Rozdział 01.pdf

Rozdział 1

Architektura TCP/IP w Windows

Protokół TCP/IP zaimplementowano w niemal wszystkich liczących się

systemach operacyjnych, począwszy od mikrokomputerów a skończyw-

szy na komputerach typu mainframe i superkomputerach. W niniejszym

rozdziale opiszemy implementację protokołu TCP/IP w systemie Win-

dows - zarówno w Windows 9x (Windows 95 i 98) jak i Windows NT

firmy Microsoft. Przedstawimy różnice w implementacji pomiędzy wer-

sjami dla Windows 95 i Windows 98.

Warstwy protokołów w Windows NT i Windows 9x

Chociaż Windows NT i Windows 9x mają podobne interfejsy użytkowni-

ka, ich wewnętrzna architektura znacznie się różni. Różna jest też

w związku z tym implementacja TCP/IP.

Pojęcie warstw protokołów w systemach komputerowych tradycyjnie

rozważa się na bazie modelu OSI ( Open System Interconnection ). Model

ten, wprowadzony w roku 1978 przez ISO ( International Organization of

Standards ), ułatwia tworzenie i opisywanie środków łączności pomiędzy

różnymi systemami komunikacyjnymi. W niniejszym rozdziale używamy

modelu OSI do opisania różnych komponentów protokołu TCP/IP.

Rozumienie warstw protokołów w kategoriach warstw modelu OSI

Rysunek 1.1 pokazuje model OSI i miejsce, które w nim zajmuje protokół

TCP/IP. Model OSI jest modelem abstrakcyjnym, służącym głównie jako

pomoc w opisie różnych funkcji komunikacyjnych. Zrozumienie zależno-

ści pomiędzy funkcjami komunikacyjnymi modelu i rzeczywistą imple-

mentacją protokołu umożliwia natychmiastowy wgląd w jego działanie.

Na rysunku 1.1 protokół IP ( Internet Protocol ,) odpowiada trzeciej war-

stwie modelu OSI. Jest to warstwa sieci, która odpowiada za funkcję

nazewnictwa adresów sieciowych oraz funkcję trasowania ( routingu )

Nazewnictwo adresów sieciowych umożliwia stosowanie jednolitego

Rozdział 1

formatu adresowania dla węzłów w dwóch fizycznie różnych sieciach.

Jednolity format adresowania umożliwia traktowanie systemu wzajemnie

połączonych elementów jako jednego systemu logicznego bądź sieci

przez wyższe warstwy protokołu. Funkcja trasowania umożliwia dostar-

czenie porcji danych - nazywanych pakietami - do miejsca przeznaczenia.

Jest ona zazwyczaj realizowana przez systemy pośredniczące nazywane

routerami (patrz rysunek 1.2) które operują w warstwie sieci modelu OSI.

Routery badają adres przeznaczenia pakietu i przekazują pakiet do na-

stępnego pośrednika, zbliżając go do miejsca przeznaczenia.

Rysunek 1.1

Model OSI a TCP/IP

Rysunek 1.2

Systemy pośredniczące (routery)

Ponieważ protokół IP odpowiada trzeciej warstwie modelu OSI - na pod-

stawie tego, co zostało do tej pory powiedziane, możemy określić nastę-

pujące właściwości IP w sieciach Windows:

Protokół IP w komputerze pracującym pod kontrolą Windows za-

pewnia jednolite nazewnictwo adresów. Jednolity adres jest 32-bitową

liczbą nazywaną adresem IP . Adres IP powinien zasadniczo być inny

dla każdego węzła IP - co oznacza, że każdy komputer powinien po-

siadać unikalny adres IP. Jeśli komputery mają być połączone

z Internetem, adresy te muszą zostać przydzielone przez INTERNIC

Architektura TCP/IP w Windows

( Internet Network Information Center ) lub przez dostarczyciela usług in-

ternetowych.

Protokół IP w komputerze pracującym pod kontrolą Windows za-

pewnia funkcje trasowania. Umożliwia to komputerowi przekazywa-

nie pakietów IP, nazywanych datagramami IP , do kolejnego miejsca

przeznaczenia. Komputer z Windows NT może wykonywać funkcje

trasowania. W dużych sieciach funkcje trasowania wykorzystywane

są do przyspieszenia przekazywania datagramów IP oraz uniknięcia

opóźnień w routerze spowodowanych dużym ruchem w sieci. Do wy-

znaczenia optymalnej ścieżki do konkretnego miejsca przeznaczenia

używa się specjalnych protokołów trasujących - takich jak Protokół In-

formacji Trasującej ( Routing Information Protocol , RIP) iprotokół

„Otwórz Najpierw Najkrótszą Ścieżkę” - OSPF ( Open Shortest Path

First ), które współpracują z protokołem IP. Protokoły te opiszemy

w rozdziale 7.

Na rysunku 1.1 widać, że protokół IP pracuje ponad warstwą łącza da-

nych, która z kolei spoczywa na warstwie fizycznej modelu OSI. Każda

warstwa OSI wykorzystuje usługi zapewniane przez niższą warstwę

i dodaje do nich swoje. Warstwa łącza danych w modelu OSI odpowiada

urządzeniom sieciowym, takim jak karty sieciowe Ethernet albo Token

Ring. Zatem trzecia warstwa modelu OSI, odpowiadająca protokołowi IP,

używa urządzeń sieciowych - jak karty sieciowe Ethernet lub Token Ring

- do wysyłania i odbierania datagramów IP. Protokół IP może pracować

ponad szerokim spektrum urządzeń sieciowych, jak na przykład Ether-

net, Token Ring, Frame Relay, X.25, ATM, ISDN itd. Jest to ważne spo-

strzeżenie, ponieważ protokół IP zapewnia niezależność od urządzeń

użytych do budowy sieci. Protokoły umiejscowione ponad protokołem IP

w modelu OSI - jak np. Protokół Kontroli Transmisji ( Transmission Control

Protocol , TCP) - nie muszą zajmować się szczegółami iróżnicami

w urządzeniach sieciowych tworzących fizyczną sieć.

Wszystkie implementacje IP muszą również obsługiwać pomocniczy

protokół, nazywany Internetowym Protokołem Wiadomości Kontrolnych

- ICMP ( Internet Control Message Protocol ), który używany jest w celach

diagnostycznych oraz do raportowania problemów z przesyłaniem data-

gramów IP w różnych punktach ich drogi przez sieć. Na przykład ko-

menda PING, której używa się powszechnie w sieciach TCP/IP do

sprawdzenia, czy dany węzeł TCP/IP jest osiągalny, stosuje w tym celu

pakiety ICMP - żądanie echa/odpowiedź na echo.

Rysunek 1.1 pokazuje, że TCP odpowiada czwartej warstwie modelu

OSI. Jest to warstwa transportu, której funkcją jest zapewnienie integral-

ności danych przesyłanych pomiędzy końcowymi punktami połączenia.

Rozdział 1

Warstwa transportu w modelu OSI zapewnia wzbogacenie usług ofero-

wanych przez warstwę sieci, dołączając niezawodność przesyłania da-

nych oraz multi- i demultipleksowanie procesów. Aby zapewnić nieza-

wodność przesyłania danych, wykorzystuje mechanizmy korekcji błędów

oferowane przez niższe warstwy i dodaje swoje. Jeśli niższe warstwy są

zawodne, wtedy większość pracy „spada” na warstwę transportu, która

jest ostatnią barierą eliminującą błędy. Warstwa transportu może być

również odpowiedzialna za ustanowienie kilku połączeń logicznych na

pojedynczym połączeniu sieciowym; proces ten nazywamy multiplekso-

waniem.

Multipleksowanie (lub dzielenie czasu) zachodzi wtedy, gdy pewna licz-

ba połączeń transportowych dzieli to samo połączenie sieciowe. War-

stwa transportu jest środkową warstwą modelu OSI. Trzy niższe war-

stwy tworzą podsieć (część modelu sieci), a trzy wyższe warstwy są za-

zwyczaj implementowane przez oprogramowanie sieciowe pracujące na

węźle. Warstwę transportu implementuje się zazwyczaj również na węź-

le; jej zadaniem jest przekształcenie zawodnej podsieci w niezawodną

sieć.

Ze względu na multipleksowanie, kilka programów (w terminologii OSI

nazywanych jednostkami protokołowymi) dzieli ten sam adres

w warstwie sieci. W celu jednoznacznej identyfikacji tych programów

w warstwie transportu konieczny jest bardziej ogólny sposób adresowa-

nia. Rozwiązaniem są adresy transportowe, będące kombinacją adresu

warstwy sieci i numeru SAP ( Service Access Point ) w warstwie transportu.

