Intersíť - skupina sítí propojených směrovači (příp bránami)

Protokoly TCP/IP

de-facto standard pro komunikaci v rozlehlých sítích a stále více i v intranetu

Vrstvy:

Network Layer: OSI fyzická a linková
Internet Layer: OSI síťová
Transport Layer: OSI transportní
Application Layer: OSI relační až aplikační

Adresace

adresy 32b, adresa sítě + adresa uzlu v rámci sítě;
adresy sítí přiděluje kontinentální správce (pro Evropu RIPE)
každé rozhraní intersítě musí mít jednoznačnou IP adresu (příp. více adres)
unicast, multicast a broadcast adresy
soukromé izolované sítě mají vyhrazené rozsahy adres používaný opakovaně, nesmí být přímo připojeny k Internetu (pokud jsou, tak přes proxy s překladem adres):
```
     A: 10.0.0.0, B: 172.16.0.0-172.31.0.0, C: 192.168.0.0-192.168.255.0
     
```
hierarchická adresace, zvláště s použitím subnettingu

Třídy adres

liší se dělením adresy na část adresy sítě a uzlu;
nově se používají beztřídní (classless) adresy - k nim musí být specifikována subnet maska

A: 8+24b, 0..., (0-127), dnes nepřidělovány
B: 16+16b, 10..., (128-191), téměř vyčerpané, velké podniky, poskytovatelé Internetu
C: 24+16b, 110..., (192-223), dnes jediné dostupné, často přidělována skupina adres třídy C
D: multicast adresy, 1110..., (224-239), některé adresy rezervovány (např. komunikace směrovačů)
E: experimentální + rezerva, 1111..., (240-255)

=> směrovače nemusí ukládat adresy všech počítačů na intersítí, pouze adresy sítí = > omezení rozsahu směrovacích tabulek

Poznámka: adresy všech počítačů v síti/podsíti mají společnou část adresy odpovídající adrese sítě/podsítě.

adresa sítě/subsítě jako celku - v části adresy uzlu samé nuly

broadcast v síti/subsíti (directed broadcast) - v části adresy uzlu samé jedničky

univerzální broadcast - adresa 255.255.255.255, pokud vysílač nezná adresu své sítě, přes hranice lokální sítě se obvykle směrovači nepouští

loopback adresa 127.0.0.1

Podsítě (subnetting)

řeší neefektivní rozdělení adres sítí vzhledem k reálným počtům stanic na segmentech (přebytek u tř. A, nedostatek u tř. C)
možnost propojovat segmenty (i téže) sítě směrovači, každý segment má svou vlastní adresu podsítě
část adresy pro uzel sítě se rozdělí na adresu podsítě (zleva) a na adresu uzlu v této podsíti
dělit možno po bitech s ohledem na skutečné počty uzlů v jednotlivých segmentech - pro každou adresu pak nutno udat, kolik bitů zleva představuje sít+subsíť a kolik uzel. Toto udává maska podsítě (subnet mask).
jednička na příslušném bitovém místě masky podsítě znamená, že odpovádající bit adresy patří do adresy sítě, nula implikuje bit adresy uzlu.
mnohé směrovací protokoly vyžadují spojitost podsítí (=podsítě téže adresy sítě nesmí být odděleny segmentem jiné sítě)

Implicitní masky podsítí jednotlivých tříd adres (=bez použití podsíťování):

   A: 255.0.0.0
   B: 255.255.0.0
   C: 255.255.255.0

Musíme umět zaadresovat podsíť jako takovou (adresa uzlu nuly) a všechny stanice na podsíti (adresa uzlu jedničky), takže maximální počet uzlů v podsíti je vždy o 2 menší, než odpovídá počtu bitů zbývajících pro adresu uzlu.

Subnet s číslem samé nuly a samé jedničky se obvykle nepoužívá, takže minimální počet bitů za adresou sítě použitých pro adresování subsítě je 2.
Některé směrovače umí "subnet zero" používat.

Minimální počet bitů pro adresu uzlu v podsíti je 2.

Rozsahy subnet masek pro jednotlivé třídy adres:

   A: 255.192.0.0-255.255.255.252
   B: 255.255.192.0-255.255.255.252
   C: 255.255.255.192-255.255.255.252

Příklady:

 151.88.19.103/255.255.255.0: 
   třída B, podsíť 151.88.19 sítě 151.88.0.0, broadcast pro podsíť 151.88.19.255

 151.88.19.103/255.255.255.224:
   třída B, 8 bitů předposledního a 3 bity posledního oktetu použito pro podsíť,
   podsíť 151.88.19.96 sítě 151.88.0.0, broadcast pro podsíť 151.88.19.127

 10.0.0.239/255.255.255.240:
    broadcast adresa na síti 10.0.0.224 (!)

VLSM: Variable-Length Subnet Mask, RFC 1009

Původně se v rámci jedné podsíťované IP sítě používala stejná maska podsítě. Problém v případě sítě se segmenty o velmi různém počtu stanic (např. rozlehlý segment přepínaného Ethernetu versus sériová dvoubodová linka).

VLSM dovoluje v jedné síti používat více rozdílných masek podsítí, výsledné adresy však nadále musí zůstat jednoznačné.

Ve směrovacích tabulkách uloženy cílové adresy vždy s příslušnými maskami podsítí, směrování podle nejdelšího shodného prefixu.

Použitelné jen se směrovacími protokoly, které spolu s adresou sítě propagují i její masku podsítě.

Možnost podsíťovat podsítě.

CIDR: Classless InterDomain Routing

supernetting, RFC 1518, 1519
agregování záznamů ve směrovací tabulce není nadále založeno na třídách adres, ale na základě společného prefixu bez ohledu na třídy

IP - Internet Protocol

3. vrstva, síťová služba posílání nezávisle směrovaných paketů bez spojení
RFC 791, 1042, 894, v současné době verze 4, chystá se verze 6
fragmentace paketů při průchodu linkami s menším MTU, minimální délka paketu 576 oktetů. Segmentace ve směrovačích, reassembling v koncovém uzlu

Hlavička IP

version
header length - header obsahuje options s proměnnou délkou)
type of service - určuje, na jakou kvalitu služby (nebo kombinaci) se má 
                  doručení datagramu optimalizovat:
                    delay, throughput, reliability, cost, priorita (3b).
                  Zatím se obvykle ignoruje, postupně se zavádí
total length
flags - povolení/zákaz fragmentace, indikace posledního fragmentu
Time to Live
číslo protokolu vyšší vrstvy neseného v paketu
header checksum - nezahrnuje datovou část paketu (!)
zdrojová a cílová IP adresa
options - volitelné, proměnná délka

UDP - User Datagram Protocol

4. vrstva, nepotvrzovaná datagramová služba
RFC 768
podpora všesměrového vysílání (na daném portu)

Hlavička UDP

porty (přiřazení standardním službám (do 1024) definuje RFC 1700)
volitelný kontrolní součet zahrnující datovou část
délka datagramu

TCP: Transmission Control Protocol

4. vrstva, duplexní logický kanál (v prostředí se ztrácením, duplikací, přehazováním pořadí a fragmentací paketů)
RFC 793
algoritmus sliding window (go-back-N), pozitivní (inkluzivní) potvrzování, piggybacking, adaptivní změna časového limitu pro retransmisi
řízení toku dat inzerováním aktuální kapacity přijímacích bufferů, vysílací okno se dynamicky přizpůsobuje přijímacímu
segmentování dat (rozdělení proudu dat do částí vhodných pro přenos v paketech), číslování oktetů proudu dat
robustní protokol navazování spojení a ukončování spojení

Hlavička TCP

 porty
 sekvence number, acknowledge number
 zbývající kapacita přijímacích bufferů, 
 příznaky ACK, PSH, RST, URG, SYN, FIN
 options
 checksum
 urgent ptr - pozice urgentních dat v TCP segmentu

Navazování spojení

three way handshaking: SYN, SYN+ACK, ACK
dohoda o startovacím sekvenčním čísle (zvlášť pro oba směry)
počáteční sekvenční čísla náhodná, aby se zabránilo případnému ovlivnění zbloudilými pakety ze zavřeného a brzy znovu otevřenému spojení mezi týmiž entitami
řeší problémy pokusu o aktivní navázání spojení oběma stranami současně

Uzavření spojení

dohoda obou stran
možnost "polovičního" uzavření spojení (half-close)

"Pomalý start" TCP spojení - postupné (exponenciální) zvětšování šířky okna vždy při přijetí potvrzení = > nově otevřené spojení nemůže skokově zahltit síť

Hlavička TCP segmentu, resp. UDP datagramu zahrnuje jako svou podčást hlavičku IP

Pomocné služební protokoly rodiny TCP/IP

ARP - Address Resolution Protocol

RFC 826, 1027
mapování IP adres na MAC adresy

Při potřebě zjistit MAC adresu k IP adrese se generuje ARP request (broadcast), ten obsahuje požadovanou IP adresu. Stanice s touto adresou odpoví svou MAC adresou (ARP reply).

Navíc se do requestu vkládá dvojice < zdrojová IP, zdrojová MAC >, každý počítač sleduje všechny ARP broadcasty a doplňuje informace ve své ARP cache. ARP cache je lokální cache jednotlivých stanic udržující známé dvojice < IP adresa, MAC adresa > .

Proxy ARP: jestliže IP adresa není na lokální síti, může některá stanice (router) poskytnout jako reakci na žádost na tuto IP adresu svou MAC adresu a zprostředkovat další doručení paketu

Většinou mají stanice nakonfigurovánu IP adresu implicitního směrovače (default gateway), na kterou posílají pakety pro účastníky, kteří nejsou na stejné podsíti.

RARP - Reverse ARP

přemapovávání MAC adres na IP adresy s použitím RARP serveru
použití pro bezdiskové stanice-získávání vlastních IP adres
dnes se místo něj používá BOOTP nebo DHCP

ICMP - Internet Control Message Protocol

RFC 792
protokol služebních řídících zpráv, ohlašování chyb a zvláštních stavů při přenosu paketů
šíří se v datové části IP paketů

Příkazy ICMP:

Echo request a echo reply - použití pro test dostupnosti (ping)
Redirect - informace zdroji zprávy o lepší cestě k cíli
Source quench - žádost cílové stanice o snížení rychlosti generování zpráv zdrojem (přeplňují se buffery)
Destination unreachable - cíl není dostupný (nedostupný cílový port, adresa, protokol; nezbytnost fragmentace, ale fragmentace v paketu explicitně zakázána)
Address mask request, Address mask reply - zjištění síťové masky rozhraní
Router solicitation - žádost o adresu směrovače
Router advertisement - inzerování adresy směrovače
Time exceeded - životnost (TTL) paketu překročena
Parameter problem - problém v parametrech záhlaví datagramu
...

traceroute

zjištění všech směrovačů na cestě k cílové stanici
využívá pole TTL, začíná se od 1, stále se zvyšuje, sledují se IP adresy, ze kterých příjde ICMP Time Exceeded

Protokoly pro směrování v prostředí TCP/IP

RIP (Routing Information Protocol)
OSPF (Open Shortest Path First)
EGP (Exterior Gateway Protocol)
BGP (Border Gateway Protocol)