CCNA Podle knihy VÝUKOVÝ PRŮVODCE Přípravou NA ZKOUŠKU 640-802
Úvod do protokolů TCP/IP - Protokoly TCP/IP
Sada protokolů TCP/IP (Transmission Control Proto col/Internet Proto col) vznikla pod záštitou amerického ministerstva obrany (Department of Defense - DoD) s cílem zajistit a zachovat integritu dat a rovněž udržet možnost komunikace v případě katastrofálního konfliktu. Z toho tedy vyplývá, že pokud je síť TCP/IP správně navržena a implementována, může být skutečně spolehlivá a odolná. V této kapitole se budeme zabývat protokoly TCP/IP a v dalších částech této knihy si ukážeme, jak vytvořit dokonalé sítě TCP/IP - samozřejmě pomocí směrovačů Cisco.
Nejdříve se podíváme na verze protokolů TCP/IP podle ministerstva obrany a poté porovnáme tuto verzi a její protokoly s referenčním modelem OSI, který jsme analyzovali v kapitole 1 "Datové sítě". Jakmile porozumíte protokolům, které se uplatňují na různých úrovních modelu ministerstva obrany, zaměříme se na IP adresování a různé třídy adres používané v současných sítích.
Vzhledem k mimořádnému významu všesměrových adres pro pochopení adresování IP a také tvorby podsítí a VLSM, je zásadně důležité, abyste se vyznali v různých variantách všesměrových adres. Kapitolu uzavřeme popisem jednotlivých typů všesměrových adres, které prostě musíte znát. V této kapitole vynecháme protokol IPv6 (Internet Protocol version 6). Soustředíme se zde výhradně na protokol IPv4. Protokol IPv6 analyzujeme v kapitole 1 3, "Protokol IPv6 (IP Version 6)". I když tedy budeme diskutovat o protokolu IPv4, budeme jeho zkratku pro jednoduchost uvádět jako IP.
Protokoly TCP/ IP a model ministerstva obrany
Model ministerstva obrany lze v zásadě popsat jako zhuštěnou verzi modelu OSI. Místo ze sedmi se skládá jen ze čtyř vrstev:
• Procesní/aplikační vrstva • Hostitelská vrstva • Internetová vrstva • Síťová přístupová vrstva
Poznámka Při rozboru různých protokolů sady IP lze vrstvy modelů OSI a ministerstva obrany libovolně zaměňovat. Jinými slovy internetová vrstva a sítová vrstva popisují totéž, stejně jako jsou vzájemně ekvivalentní hostitelská a transportní vrstva.
Mnoho různých protokolů kombinuje procesní/aplikační vrstvu modelu ministerstva obrany při integraci různých aktivit a funkcí, které zahrnují aspekty tří odpovídajících horních vrstev modelu OSI (aplikační, prezentační a relační). Na tyto protokoly se podrobně zaměříme v další části této kapitoly. Procesní/aplikační vrstva definuje protokoly pro komunikaci aplikací mezi jednotlivými uzly a řídí také specifikace uživatelského rozhraní. Hostitelská vrstva odpovídá funkcím transportní vrstvy modelu OSI. Definuje protokoly, které nastavují úroveň přenosových služeb poskytovaných aplikacím. Řeší záležitosti typu navazování spolehlivé komunikace mezi koncovými body a zajištění bezchybného doručení dat. Manipuluje s řazením paketů a udržuje integritu dat.
Internetová vrstva je protějškem síťové vrstvy modelu OSI a zahrnuje protokoly, které se týkají logického přenosu paketů v rámci celé sítě. Odpovídá za adresování hostitelů, kterým přiděluje IP adresu (adresu protokolu Internet Protocol) a obsluhuje směrování paketů mezi více sítěmi. V základech modelu ministerstva obrany leží síťová přístupová vrstva, která sleduje výměnu dat mezi hostitelem a sítí. Ekvivalentem linkové a fyzické vrstvy modelu OSI je síťová přístupová vrstva, která dohlíží na hardwarové adresování a definuje protokoly fyzického přenosu dat. Modely ministerstva obrany a OSI vycházejí z obdobného návrhu a koncepce a v rámci podobných vrstev zajišťují podobné funkce. Obrázek 2.2 znázorňuje sadu protokolů TCP/IP a vztah příslušných protokolů k vrstvám modelu ministerstva obrany. V následujících podkapitolách se na jednotlivé protokoly podíváme podrobněji. Začneme přitom od protokolů procesní/aplikační vrstvy.
