Scopul:Studierea modelului OSI.Nivelele modelului OSI.Protocolul TCP\IP.

I.Modelul de referinta OSI

1.1 Evolutia modelului OSI

In anii 80 cand ideea de retea a castigat din ce in ce mai multi adepti, inginerii au inteles ca fara o standardizare a tehnologiei retelelor dezvoltarea acestui concept este condamnata la esec. Specialistii de la Organizatia Internationala pentru Standardizare (ISO) au cercetat o multime de modele pentru diferite retele pentru a o alege pe cea care oferea cea mai buna interconectare. Astfel, in 1984 au creat un model de retea care sa poata ajuta companiile sa dezvolte retele capabile de a lucra impreuna. Modelul a fost numit modelul de referinta OSI (Open Systems Interconnection Basic Reference Model) si a devenit disponibil imediat.ISO a decis crearea unui model care utilizeaza nivele (layer en.), fiecare nivel ocupandu-se cu alta actiune, toate fiind insa in legatura unul cu altul pentru ca este imposibila realizarea comunicarii fara parcurgerea tuturor pasilor necesari. In reprezentarea de mai sus exista numai patru pasi, dar ISO a ales o schema mult mai detaliata. Nivelele OSI (nu ISO - International Standards Organization ) au o multime de avantaje; unul dintre acestea fiind faptul ca pot fi invatate usor. Nu exista pe lume inginer de retea profesionist care sa nu stie ceva despre nivelele OSI. Este imposibil sa dezvolti o retea fara sa le cunosti.Aceste nivele constituie baza unei retele. Modelul de referinta OSI va permite sa vedeti care sunt functiile retelei la fiecare nivel. Modelul de referinta OSI este cadrul care permite intelegerea felului in care datele sunt transmise printr-o retea. In modelul OSI exista sapte nivele diferite, fiecare avand o functie specifica. Vom vedea in cele ce urmeaza ca TCP/IP simplifica modelul de referinta OSI, dar pentru inceput trebuie sa aflam cate ceva despre OSI.

1.2 Utilitatea Modelului de referinta  OSI

    Modelul de referinta OSI este primul model introdus in retelele de comunicatie.   Desi exista si alte modele de retele , cei mai multi producatori de retele isi relationeaza produsele cu Modelul de referinta  OSI ,  mai ales atunci cand doresc sa faca cunoscut utilizatorilor modul de folosire .Il considera cel mai bun  in instruirea oamenilor pentru a putea trimite si primi informatie in cadrul unei retele. Modelul de referinta  OSI permite utilizatorilor sa sesizeze functiile retelei pentru fiecare nivel in parte.  Aceasta e o metoda de a arata cum circula informatia de-a lungul unei retele. Explica cum informatiile sau datele circula de la programele de aplicatii, prin mediul de transmisie pana la alte programe de aplicatii aflate pe un alt calculator ce se gaseste in retea .

  In sistemul de referinta OSI exista 7 niveluri , fiecare avand o functie importanta in cadrul sistemului. Avantajele partitionarii retelei in cele sapte niveluri sunt urmatoarele :

Imparte functiile relationate ale retelei in elemente mai putin complexe

Stabileste interfete standard pentru compatibilitatea dispozitivelor plug-and-play 

Propune interoperabilitatea diferitelor module de functii in cadrul unei retele 

Previne modificarile ce ar putea avea loc intr-o anumita zona ca urmare a modificarilor realizate in alta; in felul acesta fiecare zona poate lucra mult mai repede.

Imparte operatiile din cadrul unei retele in subseturi de functii ce sunt mult mai usor de asimilat

1.3 Nivelele OSI

Fig. 1 Nivelele modelului OSI

1.3.1Nivelul FizicNivelul Fizic se ocupa cu transmiterea fizica a bitilor in retea .Standardul se ocupa cu

nivelul electric al semnalului in cablul de legatura cu caracteristicile electrice si magnetice ale cablului de legatura si ale elementelor de conectare si instalare a retelei.

1.3.2 Nivelul Legături de date

Nivelul Legături de Date are rolul de a imparti fluxul de date in blocuri si verifica daca blocurile au ajuns corect la destinatar,iar destinatarul verifica tot la acest nivel daca datele au ajuns corect astfel incit nivele superioare sa nu se ocupe de integritatea datelor ,doar de interpretarea lor indiferent de problemele de transmisie care apar datorita mediului de transmisie .Nivelul fizic nu se ocupa de date ci de biti.Din aceasta cauza acest nivel trebuie sa sesizeze ca un pachet a ajuns cu erori si sa ceara retransmiterea sa nivelului de prelucrare de date partener .Aceasta va duce si la o disparitie a sesizarii diferentelor de viteza intre calculatoare partenere la nivele suoerioare.

1.3.3 Nivelul Rețea

Nivelul de Rețea se ocupă cu același lucru ca și nivelul anterior doar că pentru comunicarea între rețele.Adică se ocupă de transmisia pachetelor între diferite rețele punînd la începutul fiecarui pachet informații de control și bineînțeles de adresare.Tot acest nivel se ocupă și cu routarea pachetelor între rețele diferite și de viteze oarecare.

1.3.4 Nivelul Transport

Nivelul de Transport primeste datele de la nivelul de Sesiune, le imparte in pachete de dimensiuni acceptate de nivele inferioare si gestioneaza transmiterea si refacerea lor la

destinatar.Diferenta intre nivele urmatoare si cele anterioare(inferioare) este ca cele inferioare asigurau un dialog doar intre nivele echivalente de pe calculatoare vecine ,nivelele superioare vor realiza legaturi directe intre nivele echivalente chiar daca legatura se realizeaza intre calculatoare de pe retele diferite .Acest nivel va fi cel care va determina tipurile de servicii oferite nivelului de sesiune si implicit utilizatorului.Exista doua tipuri de servicii oferite unul punct-la-punct(orienttat conexiune) ,in care mesajele ajung la utilizator in ordinea transmiterii lor si un serviciu orientat pachet) in care nu se garanteaza ordinea sosirii mesajelor.Totodata acest nivel va realiza si gestiona, pentru o legatura cu trafic mare de date, o multiplexare a mai multor legaturi fizice pentru a mari viteza de transfer.

