A TCP/IP protokollkészlet és az IP-címzés

A TCP/IP története és jövője A TCP/IP protokoll A TCP/IP története és jövője

A TCP/IP hivatkozási modellt az Amerikai Védelmi Minisztérium definiálta, mert egy olyan hálózatot kívánt létrehozni, amely minden körülmények között működőképes marad. Illusztrációként képzeljünk el egy kábelek, mikrohullámú és műholdas kapcsolatok és optikai szálak rengetegével átszőtt világot. Képzeljük el, hogy az adatok továbbítására a hálózat egyes csomópontjainak állapotától függetlenül mindig képesnek kell lennünk.

Az Amerikai Védelmi Minisztérium megbízható kábeles kapcsolatokat követelt meg a hálózat bármely pontjával szemben, bármely körülmények között. A TCP/IP modell létrehozása ezt a komoly tervezési feladatot segített megoldani. A TCP/IP modell azóta az internet alapját jelentő szabvánnyá vált.

A TCP/IP modell rétegeit leginkább az eredeti internet létrehozását ösztönző elképzelések fényében érdemes szemlélni, így kevésbé fogjuk összekeverni a fogalmakat. A TCP/IP modell négy rétege az alkalmazási réteg, a szállítási réteg, az internet réteg és a hálózatelérési réteg. A TCP/IP modell egyes rétegeinek neve megegyezik az OSI modell egyes rétegeinek nevével. Fontos, hogy a két modell rétegeit ne keverjük össze, mert a két modellben az azonos nevű rétegek eltérő funkciókat töltenek be. A TCP/IP jelenlegi változatát 1981 szeptemberében szabványosították.

Alkalmazási réteg

Az alkalmazási réteg a felső szintű protokollok kezelését, a megjelenítést, a kódolást és a párbeszédek vezérlését végzi el. A TCP/IP protokollkészlet minden alkalmazási vonatkozású feladatot egyetlen rétegbe sűrít, ezzel biztosítja az adatok megfelelő csomagolását, mielőtt azok a következő réteghez kerülnének. A TCP/IP az internet (IP) és a szállítási (TCP) rétegre vonatkozó előírásokat is tartalmazza, ahogy a gyakrabban használt alkalmazásokra vonatkozókat is. A TCP/IP modell protokolljai fájltovábbításra, elektronikus levelezésre és távoli hozzáférésre használhatók, továbbá a következő célokra felelnek meg

FTP – Az FTP (File Transfer Protocol, fájlátviteli protokoll) egy megbízható összeköttetés alapú szolgáltatás, amely TCP-t használ a fájlok rendszerek közötti átvitelére. A bináris és az ASCII fájlátvitelt mindkét irányban támogatja. TFTP – A TFTP (Trivial File Transfer Protocol, triviális fájlátviteli protokoll) egy összeköttetés-mentes, UDP-t (User Datagram Protocol, felhasználói datagram protokoll) használó szolgáltatás. TFTP-t használunk például a forgalomirányítók konfigurációs fájljainak és a Cisco IOS kódok továbbítására, illetve a TFTP támogatására képes rendszerek közötti átvitelekre. Főleg stabil, hibamentes LAN környezetben hasznos, mivel egyszerűbb és gyorsabb az FTP-nél. NFS – Az NFS (Network File System, hálózati fájlrendszer) egy elosztott fájlrendszeri protokollkészlet. A Sun Microsystems fejlesztette ki, segítségével távoli adattároló készülékekhez, például merevlemezekhez lehet hálózaton keresztül hozzáférni.

SMTP – Az SMTP (Simple Mail Transfer Protocol, egyszerű levéltovábbító protokoll) az elektronikus levelek számítógépes hálózatok feletti továbbítását vezérli. Csak az egyszerű szöveges adatátvitelt támogatja. Telnet – A Telnet más számítógépek távoli elérésére biztosít lehetőséget. Segítségével a felhasználó internetes állomásokra jelentkezhet be, illetve parancsokat futtathat rajtuk. A telnetkapcsolat ügyfelét helyi állomásnak, kiszolgálóját pedig távoli állomásnak nevezzük. SNMP – Az SNMP (Simple Network Management Protocol, egyszerű hálózatfelügyelő protokoll) segítségével hálózati készülékek figyelését és vezérlését lehet elvégezni. Az SNMP konfigurációk, statisztikák, teljesítményadatok és biztonsági beállítások kezelésére is használható. DNS – A DNS (Domain Name System, tartománynév-kezelő rendszer) az interneten a tartománynevek és a nyilvánosan meghirdetett hálózati csomópontok IP-címekre fordítását teszi lehetővé.

Szállítási réteg

A szállítási réteg logikai kapcsolatot biztosít a forrás- és a célállomás között. A szállítási protokollok szegmentálják, majd újra összeállítják a felsőbb protokollok által küldött adatokat, így lényegében adatfolyam-továbbítást, logikai kapcsolatot biztosítanak a végpontok között.

Az internetet sokszor felhőként ábrázolják Az internetet sokszor felhőként ábrázolják. A szállítási réteg a forrás adatait a felhőn keresztül juttatja el a célhoz.   A szállítási réteg elsődleges feladata a végponttól végpontig terjedő kapcsolatok vezérlésének és megbízhatóságának garantálása, miközben az adatok áthaladnak a felhőn. Ezt a feladatot csúszóablakok, sorozatszámok és nyugták alkalmazásával látja el. A szállítási réteg végponttól végpontig terjedő összeköttetéseket ad meg a gazdaalkalmazások között. Szállítási rétegbeli protokoll a TCP és az UDP.

A TCP és az UDP feladatai a következők A felsőbb szintű rétegekből származó adatok szegmentálása Szegmensek küldése a végpontok között A TCP funkciói a következők: Végponttól végpontig terjedő kapcsolatok létrehozása Adatfolyam-vezérlés biztosítása csúszóablakok használatával A megbízhatóság garantálása sorozatszámok és nyugták használatával

Internet réteg

Az internet réteg feladata a legjobb útvonal kiválasztása a hálózaton keresztül a csomagok továbbítására. Az első számú protokoll ebben a rétegben az IP. A legjobb útvonal kiválasztása és a csomagkapcsolás ebben a rétegben történik.

A TCP/IP modell internet rétegében a következő protokollok végzik munkájukat Az IP egy összeköttetés nélküli, a csomagokat a legjobb szándék szerint továbbító rendszer. Az IP nem foglalkozik a csomagok tartalmával, csupán a cél felé vezető útvonalat keresi meg. Az ICMP vezérlési és üzenetküldési funkciókat biztosít. Az ARP (Address Resolution Protocol, címmeghatározó protokoll) a már ismert IP-címekhez tartozó MAC-címeket határozza meg. A RARP (Reverse Address Resolution Protocol, fordított címmeghatározó protokoll) a már ismert MAC-címekhez tartozó IP-címeket határozza meg.

Az IP a következő műveleteket végzi el: Definiálja a csomagokat és a címzési sémát Továbbítja az adatokat az internet réteg és hálózatelérési réteg között A csomagokat a távoli állomásokhoz irányítja

Az IP-t sokszor megbízhatatlan protokollként említik Az IP-t sokszor megbízhatatlan protokollként említik. Természetesen ez nem azt jelenti, hogy az IP nem végez pontos adatátvitelt a hálózatokon. Az IP azért számít megbízhatatlannak, mert hibaellenőrzést és -javítást nem végez, ezt a feladatot a felsőbb szintű – szállítási és alkalmazási rétegbeli – protokollokra bízza.

Hálózatelérési réteg

A hálózatelérési réteg az IP-csomagok és a hálózati átviteli közeg kapcsolatát biztosítja. Ide tartoznak a LAN- és WAN-technológiák részletei, valamint az OSI modell fizikai és adatkapcsolati rétegének minden részlete

Az alkalmazásokhoz, a modemkártyákhoz és egyéb készülékekhez tartozó illesztőprogramok a hálózatelérési rétegben üzemelnek. A hálózatelérési réteg definiálja mindazon eljárásokat, amelyek a hálózati hardverrel való kapcsolattartáshoz és az átviteli közeg eléréséhez szükségesek. A modemprotokollok, mint a SLIP (Serial Line Internet Protocol, soros vonali internet protokoll) és a PPP (Point-to-Point Protocol, pont-pont protokoll) modemkapcsolaton keresztül biztosítanak hálózatelérést.

Ebben a rétegben számos protokollra van szükség a hardver, a szoftver és az átviteli közeg specifikációk közötti bonyolult kölcsönhatások miatt. A felhasználók számára ez sokszor kellemetlen, zavaró lehet. A gyakoribb protokollok túlnyomó része a TCP/IP modell szállítási és internet rétegében üzemel.

Az IP-címek fizikai hardvercímekre való leképezése és az IP-csomagok keretekbe ágyazása szintén a hálózatelérési protokollok feladata. A hálózatelérési réteg a fizikai átviteli közeggel fennálló kapcsolatot a hardvertípus és a hálózati interfész alapján definiálja.

A hálózatelérési réteg konfigurálására példaként egy külső gyártó hálózati kártyáját tartalmazó Windows rendszer beállítását említhetnénk. A Windows bizonyos változatai automatikusan felismerik a hálózati kártyát, majd telepítik a megfelelő illesztőprogramokat. A Windows régebbi változataiban a felhasználó feladata a hálózati kártya illesztőprogramjának kiválasztása. Az illesztőprogramot a kártya gyártója hajlékony- vagy CD-ROM-lemezen bocsátja rendelkezésre.

Az OSI és a TCP/IP modell összehasonlítása

Az OSI és a TCP/IP modell között számos hasonlóság fedezhető fel Mindkettő rétegekből tevődik össze. Mindkettőben található egy alkalmazási réteg, bár funkciójuk igencsak különböző. Mindkettő hasonló funkciójú szállítási és hálózati réteggel rendelkezik. Mindkettő csomagkapcsolt, és nem vonalkapcsolt technológiát alkalmaz. A hálózati szakembereknek mindkettőt ismerniük kell.

Néhány az OSI és a TCP/IP modell közötti különbségek közül: A TCP/IP modell az OSI modell alkalmazási, megjelenítése és viszonyrétegét egyetlen rétegbe, az alkalmazási rétegbe foglalja. A TCP/IP modell az OSI modell adatkapcsolati és fizikai rétegét hálózatelérési réteg névvel egy réteggé vonja össze. A TCP/IP modell kevesebb rétege miatt egyszerűbbnek tűnik. Ha a TCP/IP modell szállítási rétege UDP-t használ, akkor nem biztosít megbízható csomagszállítást. Az OSI modell szállítási rétege mindig megbízható szállítást végez.

Az internet fejlesztésének alapját a TCP/IP protokollok szabványai jelentették. A TCP/IP modell jelentőségét a benne szereplő protokollok alapozzák meg. Jellemzően nem az OSI modell alapján építenek hálózatokat. Az OSI modell inkább útmutatóként szolgál a tanulók számára a kommunikációs folyamatok megértéséhez

Az internet architektúrája

Az ábrán két fizikai hálózatnak egy különleges, forgalomirányítónak nevezett számítógép segítségével történő összekapcsolását szemléltettük. Példánkban a hálózatok közvetlenül csatlakoznak a forgalomirányítókhoz. A forgalomirányító feladata a két hálózat kommunikációjához szükséges útvonal-választási műveletek elvégzése. Sok olyan forgalomirányító létezik, amely komoly hálózati forgalmat kezel.

Az ábrán két forgalomirányító három fizikai hálózatot kapcsol össze Az ábrán két forgalomirányító három fizikai hálózatot kapcsol össze. A forgalomirányítók összetett döntéseket hoznak, ezek alapján az összes hálózat felhasználói kommunikálni tudnak egymással. Nem minden hálózat áll közvetlen kapcsolatban a többivel. Ennek a problémának a kezelése a forgalomirányítók feladata.

Az egyik lehetőség, hogy a forgalomirányítók minden számítógépről és a hozzájuk vezető útvonalakról listát vezetnek, majd ennek segítségével döntik el, hogy az egyes csomagokat hogyan kell továbbítaniuk. A csomagok továbbításához támpontot a célszámítógép IP-címe jelenthet. A hálózati felhasználók számának növekedésével ez a megoldás egyre körülményesebbé válna. A méretezhetőség szempontjából jobb, ha a forgalomirányítók minden hálózatról listát vezetnek, de a helyi továbbítást már a helyi fizikai hálózatokra bízzák. Ilyenkor a forgalomirányítók egymásnak adják tovább az üzeneteket. Az egyes forgalomirányítók átadják egymásnak a hozzájuk közvetlenül csatlakozó hálózatokról szóló információkat.

Az ábrán a felhasználók által igényelt átlátszóságot szemléltettük Az ábrán a felhasználók által igényelt átlátszóságot szemléltettük. Mindettől függetlenül az internet belső logikai és fizikai struktúrája rendkívül bonyolult is lehet, erre utal a 2. ábra tartalma. Az internet a mind több és több felhasználó csatlakozása miatt rendkívül gyorsan bővült. Valójában az internet annyira nagyra nőtt, hogy ma már több mint 90 ezer központi forgalomirányítóból és 300 millió végfelhasználóból áll – az adatok önmagukban is igazolják az architektúra hatékonyságát. A számítógépek a világ tetszőleges pontjairól megbízható kapcsolatot létesíthetnek egymással, ha bizonyos hardveres, szoftveres és protokollspecifikációknak megfelelnek. Az internet létrehozását az adatok továbbításának szabványosítása tette lehetővé.

Az internet szinte azonnali adatátviteli lehetőségeket biztosít bárhol, bármikor, bárki számára. A LAN-ok korlátozott földrajzi kiterjedésű hálózatok. Ugyan az újabb fejlesztések, mint a Metro Optical, a Gigabit és a 10 Gigabit Ethernet megnövelt sebességet biztosítanak, a távolság továbbra is problémát jelent.

Az internet a hálózati rétegek együttműködésének alapelvére épül Az internet a hálózati rétegek együttműködésének alapelvére épül. A cél a hálózat funkcionalitásának független modulokkal való biztosítása. Így számos különböző LAN technológia alkalmazható az OSI modell első és második rétegében, illetve különféle alkalmazásokat lehet futtatni az ötödik, a hatodik és a hetedik rétegben. Az OSI modell felépítésének köszönhetően az alsóbb és a felsőbb rétegek elkülönülnek egymástól. Ezzel az is lehetővé válik, hogy a köztes hálózati készülékek a LAN-ok részletesebb ismerete nélkül továbbítsák a forgalmat.

A fentiek alapján bevezethetjük az összekapcsolt hálózat, a sok kisebb hálózatból álló hálózat fogalmát. A hálózatok hálózatát összekapcsolt hálózatnak nevezzük. Az összekapcsolt hálózatoknak a csatlakozó hálózatok és számítógépek számát tekintve méretezhetőknek kell lenniük. Képeseknek kell lenniük az adatok nagy távolságokra való továbbítására.

Az összekapcsolt hálózatoknak kellő rugalmassággal kell biztosítaniuk a folyamatos műszaki újítások megvalósításának lehetőségét, illetve alkalmazkodniuk kell a folyamatosan változó körülményekhez. Az összekapcsolt hálózatokkal szemben fontos elvárás a költséghatékonyság. Az összekapcsolt hálózatoknak bárki számára, bárhol és bármikor biztosítaniuk kell az adatátvitel lehetőségét.