Model Warstwowy.pdf

Model warstwowy i architektura sieci komputerowej

1 Wprowadzenie

Wymagania wstępne: znajomość podstaw modelu warstwowego OSI.

1.1 Podstawowe pojęcia

Ze względu na swą złożoność, oprogramowanie i sprzęt sieciowy podzielone są na niezależne

funkcjonalnie warstwy (ang. layer). Jedna warstwa odpowiada za realizację odrębnego zbioru

funkcji. Każda warstwa (oprócz najwyższej) dostarcza sąsiedniej warstwie wyższej interfejsu

do swoich usług. Model warstwowy określa liczbę warstw oraz ogólne funkcje każdej z nich.

Komunikacja w sieci zgodnej z modelem warstwowym odbywa się tylko między

odpowiadającymi sobie warstwami po obu stronach. Warstwa numer N po stronie nadawczej

przesyła więc wiadomość tylko do warstwy numer N po stronie odbiorczej. Taką

komunikację umożliwia proces zwany kapsułkowaniem (ang. encapsulation).

Kapsułkowanie polega na umieszczeniu wiadomości warstwy wyższej wewnątrz wiadomości

warstwy niższej. Zanim wiadomość po stronie nadawczej zostanie wysłana, przekazywana

jest „w dół” stosu warstw; każda kolejna warstwa po otrzymaniu tej wiadomości od warstwy

wyższej, dodaje do niej własny nagłówek i (rzadziej) stopkę. U odbiorcy natomiast zachodzi

proces odwrotny. Wiadomość przekazywana jest „w górę” stosu warstw i każda kolejna

warstwa interpretuje, a następnie usuwa nagłówek dodany poprzednio przez tę samą warstwę

u nadawcy. Tak okrojona wiadomość przekazywana jest następnie warstwie wyższej.

Aplikacja u odbiorcy otrzymuje zatem oryginalne dane, wysłane wcześniej przez aplikację po

stronie nadawczej. Zasady omówionej tu komunikacji definiuje protokół sieciowy .

Wiadomość każdego protokołu sieciowego obejmuje dwie części: informacje sterujące (tzw.

nagłówek ) oraz dane . Powyższy opis zilustrowano na rysunku 1, zakładającym istnienie

trzech warstw.

warstwa 3

(aplikacja)

warstwa 3

(aplikacja)

N 3

dane

N 3

dane

komunikacja warstw

(protokół)

warstwa 2

N 2 N 3

dane

N 2 N 3 dane

warstwa 1

(sprzęt)

warstwa 1

(sprzęt)

transmisja bitów

Rysunek 1. Kapsułkowanie w modelu 3-warstwowym.

Warstwowy model sieci komputerowej został zaproponowany w połowie lat 80-tych

przez organizację ISO i nosi nazwę modelu OSI (ang. Open System Interconnection). Model

OSI wyróżnia 7 warstw, od najniższej – fizycznej, przez warstwy: łącza danych, sieciową,

transportową, sesji i prezentacji po warstwę aplikacji, która dostarcza interfejs usług

sieciowych programom użytkowym, zwanym aplikacjami.

Przez architekturę sieci komputerowej rozumie się zestaw konkretnych rozwiązań

protokołów w poszczególnych warstwach modelu. Dla przykładu, w architekturze TCP/IP

warstwę sieciową implementuje protokół IP, warstwę transportową – protokoły TCP oraz

UDP, a warstwę aplikacji – cały szereg protokołów aplikacyjnych, np. FTP (transferu plików

przez sieć Internet), SMTP (przesyłanie poczty elektronicznej) czy SSH (praca w zdalnym

systemie). Warto zauważyć, że wbrew swojej nazwie, architektura TCP/IP obejmuje dużo

więcej niż tylko dwa protokoły. Ponadto, architektura TCP/IP nie uwzględnia warstw sesji i

prezentacji oraz nie definiuje szczegółów dla warstw fizycznej i łącza danych.

Niniejsze ćwiczenie przybliża architekturę TCP/IP oraz proces kapsułkowania. Niektóre

pojęcia, związane z formatem komunikatów różnych warstw mogą być dla studentów

niezrozumiałe, lecz celem ćwiczenia jest zrozumienie wyłącznie koncepcji kapsułkowania i

warstwowej architektury oprogramowania sieciowego. Dlatego brak znjomoi

wspomnianych pojęć nie powinien niepokoić studentów.

2. Organizacja, wymagany sprzęt i oprogramowanie

• zadania wykonywane są indywidualnie;

• sprzęt: 1 komputer PC;

• oprogramowanie: system Linux, analizatory sieciowe Ethereal oraz tcpdump.

3. Zadania

1. Korzystając z informacji zamieszczonych na kolejnych stronach należy stwierdzić, jaka

aplikacja wygenerowała poniższą ramkę. Uwaga: Ramka pochodzi z sieci technologii

Ethernet DIX i nie zawiera preambuły (zaczyna się od pola Destination address).

00 50 04 4b 75 82 00 03 47 b0 86 0d 08 00 45 00

00 3b 3f 0d 00 00 80 11 0f 3d 96 fe 11 68 96 fe

ad 03 04 63 00 35 00 27 dd fc 00 02 01 00 00 01

00 00 00 00 00 00 03 77 77 77 06 67 6f 6f 67 6c

65 02 70 6c 00 00 01 00 01

2. Używając programów Ethereal oraz tcpdump (obydwa dostępne dla systemów Windows i

Linux), dokonaj analizy ramek w lokalnej sieci. Zdefiniuj filtr, który wyselekcjonuje

wszystkie ramki kapsułkujące pakiety IP, wysyłane z twojego komputera lub adresowane

do niego.

4. Pytania sprawdzające

1. Jakie są zalety i wady warstwowej architektury sieci komputerowej?

2. Na czym polega kapsułkowanie wiadomości? Jak przebiega u nadawcy, a jak

u odbiorcy?

3. Warstwa wyższa może przekazać wiadomość warstwie niższej, gdyż ma dostęp do

interfejsu jej usług. Jak natomiast odbywa się przekazywanie wiadomości „w górę”

stosu warstw po stronie odbiorczej?

5. Literatura

1. Koncepcja modelu warstwowego oraz zarys implementacji: A. S. Tanenbaum „Sieci

komputerowe”, Helion 2004.

2. Koncepcja modelu warstwowego: J. F. Kurose, F. Ross „Computer Networking – A

Top-Down Approach Featuring the Internet”, Prentice Hall 2003.

3. Implementacja modelu warstwowego: D. E. Comer i D. L. Stevens „Sieci komputerowe

TCP/IP”, WNT 1997.

Poniższe rysunki pochodzą z książki A. S. Tanenbaum „Sieci komputerowe”.

Rysunek 1. Format ra

mki Ethernet a) Ethernet DIX, b) Ethernet IEEE 802.3

Rysunek 2. Format pakietu IPv4

Rysunek 3. Format nagłówka UDP

Wartość szesnastkowa Protokół

6005 DEC

8137 IPX

0800 IP

809B AppleTalk

Tabela 1 - przykładowe wartości pola Type w ramce Ethernet DIX

Wartość dziesiętna Protokół

TCP

UDP

EIGRP

OSPF

ICMP

IPv6

Tabela 2 - przykładowe wartości pola Protocol nagłówka IP

Aplikacja Port UDP Port TCP

FTP 20, 21

SSH 22

TELNET 23

SMTP 25

DNS 53 53

HTTP 80

SNMP 161

Tabela 3 - numery portów (dziesiętne) niektórych aplikacji

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: