komunikowania się urządzeń sieciowych
7 niezależnych warstw
Każda zbudowana na bazie warstwy poprzedniej
18
Model ISO/OSI (2/3)
Nie określa fizycznej budowy warstw, a
koncentruje się na sposobach ich współpracy.
Takie podejście do problemu sprawia, że:
Każda warstwa może być implementowana przez
producenta na swój sposób
Urządzenia sieciowe od różnych dostawców będą
poprawnie współpracować
Poszczególne warstwy sieci to niezależne całości
Nie wykonują widocznych zadań w odosobnieniu
od pozostałych warstw, ale programistycznego
punktu widzenia są odrębnymi poziomami.
19
Model ISO/OSI (3/3)
Komunikacja pomiędzy komputerami odbywa
się na poziomie odpowiadających sobie warstw
Dla każdej z nich – własny protokół komunikacyjny
W rzeczywistej sieci komputerowej komunikacja
odbywa wyłącznie się na poziomie warstwy fizycznej
Informacja każdorazowo przekazywana do
sąsiedniej niższej warstwy aż do dotarcia do
warstwy fizycznej
pomiędzy wszystkimi warstwami z wyjątkiem
fizycznej – komunikacja wirtualna, możliwa dzięki
istnieniu połączenia fizycznego
ISO/OSI często upraszczany do 4 warstw (model
TCP/IP)
20
Model ISO/OSI
Warstwa 1 – Fizyczna
Warstwa 2 – Łącza danych
Warstwa 3 – Sieciowa
Warstwa 4 – Transportowa
Warstwa 5 – Sesji
Warstwa 6 – Prezentacji
Warstwa 7 – Aplikacji
21
Warstwy ISO/OSI
aplikacji
prezentacji
sesji
transportowa
sieciowa
łącza danych
fizyczna
aplikacji
prezentacji
sesji
transportowa
sieciowa
łącza danych
fizyczna
sieciowa
łącza danych
fizyczna
stacja 1
stacja 2
węzeł
wiadomości
wiadomości
wiadomości
wiadomości
pakiety
ramki
bity
pakiety
ramki
bity
22
Warstwa 1 – fizyczna
(ISO/OSI physical layer)
Funkcje tej warstwy:
Sprzęgniecie z medium
transmisji danych
Dekodowanie sygnałów
Określanie amplitudy
prądu/napięcia
Określanie parametrów
mechanicznych łączówek
(kształtu, wymiarów i
liczby styków)
Inne kwestie transmisji
Odpowiedzialna za
transmisję strumienia
bitów między węzłami
Definiuje protokoły
opisujące interfejsy
fizyczne, czyli aspekty:
Mechaniczny
Elektryczny
Funkcjonalny
Proceduralny
Przykłady: UTP, STP
23
Warstwa 2 – łącza danych
(ISO/OSI data link layer)
W związku z podatnością
warstwy fizycznej na
zakłócenia i wynikające
stąd błędy oferuje
własne mechanizmy
kontroli błędów w
przesyłanych:
Ramkach
Pakietach
CRC – Cyclic
Redundancy Check
Zapewnia niezawodne
łącze pomiędzy
sąsiednimi węzłami
Nadzoruje przepływ
informacji przez łącze
odpowiedzialna za
odbiór i konwersję
strumienia bitów
pochodzących z
urządzeń transmisyjnych
Przykłady: “Ethernet”,
“WLAN”
24
Warstwa 3 – sieciowa
(ISO/OSI network layer)
Odpowiada, za obsługę
błędów komunikacji
Odpowiedzialna za
funkcje routingu, który
wyznacza optymalną
pod względem liczby
połączeń drogę
przesyłania pakietu
przez sieć (w oparciu o
stałe tablice opisane w
sieci)
Steruje działaniem
podsieci transportowej
Dostarcza środków do
ustanawiania, utrzymania
i rozłączania połączeń
sieciowych miedzy
systemami otwartymi, w
których rezydują
komunikujące się
aplikacje
Przesyła dane pomiędzy
węzłami sieci wraz z
wyznaczaniem trasy
przesyłu
Przykład: IP
25
Warstwa 4 – transportowa
(ISO/OSI transport layer)
Obsługuje dane
przyjmowanych z
warstwy sesji
Zapewnia usługi
połączeniowe
Wszystkie protokoły w
warstwie transportowej
są typu “od końca do
końca” (end-to-end)
Oznacza to, że działają
one tylko między
końcowymi systemami
otwartymi
Zapewnia przezroczysty
transfer danych między
stacjami sesyjnymi
Odciąża je od zajmowania
się problemami
niezawodnego i
efektywnego pod
względem kosztów
transferu danych
Opcjonalnie dzieli dane
na mniejsze jednostki
Przykłady: TCP, UDP
26
Warstwa 5 – sesji
(ISO/OSI session layer)
Usługi warstwy sesji:
Sterowanie wymianą
danych
Ustalanie punktów
synchronizacji danych (dla
celów retransmisji w
wypadku przemijających
przekłamań na łączach)
Umożliwienie odzyskania
danych (utraconych w
wyniku przerwy w
łączności) przez ponowne
ich przesłanie
Umożliwia aplikacjom
organizację dialogu oraz
wymianę danych między
nimi
Realizuje określenie
parametrów sprzężenia
użytkowników
Pełni szereg funkcji
zarządzających
Przykłady: HTTP, FTP, SMTP
27
Warstwa 6 – prezentacji
(ISO/OSI presentation layer)
Umożliwia
reprezentowanie
informacji, którą się
posługują stacje
aplikacyjne podczas
komunikacji
Obsługuje formaty
danych
Kompresuje przesyłane
dane, pozwalając na
zwiększenie szybkości
transmisji informacji
Zapewnia:
Tłumaczenie danych
Definiowanie ich
formatu
Odpowiednią składnię
Kodowanie i
dekodowanie zestawów
znaków
Wybór algorytmów,
które do tego będą
użyte
Mechanizmy kodowania
danych w celu ich
utajniania
Kowersję kodów
28
Warstwa 7 – aplikacji
(ISO/OSI application layer)
Pełni rolę okna między
współdziałającymi
procesami aplikacyjnymi
Zapewnia programom
użytkowym usługi
komunikacyjne
Stara się stworzyć
wrażenie
przezroczystości sieci
(jest to szczególnie
ważne w przypadku
obsługi rozproszonych
baz danych)
Określa formaty
wymienianych danych
Opisuje reakcje systemu
na podstawowe operacje
komunikacyjne
Dostarcza procesom
metod dostępu do
środowiska OSI
Przykłady: przeglądarka
(Mozilla, Internet
Explorer), program
pocztowy (Outlook,
Mozilla Mail)
29
Prokotoły, ramki, pakiety
(1/5)
W modelu odniesienia OSI poszczególne
warstwy komunikują się przy użyciu
ściśle określonych
protokołów
.
Powstaje tzw. stos
protokołów
.
Protokół
jest zdefiniowanym sposobem
komunikowania się z innym systemem.
Określa czas dla poszczególnych
sygnałów oraz strukturę danych.
30
Prokotoły, ramki, pakiety
(2/5)
W środowiskach sieciowych dane
przesyłane są:
W
pakietach
przez warstwy
protokołów
.
Jako
ramki
(strumień bitów) przez
połączenia fizyczne.
Pakiet
jest rodzajem „paczki danych”
przesyłanej między urządzeniami przy
użyciu łącza komunikacyjnego.
31
Prokotoły, ramki, pakiety
(3/5)
Dane umieszczane są w
pakietach
przez różne
podsystemy komunikacyjne (warstwy),
następnie tworzone są
ramki
, które przesyła się
przez łącza komunikacyjne.
Jednym z głównych powodów tworzenia
pakietów
i
ramek
jest ograniczenie wpływu
błędów pojawiających się przy transmisji do
niewielkich części przesyłanych informacji, co
ułatwia ich retransmisję.
Po drugie: stosowanie długich transmisji
mogłoby spowodować duże opóźnienia w ruchu.
32
Prokotoły, ramki, pakiety
(4/5)
Strukturę pakietu i ramki definiuje
protokół komunikacyjny.
Zazwyczaj pakiet zawiera:
nagłówek,
dane.
Pakiet może mieć różne rozmiary, ale
zazwyczaj określa się jego maksymalną
długość.
33
Prokotoły, ramki, pakiety
(5/5)
W nagłówkach mogą znajdować się:
adres:
nadawcy,
odbiorcy,
informacje potrzebne do obsługi błędów i zapewniające
prawidłową transmisję danych,
wskaźnik ostatniego pakietu,
identyfikator informacji,
numer określający, którą częścią informacji jest pakiet,
itp.
34
Przechodzenie pakietu przez
stos protokołów
warstwa
aplikacji
warstwa
prezentacji
warstwa
sesji
warstwa
transportowa
warstwa
łącza danych
warstwa
sieciowa
warstwa
fizyczna
warstwa
aplikacji
warstwa
prezentacji
warstwa
sesji
warstwa
transportowa
warstwa
łącza danych
warstwa
sieciowa
warstwa
fizyczna
stacja
robocza
serwer
35
Tworzenie, transmisja
i odtwarzanie pakietów
t s p a
dane
p a
dane
warstwa
aplikacji
warstwa
prezentacji
warstwa
sesji
warstwa
transportowa
warstwa
łącza danych
warstwa
sieciowa
warstwa
fizyczna
warstwa
aplikacji
warstwa
prezentacji
warstwa
sesji
warstwa
transportowa
warstwa
łącza danych
warstwa
sieciowa
warstwa
fizyczna
dane
a
dane
p a
dane
s p a
dane
n t s p a
dane
dane
a
dane
s p a
dane
t s p a
dane
n t s p a
dane
d
n
t
s
p
a
a
p
s
t
n
d
n t s p a
dane
d
d
n t s p a
dane
d
d
36
Protokoły komunikacyjne
poszczególnych warstw
Protokoły aplikacji
– obejmują warstwy aplikacji,
prezentacji i sesji; zapewniają wzajemne oddziaływanie
aplikacji i wymianę danych. Przykłady to FTP, Telnet,
SMTP, SNMP i NetBIOS.
Protokoły transportowe
– realizują połączeniowe
usługi przesyłania danych, zapewniają wymianę danych
pomiędzy systemami końcowymi w sposób sekwencyjny.
Przykłady to TCP, SPX, NetBIOS i NetBEUI.
Protokoły sieciowe
– zapewniają usługi łączy
dla systemów komunikacyjnych, obsługują adresowanie
i informację rutingu, weryfikację błędów oraz żądania
retransmisji. Obejmują również procedury dostępu
do sieci. Przykłady to IP i IPX.
37
Dialog między
równorzędnymi warstwami
protokołów
Tworzenie żądania i wysyłanie danych.
Odbieranie żądania i danych.
Odrzucenie żądania lub danych.
Potwierdzenie odbioru.
Obsługa buforowania nadchodzących danych.
Przerwanie i ponowny start transmisji.
Ustanowienie priorytetów transmisji.
Obsługa wykrywania błędów, korekcji i retransmisji.
Utrzymywanie sesji połączeniowych.
Numerowanie i ustawianie kolejności pakietów.
Obsługa adresowania i routingu.
38
Różne stosy protokołów:
Przykłady różnych stosów
OSI
NetWare
UNIX
Warstwa aplikacji
NetWare Core Protocol
Network File System
(NFS)
Warstwa prezentacji
Warstwa sesji
Warstwa transportowa
SPX
TCP
Warstwa sieciowa
IPX
IP
Warstwa łącza danych
LAN drivers
LAN drivers
ODI
NDIS
Media Access Control
Warstwa fizyczna
Warstwa fizyczna
Warstwa fizyczna
39
Różne stosy protokołów:
Uwagi
Producenci zazwyczaj nie uwzględniają w
pełni 7-warstwowego modelu OSI i stosują
własne stosy protokołów
Protokoły:
ustalają zasady komunikacji – opisują:
szczegóły formatu komunikatów,
sposób odpowiadania na otrzymany komunikat,
określają jak komputer ma obsługiwać pojawiające
się:
błędy
inne nienormalne sytuacje.
