(T) Warstwa trzecia modelu OSI**

Wstęp do warstwy trzeciej modelu OSI

Wstęp do warstwy trzeciej modelu OSI

  • Warstwa trzecia nie posiada żadnych wbudowanych mechanizmów korekcji błędów, powierzając to zadanie warstwie czwartej, oraz nie gwarantuje osiągalności, przez co pakiety uszkodzone lub niemogące osiągnąć celu są porzucane.
  • Protokół IPv4 opiera swoje działanie na dwóch zasadach: pierwsza niegwarantowanego połączenia (best-effort) oznacza, że pomimo starań wysłane pakiety mogą nie dotrzeć do miejsca docelowego, przekazując obowiązek zweryfikowania, czy wiadomość dotarła protokołom warstw wyższych. Druga zasada bezpołączeniowego transferu datagramów (connectioness) nie wymaga wcześniejszej negocjacji pomiędzy węzłami sieci (ruterami), przez co poszczególne pakiety interpretowane są osobno nie mając na siebie wpływu. Takie działanie może powodować duplikowanie, zniekształcanie oraz zamianę kolejności nadchodzących datagramów.

Protokoły warstwy trzeciej

Protokół ARP

  • Protokół ARP (Address Resolution Protocol) stanowi mechanizm odwzorowania adresów logicznych IP na 48 bitowe adresy fizyczne MAC. Jest to istotny element komunikacji pomiędzy urządzeniami, ponieważ karty sieciowe nie rozumieją adresów IP, pozostawiając ich interpretację w gestii oprogramowania. Inaczej jest z adresami MAC zapisanymi na stałe w pamięci karty, to dzięki nim komputer wie które ramki kierowane są do niego a które należy odrzucić. Host wysyłając pierwszą wiadomość do innego urządzenia zna jedynie jego adres IP oraz swój własny MAC, dlatego przesyła powyższe dane na adres broadcast FF:FF:FF:FF:FF:FF. Tym samym wszystkie urządzenia w obrębie domeny rozgłoszeniowej otrzymają tą wiadomość, dzięki czemu host z odpowiednim adresem IP, będzie mógł odesłać wiadomość ARP wzbogaconą o swój adres MAC.
  • Poszczególne urządzenia uczestniczące w komunikacji takie jak przełączniki, rutery czy hosty zapisują zdobytą wiedzę o adresacji MAC, w pamięci cache na ustalony okres czasu. Ważne jest, aby nie był on zbyt długi, ponieważ adresy IP mogą ulegać zmianie, ani zbyt krótki co znacznie zwiększyłoby niepotrzebny ruch w sieci. Proces ten jest aktywowany automatycznie bez interwencji administratora. W miarę potrzeby dostosowując się do zmiennej sytuacji. Dzięki czemu przepięcie urządzenia do innego portu w przełączniku zostanie szybko wykryte, a odpowiedni wpis w tablicy MAC urządzenia skorygowany.

Protokół IPv4

Budowa nagłówka protokołu IPv4
  • Version (4 Bity) – Identyfikuje wykorzystany protokół warstwy trzeciej. Względem protokołu IPv4 wartość ta wynosi (0100).
  • Header Length (4 Bity) – Określa długość nagłówka protokołu IPv4.
  • Type of Service or DiffServ (DSCP) (4 Bity) – Pole przeznaczone do określania priorytetu przesyłanej zawartości.
  • Explicit Congestion Notification – Dodatkowe pole wykorzystywane przez niektóre rutery.
  • Total Length (16 Bitów) – Określa długość całego pakietu z ramką i danymi (Maksymalna wielkość wynosi 65535).
  • Identifier (16 Bitów) – Pole wykorzystywane przy fragmentacji pakietów przekraczających wartość MTU.
  • Flags (3 Bity) – Składa się z trzech bitów: pierwszy bit jest nie używany, drugi określa flagę DF (Don’t Fragment) a trzeci flagę MF (More Fragments) wykorzystywaną w przypadku przesyłania pofragmentowanych danych.
  • Time to Live (8 Bitów) – Określa czas życia przesyłanego pakietu IPv4, tym samym zapobiegając powstawaniu pętli.
  • Protocol (8 Bitów) – Określa jaki protokół jest transportowany przez dany pakiet.
Protocol Number Host-To-Host Layer Protocol Protocol Number Host-To-Host Layer Protocol
1 Internet Control Message Protocol (ICMP) 46 Resource Reservation Protocol (RSVP)
2 Internet Group Management Protocol (IGMP) 47 Generic Routing Encapsulation (GRE)
4 IP in IP (Encapsulation) 54 NBMA Next Hop Resolution Protocol (NHRP)
6 Transmission Control Protocol (TCP) 88 Cisco Internet Gateway Routing Protocol(IGMP)
17 User Datagram Protocol (UDP) 89 Open Shortest Path First (OSPF)
45 Inter-Domain Routing Protocol (IDRP)    

Dobrze znane wartości protokołów w polu „Protocol” nagłówka IPv4

  • Header Checksum (16 Bitów) – Zawiera wartość kontrolną generowaną na podstawie zawartości nagłówka IPv4.
  • Source Address – Określa źródłowy adres IPv4.
  • Destination Address – Określa docelowy adres IPv4.
  • Options / Padding – Zawiera dodatkowe opcje protokołu IPv4.

Protokół IPv6

Budowa nagłówka protokołu IPv6
  • Version
  • Priority
  • Flow Label* – (* Pole Flow Label nie posiada swojego odpowiednika w nagłówku protokołu IPv4).
  • Payload Length
  • Next Header
  • Hop Limits
  • Source Address
  • Destination Address

Protokół ICMP

Budowa nagłówka protokołu ICMP
  • Protokół ICMP (Internet Control Message Protocol) – Jest wykorzystywany między innymi do testowania łączności pomiędzy urządzeniami sieciowymi, przy wykorzystaniu programów oraz protokołów takich jak Ping czy IP SLA. Dzięki wykorzystaniu wiadomości „ICMP Echo Request” oraz „ICMP Echo Reply” umożliwia wymianę prostych komunikatów pomiędzy ruterem a hostem informując drugie urządzenie o np. braku możliwości osiągnięcia sieci docelowej.
  • Budowa nagłówka protokołu ICMP:
    • Type – (1 bit) Wskazuje rodzaj komunikatów ICMP, przykładowo 0 określa widomość „Echo Reply, 3 Destination Unreachable, 5Redirect a typ 8 Echo Request.
    • Code – (1 bit) Wskazuje bardziej szczegółowe dane komunikatu ICMP, przykładowo dla typu trzeciego „Destination Unreachable” istnieje 16 różnych kodów takich jak „destination network is unreachable” czy „destination host is unreachable”.
    • Checksum – (2 bity) Zawiera pole sumy kontrolnej, służącej do wykrywania błędów przy przesyłaniu komunikatów.
    • Rest of Header – (4 bity) Zawiera zawartość zależną od rodzaju komunikatu ICMP.
  • End-to-end delivery
  • Opis przykładowych komunikatów ICMP:
    • Destination Unreachable – Jest wysyłany przez ruter, który nie zna ścieżki prowadzącej do celu.
    • Redirect – Umożliwia ruterom informowanie hostów, że wykorzystywany przez nie adres IP bramy domyślnej nie jest najlepszym adresem i wymaga zmiany.

Pozostałe tematy związane z modelem OSI/ISO, TCP/IP

Podstawy sieci komputerowych

Warstwy modelu OSI

PDFPRINT

Robert T Kucharski

Cisco Network Engineer in GPW.

Dodaj komentarz