network.5h.pl

Model TCP/IP składa się z następujących warstw:

• warstwy aplikacji, obsługuje protokoły wysokopoziomowe oraz zajmuje się zagadnieniami związanymi z reprezentacją danych, kodowaniem i sterowaniem konwersacją.
• warstwy transportowej, zapewnia usługi przesyłania danych z hosta źródłowego do hosta docelowego. Ustanawia ona logiczne połączenie pomiędzy punktami końcowymi w sieci.
• warstwy internetowej, wybranie najlepszej ścieżki dla pakietów przesyłanych w sieci. Podstawowym protokołem działającym w tej warstwie jest protokół IP.
• warstwy dostępu do sieci, tworzenie łącza fizycznego służącego do przekazywania pakietu IP do medium sieciowego.

TCP/IP zawiera protokoły:

• Protokół FTP — umożliwia on dwukierunkowe przesyłanie plików binarnych i tekstowych.
• Protokół TFTP — protokół TFTP jest bezpołączeniową usługą, która używa protokołu UDP. Jest używany przez router do przesyłania plików konfiguracyjnych oraz obrazów systemu Cisco IOS. W stabilnych sieciach LAN zastępuje FTP.
• Protokół NFS —zestawem protokołów rozproszonego systemu plików, który umożliwia korzystanie z plików znajdujących się np. na dyskach sieciowych.
• Protokół SMTP — odpowiada za przesyłanie poczty elektronicznej pomiędzy komputerami w sieci. Przesyła on tylko tekst.
• Protokół Telnet — umożliwia zdalny dostęp do innego komputera.
• Protokół SNMP — umożliwia monitorowanie i sterowanie urządzeniami sieciowymi.
• Protokół DNS — tłumaczy nazwy domen i należących do nich publicznie dostępnych węzłów sieciowych na adresy IP.

W skład usług transportowych wchodzą wszystkie poniższe usługi:

• W przypadku zarówno TCP, jak i UDP

1. dzielenie danych aplikacji wyższej warstwy,
2. wysyłanie segmentów z jednego urządzenia końcowego do innego,

• Tylko w przypadku TCP

1. ustanawianie połączenia typu end-to-end,
2. kontrola przepływu zapewniana przez okna przesuwne,
3. niezawodność zapewniana przez numery sekwencyjne i potwierdzenia.

• W warstwie internetowej modelu TCP/IP działają następujące protokoły:

1. Protokół IP, który zapewnia usługę bezpołączeniowego dostarczania pakietów przy użyciu dostępnych możliwości. Protokół IP nie bierze pod uwagę zawartości pakietu, ale wyszukuje ścieżkę do miejsca docelowego.
2. Protokół ICMP, który zapewnia funkcje kontrolne i informacyjne.
3. Protokół ARP, który znajduje adres warstwy łącza danych MAC dla znanego adresu IP.
4. Protokół RARP, który znajduje adres IP dla znanego adresu MAC.

• Protokół IP spełnia następujące zadania:

1. definiuje format pakietu i schemat adresowania,
2. przesyła dane pomiędzy warstwą internetową i warstwą dostępu do sieci,
3. kieruje pakiety do zdalnych hostów.

Celem modelu OSI jest utworzenie niezależnych modułów realizujących poszczególne funkcje sieci. Pozwala to na zróżnicowanie technik wykorzystywanych w sieciach LAN w warstwach 1 i 2 oraz aplikacji działających w warstwach 5, 6 i 7.

Adres IP jest 32-bitową sekwencją zer i jedynek, dla ułatwienia zwykle zapisuje się go w postaci czterech liczb dziesiętnych oddzielonych kropkami.

Adres IP składa się z 2 części:

• adres sieci, w której znajduje się dany system,
• host, identyfikuje pojedyncze urządzenie w tej sieci.

Klasy adresów IP:

• adresy klasy A zostały przeznaczone dla wyjątkowo dużych sieci, mogą zawierać ponad 16 milionów adresów hostów. Do identyfikacji sieci używany jest tylko pierwszy oktet. Pozostałe trzy oktety stanowią adres hosta. Każdy adres, którego pierwszy oktet ma wartość z przedziału od 1 do 126, jest adresem klasy A.
• adresy klasy B zostały przeznaczone na potrzeby sieci średnich i dużych. Do identyfikacji sieci używa pierwszych dwóch z czterech oktetów. Pozostałe dwa oktety to adres hosta. Każdy adres, którego pierwszy oktet ma wartość z przedziału od 128 do 191, jest adresem klasy B.
• adres klasy C może posiadać maksymalnie 254 hosty. Adres zawierający w pierwszym oktecie wartość z przedziału od 192 do 223 jest adresem klasy C.
• adres klasy D umożliwienia rozsyłanie grupowe przy użyciu adresów IP. Adres IP zawierający w pierwszym oktecie wartości z przedziału od 224 do 239 jest adresem klasy D.
• adresy klasy E zostały zarezerwowane przez Internet Engineering Task Force (IETF) na potrzeby badawcze. Adresy klasy E to adresy, których pierwszy oktet zaczyna się od 240 do 255 dziesiętnie.

Zarezerwowane adresy hostów, którymi nie można oznaczać urządzeń sieciowych to:

• Adres sieci: używany do identyfikowania samej sieci.
• Adres rozgłoszeniowy: używany do rozsyłania pakietów do wszystkich urządzeń w sieci. Takim adresem w danej sieci jest adres, którego, adres hosta to same jedynki (w systemie dwójkowym),czyli 255.

W dokumencie RFC 1918 zarezerwowano trzy bloki adresów IP do prywatnego, wewnętrznego użytku. Adresy te nie są routowane w sieci szkieletowej
Internetu.

Pole podsieci i pole hosta są tworzone z części przeznaczonej pierwotnie na adres hosta w całej sieci.

Protokół IPv6 używa 128 bitów zamiast 32 stosowanych aktualnie w protokole IPv4. Do reprezentowania tych 128 bitów schemat IPv6 używa liczb szesnastkowych i dwukropków jako separatorów.

Host, aby móc działać w Internecie, musi otrzymać globalnie unikatowy adres. Fizyczny adres MAC hosta ma znaczenie tylko lokalne, ponieważ identyfikuje hosta w sieci lokalnej. Ponieważ jest to adres warstwy 2, router nie używa go do przekazywania pakietów na zewnątrz sieci LAN.

Protokół RARP przypisuje znanemu adresowi MAC adres IP. Urządzenia używające protokołu RARP wymagają obecności w sieci serwera RARP, który
odpowiada na ich żądania.

Protokół BOOTP działa w środowisku typu klient — serwer i wymaga tylko pojedynczej wymiany pakietów do pobrania informacji o adresie IP. Aby użyć tego protokołu, administrator sieci tworzy plik konfiguracyjny zawierający parametry dla każdego urządzenia.

Protokół dynamicznej konfiguracji hostów DHCP jest następcą protokołu BOOTP. Protokół DHCP pozwala hostowi pobierać adres IP dynamicznie,
dzięki czemu administrator sieci nie musi tworzyć oddzielnych profili dla każdego urządzenia.

Protokół ARP automatycznie pobiera adres MAC dla transmisji lokalnych.

Niektóre urządzenia przechowują tablice zawierające adresy MAC i IP innych urządzeń podłączonych do tej samej sieci LAN. Tablice te nazywane
są tablicami ARP.

Protokół proxy ARP jest odmianą protokołu ARP. W tej odmianie router wysyła do hosta odpowiedź ARP z adresem MAC interfejsu, na którym otrzymał żądanie.

Most dzieli domenę kolizyjną na dwie części, przechowuje tablicę adresów MAC (adresy warstwy 2) oraz przypisanych im portów. Most przekazuje lub odrzuca ramki w oparciu o wpisy w tabeli. Most nie wpływa na domenę logiczną lub rozgłoszeniową.

Przełącznik jest szybkim, wieloportowym mostem. Przełącznik dynamicznie tworzy i utrzymuje tablicę pamięci asocjacyjnej (CAM), przechowując dla każdego portu wszystkie niezbędne informacje dotyczące adresów MAC. Przełącznik może zacząć przesyłać ramkę zaraz po otrzymaniu adresu MAC odbiorcy, jest to tzw. przełączanie „cut-through”, charakteryzujące się najmniejszym opóźnieniem, jednak brakiem kontroli prawidłowości. Przełączanie „store-and-forward” pozwala na kontrolę. Przełacznik odbiera całą ramkę, sprawdza i wysyła. Tryb „fragment-free” stanowi kompromis pomiędzy tymi 2 metodami. Odbiera nagłówek bez danych i sprawdza jego prawidłowość.

Pamięć asocjacyjna (CAM) pozwala przełącznikowi na bezpośrednie odnalezienie portu skojarzonego z adresem MAC bez konieczności wykorzystywania algorytmów wyszukiwania.

Układ ASIC jest urządzeniem składającym się z bramek logicznych o nieprzypisanych funkcjach, które mogą zostać zaprogramowane tak, aby realizować operacje z prędkością układów logicznych.

Działania, które wcześniej mogły być realizowane programowo, teraz mogą być wykonywane sprzętowo z wykorzystaniem układów ASIC.

Protokołu STP ma na celu zidentyfikowania i wyeliminowania pętli, w wyniku czego powstaje hierarchiczna struktura drzewiasta. Alternatywne ścieżki są jednak w dalszym ciągu dostępne i mogą być wykorzystane w razie potrzeby.

Według reguły czterech wtórników w sieci Ethernet, pomiędzy dwoma dowolnymi komputerami w sieci nie powinny znajdować się więcej niż cztery wtórniki lub koncentratory. Złamanie reguły czterech wtórników może prowadzić do naruszenia granicy maksymalnego opóźnienia. Po przekroczeniu tej granicy liczba kolizji spóźnionych zwiększa się radykalnie.

Według reguły 5-4-3-2-1 nie należy przekraczać poniższych wartości:

• Pięć segmentów medium sieciowego
• Cztery wtórniki lub koncentratory
• Trzy segmenty sieci zawierające hosty
• Dwie sekcje łączy (bez hostów)
• Jedna duża domena kolizyjna

Mostowana sieć działa dobrze do momentu, gdy ruch pomiędzy segmentami połączonymi za pomocą mostów staje się zbyt duży.

Urządzenia warstwy 1 nie filtrują ramek, przesyłają je dalej, stanowią tę samą domenę kolizyjną i rozgłoszeniową.

Urządzenia warstwy 2 filtrują ramki w oparciu o adres MAC odbiorcy. Ramka jest przekazywana poza domenę kolizyjną, jeśli jest kierowana do nieznanego odbiorcy lub gdy jest częścią transmisji grupowej, pojedynczej lub rozgłoszeniowej kierowanej poza lokalną domenę kolizyjną. Urządzenie warstwy 2 nie przekaże ramki tylko w przypadku, gdy host nadawcy i odbiorcy znajdują się w tej samej domenie kolizyjnej. Urządzenie warstwy 2, takie jak most, tworzy wiele domen kolizyjnych, lecz utrzymuje pojedynczą domenę rozgłoszeniową.

Urządzenia warstwy 3 filtrują pakiety danych w oparciu o adres IP odbiorcy. Pakiet zostanie przesłany tylko w przypadku, gdy adres IP odbiorcy znajduje się poza domeną rozgłoszeniową, a router zidentyfikował miejsce, do którego pakiet ma zostać skierowany. Urządzenia warstwy 3 tworzą wiele domen kolizyjnych i rozgłoszeniowych.

Sieci 10BASE5, 10BASE2 i 10BASE-T są asynchroniczne, mają taki sam format ramki i mają takie same parametry czasowe. W Ethernecie 10 Mb/s przesłanie 1 bitu w podwarstwie MAC trwa 100 ns.

Dla wszystkich prędkości w Ethernecie, 1000 Mb/s lub wolniejszych, transmisja nie może być krótsza niż szczelina czasowa. (jest to minimalnie dłuższy czas, który jest potrzebny na przejście od jednego końca do drugiego i z powrotem sygnału w domenie kolizyjnej, żeby stacja nadawcza mogła zauważyć kolizję).

Kodowanie Manchestera wykorzystuje kierunek zbocza pośrodku okna czasowego. Spadające zbocze to 0 binarne, narastające to 1.

Wspólne elementy dla technologii 100BASE-TX (miedziana skrętka nieekranowana UTP) i 100BASE-FX (światłowód wielodomowy), to parametry czasowe, format ramki i elementy procesu transmisji. Czas potrzebny do przesłania 1 bitu z prędkością 100 Mb/s wynosi 10 ns.

Format ramki sieci 100 Mb/s jest taki sam, jak w sieci 10 Mb/s.

W technologii 100BASE-TX dane są kodowane przy użyciu kodu 4B/5B, a następnie konwertowane przy użyciu kodu MLT-3. Brak zmian oznacza binarne 0, a zmiana oznacza binarną 1. Narastające i opadające zbocza oznaczają jedynki. Gwałtowne zmiany sygnału oznaczają jedynki. Każda widoczna linia płaska w sygnale oznacza 0.

W technologii 100BASE-FX wykorzystuje się kodowanie NRZI, brak zmian oznacza 0, a zmiana – 1 binarne.

Standard 1000BASE-X (IEEE 802.3z), opisuje pełnodupleksową technologię światłowodową, która umożliwia transmisję z prędkością 1 Gb/s. Natomiast standard 1000BASE-T (IEEE 802.3ab) używa kabli miedzianych o kategorii 5 lub wyższej.

Czas transmisji 1 bitu wynosi 1 ns.

Różnice między klasyczną technologią Ethernet, technologią Fast Ethernet i Gigabit Ethernet występują w warstwie fizycznej.

W Gigabit Ethernet w warstwie fizycznej wzorce bitów z warstwy MAC są zamieniane na symbole. Symbolami mogą być np.: takie informacje sterujące, jak początek i koniec ramki lub znacznik wolnego medium. Podczas kodowania ramka jest zamieniana na symbole sterujące i symbole danych w celu zwiększenia przepustowości sieci.

W standardzie 1000BASE-X używane jest kodowanie 8B/10B, które jest podobne do kodowania 4B/5B.

Standard 1000BASE-T może współpracować ze standardami 10BASE-T i 100BASE-TX.

W przypadku skrętki nieekranowanej kategorii 5e lub lepszej stosowane jest kodowanie 1000BASET oraz kodowanie liniowe 4D-PAM5. Transmisja i odbiór danych występuje jednocześnie na tym samym przewodzie w obydwu kierunkach. Prowadzi to do ciągłych kolizji na parach przewodów.

Osiągnięcie przepustowości 1 Gb/s wymaga stosowania skomplikowanych zintegrowanych układów, używających takich technik, jak tłumienie echa, korekcja błędów FEC w warstwie pierwszej oraz odpowiedni dobór poziomów napięć. W okresie nieaktywności w kablu występuje dziewięć poziomów napięć, a podczas transmisji danych — 17.

Standard IEEE 802.3 rekomenduje jako preferowaną technologię dla sieci szkieletowych światłowodową sieć Gigabit Ethernet.

W standardzie 1000BASE-X stosowane jest kodowanie 8B/10B, po którym następuje kodowanie liniowe NRZ. Kodowanie NRZ określa, czy dany bit jest zerem, czy jedynką, na podstawie poziomu sygnału, a nie wtedy, gdy sygnał zmienia poziomy.

Tryb autonegocjacji pozwala osiągnąć najwyższą ogólną wydajność łącza.

Technologia 10GbE to pełnodupleksowa transmisja przez światłowód z prędkością 10 Gb/s. Posiada ten sam format ramki oraz zgodności z poprzednimi standardami.

Technologia 10GbE umożliwia zwiększenie dystansu do 40 km przy użyciu światłowodu jednomodowego, jest zgodna z sieciami SONET oraz SDH.

W sieciach 10GBASE-LX4 wykorzystywana jest technika WWDM, która pozwala na jednoczesne multipleksowanie czterech strumieni bitów, gdyż do światłowodu wprowadzane jest światło o czterech długościach fal.