1.3.5 Nivelul Sesiune

Nivelul de Sesiune va gestiona legaturile in timp real ale utilizatorilor in care se pot realiza conferinte ,transferuri de fisiere etc.

1.3.6 Nivelul Prezentare

Nivelul de Prezentare se va ocupa cu acceptarea corectitudinii mesajelor din punct de vedere semantic si sintactic.Este util acest serviciu atunci cind se face legatura intre calculatoare ce folosesc diferite coduri de reprezentare a datelor(de ex. ASCII si EBCDIC).

1.3.7 Nivelul de Aplicatie

Nivelul de Aplicație ofera servicii de nivel inalt ,de exemplu gestionarea afisarii intr-o retea cu terminale de diferite tipuri realizind o retea de terminale virtuale.Un alt serviciu este conversia datelor la transferul de fisiere intre calculatoare cu o reprezentare diferita a datelor si caracterelor de control,sau e-mail etc.

Standardul prevede ca la transmisia datelor toate nivele ,in afara de cel fizic ,isi vor pune un header cu octeti de control si nivelul de prelucrare va pune si la sfirsit octeti de control pentru verificarea integritatii pachettelor etc.

Serviciile oferite de orice nivel nivelului imediat superior se pot imparti in doua tipuri cu comutare de pachete si cu comutare de circuite.Comutarea de circuite are ca model serviciul telefonic in care odata stabilita o conexiune aceasta va lua sfirsit in momentul in care legatura va lua sfirsit.Acest serviciu va garanta intotdeauna ordinea pachetelor de date.Comutarea de pachete are ca model serviciul postal in care fiecare bloc de date are un header cu adresa completa a destinatarului si o traiectorie independenta de a celorlalte pachete cu aceeasi destinatie ,astfel pachetele vor ajunge intr-o ordine data de traiectorie si nu de emisie.Alegerea intre aceste doua tipuri de servicii se face in functie de cerintele sistemului care le foloseste.Serviciul orientat conexiune va avea o intirziere fata de celalalt in care va deschide canalul de comunicatie ,dar garanteaza ordinea de sosire a datelor.

II.Modelul TCP/IP

   2.1 Aparitia si Importanta modelului  TCP/IP

       Desi modelul OSI este universal recunoscut , initiatorul din punct de vedere istoric si technic al standardelor pentru Internet este modelul de referinta si stiva de protocoale TCP/IP . TCP/IP realizeaza comunicarea intre oricare doua calculatoare aflate oriunde in lume , cu o viteza apropiata de viteza luminii si are o mare importanta istorica  - dezvoltarea urmatoarelor domenii :electricitate , telefonie , televiziune , etc . În 1969, agenţia DARPA (Defense

Advanced Research Projects Agency) a fost însărcinată cu dezvoltarea unei reţele prin intermediul căreia centrele sale de cercetare să poată comunica. Principala atenţie a fost acordată capacităţii reţelei de a rezista unui atac nuclear. Pe scurt, dacă Uniunea Sovietică ar fi lansat un atac nuclear, era neapărat necesar ca reţeaua să rămînă în stare de funcţionare pentru a facilita comunicaţia. Au existat şi alte cerinţe referitoare la planurile reţelei, dintre care cel mai important era următorul: ea trebuia să poată funcţiona în lipsa oricărui control centralizat. Astfel, dacă o maşină (sau 10, sau 100) ar fi fost distruse, restul reţelei trebuia să continuie să funcţioneze.

Prototipul acestui proiect a apărut rapid, bazat parţial pe cercetările făcute în 1962 şi 1963. Acest prototip s-a numit ARPANET. ARPANET a funcţionat bine, însă periodic se bloca. În plus, extinderea pe termen lung a reţelei s-a dovedit costisitoare. Astfel, s-a iniţiat căutarea unui set mai flexibil de protocoale; căutările s-au terminat la mijlocul anilor '70, o dată cu dezvoltarea TCP/IP. TCP/IP a avut avantaje substanţiale faţă de celelalte protocoale. De exemplu, TCP/IP era mic (nu necesita resurse de reţea importante). Mai mult, TCP/IP putea fi implementat cu costuri mult mai mici decît celelalte opţiuni existente. Datorită acestor factori, TCP/IP a devenit foarte popular. În 1983, TCP/IP a fost integrat în versiunea 4.2 de UNIX BSD (Berkeley Software Distribution). A urmat rapid integrarea sa în versiuni de UNIX comerciale, iar TCP/IP a devenit standard Internet; aşa a şi rămas. Pe măsură ce tot mai mulţi utilizatori "se înghesuie" pe Internet, TCP/IP a început să fie reexaminat. Mai mulţi utilizatori înseamnă o încercare mai mare a reţelei. Pentru a uşura încărcarea reţelei şi pentru a oferi viteze de transport mai mari, unii cercetători au sugerat implementarea TCP/IP via transmisii prin satelit. Din nefericire, astfel de cercetări au produs pînă acum rezultate nesatisfăcătoare. Se pare că TCP/IP nu este potrivit acestui tip de transmisie. În prezent, TCP/IP este folosit în multe scopuri, nu doar pentru Internet. De exemplu, intranet-urile sunt construite de cele mai multe ori folosind protocoalele TCP/IP. În astfel de medii de lucru, TCP/IP poate oferi avantaje semnificative faţă de alte protocoale. Un astfel de avantaj este că TCP/IP funcţionează pe o mare varietate de maşini şi sisteme de operare. Astfel, folosid TCP/IP, se poate construi rapid şi uşor o reţea eterogenă. O astfel de reţea poate conţine calculatoarele Macintosh, compatibile IBM, staţii SPARC, maşini MIPS şi aşa mai departe. Fiecare dintre aceste maşini poate comunica cu celelalte folosind o suită de protocoale comună. Din acest motiv, din momentul în care a apărut, în anii '70, şi pînă acum, TCP/IP a rămas extrem de popular.

2.2 Nivelele modelului TCP/IP

Prezentare6

Sesiune5

Transport4

Reţea3

Legătură de date2

Aplicaţie7

Fizic1

Aplicaţie

4

Transport3

Internet2

Acces reţea1

OSI TCP/IP

Fig.2 Nivelele TCP/IP

In momentul de fata OSI nu mai reprezinta decat o unealta didactica ea fiind inlocuita in mare parte de stiva TCP/IP care reprezinta o viziune comprimata si mai eficienta asupra comunicarii ierarhice .Cu toate acestea principiile de baza raman aceleasi . Precum se observa in figura de mai jos nivelurile Fizic si Data Link ale OSI au fost concatenate intr-un singur layer TCP/IP numit Network Access . Nivelul Network din OSI si-a pastrat componenta insa a fost redenumit Internet . Nivelul transport in TCP/IP ramane in mare acelasi ca in stiva OSI insa ia o parte din atributiile nivelului sesiune ( initierea si terminarea dialogului ) . Al patrulea si ultimul nivel al TCP/IP a reusit sa reuneasca ultimele 3 nivele OSI : Sesiune , Prezentare si Aplicatie.

2.2.1 Nivelul Aplicatii

Nivelul Aplicaţie se ocupă cu protocoalele de nivel înalt,  codificarea, si controlul dialogului, împachetarea datelor si trimiterea lor la urmatoarele niveluri.Nivelul Aplicaţie conţine următoarele protocoale de nivel înalt:

Transfer de fişiere: TFTP, FTP şi NFS

E-mail: SMTP

Remote: telnet, rlogin

Managementul de reţele: SNMP

Managementul de nume: DNS

HTTP

2.2.2 Nivelul Transport

Nivelul Transport asigură conexiunea logică dintre calculatorul sursă şi calculatorul destinaţie, fluxul de date si corecţia erorilor. Nivelul transport include protocoale TCP şi UDP.TCP (Trasmission Control Protocol) este un protocol orientat pe conexiune care permite ca un flux de octeţi trimişi de la un calculator să ajungă fără erori pe orice alt calculator din Internet. Dacă pe calculatorul destinaţie un pachet ajunge cu erori, TCP cere retrimiterea acelui pachet.TCP fragmentează fluxul de octeţi în mesaje discrete şi pasează fiecare mesaj nivelului Reţea.TCP tratează totodată controlul fluxului pentru a se asigura ca, calculatorul sursa nu inundă calculatorul destinaţie cu mai multe pachete decât poate acesta să prelucreze.Toate aceste lucruri sunt realizate prin utilizarea secvenţelor de număr, sliding windows şi acknowledgments.UDP (User Datagram Protocol) este un protocol nesigur, destinat pentru aplicaţii care trebuie să interogheze rapid, fara retrimiterea pachetelor eronate.UDP este folosit in aplicaţiile de transmisii video sau audio si aplicatii client-server.Exemple de aplicaţii care folosesc procolul UDP:

DNS (DOMAIN NAME SERVER) TFTP (TRIVIAL FILE TRANSFER PROTOCOL)

IPTV (TV prin Internet)

2.2.3 Nivelul Internet

Nivelul Internet are scopul de a găsi cel mai optim traseu prin care poate trimite pachetele. Protocoalele care lucrează la nivelul Internet din modelul TCP/IP sunt:

IP (Internet Protocol) ICMP (Internet Control Message Protocol)

ARP (Address Resolution Protocol)

RARP (Reverse Address Resolution Protocol)

IP caută cea mai buna cale de a trimite pachetele.ICMP oferă capabilităţi de control şi de schimbul de mesaje.ARP determină adresa MAC pentru adresele IPRARP determină adresa IP pentru o adresa MAC cunoscută.

2.2.4 Nivelul Acces Retea

Nivelul  Acces la Reţea se ocupă cu toate problemele legate de transmiterea efectivă a unui pachet IP pe o legătură fizică, incluzând şi aspectele legate de tehnologii şi de medii de transmisie, adică nivelurile OSI Legătură de date şi Fizic. Drivere, modemuri, placi de reţea, si alte componente se găsesc in nivelul Acces la reţea.Nivelul de acces la retea defineşte procedurile folosite pentru interogarea  cu echipamentele de reţea şi de acces la mediu de transmisie. Protocol standard, cum ar fi Serial Line Internet Protocol (SLIP) si punct-la-punct Protocol (PPP) trebuie să asigure accesul la reţea prin intermediul unui modem de conectare. Multe protocoale sunt necesare pentru a determina elementele de hardware şi software, precum şi specificaţiile de transitere la acest nivel.

2.3 Stiva de protocoale a modelelor OSI si TCP/IP

Figura 3. Stiva de protocoale

     -Nivelul aplicaţie

            Protocolul SMTP este folosit pentru transferul mesajelor de poştă electronică. Este folosit pentru a trimite, receptiona si ruta mesajele (scrisorile) in cadrul retelelor oricit de mari, ajungind sa fie protocolul (de facto) pentru e-mail-ul din Internet.

            Protocolul FTP permite utilizatorilor transferul de fişiere, în ambele sensuri, între un sistem local şi unul distant. Fişierele pot conţine fie texte (caractere ASCII sau EBCDIC), fie date pur binare.

            Protocolul Telnet permite unui utilizator să se identifice într-un sistem distant prin intermediul sistemului local. Acest protocol stabileşte o relaţie client - server între sistemul local (client) şi aplicaţia Telnet distantă (server), permiţând deci funcţionarea unui sistem local în regim de terminal virtual conectat la un sistem distant.

Protocolul SSH (Secure SHell) ofera servicii similare cu Telnet, si servicii in plus. Chiar daca in esenta el este o "dezvoltare" a altui protocol (RSH - Remote Shell), practic insa este folosit mai ales ca inlocuitor al lui Telnet pentru ca ofera o autentificare mult imbunatatita si, in plus, criptarea datelor.

            Protocolul SNMP este folosit pentru administrarea de la distanţă a echipamentelor de interconectare a reţelelor.

Protocolul DNS asigură serviciul director care menţine corespondenţa şi face translatarea între numele date de utilizatori sistemelor lor conectate la reţea şi adresele de reţea (IP) ale acestora.

            Protocolul SNMP asigură un serviciu care permite realizarea unor funcţiuni de administrare a reţelei.

            Protocolul HTTP asigură un serviciu de transfer al informaţiei în reţeaua globală (WWW – World Wide Web) reprezentată într-un limbaj specific, HTML (HyperText Markup Language).

Aplicaţia deservită de acest protocol este de tip client – server, iar paginile serverelor de Web sunt identificate după o schemă specială de adresare numită URL (Uniform Resource Locator).

            Protocolul PING asigură serviciul care poate fi utilzat pentru a testa conectivitatea între două sisteme.

-Nivelul internet

Internet (Internet Protocol - IP) care asigură un serviciu de transmitere a datelor fără conexiune. IP asigura transmiterea de blocuri de date intre calculatoare identificate prin adresa de lungime fixa.

            Protocolul ICMP (Internet Control Message Protocol) este protocolul pentru transferul mesajelor de control intr-o retea. Acesta foloseşte serviciile IP (mesajul ICMP ocupă câmpul de date al IP) asigurând un mecanism prin care ruterii şi sistemele din reţea comunică informaţii privind situaţiile de funcţionare anormală. Asigura un numar de functii de diagnosticare si poate transmite pachete de anuntare a diferitelor evenimente cum ar fi modificarea rutarii in retea, echilibrarea vitezei de transmisie intre doua hosturi de capacitati diferite, etc.

            Protocolul ARP (Address Resolution Protocol) este folosit doar pentru retele Ethernet şi permite unui sistem să determine adresa fizică (MAC) a unui alt sistem din aceeaşi reţea fizică cunoscând adresa IP (de nivel reţea) a acestuia.

            Protocolul RARP (Reverse Address Resolution Protocol) permite unui sistem să-şi obţină, atunci când n-o cunoaşte, adresa IP proprie.

-Nivelul transport

Sunt folosite două protocoale de transport: UDP (User Datagram Protocol) şi TCP (Transmission Control Protocol). Protocolul UDP asigură un serviciu fără conexiune folosind IP pentru transportul mesajelor. Acest protocol, mai simplu decât TCP, nu garantează livrarea mesajului la recepţie fără erori, fără pierderi, fără duplicate, în ordinea în care au fost emise. Programele de aplicaţie care utilizează UDP ar trebui să-şi asume responsabilitatea deplină pentru soluţionarea acestor aspecte ale transmisiunii.

            Protocolul TCP asigură un serviciu cu conexiune, asigurind un transfer fiabil, fără erori, in secventa si cu eliminarea pachetelor duplicate. La elaborarea unui program de aplicaţie se alege protocolul de transport în funcţie de necesităţile impuse de aplicaţie.  

-Nivelul acces la reţea

SLIP. Este un protocol extrem de simplu, care furnizeaza un mecanism de transmitere printr-o conexiune seriala a pachetelor generate deIP (datagrame). Transmite datagramele pe rand, separandu-le printr-un octet numit SLIP END, pentru a sugera ca marcheaza sfarsitul unui pachet. SLIP nu asigura mijloace de corectare a erorilor si nici de comprimare a datelor, astfel ca a fost inlocuit de PPP.

PPP. Este un protocol pe trei niveluri care imbunatateste fiabilitatea comunicatiilor seriale TCP/IP prin asigurarea mijloacelor pentru corectarea erorilor si pentru comprimarea datelor, caracteristici care ii lipsesc protocolului SLIP. Cele mai multe pachete TCP/IP contin suport pentru PPP, la fel ca si majoritatea ISP-urilor. Daca ar fi sa alegem ar trebui sa ne indreptam spre PPP deoarece asigura capacitate de transfer superioara si comunicatii mai sigure.

III.Protocolul Internet

3.1 Adresarea IPPentru orice comunicare in reţea trebuie să existe un mecanism de adresare şi de

recunoaştere unică a calculatoarelor conectate. De obicei adresa este numerică. La proiectarea protocolului IP sa impus utilizarea unui mecanism de adresare care să identifice unic fiecare discpozitiv gazdă din reţea. Versiunea 4 a protocolului IP foloseşte o adresă binară pe 32 de biţi.Astfel se pot adresa 4.294.967.296 locaţii IP, un număr considerat suficient de mare la momentul proiectării protocolului, dar datorită gestionării ineficiente a spaţiului de adrese, s-a impus găsire unor mecanisme sau arhitecturi de reţea care să imbunătăţească gestionarea spaţiului de adrese.Astfel au apărut subreţelele şi alte mecanisme de adresare (care vor fi tratate ulterior), iar in viitorul apropiat se va implementa o nouă versiune a protocolului IP v6 care va permite, printer altele, adresarea pe 128 de biţi. Adresele IP sunt reprezentate in format zecimal cu punct, adică cei 32 de biţi sunt grupaţi in 4 octeţi (4x8 biţi) iar fiecare octet este reprezentat in zecimal, iar grupele sunt delimitate cu punct.Exemplu: 192.168.123.15 – este o adresă IP validă192.168.283.152 – este o adresa IP invalidăAdresele au fost impărţite pe clase pentru a facilita utilizarea reţelelor mari, medii şi mici.Diferenţele intre clase constau in numărul de biţi alocaţi pentru reţea faţă de cel alocat pentruadresele dispozitivelor gazdă. Clasele sunt: A, B, C, D, E.Clasa A: Foloseşte doar primul octet pentru identificare reţelei. Intotdeauna o adresă de clasă A incepe cu primul bit 0. Din acest motiv, matematic, se pot aloca maxim 127 de adrese de clasă A,fiecare putand aloca un număr de 16.777.214 adrese gazdă. Intervalul adreselor de calsa A este:1.0.0.0 – 126.0.0.0 (adresa 127.0.0.0 este rezervată pentru bucla internă – localhost).Clasa B: Primii doi biţi sunt 10, iar alocarea adreselor gazdă se face numai cu ultimii doi octeţi. Se pot aloca 16.382 de adrese de calsa B, fiecare cu un număr de 65534 adrese gazdă.Clasa C: Primii trei biti sunt 110, iar alocare adreaselor gazdă se face numai cu ultimul octet. Avem astfel: 2.097.150 de adrese de clasa C care pot aloca cel mult 254 adrese gazdă.Clasa D: A fost create pentru a face posibilă difuzarea multipunct (multicasting) intr-o reţea IP. O adresă multipunct este o adresă unică ce dirijează pachetele spre grupuri predefinite de adrese IP. Astfel o staţie poate transmite un singur flux de date care va fi rutat simultan spre mai mulţi destinatari. Primii biţi sunt 1110. Spaţiul adreselor din clasa D variază ntre 224.0.0.0 la239.255.255.254.Clasa E: Calsa E a fost definită dar este rezervată de IETF pentru cercetări propri. Din cest motiv clasa E nu a fost dată in folosinţă pe Internet.

Tabelul 1.Clase IP

3.2 Structura claselor de adrese IPFiecare gazdă şi ruter din Internet are o adresă IP, care codifică adresa sa de reţea şi de

gazdă. Combinaţia este unică: in principiu nu există două maşini cu aceeaşi adresă IP. Toate adresele IP sunt de 32 de biţi lungime şi sunt folosite in campurile Adresă sursă şi Adresă destinaţie ale pachetelor IP. Este important de observat că o adresă IP nu se referă de fapt la o

gazdă. Se referă de fapt la o interfaţă de reţea, deci dacă o gazdă este in două reţele, trebuie să folosească două adrese IP. Totuşi in practică, cele mai multe gazde sunt conectate la o singură reţea şi deci au oadresă IP. Timp de mai multe decenii, adresele IP erau impărţite in cinci categorii ilustrate in fig. 2 Acest model de alocare a fost denumit clase de adrese. Nu mai este folosit, dar referinţele la acest model sunt in continuare des intalnite in literatură.

Figura 4. Adresele IPFormatele de clasă A, B, C şi D permit pană la 128 reţele cu 16 milioane de gazde

fiecare,16.384 reţele cu pană la 64K gazde, 2 milioane de reţele (de exemplu, LAN-uri) cu pană la 256 gazde fiecare (deşi unele dintre acestea sunt speciale). De asemenea este suportată şi trimiterea multiplă (multicast), in care fiecare datagramă este direcţionată mai multor gazde. Adresele care incep cu 1111 sunt rezervate pentru o folosire ulterioară.Peste 500 000 de reţele sunt conectate acum la Internet şi numărul acestora creşte in fiecare an. Pentru a evita conflictele numerele de reţea sunt atribuite de ICANN (Internet Corporation for Assigned NAMES and Numbers – Corporaţia Internet pentru numere şi nume atribuite). La randul său, ICANN a imputernicit diverse autorităţi regionale să administreze părţi din spaţiul de adrese şi acestea, la randul lor, au impărţit adrese ISP-urilor şi altor companii.Adresele de reţea, care sunt numere de 32 de biţi, sunt scrise in mod uzual in notaţia zecimală cu punct. In acest format, fiecare din cei 4 octeţi este scris in zecimal, de la 0 la 255. De exemplu, adresa hexazecimală C0290614 este scrisă ca 192.41.6.20. Cea mai mică adresă IP este 0.0.0.0 şi cea mai mare este 255.255.255.255. Valorile 0 şi -1 au semnificaţii speciale, aşa cum se arată in fig.3 Valoarea 0 inseamnă reţeaua curentă sau gazda curentă. Valoarea 1 este folosită ca o adresă de difuzare pentru a desemna toate gazdele din reţeaua indicată.

Figura 5. Adrese IP speciale.Adresa IP 0.0.0.0 este folosită de gazde atunci cand sunt pornite. Adresele IP cu 0 ca

număr de reţea se referă la reţeaua curentă. Aceste adrese permit ca maşinile să refere propria reţea fără a cunoaşte numărul de reţea (dar ele trebuie să cunoască clasa adresei pentru a şti cate zerouri să includă). Adresele care constau numai din 1-uri permit difuzarea in reţeaua curentă, in mod uzual un LAN. Adresele cu un număr exact de reţea şi numai 1-uri in campul gazdă permit maşinilor să trimită pachete de difuzare in LAN-uri la distanţă, aflate oriunde in Internet (deşi mulţiadministratori de sistem dezactivează această opţiune). In final, toate adresele de forma 127.xx.yy.zz sunt rezervate pentru testări in buclă locală (loopback). Pachetele trimise către această adresă nu sunt trimise prin cablu; ele sunt prelucrate local şi tratate ca pachete sosite. Aceasta permite trimiterea pachetelor către reţeaua locală fără ca emiţătorul să-i cunoască numărul.

3.3 Impărţirea in subreţeleOrganizaţiile mari care au mai multe reţele de calculatoare cu acces la Internet au

intampinat probleme la atribuirea mai multor adrese dintr-o clasă. Traficul prin router-ul organizaţiei era foarte mare iar comunicaţia avea astfel de suferit in orele de varf. Pentru a mări viteza de transfer a datelor şi a nu supraincărca un router,organizaţiile mari şi-au reorganizat reţeaua ierarhic folosind mai multe routere. Astfel reţeaua a fost divizată in subreţele pentru care accesul la Internet şi la celelalte reţele este asigurat de un dispozitiv “gateway” (un router sau un calculator gateway).Pentru a face posibilă această divizare se utilizează adresarea pe subreţele. Aşa cum se cunoaşte, o adresă IP are o zonă alocată reţelei şi o zonă in care se alocă adresă pentru calculatoarele gazdă. Conform acestei arhitecturi avem clasele A,B,C şi D pentru multicast. Pentru a gestiona mai eficient spaţiul de adresare alocat unei organizaţii mari cu mai multe reţele proprii, s-au creat subreţelele.Utilizand o mască de reţea (Net-mask) binară, se poate stabili porţiunea alocată reţelei şi porţiunea alocată gazdei. Astfel bitii 1 din net-mask indică zona alocată reţelei iar biţii 0 specifică zona alocată gazdei. Avem astfel pentru clasele A,B,C cunoscute următoarele măşti de reţea predefinite:A: 255.0.0.0 - in format zecimal cu punct11111111.00000000.00000000.00000000 - in binarB: 255.255.0.011111111. 11111111.00000000.00000000C: 255.255.255.011111111. 11111111. 11111111.00000000Folosind acelaşi mecanism, se pot defini subreţele in cadrul unei clase de adrese alocate,folosind pentru aceasta primii biţi din cadrul spaţiului alocat gazdei.Putem stabili prin numărul de biţi rezervaţi subreţelei numărul de subreţele disponibile pentru o anumită clasă de adrese şi numărul de gazde alocabile in fiecare subreţea. Astfel pentru clasa B avem următoarele configuraţii posibile:

Tabelul 2.Configurații ale clasei B

3.4 Utilizarea subreţelelor in practicăAlocarea adreselor gazdă intr-o reţea in care sunt definite subreţele, trebuie sa ţină cont

de următoarele caracteristici:- fiecare subreţea are rezervate prima adresă alocabilă ca fiind identificatorul subreţelei (Net- Address NA) şi ultima adresă alocabilă utilizată pentru trimiterea datagramelor către toate calculatoarele din subreţea (Broadcast-Address BA)- calculatoarele cu adresa alocată intr-o subreţea nu comunică direct decat cu calculatoarele din aceeaşi subreţea sau din reţele subordonate sau cu reţeau superioară. Pentru comunicarea cu alte subreţele se utlizează gateway-ul.Dacă se cunoaşte adresa IP şi Net mask-ul subreţelei alocat pentru un calculator gazdă intr-o clasă cunoscută (de obicei C sau mai rar B) atunci se poate calcula uşor Net address şi Broadcast address pentru acea subreţea, folosind reprezentarea in binar a adresei şi a netmask- ului şi aplicand următoarele formule:Net-address = IP-address AND Net-maskBroadcast-address = NOT (Net-address XOR Net-mask)Unde calculele se fac in binar cu operatorii obişnuiţi din calculul binar:Exemplu:Avem IP = 192.168.12.72 si Net-mask = 255.255.255.240In binar:IP = 11000000.10101000.00001100.01001000NM = 11111111.11111111.11111111.11110000------------------------------------------(AND)NA = 11000000.10101000.00001100.01000000 adică 192.168.12.64NM = 11111111.11111111.11111111.11110000------------------------------------------(XOR)00111111.01010111.11110011.10110000------------------------------------------(NOT)BA = 11000000.10101000.00001100.01001111 adică 192.168.12.79O altă metodă de calcul al adresei de broadcast este prin diferenţă. Adică se calculează distanţa (mărimea) subreţelei prin scăderea din 255 a valorii reale din mască. Avem 255 – 240 = 15 valoare care se adaugă ultimului octet din adresa de reţea => 64 + 15 = 79. Această metodă nu mai necesită transformarea adresei de Broadcast din binar in zecimal. Se observă că este suficient să calculăm pentru ultimul octet, deoarece adresa face parte din clasa C. (pentru clasa B se calculează pentru ultimii 2 octeţi)

3.5 Rutare si adresare in Internet

Pentru trimiterea datelor în reţea către destinatar este responsabil nivelul reţea. Pentru a se putea face referire la un anumit dispozitiv aflat în reţea, este necesară folosirea unei adrese. Placa de reţea are asignată o anumită adresă (adresa MAC); aceasta ar putea fi folosită în cazul reţelelor de dimensiuni mici. Dar din cauză că distribuţia acestor adrese nu urmează un plan bine stabilit (un producător poate desface plăcile sale de reţea în orice parte a lumii), această adresare devine imposibil de aplicat la scară largă. S-a impus astfel necesitatea unei noi scheme de adresare, care să permită reţelelor să comunice între ele.

S-a ajuns la folosirea unei adresări de tip ierarhic, aceeaşi idee fiind folosită de exemplu la numerele de telefon: fiecare ţară are un număr asociat, judeţele (în cazul ţării noastre) au asociat câte un număr distinct (prefix), iar în cadrul judeţului numerele sunt alocate de către o autoritate locală. Aceasta simplifică lucrul în centralele telefonice. În acelaşi mod, fiecărei reţele i se asignează o adresă IP, iar fiecărei gazde din reţea i se va da o adresă bazată pe cea a reţelei.

Schema de adresare curent folosită este implementată de protocolul IP (Internet Protocol). Dispozitivele care fac trimiterea informaţiei prin reţea folosind adresarea dată de acest protocol sunt routerele (prezentate anterior). Ele fac o decizie logică privind cea mai bună cale pe care un pachet de date trebuie să îl urmeze până la destinaţie. În figura de mai jos se prezintă o schemă de reţea în care routerele (aflate în zona mediană a imaginii) sunt folosite pentru a face legătura între sursă şi destinaţie. Ele preiau pachete de la o reţea locală, le transmit la alte routere sau la reţeaua destinaţie, dacă aceasta este direct legată. Determinarea căii pe care un pachet o urmează se face pe baza a mai multor criterii: căi disponibile, lăţimea de bandă a legăturii, costul transmiterii, securitatea comunicării, etc.

Figura 6. Routere legând LAN-uri

Protocolul IP actual folosit este cel de versiunea a 4-a. El prevede ca fiecare adresă IP să fie dată sub forma a 4 octeţi (32 biţi); la scriere unei asemenea adrese, octeţii sunt scrişi în zecimal şi sunt despărţiţi prin “.”. Această versiune de protocol se va înlocui cu versiunea 6 (o adresă este pe 16 octeţi; scrierea se face în baza 16, iar octeţii sunt desparţiţi prin simbolul “:”). IP versiunea 5 a fost folosită doar în scopuri experimentale.

Figura 7. Adrese IPv4 şi IPv.

2. Clase de adrese (IPv4) Fiecare adresă IP este împărţită în două părţi: adresa reţelei şi adresa gazdei din cadrul reţelei.

Figura 8. Partea de reţea şi partea de gazdă a unei adrese IP

Sunt 5 tipuri diferite de reţele, clasificate după primul/primii biţi ai adresei de reţea. Clasa A este gândită pentru reţele de dimensiuni mari. Primul octet din adresa IP este folosit pentru desemnarea reţelei, ceilalţi 3 sunt pentru partea de gazde. Primul bit din adresa de clasă A este întotdeauna 0. Ca atare, adresele se întind în domeniul 00000000 – 01111111 (binar), adică între 0 şi 127. Adresele 0 şi 1271 sunt rezervate şi nu pot fi folosite, ca atare rămân doar adresele 1-126 pe parte de reţea. Într-o astfel de reţea pot exista 16777214 gazde.

Figura 9. Adrese de clasă A

Clasa de adrese B a fost gândită pentru reţele de dimensiuni moderate. Primii doi octeţi dintr-o asemenea adresă sunt folosiţi pentru desemnarea reţelei, iar ceilalţi doi sunt folosiţi pentru adresele de gazdă de pe fiecare reţea în parte.

Primii doi biţi ai primului octet al unei adrese de tip B sunt întotdeauna 10. Ceilalţi biţi pot avea valori 0 sau 1. Prima adresă de reţea care se poate folosi începe deci cu 10000000 (zecimal 128) . Cel mai mare număr de reţea care aparţine clasei B este 10111111 (zecimal 191). Orice valoare aflată între aceste extreme este de clasă B. Pe o astfel de reţea se pot afla 65534 gazde.

Figura 10.Adrese de clasă B

Spaţiul de adrese de clasă C este cel mai des folosit, gândit a suporta maxim 254 de gazde. O atfel de adresă începe cu biţii 110. Cel mai mic octet care poate fi reprezentat în acest mod este 11000000 (zecimal 192), cel mai mare este 11011111 (zecimal 223).

Clasa de adrese D a fost cerată pentru a permite multicasting-ul unei adrese IP. O adresă multicast este o adresă de reţea unică ce direcţionează pachetele cu acea adresă de destinaţie către grupuri predefinite de adrese IP. Astfel, o staţie poate să transmită un singur flux de date către mai mulţi destinatari. Primii 4 biţi ai unei adrese de clasă D sunt 1110, dând un domeniu de valori cuprins între 224 şi 239.

Adresele de tip E încep cu 4 biţi de 1 şi sunt folosite de către IETF2 în scopuri experimentale.

Figura 11. Adrese de clasă C

3. Adrese rezervate Există nişte adrese speciale care sunt rezervate unor scopuri anume, neputând fi asignate unor dispozitive de pe reţea. Acestea sunt: • Adrese de reţea – folosite pentru a identifica reţeaua însăşi. O asemena adresă are toţi biţii de pe partea de gazdă egali cu 0. De exemplu, 12.0.0.0. reprezintă adresa unei reţele (de clasă A). Dată fiind adresa unei gazde, de ex. 198.12.13.14, adresa de reţea din care face parte este 198.12.13.0, determinată astfel: adresa fiind de clasă C, înseamnă că numai ultimul octet este rezervat gazdelor, deci va fi pus pe valoarea 0, restul făcând parte din zona asignată reţelei. • Adrese de tip broadcast – folosite pentru mesaje de tip difuzare, adresate tuturor dispozitivelor aflate în reţea. Se defineşte prin faptul că toţi biţii aflaţi pe partea de gazdă au valoarea 1. Astfel obţinem adresele de broadcast 12.255.255.255 sau 198.12.13.255.

3.6 Adrese IP publice şi private

Explozia Internet-ului a determinat rapid epuizarea adreselor de reţea, deoarece o cerinţă fundamentală este ca orice reţea publică (conectată la Internet) să aibă o adresă unică (pentru ca routerele să poată să transmită corect pachetele de date). Protocolul de adresare IPv6 este cel care va rezolva într-un viitor apropiat problema acestei epuizări de adrese. Actualmente, o altă soluţie folosită pe scară largă este folosirea adreselor IP private. O reţea care nu se conectează la Internet poate folosi orice fel de adresă (cu condiţia ca oricare două gazde din reţea să nu aibă aceeaşi adresă), dar acest lucru este puternic descurajat, deoarece este foarte posibil ca acea reţea să se contecteze mai târziu la Internet, producând confuzii. Pentru reţele locale se indică folosirea unor adrese IP private. Distincţia între adresele publice şi cele private este definită în RFC 19183. Principala caracteristică a acestor adrese private este faptul că pachetele spre şi dinspre o asemenea adresă nu vor fi transmise mai departe de către rutere, fiind neglijate de către acestea, pe când adresele publice de reţea sunt învăţate de către routere.

Aceste adrese private sunt astfel: • Adresa de clasă A 10.0.0.0 • Domeniul de adrese de clasă B 172.16.0.0 – 172.31.255.255 • Domeniul de adrese 192.168.0.0 – 192.168.255.255.

Modul în care se face comunicarea dintr-o reţea care foloseşte adrese IP private în Internet este explicat în secţiunea NAT.

3.7 Headerul IP

Figura 12. Headerul IP:

Versiune 4b

HL 4b

ToS 1B

TL 2B

FI 2B

F C 2 B

TTI 1B

Protocol 1B

CS 2B

SA 4B

DA 4B

Opţiuni si 'O'-uri 4B

DATE IP

Versiunea IP - este importantă pentru evitarea incompatibilităţii sistemelor.HL - Header Length - precizează, în format binar, lungimea antetului în cuvinte de 32 de

biţi, adică 5 sau 6 cuvinte pentru includerea unor opţiuni. In general, acest câmp are valoarea 0101. Dacă se includ opţiuni atunci valoarea câmpului devine 0110.

ToS - Type of Service - poate preciza opt nivele de precedenţă sau diferite condiţii: prioritate, întârziere minimă, debit maxim, siguranţă maximă, cost minim (RFC 1349). Majoritatea ruterelor nu citesc acest câmp. De exemplu, o aplicaţie Telnet solicită întârzieri minime, pentru FTP se impune debit maxim, Usenet urmăreşte costuri minime iar SNMP este critic din punctul de vedere al siguranţei transmisiei.

TL - Total Length - specifică pe 16 biţi lungimea totală a pachetului exprimată în octeţi (maximum 64 kB), inclusiv antetul IP.

FI - Fragment Identification - reprezintă un identificator (ID) al fragmentului de pachet util pentru reordonarea corectă a fragmentelor la destinaţie.

FC - Fragment Control - conţine un indicator (flag) de 3 biţi care precizează dacă datagrama este sau nu este fragmentată sau că acesta este ultimul fragment al ei. Ceilalţi 13 biţi indică poziţia relativă a fragmentului în pachetul IP.

TTL - Time-To-Live - este un parametru care elimină riscul de propagare la infinit a unui pachet în reţea atunci când destinaţia nu este găsită. Poate fi iniţializat cu valoarea maximă 255 dar se preferă valorile de 32 sau 16 pentru a evita supraîncărcarea reţelei. La fiecare ruter (hop), valoarea din câmp este decrementată cu 1. Când se ajunge la zero, pachetul este automat distrus.

Protocol - este un câmp care indică protocolul de nivel superior folosit pentru formatarea datelor din câmpul de date IP. CS - Checksum - este un câmp de control a erorilor de transmisie la nivelul header-ului, care garantează corectitudinea antetului IP, nu şi a datelor transferate. SA - Source Address - adresa IP a sursei. DA - Destination Address - adresa IP a destinaţiei.

"Opţiuni" şi 'O'-uri - reprezintă un câmp opţional folosit pentru diagnosticare (de exemplu, folosind PING - Pachet InterNetwork Groper), securizare sau setare a rutelor. Acest câmp este completat eventual cu zerouri astfel că lungimea header-ului creşte cu 4 octeţi atunci când se introduc diverse opţiuni.

3.8 Concluzie:

În urma efectuării acestei lucrări de laborator am făcut cunostință cu protocolul TCP/IP care este cel mai flexibil protocol de transport disponibil si permite computerelor din întreaga lume, rulînd sisteme de operare complet diferite, să comunice între ele. Deasemenea,am studiat modelul OSI. Deşi nu este singurul model existent, este cel mai folosit în învăţământ, pentru că ilustrează cel mai bine separarea între niveluri şi împărţirea comunicaţiei în bucăţele mai mici, mai uşor de definit şi în consecinţă mai uşor de dezvoltat. Deşi există multe protocoale care sunt mai greu de încadrat pe niveluri OSI, totuşi toţi producătorii de echipamente de reţea şi de protocoale noi îşi definesc produsele cu ajutorul nivelurilor OSI. Modelul OSI şi modelul TCP/IP sunt ambele modele de referinţă folosite pentru a descrie procesul de transmitere a datelor. Comparând cele două modele de referinţă (OSI şi TCP/IP) vedem diferenţe însă sunt şi asemănări. Deşi modelul OSI are 7 niveluri iar TCP/IP are doar 4 niveluri, rolul lor per ansamblu este în final acelaşi. Un specialist va folosi modelul OSI, dar şi protocoalele TCP/IP. Va privi  protocolul TCP ca pe un protocol al nivelului Transport (4) din modelul OSI, IP ca pe un protocol al nivelului Reţea (3) din modelul OSI, şi Ethernet ca o tehnologie a nivelelor Legătură de date şi Fizic (2 şi 1) din modelul OSI.

3.9 Bibliografie

1. Andrew_S._Tanenbaum_Retele_De_Calculatoare_4th_Ed.romanian

2. Luminița Scripcariu –Rețele de Calculatoare

Un nou portal informaţional!

Dacă deţii informaţie interesantă si doreşti să te imparţi cu noi atunci scrie la adresa de e-mail : support@sursa.md