Protokoly procesní! aplikační vrstvy
v této sekci si popíšeme různé aplikace a služby, které se běžně používají v sítích IP. Zastavíme se u následujících protokolů a aplikací:
• Telnet • FTP • TFTP • NFS • SMTP • LPD • X Window • SNMP • DNS • DHCP/BootP
Telnet
Telnet je jakýmsi chameleónem mezi protokoly. Jeho specialitou je emulace terminálu. Uživateli vzdáleného klientského počítače, který se označuje jako klient Telnet, umožňuje přístup k prostředkům v jiném počítači, takzvaném serveru Telnet. Protokol Telnet přitom klame server a předstírá, že klientský počítač je vlastně terminál, který je přímo připojen do lokální sítě. Tato projekce je v praxi pouhý softwarový obraz - virtuální terminál, který dokáže interagovat se zvoleným vzdáleným hostitelem.
Emulované terminály textového typu dovolují spouštět komplikované procedury typu zobrazení nabídek, z nichž mohou uživatelé volit možnosti a přistupovat k aplikacím na podvedeném serveru. Uživatelé zahájí relaci Telnet tak, že spustí klientský software Telnet a poté se přihlásí k server Telnet.
Protokol FTP (File Transfer Protocol)
Protokol FTP (File Transfer Protocol) v praxi umožňuje přenášet soubory a tuto operaci lze provést mezi libovolnými dvěma počítači, které tento protokol podporují. FTP však není pouze protokol, jedná se rovněž o program. FTP v roli protokolu poskytuje služby aplikacím. Jedná-Ii se o program, pracují s ním uživatelé, kteří požadavky na přenos souborů zadávají ručně. FTP také umožňuje přístup k adresářům i souborům a dokáže provádět určité typy operací s adresáři, jako např. přesun do jiného adresáře. FTP v kombinaci s protokolem Telnet umožňuje transparentní přihlášení k serveru FTP a poté zajišťuje samotný přenos souborů. Přístup k hostiteli pomocí protokolu FTP však představuje pouze první krok. Uživatelé se pak musí autentizovat při přihlášení, které je obvykle zabezpečeno pomocí uživatelských jmen a hesel. Správci systému tím omezují přístup. Požadavku na autentizaci se do jisté míry můžete vyhnout, když zadáte uživatelské jméno anonymous, ačkoli tím získáte právo přístupu jen k části dostupných položek. I když FTP funguje jako uživatelský program, jsou jeho funkce omezeny na výpis adresářů a manipulaci s nimi, zjišťování obsahu souborů a kopírování souborů mezi hostiteli. Nedokáže spouštět vzdálené soubory jako programy.
Protokol TFTP (Trivial File Transfer Protocol)
Protokol TFTP (Trivial File Transfer Protocol) je omezenou a standardní verzí protokolu FTP. Pokud ale víte, co chcete a kde to najít, jedná se o nejvýhodnější volbu. Navíc se tento protokol snadno používá a je velmi rychlý! Neposkytuje však přehršel funkcí jako protokol FTP. Protokol TFTP neumožňuje procházet adresáře. Nedokáže nic jiného, než odesílat a přijímat soubory. Tento kompaktní a malý protokol je úsporný při přenosu dat, protože odesílá mnohem menší bloky dat než protokol FTP. Není k dispozici žádná autentizace jako u FTP, takže se jedná o nezabezpečený protokol. Vzhledem k tomu, že tento protokol ze své podstaty představuje bezpečnostní riziko, podporují jej pouze málokteré weby.
NFS (Network File System)
NFS (Network File System) je hvězdou mezi protokoly a specializuje se na sdílení souborů. Umožňuje spolupráci dvou různých typů systémů souborů. Funguje takto: Předpokládejte, že serverový software NFS funguje na serveru NT a klientský software NFS běží na unixovém hostiteli. NFS dovoluje, aby část paměti RAM na serveru NT transparentně ukládala soubory systému Unix a následně k nim mohli přistupovat uživatelé Unixu. Systémy souborů v operačních systémech NT a Unix sice nejsou stejné - liší se rozlišováním velkých a malých písmen, délkou názvů souborů, zabezpečením atd. - ale uživatelé systému Unix i NT mohou přistupovat k témuž souboru v rámci svých standardních systémů souborů tak, jak jsou zvyklí.
Z praxe Kdy je vhodné použít FTP? Uživatelé v brněnské pobočce potřebují, abyste jím okamžítě poslali soubor velikosti 50 MB. Co uděláte? Většina poštovních serverů by e-mail s takovou přílohou odmítla, protože mají nastaveny velikostní limity. I kdyby na serveru nebylo žádné omezení velikosti, stejně by odeslání tak velkého souboru do Brna trvalo značně dlouho. Na pomoc zde přichází protokol FTP. Chcete-Ii někomu předat velký soubor nebo potřebujete velký soubor přijmout, představuje protokol FTP rozumnou volbu. Jestliže máte k dispozici širokopásmové připojení ADSL nebo kabelové připojení, lze menší soubory (méně než 5 MB) prostě poslat e-mailem. Většina poskytovatelů služeb Internetu však nedovoluje posílat e-mailem soubory nad 5 MB. Pokud tedy požadujete odesílání a příjem velkých souborů, měli byste zvážit nasazení protokolu FTP. (Ostatně, kdo se v současnosti s takovými soubory nesetkává?) Chcete-Ii pOUŽívat protokol FTP, musíte v Internetu nastavit server FTP, aby bylo možné soubory sdílet. Přenos FTP je kromě toho rychlejší než e-mail, což je další d ůvod pro posílání či přijem velkých souborů tímto protokolem. Protože je navíc založen na protokolu TCP a jedná se o spojovaný protokol, m ůže FTP při přerušení relace někdy navázat tam, kde přenos posledně skončil. Zkuste totéž zvládnout se svým e-mailovým klientem!
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)
Protokol SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) plní naši touhu po nových e-mailových zprávách. Při doručování zpráv používá zařazování do fronty. Jakmile je zpráva odeslána do cílového umístění, je zařazena na zařízení - obvykle na pevný disk. Serverový software v cílovém umístění hlídá příchozí data a pravidelně kontroluje, zda se ve frontě neobjevily nové zprávy. Pokud je detekuje, zajistí jejich doručení koncovému příjemci. Protokol SMTP slouží k odesílání pošty. Na příjem zpráv se specializuje protokol POP3.
LPD (Line Printer Daemon)
Protokol LPD (Line Printer Daemon) slouží ke sdílení tiskáren. Protokol LPD spolu s programem LPR (Line Printer) umožňují zařazovat tiskové úlohy a odesílat je na síťové tiskárny pomocí protokolů TCP/IP.
X Window
Protokol X Window určený ke komunikaci klientů a serveru definuje parametry aplikací klient/server založených na grafickém uživatelském rozhraní (GUI). Princip je založen na tom, že program označovaný jako klient je spuštěn v jednom počítači a zobrazuje prvky uživatelského rozhraní pomocí okenního serveru, který funguje v jiném počítači.
Protokol SNMP (Simple Network Management Protocol)
Protokol SNMP (Simple Network Management Protocol) shromažďuje klíčové informace o síti a manipuluje s nimi. Data získává dotazováním zařízení v síti ze stanice pro správu v pevných či náhodných intervalech. Od zařízení přitom požaduje zveřejnění určitých informací. Pokud vše funguje správně, obdrží SNMP tzv. standardní hodnoty (baseline), což je sestava popisující provozní parametry zdravé sítě. Tento protokol také kontroluje provoz sítě a zodpovědné osoby rychle informuje o případných změnách stavu. Tyto síťové hlídky se označují jako agenty a když se vyskytnou odchylky, odesílají agenty na adresu stanice pro správu upozornění, která se nazývají depeše (trap).
DNS (Domain Name Service)
Systém DNS (Domain Name Service) překládá názvy hostitelů - konkrétně internetové názvy jako www . route r s i m. c om. Systém DNS nemusíte používat. Místo toho stačí zadat IP adresu libovolného zařízení, s nimž chcete komunikovat. IP adresa identifikuje hostitele v lokální síti i v Internetu. Systém DNS však usnadňuje uživatelům život. Zamyslete se nad tím: Co se stane, pokud se rozhodnete přesunout své webové stránky k jinému poskytovateli služeb? Změní se jejich IP adresa a žádný návštěvník nebude novou adresu znát. Systém DNS umožňuje požádat o přístup k IP adrese pomocí doménového názvu. IP adresu lze pak měnit libovolně často a nikdo si toho nevšimne. Systém DNS překládá plně kvalifikovaný doménový název (FQDN - fully qualified domain name), jako např. www . 1 amml e. c om či todd . 1 a mml e. c om. Plně kvalifikovaný doménový název popisuje hierarchii, která logicky lokalizuje systém podle jeho doménového identifikátoru. Chcete-Ii přeložit název todd, musíte buď zadat plně kvalifikovaný doménový název todd . 1 amml e. c om, nebo pracovat se zařízením typu PC či směrovače, které příponu doplní automaticky. Ve směrovačích Cisco je například možné zadat příkaz i p d oma i n - n a me 1 amml e. c om, který ke každému požadavku připojí doménu 1 amml e. c om. Jestliže příkaz nepoužijete, musíte zadávat plně kvalifikovaný doménový název. Jinak by systém DNS nedokázal název přeložit.