Czasem nazywa się je gniazdami lub numerami portu. W przypadku

protokołu TCP adresy SAP nazywane są numerami portu i są 16-

bitowymi liczbami. Na przykład protokół FTP używa portu TCP o nu-

merze 21, protokół Telnet portu TCP o numerze 23, a protokół HTTP -

portu TCP o numerze 80.

Znając zadania warstwy transportu oraz wiedząc, że protokół TCP od-

powiada właśnie tej warstwie modelu OSI, na podstawie tego, co zostało

do tej pory powiedziane, możemy odnotować następujące właściwości

TCP w sieciach Windows:

Protokół TCP w komputerze pracującym pod kontrolą Windows za-

pewnia niezawodne przesyłanie danych. TCP posiada wbudowany

mechanizm kontroli błędów, który kompensuje błędy powstające

w niższych warstwach. Niezawodność przesyłania danych osiąga się

poprzez tworzenie odrębnych połączeń logicznych i zapewnienie, że

wysyłane dane zostaną dostarczone do wyższych warstw we właści-

wej kolejności.

Architektura TCP/IP w Windows

Protokół TCP w komputerze pracującym pod kontrolą Windows za-

pewnia programowe adresowanie każdego z końców połączenia sie-

ciowego. Te programowe (czy też transportowe) adresy nazywane są

numerami portu .

Protokół TCP w komputerze pracującym pod kontrolą Windows

umożliwia multipleksowanie kilku połączeń logicznych na tym sa-

mym interfejsie sieciowym.

Wszystkie implementacje TCP/IP muszą również obsługiwać prostszy

protokół transportowy nazywany Protokołem Datagramów Użytkownika

- UDP ( User Datagram Protocol ), używany w aplikacjach, w których od-

porność i niezawodność TCP/IP nie są potrzebne i mogą stanowić nad-

mierne obciążenie. Wszystkie implementacje TCP/IP w Windows obsłu-

gują zatem również UDP. UDP jest przydatne w aplikacjach, które pracu-

ją na zasadzie „żądanie-odpowiedź”. Są to programy, które wysyłają

żądanie i oczekują odpowiedzi, przy czym nie ma potrzeby podtrzymy-

wania otwartego połączenia logicznego. Na przykład protokoły DNS

i SNMP używają UDP, ponieważ pracują na zasadzie „żądanie-

odpowiedź”. UDP jest również przydatne w przypadkach, kiedy trans-

misja w sieci jest często kierowana do wszystkich (tzw. broadcast ) lub

wielu (tzw. multicast ) węzłów sieci. Jest to częsty przypadek w sieciach

Windows, gdyż wiele funkcji przeglądania i ogłaszania usług wykorzy-

stuje tryb broadcast lub multicast.

Aplikacje TCP/IP, takie jak System nazw domen DNS ( Domain Name

System ), Telnet, Protokół Przesyłania Plików FTP ( File Transfer Protocol ),

Sieciowy System Plików NFS ( Network File System ) współpracują bezpo-

średnio z protokołami TCP i UDP. Te aplikacje TCP/IP odpowiadają

warstwie aplikacji w modelu OSI (warstwa siódma) - co interesujące,

bardzo niewiele programów używa protokołów odpowiadających war-

stwom sesji i prezentacji w modelu OSI. Wyjątkiem jest NFS, który używa

protokołów Zdalnego Wywołania Procedury RPC ( Remote Procedure Call )

oraz Zewnętrznej Reprezentacji Danych XDR ( External Data

Representation ), które należą odpowiednio do warstwy sesji i prezentacji

modelu OSI.

Niewiele aplikacji TCP/IP używa protokołów odpowiadających war-

stwom sesji i prezentacji, ponieważ warstwy te oferują usługi niepotrzeb-

ne większości spośród nich. Warstwa sesji w modelu OSI udostępnia

rozszerzone usługi kontroli sesji - jak sterowanie dialogiem, sterowanie

żetonami, zarządzanie aktywnością. Warstwa prezentacji w modelu OSI

zarządza sposobem reprezentacji danych, biorąc pod uwagę różnice

w sposobie zapisu danych i znaków, oraz to, czy liczby wielobajtowe

zapisywane są w pamięci począwszy od najmniej, czy od najbardziej

znaczącego bajtu. Różnice w formacie zapisu liczb mogą prowadzić do

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: