Introducere

 

La inceputul anilor '70 a demarat in Statele Unite, sub patronajul DARPA (Defence Advanced Research Project Agency), proiectul de conectare a principalelor institutii de cercetare. Se avea ca scop interconectarea unei numar insemnat de sisteme de calcul diverse, prin intermediul unei retele bazate pe comutarea de pachete. Reteaua rezultata, numita ARPAnet se bazeaza pe un grup de protocoale (se mai foloseşte termenul de stiva de protocoale), numit Internet Protocol Suite; dintre aceste protocoale, cele mai notabile sunt protocoalele IP şi TCP, de unde şi denumirea uzuala a arhitecturii, TCP/IP. Denumirea implica o oarecare ambiguitate, deoarece se vorbeşte de un protocol aplicatie peste TCP/IP, precum SNMP peste TCP/IP, deşi aplicatia foloseşte pentru transport nu protocolul TCP, ci protocolul UDP, o varianta alternativa a TCP-ului. Protocoalele din cadrul arhitecturii fiind in marea majoritate in domeniul public, au avut un imens succes, anuland practic şansele de raspandire ale altor arhitecturi, chiar mai elaborate, precum protocoalele arhitecturii ISO OSI.

Specificarea protocoalelor TCP/IP se face prin intermediul unor documente numite RFC (Request For Comments), care in final devin standarde. Ele sunt obtinute uşor prin Internet de catre orice proiectant de retele.

Arhitectura TCP/IP a fost adoptata de reteaua Internet, care cu peste 20 milioane calculatoare conectate, este de departe cea mai mare retea de calculatoare de pe glob.

 

Arhitectura TCP/IP

 

Stiva de protocoale ce alcatuiesc arhitectura TCP/IP este ilustrata de figura .... Este ilustrata şi o posibila paralela cu stiva arhitecturii ISO OSI. De specificat este faptul ca arhitectura TCP/IP este foarte flexibila prin posibilitatea folosirii de protocoale alternative, in scopul obtinerii unui optim pentru o aplicatie data. Astfel se poate vorbi de o aplicatie de acces la distanta Telnet peste TCP/IP/Ethernet sau o aplicatie de management SNMP/UDP/IP/Token Ring.

 

Aplicatie		TELNET
Prezentare		FTP, SMTP
Sesiune		SNMP, NFS

Transport		TCP, UDP
Retea		IP+ICMP Protocoale adresare şi dirijare
Legatura de date		Subretea
Fizic		Ethernet, 802.3, 802.4, FDDI, ATM

 

 

Nivelul subretea

 

Arhitectura TCP/IP nu specifica expres protocoale pentru nivelele 1 şi 2, denumind generic nivel subretea (subnetwork). Ea utilizeaza insa protocoalele disponibile şi conforme standardelor. Astfel pentru retelele locale se recunosc Ethernet/IEEE802.3, Token Ring, FDDI, iar pentru retelele geografice se recunosc protocoale precum HDLC, PPP, SLIP, Frame Relay, SMDS, ATM.

 

Protocolul IP

 

Protocolul IP (Internet Protocol) este protocolul care sta la baza arhitecturii TCP/IP, iar in zilele noastre orice calculator conectat la Internet 'intelege' IP. Protocolul este specificat in RFC 791 şi standardele militare DOD MIL-STD 1777. Este un protocol considerat de nivel retea, de o complexitate scazuta, orientat pe datagrame, avand ca principale sarcini doar adresarea calculatoarelor şi fragmentarea pachetelor; prevede in acelaşi timp tehnici detectarea (dar nu şi corectarea) erorilor, precum şi pentru dirijarea pachetelor, inaintarea lor catre urmatoarea destinatie, fara a oferi insa garantii pentru corectitudine.

Sintetic, principalele atribute IP ar fi:

- protocol orientat pe datagrame

- asigura (daca este necesar) fragmentarea pachetelor; necesitatea fragmentarii la nivelul IP este data de faptul ca un pachet IP 'en route' intre sursa şi destinatie poate traversa diferite tipuri de retele, prezentand diferite valori maxime ale dimensiunii de pachet

- foloseşte adresarea bazata pe adrese Internet de 32 de biti

- prevede limitarea lungimii pachetelor gestionate le 65.535 octeti

- suma de control se aplica doar antetului, nu şi campurilor de date

- prevede in cadrul pachetului IP campuri optionale

- pachetele au o durata de viata in retea limitata

- incearca o dirijare a pachetelor, fara a oferi garantia unui succes sau a unei optimalitati.

 

Formatul antetului pachetului IP este ilustrat de figura ..., campurile avand urmatoarea semnificatie:

 

Bit

0 4 9 16 31

Version

HLength

Service Type

Total Length

Identification	Flags	Fragment Offset
Time To Live	Transp. Protocol	Header Checksum

Source IP Address

Destination IP Address

Options

Padding

 

 

Version number

Camp de 4 biti ce contine numarul de versiune al protocolului IP care a generat pachetul, versiunea curenta folosita fiind 4.

 

Header Length

Campul HLEN specifica lungimea (exprimata in cuvinte de 32 de biti) a antetului IP, lungimea fiind variabila datorita campurilor aditionale de tip Options. Cea mai mica lungime a antetului este de 5 cuvinte, de aceea majoritatea pachetelor IP uzuale au ca prima valoare hexa in pachet, valoarea 45H.

 

Type of Service

Campul specifica modul in care un protocol de nivel superior doreşte ca pachetul IP curent sa fie tratat; este posibila asignarea unor nivele de prioritate prin intermediul acestui camp. Uzual insa, campul contine valoarea 0, indicand o procesare normala a pachetului; mai mult implementarile sub UNIX nici nu analizeaza acest camp.

 

Packet Length

Indica lungimea totala (antet şi date) a pachetului IP. Lungimea se exprima in octeti, campul avand doar 16 biti implica ca valoare maxima a lungimii pachetului, valoarea de 65.535bytes.

 

Identification

Campul contine un numar intern asociat pachetului, generat de catre hostul emitator. Aceasta valoare este folosita la reasamblarea fragmentelor componente ale pachetului fragmentat.

 

Flags

Campul contine doi indicatori:

- indicatorul DF (Don't Fragment) specifica daca un pachet poate fi fragmentat sau nu

- indicatorul MF (More Fragments) specifica daca dupa pachetul (subpachetul) curent mai urmeaza sau nu şi alte fragmente.

 

Fragment Offset

Campul contine offsetul (pozitia) fragmentului curent, relativ la inceputul intregului mesaj fragmentat.

 

Time to Live

Campul constituie un contor care se decrementeaza in timp, specificandu-se astfel o durata maxima de existenta a pachetului in retea. Se previne astfel aglomerarea retelei prin existenta pachetelor care au intrat in bucla infinita. Contorul este decrementat de fiecare host care proceseaza pachetul, astfel ca valoarea initial setata poate fi considerata şi ca numar maxim de hosturi care pot fi vizitate de pachetul curent.

 

Transport protocol

Campul identifica protocolul de nivel superior (nivelul transport), care a solicitat serviciu nivelului IP, deci protocolul transport pentru care se proceseaza pachetul IP curent. Exista o lista oficiala a acestor protocoale transport, cu peste 50 de elemente; dintre ele, pentru necesitatile acesteo carti, sunt suficiente cunoaşterea valorilor 6 pentru TCP, valoarea 17 pentru UDP, valoarea 1 pentru ICMP, valoarea 29 pentru protocolul ISO TP4.

 

Header Checksum

Campul contine suma de control numai pentru antetul pachetului; din motive de eficienta protcolul IP nu calculeaza suma de control pentru intregul pachet, iar algoritmul pentru calculul sumei de control pentru antet este mai simplu decat CRC-ul folosit la nivelele inferioare, şi anume este calculul complementului fata de 1 a sumei de 16 biti obtinute prin insumarea tuturor campurilor de 16 biti testate.

 

Source and Destination Addresses

Adresele IP pe 32 biti ale sursei şi destinatarului prezentului pachet sunt memorate in aceste campuri.

 

Options

Campul de optiuni permite dezvoltarea functiilor protocolului cu sarcini de gestionare a retelei sau de asigurare a securitatii. Principale campuri ce pot fi amintite ar fi:

- Source Route, reprezentand o lista de adrese IP prin care va trece pachetul curent (implementeaza principiul dirijarii de la sursa)

- Record Route, inregistrarea rutei parcurse

- Time stamp, inregistreaza momentele de timp la care pachetul a trecut pe la un host; este folosit pentru masurarea performantei

- Security, pentru aplicatii militare.

 

Padding

Camp 'de umplutura', continand caracterul 'pad', folosit pentru a asigura antetului o lungime (exprimata in octeti) multiplu de 4.

 

Adresarea la nivel IP

 

Adresarea la nivelul protocolului IP este parte integranta a adresarii catre partenerul de comunicatie, fie el un program de aplicatie de exemplu. in cadrul retelelor TCP/IP, intreaga adresare necesita patru nivele:

- adresarea la nivelul subnetwork

- adresarea Internet

- adresa protocolului transport

- numarul portului unde se manifesta aplicatia.

Doua din aceste adrese, adresa IP şi adresa protocolului transport sunt campuri ale pachetului IP. Adresa IP are o lungime de 32 de biti şi se exprima in valorile zecimale ale fiecarui octet, valorilr fiind despartite prin punctul zecimal. Adreselor IP li se asociaza, din motive de comoditate, unul sau mai multe nume, definite local in fişierul "hosts". Exemplu:

224.2.10.5 delta

256.1.3.22 statia1 mycomputer

Bit

0 7 15 23 31

0

Network ID

Host ID

Adrese IP clasa A

 

 

1

0

Network ID

Host ID

Adrese IP clasa B

 

 

1

1

0

Network ID

Host ID

Adrese IP clasa C

 

 

1

1

1

0

Host group

Adrese IP clasa D

 

 

 

Figura ... pg.25 prezinta clasele uzuale de adrese IP. Trei dintre aceste clase prezinta cele doua campuri importante ale unei adrese IP şi anume:

- identificatorul de retea (Network ID), definind reteaua in care este situat calculatorul curent

- identificatorul calculatorului (Host ID), identifica un calculator in cadrul retelei.

Adresele IP sunt gestionate de autoritati abilitate (NIC - Network Information Center), care atribuie adresele in aşa fel ca fiecare calculator conectat la Internet sa aiba o adresa IP unica.

Adresele IP sunt impartite in cinci clase, care au evoluat in timp din motive de dezvoltare a metaretelelor:

- Clasa A, identificata de valoarea 0 a primului bit, a fost conceputa presupunandu-se ca in lume vor exista putine retele, dar de dimensiuni foarte mari (s-a dovedit contrariul, fiind necesare alte structuri de adrese). Este recunoscuta prin faptul ca primul camp de adresa este cuprins intre valorile zecimale 0 şi 127

- Clasa B a fost conceputa presupunand un numar mediu de retelele medii. Primul camp de adresa are valori intre 128 şi 191

- Clasa C a fost conceputa pentru un numar mare de retele compuse fiecare dintr-un numar redus de statii (retelele locale). Structura adresei IP clasa C permite existenta a peste doua milioane de retele cu 256 de adreses fiecare. Primul camp zecimal al adresei este cuprins intre 192 şi 223

- Clasa D cuprinde adresele de multicast, fiind distribuite grupurilor de utilizatori. Are primul camp zecimal intre 224 şi 239

- Clasa E este rezervata pentru cercetari şi dezvoltari urmatoare, avand primul camp zecimal intre 240 şi 255.

Pentru a se facilita dirijarea in retele mari, campul 'Host ID' pentru adrese din clasele de adrese A, B şi C, poate fi divizat in doua parti: subreteaua (subnet) şi hostul propriu-zis. Apar astfel trei campuri de identificatori: Network ID, Subnetwork ID şi Host ID, cum prezinta şi figura... pentru o adresa de clasa B.

Relatia intre lungimea campurilor Subnetwork ID şi Host ID este stabilita de administrator, intr-un mod flexibil, prin definirea unei maşti de retea (network mask, sau netmask), alcatuita din biti 1 pentru campurile Network ID şi Subnetwork ID, şi biti 0 pentru campul Host ID. Este important a şti daca doua adrese apartin aceleaşi subretele, deoarece primul nivel de dirijare se bazeaza pe corespondenta facuta de sistemele TCP/IP intre retelele fizice şi subretelele IP, şi anume se considera biunivoca relatia dintre ele. Implementari mai noi ale TCP/IP pentru retele LAN, permit ca unei retele LAN fizice sa-i corespunda mai multe subretele IP, dar invers relatia se mentine.

Conceptul de subretea implica analiza dirijarii pachetelor IP intre subretele (inter subnets) şi in interiorul unei subretele (intra subnet). in interiorul subretelei dirijarea este asigurata de algoritmul propriu folosit de reteaua fizica cu acea adresa de subretea. Singura problema apare la maparea adreselor IP catre adrese de nivel 2 (adrese MAC), pentru aceasta fiind definite protocoalele ARP şi RARP, descrise in paragraful urmator.

intre subretele adresarea este gestionata de echipamente de interconectare de tip router IP, (echipament numit in modelul ISO OSI poarta - gateway). Un aspect important al adresarii IP este faptul ca un echipament de tip punte - bridge, operand la nivelul arhitectural 2, este transparent pentru protocolul IP, retelele conectate prin bridge fiind identificate prin aceaşi adresa de subretea IP; echipamentele de tip router, sunt vizibile IP, ele conectand LAN-uri cu adrese de subnet diferite. Un router va fi identificat prin doua adrese IP, corespunzator adreselor de subnet ale celor doua LAN-uri. Routerele IP desfaşoara dirijarea pachetelor IP pe baza unor tabele de dirijare, elaborate de administratorul de retea sau determinate conform unor algoritmi descrişi in paragraful urmator.

 

Protocolul ICMP

 

Protocolul ICMP (Internet Control Message Protocol) a fost proiectat pentru a raporta anomaliile ce apar la dirijarea pachetelor IP (a transporta date de eroare şi diagnostic). Specificat prin RFC 792, a fost proiectat pentru a acoperi lipsurile protocolului IP, care nu implementeaza el insuşi asemenea functii de control la nivelul dirijarii pachetelor. Adresa de protocol transport pentru ICMP, din cadrul antetului IP, este 1.

Deoarece ICMP transporta informatii de tipuri diverse, doar structura de baza a antetului ICMP este stabilita, restul campurilor fiind variabile. Antetul de baza ICMP este ilustrat de figura ...pg.46.

 

Type

Code

(Checksum)

Miscellaneous

IP Header

 

 

Campurile Type şi Code specifica tipurile de mesaje ICMP, respectiv indica o subfunctie in cadrul unui cod.

Campul Checksum contine suma de control specifica IP pentru intregul mesaj ICMP.

Campul Miscellaneous contine informatie diversa (numar de secventa, adresa Internet).

Campul Internet protocol header contine datagrama IP suport şi primii opt bytes ai mesajului transportat.

Tipurile pachetelor ICMP sunt ilustrate de tabelul... şi descrise pe scurt in continuare.

 

Tip	Functia
0	Echo Reply
3	Destination Unreachable
4	Source Quench
5	Redirect
8	Echo Request
11	Time Exceeded for a Datagram
12	Parameter Problem on a Datagram
13	Time Stamp Request
14	Time Stamp Reply
15	Information Request
16	Information Reply
17	Address Mask Request
18	Address Mask Reply

 

Pachetele ICMP care raporteaza anomalii in dirijarea pachetelor IP sunt: Destination Unreacheable, Time Exceeded for a Datagram şi Parameter Problem on a Datagram.

Pachetele care verifica accesibilitatea fizica a unui nod din retea sunt Echo Request şi Echo Reply.

Pachetele pereche de tip cerere-raspuns Time Stamp sau Information sunt destinate testarii starii retelei.

Pachetul Redirect indica o conditie de stimulare a unei dirijari mai eficiente, spre exemplu cand un router determina ca un host emitator poate transmite pachetele catre destinatie intr-un mod mai eficient, prin intermediul unui alt router, şi nu prin intermediul sau.

Pachetul Source quench este eliberat de un router catre un host emitator, pentru a-l anunta ca nu poate procesa pachetele IP transmise la viteza actuala, hostul fiind nevoit sa reduca viteza de transmitere.

Pachetele de tip Address Mask Request şi Address Mask Reply au fost introduse pentru determinarea mastii folosite de acea subretea.

 

Protocoalele ARP şi RARP

 

Protocoalele de rezolutie a adresei ARP (Address Resolution Protocol) şi de rezolutie inversa a adresei RARP (Rev