Tip U systému DNS je důležité si pamatovat, že pokud můžete zařizeni kontaktovat příkazem ping pomoci IP adresy, ale nelze použit jeho plně kvalifikovaný doménový název, pravděpodobně se jedná o nějaký typ chybné konfigurace systému DNS.
Protokol DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)/ protokol BootP (Bootstrap Protocol)
Protokol DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) přiřazuje hostitelům IP adresy. Usnadňuje správu a dobře funguje v prostředí malých až značně rozsáhlých sítí. Jako server DHCP lze použít libovolný hardware, včetně směrovače Cisco. Protokol DHCP se od protokolu BootP liší v tom, že protokol BootP přiřazuje IP adresu hostiteli, ale hardwarovou adresu hostitele je nutné zadat ručně do tabulky BootP. Protokol DHCP si můžete představit jako dynamický protokol BootP. Pamatujte však, že BootP také slouží k odeslání operačního systému, ze kterého je možné hostitele spustit. Protokol DHCP tuto funkci neposkytuje. Když však hostitel požádá server DHCP o IP adresu, může tento server hostiteli sdělit mnoho informací. Následuje seznam údajů, které server DHCP dokáže poskytovat:
• IP adresa • Maska podsítě • Doménový název • Výchozí brána (směrovače) • DNS • Informace WINS
Server DHCP může nabídnout i informace nad rámec tohoto seznamu, ale uvedené položky jsou nejběžnější. Klient, který odesláním zprávy DHCP Discover požádá o přidělení IP adresy, odesílá všesměrové vysílání na vrstvách 2 i 3. Všesměrové vysílání na vrstvě 2 obsahuje výhradně hexadecimální znaky F. Cílová adresa tedy vypadá takto: FF:FF:FF:FF:FF:FF. Všesměrové vysílání na vrstvě 3 má cílovou adresu ve tvaru 255.255.255.255, což znamená všechny sítě a všichni hostitelé. Protokol DHCP je nespojovaný. To znamená, že používá protokol UDP (User Datagram Proto col) na transportní vrstvě, která se také označuje jako hostitelská vrstva. Na tyto protokoly se zaměříme v další sekci. Pokud máte pochybnosti, můžete se přesvědčit v následujícím příkladu výstupu ze spolehlivého analyzátoru Ethereal:
Ethe rnet II. Src : 1 9 2 . 1 6 8.0.3 ( 0 0:O b:d b:9 9:d 3:5 e ) . Dst : 8 r oadca st
( f f : ff : ff : f f : ff : f f)
I n ternet P r otocol . Src : 0.0.0.0 (0.0.0.0) . Dst : 255 . 2 5 5.2 5 5 . 255
( 2 5 5 . 2 5 5 . 2 5 5 . 255 )
Linková i síťová vrstva odesílají všesměrová vysílání se žádostí typu: "Pomozte - neznám svou IP adresu!"
Protokoly hostitelské vrstvy
Hlavním účelem hostitelské vrstvy je odstínit aplikace na horních vrstvách od detailů fungování sítě. Tato vrstva sděluje vyšší vrstvě "Stačí, když mi dáš svůj datový proud s příslušnými pokyny, a já začnu tvoje informace připravovat k odeslání". Následující sekce popisují dva protokoly této vrstvy:
• TCP (Transmission Control Proto col) • UDP (User Datagram Proto col)
Kromě toho se budeme zabývat některými základními koncepcemi protokolů hostitelské vrstvy a seznámíme se i s čísly portů.
Poznámka Pamatujte, že se stále nacházíme na čtvrté vrstvě, a společnost Cisco široce využívá toho, jak lze na vrstvě 4 pracovat s potvrzenimi, řazením paketů a řízením toku.