OSI και TCP/IP. Εισαγωγή στα Δίκτυα υπολογιστών και τεχνολογίες διαδικτύου

Transcript

2 OSI Model Overview Το μοντέλο OSI δημιουργήθηκε το 1984 για να δώσει την δυνατότητα σε εταιρείες να υλοποιήσουν λογισμικό και υλικό που να μπορεί να συνεργαστεί με άλλες εταιρείες. Το μοντέλο OSI ήταν το βασικό μοντέλο που όριζε τις επικοινωνίες σε ένα δίκτυο. Η διαδικασία ανταλλαγής δεδομένων μεταξύ υπολογιστών έχει διαιρεθεί σε 7 στάδια. Τα 7 στάδια του OSI είναι περισσότερο διαχειρίσιμα Καθώς τα δίκτυα υπολογιστών άρχισαν να χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο αρκετές εταιρείες παραγωγής υλικού (hardware) αλλά και λογισμικού (software) άρχισαν να εμπλέκονται. Για να είναι εφικτή η συνεργασία μεταξύ όλων των διαφορετικών συστημάτων λογισμικού και υλικού έπρεπε να δημιουργηθεί ένα συγκεκριμένο πρωτόκολλο το οποίο οι εταιρείες που θέλουν να είναι συμβατές με τις υπόλοιπες οφείλουν να ακολουθήσουν. Το πρωτόκολλο αυτό δημιουργήθηκε το 1984 από τον οργανισμό ISO (International Standards Organization) και ονομάστηκε OSI (Open systems Interconnection). Το μοντέλο OSI ταξινομεί τις λειτουργίες ενός δικτύου υπολογιστών σε 7 υποκατηγορίες. Οι υποκατηγορίες αυτές δημιουργούν μια στοίβα 7 διαφορετικών και διακριτών επιπέδων. Το κάθε επίπεδο βασίζεται στο αμέσως επόμενο ή προηγούμενο για να εκτελέσει την εργασία του. Είναι απαραίτητο λοιπόν να υπάρχει συμβατότητα μεταξύ των επιπέδων και αυτό ακριβώς ορίζει το OSI Model. Το κάθε επίπεδο εκτελεί συγκεκριμένη εργασία είτε με λογισμικό είτε με υλικό. Οι κατασκευαστές υλικού ή λογισμικού οφείλουν να ακολουθήσουν τις οδηγίες του συγκεκριμένου μοντέλου αν θέλουν να είναι συμβατοί με τις υπόλοιπες εταιρείες και φυσικά να μπορούν να λειτουργήσουν παράλληλα με τις άλλες εταιρείες στο ίδιο τοπικό δίκτυο υπολογιστών. Δεν είναι απαραίτητο για μια εταιρεία να υλοποιήσει και τα 7 επίπεδα, μπορεί πολύ απλά να εστιάσει την παραγωγή της σε ένα και μόνο επίπεδο αν το επιλέξει. Οι κατασκευαστές καρτών δικτύων συνήθως ασχολούνται με τα 2 πρώτα επίπεδα τα οποία και υλοποιούν σε υλικό (hardware).

3 OSI Model Overview Πλεονεκτήματα του μοντέλου OSI: Μείωση της πολυπλοκότητας Καθορισμός προτύπων μεταξύ της διεπαφής των επιπέδων Διαβεβαιώνει την διαλειτουργικότητα μεταξύ εταιρειών Εύκολο στην εκμάθηση Τα 7 επίπεδα του OSI ξεκινώντας από κάτω προς τα πάνω ειναι: Το Φυσικό επίπεδο Physical layer Το επίπεδο Ζεύξης Δεδομένων Data Link layer Το επίπεδο Δικτύου Network layer Το επίπεδο Μεταφοράς Transport layer Το επίπεδο Συνόδου Επικοινωνίας Session layer Το επίπεδο Παρουσίασης Presentation layer Το επίπεδο Εφαρμογών Application layer

4 OSI Model Overview Επίπεδα Λογισμικού Επίπεδα Υλικού Τα 3 πρώτα επίπεδα, από το 1ο έως και το 3ο ονομάζονται και Επίπεδα Υλικού. Αυτά τα επίπεδα είναι υπεύθυνα για την σωστή μεταφορά και μετάδοση της πληροφορίας στο δίκτυο υπολογιστών. Τα 4 τελευταία επίπεδα ονομάζονται και Επίπεδα Λογισμικού και είναι υπεύθυνα για την σωστή μετάδοση των δεδομένων μεταξύ των υπολογιστών ενός δικτύου.

5 OSI Model Overview Ορίζει τα ηλεκτρικά και φυσικά χαρακτηριστικά Παρέχει πρόσβαση στο φυσικό μέσο μετάδοσης Δημιουργεί αλληλουχία 1 και 0 για την μετάδοση των δεδομένων Το πρώτο επίπεδο, το Φυσικό επίπεδο, ορίζει τα ηλεκτρικά και φυσικά χαρακτηριστικά της επικοινωνίας. Το επίπεδο αυτό στην ουσία μετατρέπει την πληροφορία σε παλμούς, ηλεκτρικούς ή φωτός, οι οποίοι μεταδίδονται μέσο του φυσικού μέσου διασύνδεσης. Το φυσικό μέσο διασύνδεσης μπορεί να είναι καλώδιο, οπτικές ίνες ακόμα και μικροκύματα για ασύρματες ζεύξεις. Το ίδιο επίπεδο είναι υπεύθυνο και για την λήψη δεδομένων από άλλους υπολογιστές και για τον πρώτο έλεγχο για την ορθότητα των δεδομένων που έλαβε. Τα δεδομένα σε αυτό το επίπεδο κωδικοποιούνται σε 0 και 1 με βάση το δυαδικό σύστημα. Τα hubs και οι repeaters λειτουργούν σε αυτό το επίπεδο. Σε αυτό το επίπεδο ορίζονται και τα χαρακτηριστικά της διασύνδεσης που αφορούν ρυθμούς μετάδοσης, διάρκεια παλμού, ηλεκτρικό φορτίο κα.

6 OSI Model Overview Δημιουργία πλαισίων δεδομένων Αξιόπιστη επικοινωνία μεταξύ συσκευών του δικτύου Χρήση της MAC διεύθυνσης Το 2ο επίπεδο, το επίπεδο Ζεύξης Δεδομένων, είναι υπεύθυνο για την δημιουργία της βασικής συνόδου επικοινωνίας μεταξύ των υπολογιστών χρησιμοποιώντας το φυσικό μέσο μετάδοσης. Με αυτήν την μορφή επικοινωνίας μεταξύ των υπολογιστών όλα τα παραπάνω επίπεδα μπορούν πλέον να ανταλλάξουν αξιόπιστα δεδομένα με άλλους υπολογιστές. Η δημιουργία της συνόδου επικοινωνίας γίνεται με την χρήση ειδικών επικεφαλίδων (headers) και ουρών (trailers) που προσθέτει στα πακέτα (data frames) που δημιουργεί από τα δεδομένα που λαμβάνει από το επίπεδο 3. Η επικεφαλίδα και η ουρά που έχει το πακέτο περιλαμβάνει πληροφορίες για τον παραλήπτη του πακέτου και τον αποστολέα, το μέγεθος των δεδομένων και έναν έλεγχο ορθότητας δεδομένων. Με βάση αυτές τις πληροφορίες στο πακέτο ο υπολογιστής παραλήπτης μπορεί να εξακριβώσει αν τα δεδομένα έφτασαν σωστά ή αν υπήρξε κάποια αλλοίωση. Το πλαίσιο δεδομένων (data frame) που δημιουργείται προωθείται προς το επίπεδο 1 για την αποστολή του στο δίκτυο. Στο επίπεδο αυτό λειτουργούν τα network switches και τα network bridges.h MAC διεύθυνση των υπολογιστών χρησιμοποιείται για να αναγνωριστούν οι σταθμοί εργασίας. Με βάση αυτήν τη διεύθυνση το network switch, όπως και το network bridge, μπορεί να επιλέξει την θύρα στην οποία θα πρέπει να στείλει το πακέτο δεδομένων για να φτάσει στον προορισμό του.

7 OSI Model Overview Δημιουργία πακέτων δεδομένων. Προσθήκη επικεφαλίδων με την λογική διέυθυνση (ΙΡ) Στο 3ο επίπεδο, το επίπεδο Δικτύου, γίνονται οι περισσότερες λειτουργίες για τις επικοινωνίες μεταξύ των υπολογιστών. Το επίπεδο αυτό λαμβάνει πακέτα δεδομένων από το παραπάνω επίπεδο, το 4ο, και προσθέτει επικεφαλίδες στα δεδομένα αυτά πριν τα προωθήσει στο επίπεδο 2. Η επικεφαλίδα αυτή δημιουργείτε με βάση το πρωτόκολλο επικοινωνίας που χρησιμοποιούμε στο επίπεδο 3. Το ποιο συνηθισμένο πρωτόκολλο στο επίπεδο 3 είναι το πρωτόκολλο ΙΡ (Internet Protocol). Οι επικεφαλίδες που προστίθενται στο πακέτο περιλαμβάνουν την ΙΡ διεύθυνση του παραλήπτη, την ΙΡ διεύθυνση του αποστολέα και πληροφορίες ως προς τα δεδομένα που περιλαμβάνει το πακέτο.

8 OSI Model Overview Δημιουργεί τμήματα δεδομένων. Χρησιμοποιεί διαφορετικά πρωτόκολλα ανάλογα την υπηρεσία που χρησιμοποιούμε Στο 4ο επίπεδο, το επίπεδο Μεταφοράς, τα δεδομένα λαμβάνουν την σωστή τους μορφή για να μπορέσουν να μεταφερθούν πάνω από το δίκτυο και να καταλήξουν στον τελικό τους αποδέκτη. Τα δεδομένα τεμαχίζονται σε μικρότερα κομμάτια ώστε να μπορούν να μεταφερθούν πάνω από το δίκτυο. Ανάλογα την εφαρμογή ή την υπηρεσία χρησιμοποιείται και διαφορετικό πρωτόκολλο για την μορφοποίηση των δεδομένων αυτών. Γνωστά πρωτόκολλα είναι πχ. το HTTP, που χρησιμοποιείται για την σύνδεση μας και μεταφορά δεδομένων από Web sites και το FTP που χρησιμοποιείται για την σύνδεση μας και την μεταφορά δεδομένων από FTP servers. Και στα πακέτα αυτά χρησιμοποιούνται επικεφαλίδες, headers, για να διαχωριστούν ως προς το πρωτόκολλο που χρησιμοποιούν πριν προωθηθούν στο επίπεδο 3.

9 OSI Model Overview Διαχωρίζει τα δεδομένα των συνδέσεων Παρέχει συγχρονισμό μεταξύ των υπολογιστών που επικοινωνούν ως προς την κατάσταση της σύνδεσης. Το επίπεδο 5, το επίπεδο Συνόδου Επικοινωνίας, είναι υπεύθυνο για την διατήρηση πληροφοριών για τις συνδέσεις του υπολογιστή με άλλους υπολογιστές. Αυτές οι πληροφορίες βοηθούν στο να διαχωρίζονται τα δεδομένα που λαμβάνει ο υπολογιστής από του απομακρυσμένου υπολογιστές αλλά και στο να γνωρίζει ο υπολογιστής την κατάσταση, ενεργή ή μη, της απομακρυσμένης σύνδεσης. Παράδειγμα τέτοιας διασύνδεσης είναι μια κλήση φωνής (Voice Over IP) στην οποία είναι απαραίτητο οι συσκευές που εμπλέκονται στην φωνητική κλήση να γνωρίζουν αν διασύνδεση είναι ενεργή ή όχι.

10 OSI Model Overview Μορφοποιεί τα δεδομένα με βάση την εφαρμογή που χρησιμοποιούμε. Το επίπεδο 6, επίπεδο Παρουσίασης, συλλέγει τα δεδομένα από το επίπεδο 5 και τα προετοιμάζει με την σωστή μορφή ώστε να μπορεί να τα διαχειριστεί η εφαρμογή που χρησιμοποιούμε. Σε αυτό το επίπεδο τα δεδομένα που συνήθως έχουν υποστεί κωδικοποίηση για να μπορέσουν να σταλούν μέσω του δικτύου σε άλλον υπολογιστή επανέρχονται στην αρχική τους κατάσταση.

11 OSI Model Overview Προσφέρει πρόσβαση στις υπηρεσίες του δικτύου με την χρήση συγκεκριμένων εφαρμογών. Το τελευταίο επίπεδο, το επίπεδο Εφαρμογών, αναφέρεται στις εφαρμογές που χρησιμοποιούμε για την σύνδεση μας σε πόρους του δικτύου και την μεταφορά πληροφορίας και δεδομένων. Σε αυτό το επίπεδο ανήκουν οι εφαρμογές όπως ο web browser, ο torrent client, o mail client κ.α.

12 OSI Model Overview Και τα 7 επίπεδα συνεργάζονται μεταξύ τους για να ολοκληρωθεί η αποστολή ή η λήψη δεδομένων. Κατά την αποστολή δεδομένων, τα δεδομένα κατεβαίνουν από το επίπεδο 7 προς το επίπεδο 1. Στον υπολογιστή παραλήπτη τα δεδομένα κάνουν την ακριβώς αντίστροφη κίνηση, πηγαίνουν από το επίπεδο 1 επάνω προς το επίπεδο 7.

13 Data Encapsulation Ενθυλάκωση δεδομένων.

14 Application TCP Header Upper Layer Data Upper Layer Data Presentation Session Transport PDU Segment IP Header Data Network Packet LLC Header Data FCS Data Link Frame MAC Header Data FCS Physical Bits Από την στιγμή της δημιουργίας των δεδομένων μέχρι την στιγμή που γίνεται η αποστολή της στο φυσικό μέσο τα δεδομένα αυτά περνώντας μέσα από τα διαφορετικά επίπεδα αλλάζουν μορφή μέχρι να καταλήξουν με την μορφή ηλεκτρικών παλμών. Κάθε επίπεδο του OSI αλλάζει την μορφή των δεδομένων με βάση το πρωτόκολλο που χρησιμοποιεί και στην συνέχεια προωθεί τα δεδομένα με την νέα μορφή στο παρακάτω επίπεδο. Τα δεδομένα συνήθως διαιρούνται σε μικρότερα τμήματα και δέχονται μια κεφαλίδα και μια ουρά με περισσότερες πληροφορίες. Ένα για να μπορέσει να σταλεί μέσω του δικτύου θα πρέπει να περάσει από τα παρακάτω στάδια:

15 Application TCP Header Upper Layer Data Upper Layer Data Presentation Session Transport PDU Segment IP Header Data Network Packet LLC Header Data FCS Data Link Frame MAC Header Data FCS Physical Bits Ο χρήστης συντάσσει το μήνυμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου στην εφαρμογή ηλεκτρονικής αλληλογραφίας. Η εφαρμογή αυτή δουλεύει στο επίπεδο 7, το επίπεδο της εφαρμογής. Για ολοκληρωθεί η αποστολή του μηνύματος τα δεδομένα του μηνύματος θα πρέπει να μορφοποιηθεί σε δεδομένα ικανά να μεταδοθούν μέσω του δικτύου.

16 Application TCP Header Upper Layer Data Upper Layer Data Presentation Session Transport PDU Segment IP Header Data Network Packet LLC Header Data FCS Data Link Frame MAC Header Data FCS Physical Bits Η ουσιαστική αλλαγή των δεδομένων γίνεται στο επίπεδο 4.Τα δεδομένα διαιρούνται σε μικρότερα τμήματα με βάση το πρωτόκολλο επικοινωνίας που θα χρησιμοποιηθεί στο επίπεδο 4, το επίπεδο μεταφοράς. Η υπηρεσία ηλεκτρονικής αλληλογραφίας ( ) χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο TCP (Transmission Control Protocol). Το κάθε κομμάτι της πληροφορίας ονομάζεται data segment. Σε κάθε data segment προστίθενται μια επικεφαλίδα και μια ουρά τα οποία περιέχουν πληροφορίες του επιπέδου 4 που θα χρειαστεί να γνωρίζει ο υπολογιστής παραλήπτης του μηνύματος. Στο συγκεκριμένο παράδειγμα, πέρα από το μέγεθος των δεδομένων που καταγράφονται στην επικεφαλίδα του πακέτου καταγράφεται και το port number της υπηρεσίας που ζητάμε να χρησιμοποιήσουμε. Η αποστολή χρησιμοποιεί το port number 25 όπως αυτό έχει καθοριστεί. Τα πακέτα δεδομένων που έχουν πλέον δημιουργηθεί προωθούνται προς το επίπεδο 3.

17 Application TCP Header Upper Layer Data Upper Layer Data Presentation Session Transport PDU Segment IP Header Data Network Packet LLC Header Data FCS Data Link Frame MAC Header Data FCS Physical Bits Στο 3ο επίπεδο τα δεδομένα μπαίνουν σε πακέτα (packets) του πρωτοκόλλου ΙΡ μαζί με τις απαραίτητες επικεφαλίδες για το επίπεδο 3. Οι επικεφαλίδες αυτές περιλαμβάνουν τις λογικές διευθύνσεις ΙΡ (Internet Protocol) του υπολογιστή αποστολέα και του υπολογιστή παραλήπτη. Με βάση τις πληροφορίες στην επικεφαλίδα του πακέτου τα πακέτα αυτά μπορούν να μεταφερθούν από δίκτυο σε δίκτυο μέχρι να φτάσουν στον τελικό αποδέκτη. Τα πακέτα δεδομένων προωθούνται στο 2ο επίπεδο, το επίπεδο φυσικής διασύνδεσης.

18 Application TCP Header Upper Layer Data Upper Layer Data Presentation Session Transport PDU Segment IP Header Data Network Packet LLC Header Data FCS Data Link Frame MAC Header Data FCS Physical Bits Στο 2ο επίπεδο το υλικό μέρος του αναλαμβάνει να τοποθετήσει τα πακέτο δεδομένων του 3ου επιπέδου σε πλαίσια δεδομένων (data frame) μαζί με την απαραίτητη επικεφαλίδα και ουρά. Το πλαίσιο δεδομένων δεν είναι άλλο από το ethernet πακέτο που χρησιμοποιείται στα ethernet δίκτυα. Η επικεφαλίδα του πακέτου περιλαμβάνει την MAC διεύθυνση του αποστολέα και του παραλήπτη. Η ουρά του πακέτου περιλαμβάνει δεδομένα CRC για τον έλεγχο της εγκυρότητας του πακέτου από τον παραλήπτη. Τα δεδομένα είναι πλέον έτοιμα για αποστολή και προωθούνται στο 1ο επίπεδο.

19 Application TCP Header Upper Layer Data Upper Layer Data Presentation Session Transport PDU Segment IP Header Data Network Packet LLC Header Data FCS Data Link Frame MAC Header Data FCS Physical Bits Τα δεδομένα σε αυτό το επίπεδο, το φυσικό επίπεδο προετοιμάζονται για την αποστολή τους από το φυσικό μέσο προς τον παραλήπτη. Ανάλογα το φυσικό μέσο που χρησιμοποιείται για την δικτύωση τα δεδομένα μετατρέπονται σε ηλεκτρικούς παλμούς ή ηλεκτρικό φως.

20 Application Presentation Session Transport Network Upper Layer Data Upper Layer Data TCP+ Upper Layer Data Data Link IP + TCP + Upper Layer Data LLC Hdr + IP + TCP + Upper Layer Data Physical Όταν τα δεδομένα φτάσουν στον υπολογιστή παραλήπτη η διαδικασία εκτελείται πάλι με αντίστροφη σειρά. Καθώς τα δεδομένα ανεβαίνουν τα επίπεδα του OSI από το 1ο μέχρι το 7ο αλλάζουν μορφή. Σε κάθε επίπεδο που ανεβαίνουν αφαιρείται η επικεφαλίδα η ουρά που είχε προστεθεί. Με τον τρόπο αυτό τα δεδομένα έρχονται σιγά σιγά στην αρχική τους μορφή ώστε να μπορέσουμε να τα δούμε, πλέον στο επίπεδο 7, με την ανάλογη εφαρμογή.

21 Ethernet / ΙΕΕΕ Το πρωτόκολλο δικτύωσης Ethernet δημιουργήθηκε το 1972 από τον Rober Metcalfe στο ερευνητικό κέντρο Palo Alto της Xerox. To 1982 ο οργανισμός IEEE δημιούργησε το standard για το πρωτόκολλο Ethernet βασισμένο στην δουλειά του Metcalfe. Από αυτό το σημείο και μετά ακαδημαϊκά και εταιρικά δίκτυα υπολογιστών άρχισαν να το χρησιμοποιούν. Βασικό του πλεονέκτημα ήταν ότι υποστήριζε διαφορετικά πρωτόκολλα όπως το ΙΡ. Παράλληλα δημιουργήθηκαν άλλα 2 πρωτόκολλα για τοπική δικτύωση υπολογιστών, το Token Ring από την IBM και το FDDI. Τα δύο αυτά πρωτόκολλα έχουν πλέον αντικατασταθεί από το πρωτόκολλο Ethernet.

22 Server 10Base2 Thick Ethernet 10Base5 Thick Ethernet HUB Υπολογιστές 10BaseT Twisted Pair Το πρωτόκολλο Ethernet ορίζει σε επίπεδο τοπικής δικτύωσης πως θα συνδέονται και πως θα επικοινωνούν οι συσκευές ενός δικτύου μεταξύ τους. Το πρωτόκολλο περιλαμβάνει το υλικό (hardware), το λογισμικό (software) και την καλωδίωση για αυτήν την διασύνδεση. Όλοι οι υπολογιστές και συσκευές δικτύου είναι συνδεδεμένες σε ένα κοινό μέσο μεταφοράς. Αυτός ο τρόπος διασύνδεσης ορίζει ότι θα πρέπει να υπάρχουν συγκεκριμένοι κανόνες για την χρήση του μέσου για την αποστολή των δεδομένων. Όλες οι συσκευές και υπολογιστές που είναι διασυνδεδεμένοι οφείλουν να ακολουθήσουν αυτούς τους κανόνες για να εξασφαλιστεί η σωστή λειτουργία του δικτύου.

23 CSMA/CD Όταν 2 ή περισσότεροι σταθμοί εργασίας στείλουν δεδομένα ταυτόχρονα δημιουργείται ένα data collision. Ο CSMA/CD αλγόριθμος χρησιμοποιείται για να αποφεύγονται τα data collisions. Εξ ορισμού μόνο μια συσκευή μπορεί να στείλει δεδομένα πάνω από το φυσικό μέσο κάθε στιγμή ώστε να αποφευχθούν οι παρεμβολές. Η λύση που έδωσε ο Metcalfe ήταν ένας συγκεκριμένος αλγόριθμος με την ονομασία CSMA/CD Carrie Sence Multiple Access/Collision Detection. Αυτός ο αλγόριθμος όριζε πως ακριβώς θα γίνει η εκπομπή των δεδομένων στο δίκτυο. Ο υπολογιστής που θέλει να στείλει δεδομένα θα έπρεπε να ελέγξει το φυσικό μέσο για το αν γινόταν ήδη αποστολή δεδομένων από άλλον υπολογιστή. Αν το δίκτυο δεν το χρησιμοποιούσε κάποιος υπολογιστής τότε η εκπομπή των δεδομένων μπορούσε να γίνει χωρίς πρόβλημα. Αν περισσότεροι του ενός υπολογιστές παρατηρούσαν ταυτόχρονα ότι το δίκτυο δεν το χρησιμοποιούσε κανείς τότε θα προσπαθούσαν ταυτόχρονα όλοι να στείλουν δεδομένα. Το αποτέλεσμα θα ήταν να δημιουργηθεί σύγκρουση στα δεδομένα, το λεγόμενο data collision. Ο αλγόριθμος σε αυτό το πρόβλημα ορίζει ότι όταν θα δημιουργηθεί το data collision οι υπολογιστές υπεύθυνοι για το πρόβλημα θα έπρεπε να σταματήσουν άμεσα την αποστολή των δεδομένων και να προσπαθήσουν πάλι σε τυχαίο χρονικό διάστημα.

24 MAC Layer # Bytes 8 Preamble Variable 4 Dest add Source add Length Data FCS C xx.xxxx IEEE assigned Vendor assigned MAC Address Ethernet II uses Type here and does not use Η επικοινωνία των σταθμών γίνεται με βάση τις διευθύνσεις MAC. Αυτή η διεύθυνση είναι ενσωματωμένη στις συσκευές δικτύου αλλά και στις διεπαφές δικτύου (NICs Network Interface Cards) που έχουν οι υπολογιστές. Η διεύθυνση αυτή αποτελείτε από 48 bits πληροφορίας. Τα πρώτα 24bits ορίζουν τον κατασκευαστή της κάρτας ή της συσκευής και τα υπόλοιπα 24bits ορίζουν έναν μοναδικό αριθμό για κάθε συσκευή ή κάρτα. Με τον τρόπο αυτό μπορεί να αναγνωριστεί ο κατασκευαστής εύκολα αλλά και να διασφαλιστεί η μοναδικότητα της κάθε διεύθυνσης MAC. Κάθε κομμάτι πληροφορίας που λαμβάνει το 2ο επίπεδο του OSI από το 3 επίπεδο μετασχηματίζεται με την προσθήκη της επικεφαλίδας και της ουράς για να δημιουργηθεί ένα σωστό πακέτο Ethernet. Τα πεδία που υπάρχουν σε ένα τέτοιο πακέτο είναι: Preamble: Το πεδίο αυτό περιέχει bits για τον σωστό χρονισμό του παραλήπτη με τον αποστολέα. Destination Address: H MAC διεύθυνση του παραλήπτη. Source Address: Η MAC διεύθυνση του αποστολέα. Lenth/Type: Ανάλογα αν η έκδοση του Ethernet είναι η ή το πεδίο αυτό περιλαμβάνει το συνολικό μέγεθος του πακέτου ή τον τύπο πρωτοκόλλου του επιπέδου 3. Data: Τα δεδομένα όπως τα παρέλαβε από το επίπεδο 3. Ανάλογα τον τύπο του φυσικού μέσου υπάρχει περιορισμός στο μέγεθος τον δεδομένων. Συνήθως το μέγιστο μέγεθος είναι 1500 bytes. Frame Check Sequene: Περιέχει την τιμή του CRC αλγορίθμου για να μπορέσει ο παραλήπτης του πακέτου να εξακριβώσει αν το πακέτο κατά την μεταφορά υπέστη αλλοίωση.

25 Ethernet Protocol Names Το πρωτόκολλο Ethernet χαρακτηρίζεται από τον ρυθμό μετάδοσης δεδομένων, το μέγεθος του μέγιστου τμήματος δικτύου και το φυσικό του μέσο. Καθώς δημιουργούνται συνεχώς ταχύτερες εκδόσεις Ethernet πρωτοκόλλων όλο και περισσότεροι χρήστες μπορούν να συνδεθούν στο δίκτυο χωρίς να πέφτει η ποιότητα υπηρεσιών του δικτύου. Η ονομασία του πρωτοκόλλου χρησιμοποιεί έναν συγκεκριμένο τύπο. Ο αριθμός στην αρχή υποδηλώνει τον ρυθμό μετάδοσης δεδομένων. Ο τύπος μετά την λέξη Base υποδηλώνει τον τύπο του φυσικού μέσου και αν υπάρχει και αριθμός το μήκος που μπορεί να έχει το κάθε τμήμα του δικτύου.

26 Εισαγωγή στο TCP/IP Εισαγωγή στο TCP/IP.

27 Εισαγωγή στο TCP/IP Συλλογή πρωτοκόλλων Κανόνες που επιβάλουν τον τρόπο που μεταφέρονται τα πακέτων δεδομένων μεταξύ των δικτύων Λογική διευθυνσιοδότηση Έλεγχος λαθών Το πρωτόκολλο TCP δημιουργήθηκε ως μέρος της έρευνας που έκανε το Γραφείο Προηγμένης Έρευνας Αμύνης των Ηνωμένων Πολιτειών Αμερικής. Το πρωτόκολλο αυτό πλέον είναι ελεύθερα διαθέσιμο σε όλους όσους θέλουν να το χρησιμοποιήσουν. Το TCP/IP αποτελεί στην πραγματικότητα μια ομάδα πρωτοκόλλων που δουλεύουν πάνω από το ΙΡ πρωτόκολλο. Το ΙΡ είναι το βασικό πρωτόκολλο του Internet (Internet Protocol) και το TCP είναι από τα πιο σημαντικά πρωτόκολλα. Κάθε εφαρμογή που δουλεύει πάνω από το Internet χρησιμοποιεί ως βάση το ΙΡ. Τα περισσότερα τοπικά δίκτυα πλέον χρησιμοποιούν το TCP/IP για τις υπηρεσίες που προσφέρουν στους χρήστες τους, όπως την υπηρεσία ηλεκτρονικής αλληλογραφίας. Πέρα από το TCP υπάρχουν και άλλα πρωτόκολλα που δουλεύουν πάνω από το ΙΡ, όπως είναι το UDP και το ICMP. Τα ποιο γνωστά πρωτόκολλα που δουλεύουν κάτω από το ΙΡ και αποτελούν την απαραίτητη βάση για να δουλέψει το ΙΡ είναι το ΡΡΡ και το SLIP. Με αυτά τα 2 πρωτόκολλα μας δίνεται η δυνατότητα να χρησιμοποιήσουμε το TCP/IP ακόμα και πάνω από τηλεφωνικές ή απλές γραμμές τηλεπικοινωνιών, 3G δίκτυα κινητών τηλεφώνων και adsl γραμμές. Το TCP/IP αναλαμβάνει να μετατρέψει τα δεδομένα σε μικρά κομμάτια πληροφορίας τα οποία μπορούν να δρομολογηθούν σωστά πάνω από το δίκτυο. Τα πακέτα αυτά είναι γνωστά ως πακέτα ΙΡ. Τα μικρά κομμάτια πληροφορίας πέρα από τα δεδομένα των εφαρμογών περιέχουν και στοιχεία δρομολόγησης, όπως αποστολέα και παραλήπτη και επιπλέον στοιχεία για έλεγχο λαθών. Αυτά τα στοιχεία δρομολόγησης βοηθούν τους ενδιάμεσους δρομολογητές να προωθήσουν τα πακέτα ώστε να φτάσουν στον τελικό παραλήπτη.

28 Πρωτόκολλο Επικοινωνίας Σταθμός Εργασίας Σταθμός Εργασίας Internet TCP/IP Το πρωτόκολλο επικοινωνίας είναι στην ποιο απλή του μορφή ένα σύνολο κανόνων που ορίζουν το πώς οι υπολογιστές επικοινωνούν και ανταλλάσσουν στοιχεία ο ένας με τον άλλον πάνω από ένα δίκτυο. Τα πρωτόκολλα επικοινωνίας αποτελούν για τους υπολογιστές ότι αποτελεί η γλώσσα επικοινωνίας για τους ανθρώπους. Μόνο αν είναι η ίδια μπορεί να υπάρξει ουσιαστική επικοινωνία. Παράδειγμα μιας τέτοιας επικοινωνίας μεταξύ υπολογιστών είναι η αποστολή η οποία περιλαμβάνει την σύνδεση με τον απομακρυσμένο υπολογιστή, την αποστολή ή λήψη της ηλεκτρονικής αλληλογραφίας και την αποστολή ή λήψη αρχείων και δεδομένων. Με ποιο απλά λόγια. το πρωτόκολλο επικοινωνίας περιγράφει: -Την μορφή που θα πρέπει να έχει το μήνυμα μαζί με τις απαραίτητες επικεφαλίδες -Τον τρόπο που οι υπολογιστές θα ανταλλάσσουν μηνύματα κατά την διάρκεια της επικοινωνίας, όπως την αποστολή και λήψη μηνυμάτων, δημιουργία απομακρυσμένων συνδέσεων και μεταφορά αρχείων. Τα πρωτόκολλα επικοινωνίας μπορούν να χειρίζονται τα λάθη κατά την μετάδοση των δεδομένων και να προβαίνουν σε ενέργειες για διόρθωση των λαθών όπου αυτό είναι δυνατόν. Χειρίζονται την δρομολόγηση και την παράδοση των μηνυμάτων και τον έλεγχο της μετάδοσης πάνω από το φυσικό μέσο με την χρήση προκαθορισμένων σημάτων. Το TCP/IP υλοποιείται μέσω λογισμικού και χρησιμοποιείται εκτενώς πλέον στην δικτύωση υπολογιστών. Παρά το ότι το όνομά του αναφέρει 2 μόνο πρωτόκολλα, το TCP και το ΙΡ, με την χρήση του όρου TCP/IP αναφερόμαστε σε όλη την ομάδα πρωτοκόλλων που προσφέρουν υπηρεσίες δικτύωσης μεταξύ υπολογιστών.

29 Στοίβα πρωτοκόλλων TCP/IP Μοντέλο OSI Μοντέλο TCP/IP Application Presentation Process/ Application Session Transport Network Data Link Physical Host to Host Internet Network Access Το TCP/IP όπως αναφέραμε ήδη είναι μια ομάδα πρωτοκόλλων που ορίζουν το πώς τα πακέτα δεδομένων μεταφέρονται από ένα σημείο του δικτύου στο άλλο και την μορφή που θα έχουν τα πακέτα αυτά. Για να μπορέσουν αυτοί οι κανόνες να εφαρμοστούν χρειάζονται το λογισμικό που θα διαχειρίζεται τα πακέτα δεδομένων, ένα σχήμα λογικής διευθυνσιοδότησης για να μπορούν τα πακέτα αν ταξιδεύουν στο δίκτυο και έναν μηχανισμό αντιμετώπισης ή και διόρθωσης των λαθών. Εν ολίγοις, προγράμματα υπολογιστών υλοποιούν τους κανόνες του εκάστοτε πρωτοκόλλου που θέλουμε να χρησιμοποιήσουμε. Το TCP/IP αποτελείται από το TCP και το IP. Το ΙΡ είναι ένα πρωτόκολλο του λειτουργεί στο επίπεδο 3. Προσφέρει την υπηρεσία μετάδοσης πακέτων στο δίκτυο βάση του μηχανισμού 'best effort' ο οποίος δεν εξασφαλίζει ότι τα δεδομένα θα φτάσουν στον τελικό παραλήπτη τους αλλά μόνο ότι θα γίνει η καλύτερη δυνατή προσπάθεια να φτάσουν. Το TCP είναι ένα πρωτόκολλο του OSI επιπέδου 4, το οποίο προσφέρει την υπηρεσίας ελέγχου ροής των δεδομένων αλλά και αξιοπιστία στην μετάδοση των δεδομένων. Όσα πακέτα δεδομένων δεν φτάσουν στον προορισμό τους, αναγνωρίζονται και αποστέλλονται πάλι. Ο συνδυασμός αυτός των πρωτοκόλλων επιτρέπει την δημιουργία περισσοτέρων υπηρεσιών πάνω από το δίκτυο προς τους χρήστες.

30 Εφαρμογές στο TCP/IP Process/ Application Host to Host Internet Network Access Μεταφορά αρχείων: - TFTP - FTP - NFS - SMTP Απομακρυσμένη Πρόσβαση - Telnet - rlogin Διαχείριση Δικτύου - SNMP Διαχείριση ονομάτων - DNS Τα πρωτόκολλα TCP/IP δεν προδιαγράφουν τα πρωτόκολλα μόνο στα επίπεδα 3 και 4 αλλά έχουν και προδιαγραφές και τις πιο κοινές εφαρμογές και υπηρεσίες του Internet. Το TCP/IP έχει πρωτόκολλα τα οποία υποστηρίζουν την μεταφορά αρχείων, την αποστολή και λήψη ηλεκτρονικής αλληλογραφίας, την απομακρυσμένη σύνδεση σε υπολογιστή, την επικοινωνία μέσω κλήσεων φωνής κ.α. Από τις ποιο γνωστές υπηρεσίες και τα πρωτόκολλα που της υλοποιούν είναι: File Transfer Protocol (FTP): Το FTP προσφέρει αξιόπιστη μεταφορά αρχείων μεταξύ υπολογιστών που υποστηρίζουν το συγκεκριμένο πρωτόκολλο. Χρησιμοποιεί το TCP για την σύνδεση και την μεταφορά των δεδομένων. Simple Mail Transfer Protocol (SMTP): To SMTP υποστηρίζει την αποστολή ηλεκτρονικής αλληλογραφίας πάνω από δίκτυα υπολογιστών. Post Office Protocol 3 (POP3): To POP υποστηρίζει την λήψη της ηλεκτρονικής αλληλογραφίας από απομακρυσμένους υπολογιστές πάνω από το δίκτυο. Telnet: Το Telnet δίνει την δυνατότητα πρόσβασης σε απομακρυσμένο υπολογιστή για εκτέλεση εντολών ή και προγραμμάτων. Αυτού του είδους η σύνδεση είναι κοινή σε συστήματα UNIX και συσκευές δικτύου όπως δρομολογητές της Cisco καθώς δεν απαιτούν την ύπαρξη γραφικού περιβάλλοντος.

31 TCP και UDP Process/ Application Host to Host Internet Transmission Control Protocol (TCP) User Datagram Protocol (UDP) Connection Oriented Connectionless Network Access Στο επίπεδο 4, έχουμε στην διάθεσή μας τα δύο βασικά πρωτόκολλα του internet, το TCP και το UDP. Το TCP χρησιμοποιεί λογικές διασυνδέσεις μεταξύ των υπολογιστών για να δημιουργήσει ένα εικονικό κύκλωμα μεταξύ τους. Η διασύνδεση αυτή δημιουργείται μεταξύ 2 υπολογιστών πριν από την ανταλλαγή δεδομένων ή αρχείων για να συμφωνηθούν οι λεπτομέρειες της ανταλλαγής των δεδομένων. Το TCP είναι επίσης υπεύθυνο για τον διαχωρισμό της πληροφορίας σε μικρά πακέτα τα οποία και συναρμολογεί στον προορισμό τους. Επιπλέον υποστηρίζει την αποστολή πάλι όσων πακέτων που δεν έφτασαν στον προορισμό τους ως μηχανισμός εξασφάλισης της αξιόπιστης μεταφοράς των δεδομένων. Το UDP είναι ένα πρωτόκολλο που σε αντίθεση με το TCP δεν χρησιμοποιεί εικονικές διασυνδέσεις μεταξύ των υπολογιστών. Τα δεδομένα χωρίζονται και αυτά σε μικρότερα πακέτα και αποστέλλονται στον προορισμό τους χωρίς να υπάρξει προηγούμενη συνεννόηση με τον υπολογιστή παραλήπτη. Δεν υπάρχει έλεγχος για το αν τα πακέτα έφτασαν όλα ή αν έφτασαν στην σωστή σειρά. Το UDP βασίζεται στα πρωτόκολλα που θα βασιστούν επάνω του και θα το χρησιμοποιήσουν για να υλοποιηθούν μηχανισμοί ελέγχου λαθών και σωστής μετάδοσης των δεδομένων.

32 Πακέτο TCP Bit 0 Bit 15 Bit 16 Bit 31 Source port (16) Destination port (16) Sequence number (32) Header length (4) Acknowledgement number (32) Reserved (6) Code bits (6) Window (16) 20 Bytes Checksum (16) Urgent (16) Options (0 or 32 if any) Data (varies) Η συγκεκριμένη εικόνα δείχνει την μορφή που έχει ένα πακέτο TCP μαζί με την επικεφαλίδα του. Τα πεδία που υπάρχουν περιέχουν τις απαραίτητες πληροφορίες για την επικοινωνία και τον έλεγχο μετάδοσης των δεδομένων μεταξύ των υπολογιστών. Το πεδίο Source Port ορίζει τον αριθμό της θύρας δεδομένων του αποστολέα. Το πεδίο Destination Port ορίζει τον αριθμό της θύρας δεδομένων του παραλήπτη. Το πεδίο Sequence Number ορίζει τον άυξοντα αριθμός του πακέτου. Χρησιμοποιείται στον παραλήπτη για να μπορέσουν τα πακέτα τα μπουν στην σωστή σειρά αλλά και για να αναγνωρισθούν τα πακέτα που δεν έφτασαν Το πεδίο Acknowledgement Number ορίζει τον επόμενο αριθμό πακέτου που αναμένεται να ληφθεί από τον παραλήπτη. Το πεδίο αυτό θα μπορούσε να περιέχει και αριθμό πακέτου που δεν έφτασε ποτέ στον παραλήπτη ώστε να γίνει αποστολή του ίδιου πακέτου πάλι. Το πεδίο Header Length ορίζει το μέγεθος της επικεφαλίδας του πακέτου Το πεδίο Reserved προορίζεται για μελλοντική χρήση. Το πεδίο Code Bits ελέγχει τις λειτουργίες της έναρξης και τερματισμού των συνεδριών εικονικών κυκλωμάτων μεταξύ των υπολογιστών που θα ανταλλάξουν δεδομένα. Το πεδίο Window ορίζει το μέγεθος των δεδομένων ενός πακέτου που ο υπολογιστής- παραλήπτης μπορεί να δεχτεί. Το πεδίο Checksum περιέχει τον αριθμός που προκύπτει με βάση τον αλγόριθμο checksum όταν εφαρμοστεί στην επικεφαλίδα και τα δεδομένα. Ο αριθμός αυτός χρησιμοποιείται από τον υπολογιστή παραλήπτη για να ελέγξει αν τα δεδομένα αλλοιώθηκαν κατά την μεταφορά τους. Το πεδίο Urgent ορίζει τα δεδομένα που έχουν χαρακτηρισθεί ως επείγοντα. Το πεδίο Options ορίζει παραμέτρους του TCP όπως το συνολικό μέγιστο μέγεθος του πακέτου TCP Το πεδίο Data περιέχει τα δεδομένα του πακέτου τα οποία προέρχονται από το παραπάνω επίπεδο.

33 Πακέτο UDP Bit 1 0 Bit 15 Bit 16 Bit 31 Source port (16) Destination port (16) Length (16) Checksum (16) 8 Bytes Data (if any) Το UDP είναι ένα πρωτόκολλο που δεν υποστηρίζει τις εικονικές συνδέσεις μεταξύ υπολογιστών με την λογική που το κάνει το πρωτόκολλο TCP. Τα δεδομένων αποστέλλονται με μορφή πακέτων στον παραλήπτη χωρίς να έχει προηγηθεί κάποια επικοινωνία πριν την έναρξη της αποστολή. Η αποστολή των δεδομένων μεταξύ των υπολογιστών θεωρείται αναξιόπιστη για αυτό το λόγο καθώς δεν επιβεβαιώνεται σε κανένα στάδιο της αποστολής ότι ο παραλήπτης θα δεχτεί τα δεδομένα. Τα βασικά χαρακτηριστικά του πακέτου UDP είναι: Δεν δημιουργεί εικονικές συνδέσεις μεταξύ υπολογιστών. Δεν εξασφαλίζει την παράδοση των δεδομένων στον υπολογιστή προορισμού. Δεν υπάρχει μηχανισμός ελέγχου της παραλαβής των πακέτων από τον παραλήπτη Δεν υπάρχει έλεγχος ροής Πρωτόκολλα που βασίζονται στο UDP ως μέσο μεταφοράς μπορούν να δημιουργήσουν μηχανισμούς για να υποστηρίξουν τις παραπάνω λειτουργίες. Το πλεονέκτημα του UDP είναι η μεγαλύτερη ταχύτητα αποστολής δεδομένων, σε σχέση με το TCP, καθώς δεν δημιουργεί εικονικά κυκλώματα μεταξύ των υπολογιστών, τα οποία απαιτούν χρόνο μέχρι να δημιουργηθούν, σε βάρος όμως της αξιοπιστίας της μετάδοσης. Η επικεφαλίδα του πακέτου UDP έχει σταθερό μέγεθος 64 bits (8bytes).

34 Αριθμοί Θυρών Επίπεδο Εφαρμογών Επίπεδο Μεταφοράς F T P T E L N E T TCP S M T P D N S T F T P UDP S N M P R I P 520 Αριθμοί Θυρών Και τα δύο πρωτόκολλα TCP & UDP χρησιμοποιούν τον όρο αριθμός θύρας. Αυτό το χαρακτηριστικό μεταφέρεται και στα παραπάνω επίπεδα του OSI και έχει ως σκοπό να διαχωρίσει τα δεδομένα και να τα ομαδοποιήσει πλέον σε επίπεδο εικονικού κυκλώματος. Έτσι τα δεδομένα που καταφθάνουν σε έναν υπολογιστή διαχωρίζονται ως προς την υπηρεσία που απευθύνονται με βάση τον αριθμό της θύρας που περιέχουν. Το κάθε πρωτόκολλα επικοινωνίας, όπως το FTP, Telnet, SMTP, έχουν συγκεκριμένους αριθμούς θυρών που χρησιμοποιούν και που χαρακτηρίζουν την υπηρεσία. Αυτοί οι αριθμοί ελέγχονται από τον οργανισμό ΙΑΝΑ (Internet Assigned Numbers Authority). Παραδείγματα τέτοιων θυρών είναι η θύρα 21 που ανήκει στo πρωτόκολλο FTP και η θύρα 25 που ανήκει στο πρωτόκολλο SMTP και η θύρα 110 που ανήκει στο πρωτόκολλο ΡΟΡ3. Οι επικοινωνίες που δεν γίνονται με κάποιο συγκεκριμένο πρωτόκολλο χρησιμοποιούν τυχαίους αριθμούς θυρών από συγκεκριμένο εύρος αριθμών.

35 Επίπεδο Internet Process/ Application Host to Host Internet Network Access Internet Protocol (IP) Internet Control Message Protocol (ICMP) Address Resolution Protocol (ARP) Reverse Address Resolution Protocol (RARP) Αρκετά πρωτόκολλα του TCP/IP λειτουργούν στο επίπεδο Internet το οποίο στο επίπεδο του OSI αντιστοιχεί στο επίπεδο δικτύου. Το ΙΡ προσφέρει δρομολόγηση πακέτων βάση της πρακτικής 'best effort'. Το ΙΡ δεν έχει γνώση για τα δεδομένα που μεταφέρει και έχει σαν πρωταρχικό ρόλο την εύρεση διαδρομής στο δίκτυο για την μεταφορά των πακέτων στον προορισμό τους. Το πρωτόκολλο ICMP (Internet Control Message Protocol) προσφέρει υπηρεσία ελέγχου και μηνυμάτων για το πρωτόκολλο ΙΡ. Το Address Resolution Protocol (ARP) συσχετίζει τις διευθύνσεις του επιπέδου δεδομένων (MAC Address) με τις διευθύνσεις ΙΡ. Η κάθε Οι συσχετισμοί αυτοί αποθηκεύονται σε έναν πίνακα γνωστό ως arp table για συγκεκριμένο χρονικό διάστημα και στην συνέχεια διαγράφονται. Το Reverse Address Resolution Protocol (RARP) συσχετίζει τις διευθύνσεις ΙΡ με τις διευθύνσεις του επιπέδου δεδομένων (MAC Address).

36 Version (4) Πακέτο IP Bit 1 0 Bit 15 Bit 16 Bit 31 Header Length (4) Identification (16) Priority & Type of Service (8) Destination IP Address (32) Options (0 or 32 if any) Total Length (16) Flags (3) Fragment offset (13) Time to live (8) Protocol (8) Header checksum (16) Source IP Address (32) 20 Bytes Data (varies if any) Το πακέτο ΙΡ περιέχει και αυτό πεδία που βοηθούν τους σταθμούς ενός δικτύου να λειτουργήσουν ανάλογα ώστε να προωθηθεί το πακέτο μέχρι τον τελικό του παραλήπτη. Τα πεδία που περιλαμβάνει το πακέτο ΙΡ είναι: Το πεδίο Version του πρωτοκόλλου ΙΡ. Η έκδοση που χρησιμοποιείται στο Internet είναι η έκδοση 4. Το πεδίο Header Length με το μέγεθος της επικεφαλίδας Το πεδίο priority & Type Of Service που ορίζεται ο τύπος της υπηρεσίας που χρησιμοποιεί το ΙΡ ή η προτεραιότητα του πακέτου ΙΡ. Ορισμένα πακέτα μπορούν να χαρακτηρισθούν ως πακέτα μεγάλης προτεραιότητας με σκοπό να προωθούνται όσο το δυνατό γρηγορότερα προς τον προορισμό τους. Το πεδίο Total Lenght που περιέχει το συνολικό μεγέθος του πακέτου. Το ελάχιστο μέγεθος ενός πακέτου ΙΡ είναι 20 bytes ενώ το μέγιστο είναι 65535bytes. Το πεδίο Identification. Αυτό χρησιμοποιείται στην περίπτωση που το αρχικό πακέτο ΙΡ διαιρεθεί σε μικρότερα πακέτα για να μπορέσει να δρομολογηθεί σωστά (fragmentation) και βοηθάει στην αναγνώρισή τους. Το πεδίο επιλογών flags το οποίο ορίζει αν το πακέτο ΙΡ μπορεί να διαιρεθεί σε μικρότερα τμήματα προκειμένου να δρομολογηθεί σωστά ή όχι. Στην περίπτωση που έχει οριστεί στο πεδίο αυτό η τιμή DF (Don't Fragment Χωρίς Διαίρεση) και απαιτείται η διαίρεση του πακέτου σε μικρότερα για να δρομολογηθεί σωστά τότε το πακέτο διαγράφεται. Το πεδίο Fragment Offset που ορίζει σε ένα πακέτο ΙΡ που έχει δημιουργηθεί από διαίρεση ποιο τμήμα του αρχικού πακέτου περιέχει.

37 Το πεδίο Time To Live το οποίο ορίζει την διάρκεια ζωής ενός πακέτου στο internet. Το πεδίο αυτό υπάρχει για να εξασφαλίζει ότι τα πακέτα που δεν μπορούν να φτάσουν στον τελικό παραλήπτη θα σταματήσουν να υπάρχουν μέσα στο δίκτυο. Κάθε πακέτο που περνάει μέσα από έναν δρομολογητή έχει ως αποτέλεσμα το πεδίο TTL να μειώνεται κατά μία μονάδα. Όταν η τιμή του πεδίου είναι 0 το πακέτο ΙΡ διαγράφεται. Το πεδίο Protocol που ορίζει τον τύπο του πρωτοκόλλου του επιπέδου OSI 4. Μερικοί τύποι πρωτοκόλλων είναι: 1: Internet Control Message Protocol (ICMP) 2: Internet Group Management Protocol (IGMP) 6: Transmission Control Protocol (TCP) 17: User Datagram Protocol (UDP) Το πεδίο ελέγχου Header Checksum για την επικεφαλίδα που περιέχει τον αριθμό που δημιουργείται με τον αλγόριθμο checksum όταν εφαρμοστεί στο μέγεθος της επικεφαλίδας του πακέτου ΙΡ. Αυτός ο αριθμός βοηθάει τους σταθμούς ενός δικτύου να καταλάβουν αν το πακέτο ΙΡ έχει παραληφθεί με λάθη. Αν το πακέτο έχει λάθη τότε διαγράφεται. Το πεδίο Source IP Address που περιέχει την διεύθυνση του αποστολέα. Το πεδίο Destination IP Address που περιέχει την διεύθυνση του παραλήπτη. Το πεδίο επιλογών Options που μας δίνει την δυνατότητα να ορίσουμε επιπλέον στοιχεία για το πακέτο ΙΡ. Το πεδίο δεδομένων Data που περιέχει τα δεδομένα του πρωτοκόλλου επιπέδου 4 που μεταφέρονται.

38 Πεδίο πρωτοκόλλου στο πακέτο ΙΡ Επίπεδο Μεταφοράς TCP UDP Επίπεδο Internet 6 IP 17 Αριθμοί Θυρών Το πεδίο πρωτοκόλλου στο πακέτο ΙΡ ορίζει το πρωτόκολλο του επιπέδου 4 του οποίου μεταφέρονται δεδομένα. Παρά το γεγονός ότι τα περισσότερα πακέτα μεταφέρουν δεδομένα των πρωτοκόλλων TCP και UDP υπάρχουν και άλλα πρωτόκολλα που μπορούν να χρησιμοποιήσουν το IP ως πρωτόκολλο μεταφοράς δεδομένων. Κάθε επικεφαλίδα του πακέτου ΙΡ πρέπει να ορίζει ακριβώς το πρωτόκολλο του επιπέδου 4. Τα πρωτόκολλα αυτά είναι αριθμημένα παρόμοια με τους αριθμούς θυρών. Το πακέτο ΙΡ διατηρεί τον αριθμό του πρωτοκόλλου στο πεδίο Protocol Field.

39 Internet Control Message Protocol (ICMP) Application Transport 1 ICMP Internet Data Link Destination Unreachable Echo (Ping) Other Physical Το πρωτόκολλο ICMP χρησιμοποιείται από όλους τους σταθμούς ενός δικτύου. Το ICMP μεταφέρει μηνύματα ελέγχου και πληροφορίας για τα πακέτα ΙΡ. Προβλήματα και πληροφορίες που αφορούν στο πρωτόκολλο ΙΡ μεταφέρονται με αυτά τα πακέτα. Υπάρχουν αρκετοί τύποι μηνυμάτων που χρησιμοποιούνται όπως: Destination Unreachable Time Exceeded Echo Echo Reply

40 ICMP Send data to host B Cannot find host B Host A Router Data to host B Destination Unreachable Όταν ένας δρομολογητής δικτύου παραλάβει ένα πακέτο που είναι αδύνατον να το παραδώσει στον παραλήπτη δημιουργεί ένα μήνυμα ICMP το οποίο και στέλνει στον αρχικό αποστολέα του πακέτου ενημερώνοντας τον για το πρόβλημα που υπάρχει. Ο αρχικός αποστολέας με αυτόν τον τρόπο μαθαίνει ότι τα δεδομένα του δεν έφτασαν στον τελικό παραλήπτη. Τέτοιες περιπτώσεις μπορεί να υπάρξουν όταν ο υπολογιστής παραλήπτης είναι εκτός σύνδεσης ή όταν η διεύθυνση του έχει δοθεί λανθασμένα από τον υπολογιστή αποστολέα.

41 Address Resolution Protocol (ARP) I need the Ethernet address of I heard that broadcast. The message is for me. Here is my Ethernet address IP: =??? IP: Ethernet: Το πρωτόκολλο ARP χρησιμοποιείται για να μεταφραστούν οι λογικές διευθύνσεις του ΙΡ σε διευθύνσεις υλικού MAC. Για την αποστολή δεδομένων σε τοπικό επίπεδο, ο κάθε σταθμός του δικτύου συμβουλεύεται τον πίνακα με συσχετισμούς μεταξύ MAC & ΙΡ διευθύνσεων που διατηρεί και στέλνει το πακέτο στην σωστή MAC διεύθυνση. Στην περίπτωση που ο πίνακας ARP δεν περιέχει εγγραφή για την ΙΡ διεύθυνση, ο σταθμός εργασίας δημιουργεί ένα μήνυμα ARP το οποίο αποστέλλεται στο δίκτυο με παραλήπτες όλους τους σταθμούς εργασίας του δικτύου. Το μήνυμα αυτό περιέχει την ΙΡ του αποστολέα που πρέπει να σταλεί το αρχικό πακέτο δεδομένων. Ο σταθμός εργασίας που αναγνωρίζει την ΙΡ διεύθυνση ως δική του απαντάει στο μήνυμα ARP και ενσωματώνει την διεύθυνση MAC με αποτέλεσμα ο αρχικός σταθμός εργασίας να μαθαίνει πλέον την MAC που χρειάζεται για να στείλει το πακέτο.

42 Reverse Address Resolution Protocol (RARP) What is my IP address? I heard that broadcast. Your IP address is Ethernet: IP =??? Ethernet: IP: Το πακέτο RARP (Reverse ARP) εκτελεί την αντίθετη ακριβώς λειτουργία από το πακέτο ARP. Χρησιμοποιείται για τον συσχετισμό μιας MAC διεύθυνσης σε μία IP διεύθυνση. Ο υπολογιστής που αναγνωρίζει την διεύθυνση MAC ως δική του οφείλει να απαντήσει στο πακέτο RARP με πακέτο που περιέχει την ΙΡ διεύθυνση του.

43 Διευθυνσιοδότηση ΙΡ Dotted Decimal Network 32 Bits Host Maximum Η τεχνολογία TCP/IP χρησιμοποιεί διευθύνσεις 32 bits, προκειμένου να προσδιορίσει ένα υπολογιστή σε ένα δίκτυο αλλά και το ίδιο το δίκτυο. Η ΙΡ διεύθυνση προσδιορίζει την σύνδεση μιας συσκευής στο δίκτυο και όχι την ίδια την συσκευή. Έτσι, όταν η θέση μιας συσκευής στο δίκτυο αλλάζει, τότε πρέπει να αλλάξει και η ΙΡ διεύθυνση της. Επίσης, μια συσκευή μπορεί να έχει περισσότερες από μια ΙΡ διευθύνσεις στην περίπτωση που είναι συνδεδεμένη σε περισσότερα από ένα δίκτυα. Αυτό συμβαίνει στην περίπτωση των δρομολογητών όπου έχουν μια διεύθυνση για κάθε δίκτυο στο οποίο συνδέονται. Η μορφή της ΙΡ διεύθυνση περιλαμβάνει το πεδίο του δικτύου Network, όπου ορίζεται το δίκτυο που ανήκει η συσκευή, και το πεδίο του Υπολογιστή Host όπου ορίζεται η συγκεκριμένη συσκευή.

44 Bits: Class A: Bits: Class B: Bits: Class C: Bits: Class D: NNNNNNN Host Host Host Range (1-126) NNNNNN Network Host Host Range ( ) NNNNN Network Network Host Range ( ) MMMM Range ( ) Multicast Group Multicast Group Multicast Group Όταν σχεδιάστηκε το Internet υπήρχε η αίσθηση ότι θα υπάρξουν αρκετές διαφοροποιήσεις όσον αφορά το μέγεθος των δικτύων που θα υπάρξουν. Αυτό οδήγησε στον ορισμό διαφορετικών δομών διευθύνσεων ώστε να υπάρχουν διαθέσιμες αρκετές ΙΡ διευθύνσεις για κάθε μέγεθος δικτύου. Οι δομές αυτές κατατάσσουν τις διευθύνσεις σε 4 κλάσεις, τις: Α, Β, C και D. Η κλάση της διεύθυνσης ορίζεται από τα 4 πρώτα πιο σημαντικά bits της διεύθυνσης. Οι διευθύνσεις της κλάσης Α αρχίζουν με 0, της κλάσης Β με 10, της κλάσης C με 110 και της κλάσης D με Η κλάση Α είναι για μεγάλα δίκτυα με πολλούς υπολογιστές. Για το λόγο αυτό, δεσμεύονται 24 bits για το τμήμα Υπολογιστή και 7 bits για το τμήμα Δικτύου. Έτσι, η κλάση Α επιτρέπει την ύπαρξη 128 δικτύων με 16 εκατομμύρια υπολογιστές το κάθε ένα. Η κλάση Β είναι για μεσαία δίκτυα. Για το τμήμα Υπολογιστή της διεύθυνσης χρησιμοποιούνται 16 bits, ενώ για το τμήμα Δικτύου 14bits επιτρέποντας έτσι την ύπαρξη δικτύων με υπολογιστές το κάθε ένα. Για τα δίκτυα κλάσης C χρησιμοποιούνται μόνο 8bits από το τμήμα Υπολογιστή, ενώ τα άλλα 21 χρησιμοποιούνται από το τμήμα Δικτύου. Έτσι, ο αριθμός των συσκευών, που μπορεί να είναι συνδεδεμένος στο δίκτυο, περιορίζεται στις 256, ενώ ο αριθμός των δικτύων φθάνει στα 2 εκατομμύρια. Οι διευθύνσεις της κλάσης D επιτρέπουν την ύπαρξη ομαδικών διευθύνσεων (multicast), διευθύνσεων δηλαδή που απευθύνονται σε ομάδα υπολογιστών. Παρατηρούμε, λοιπόν, ότι από μία διεύθυνση μπορούν εύκολα να εξαχθούν τα τμηματα που αφορούν το δίκτυο και τον υπολογιστή. Το γεγονός αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία και βοηθάει την αποτελεσματική δρομολόγηση των πακέτων.