40
Różne stosy protokołów:
Enkapsulacja i konwersja
Produkt korzystający z jednego stosu protokołów
nie może bezpośrednio współpracować z produktem
korzystającym z innego stosu protokołów
W celu osiągnięcia możliwości współpracy stosuje
się różne metody
enkapsulacji
(encapsulation)
i
konwersji protokołów
(protocol convertion)
Enkapsulacja
polega na przesyłaniu pakietu
określonego protokołu wewnątrz innego pakietu w innym
protokole
Technika ta pozwala na przesyłanie danych między
sieciami korzystającymi z jednakowego protokołu
za pośrednictwem sieci korzystającej z innego protokołu
41
Różne stosy protokołów:
Enkapsulacja pakietów
Enkapsulację użyto w technice IP tunnelling, pozwala ona
na przesyłanie pakietów IPX wewnątrz TCP/IP
Do łączenia odrębnych sieci i enkaspulacji służą routery
ruter
pakiet IPX
pakiet TCP/IP
pakiet IPX
stacja
robocza
stacja
robocza
NetWare
LAN
NetWare
LAN
TCP/IP LAN
stacje
robocze
42
Różne stosy protokołów:
Konwersja protokołów
Konwersja
protokołów jest procesem tłumaczenia
sygnałów elektrycznych lub formatów danych jednego
systemu komunikacyjnego na postać umożliwiającą
transmisję w innym systemie
Możliwe są różne poziomy
konwersji
, np. zmieniające:
kody ASCII na inny kod
strumień danych asynchroniczny na synchroniczny
W
konwersji
pakietu uczestniczą wszystkie warstwy
stosu protokołów (poza warstwą aplikacji)
43
Model TCP/IP
Warstwa 1 – Łącza
Warstwa 2 – Sieciowa
Warstwa 3 – Transportowa
Warstwa 4 – Aplikacji
44
Warstwa 1 – łącza
(TCP/IP link layer)
Odbiera datagramy IP i przesyła je
przez daną sieć
Definiuje sprzęt sieciowy i sterowniki
urządzeń
45
Warstwa 2 – sieciowa
(TCP/IP network layer)
Odpowiada za obsługę
komunikacji jednej
maszyny z drugą
Przyjmuje pakiety z
warstwy transportowej
razem z informacjami
identyfikującymi
maszynę – odbiorcę
Enkapsułuje pakiet w
datagramie IP
Wypełnia jego nagłówek
Sprawdza czy wysłać
datagram:
wprost do odbiorcy
do routera
Przekazuje datagram do
interfejsu sieciowego
Zajmuje się danymi
przychodzącymi:
sprawdzając ich
poprawność
ew. przesłając dalej
46
Warstwa 3 – transportowa
(TCP/IP transport layer)
Jej podstawowym
zadaniem jest
zapewnienie komunikacji
między jednym
programem
użytkownika, a drugim
Warstwa ta może
regulować przepływ
informacji
Może też zapewnić
pewność przesyłania
W tym celu organizuje:
wysyłanie przez
odbiorcę potwierdzenia
otrzymania
ponowne wysyłanie
utraconych pakietów
przez nadawcę
47
Warstwa 4 – aplikacji
(TCP/IP application layer)
Programy użytkowe:
Współpracują z jednym z protokołów na
poziomie warstwy transportowej
Wysyłają lub odbierają dane w postaci
pojedynczych komunikatów lub
strumienia bajtów
Na najwyższym poziomie użytkownicy
wywołują programy użytkowe, które
mają dostęp do usług TCP/IP