| Transport Layer (Prepravná vrstva) |
CCNA1 - Kapitola 10Application layer (Aplikačná vrstva) |
Vytvorenie siete |
Po skončení tejto kapitoli získame tieto vedomosti:
- Vysvetliť spoluprácu medzi funkciami aplikačnej vrstvy, relačnou vrstvou a prezentačnou vrstvou pri poskytovaní sieťových služieb
- Opísať, ako bežné protokoly aplikačnej vrstvy interagujú s používateľkými aplikáciami
- Popísať protokoly aplikačnej vrstvy, ktoré poskytujú internetové služby používateľom, vrátane služieb WWW a e-mailu.
- opísať protokoly aplikačnej vrstvy, ktoré poskytujú služby adresovania IP, DNS a DHCP
- Opísať protokoly umožňujúce služby zdieľania súborov, vrátane: FTP, služby zdieľania súborov, protokol SMB.
- Vysvetlite, ako sa údaje presúvajú sieťou, od otvorenia aplikácie, až po prijatie údajov.
Základy aplikačnej, relačnej a prezentačnej vrstvy
Aplikačná vrstva je najbližšie ku koncovému používateľovi. Ako je znázornené na obrázku, je to vrstva, ktorá poskytuje rozhranie medzi aplikáciami používanými na komunikáciu a základnou sieťou, cez ktorú sa prenášajú správy. Protokoly aplikačnej vrstvy sa používajú na výmenu údajov medzi programami bežiacimi na zdrojovom a cieľovom hostiteľovi. Horné tri vrstvy modelu OSI (aplikakčná, prezentačná a relačná) definujú funkcie jednej aplikačnej vrstvy TCP / IP.
Existuje veľa protokolov aplikačnej vrstvy a neustále sa vyvíjajú nové protokoly. Medzi najznámejšie protokoly aplikačnej vrstvy patrí protokol HTTP (Hypertext Transfer Protocol), protokol prenosu súborov (FTP), protokol Trivial File Transfer Protocol (TFTP), protokol internetového prístupu (IMAP) a protokol systému názvov domien (DNS).
Prezentačná vrstva (Presentation layer)
Prezentačná vrstva má tri základné funkcie:
- Formátovanie alebo prezentovanie údajov na zdrojovom zariadení do kompatibilného formátu vhodného pre ich prijatie cieľovým zariadením
- Kompresia údajov spôsobom, ktorý môže cieľové zariadenie dekomprimovať
- Šifrovanie údajov na prenos a dešifrovanie údajov po prijatí
Relačná vrstva (Session layer)
Ako už názov napovedá, funkcie na vrstve relácií vytvárajú a udržiavajú komunikáciu medzi zdrojovými a cieľovými aplikáciami. Vrstva relácií spracováva výmenu informácií, aby realizovala komunikáciu, udržala ju aktívnu a reštartovala relácie, ktoré sú prerušené alebo nečinné príliš dlhú dobu.
TCP/IP protokoly aplikačnej vrstvy
Aplikačné protokoly TCP / IP určujú formát a riadiace informácie potrebné pre mnoho bežných funkcií internetovej komunikácie. Kliknutím na jednotlivé protokoly aplikácií na obrázku sa o nich dozviete viac. Protokoly aplikačnej vrstvy používajú zdrojové aj cieľové zariadenia počas komunikačnej relácie. Aby bola komunikácia úspešná, musia byť kompatibilné protokoly aplikačnej vrstvy implementované na zdrojovom a cieľovom hostiteľovi.
Domain Name System - TCP, UDP 53
Bootstrap Protocol - UDP client 68, server 67
Dynamic Host Configuration Protocol - UDP client 68, server 67
Simple Mail Transfer Protocol - TCP 25
Post Office Protocol - TCP 110
Internet Message Access Protocol - TCP 143
File Transfer Protocol - TCP 20 až 21
Trivial File Transfer Protocol - UDP 69
Hypertext Transfer Protocol - TCP 80, 8080
Hypertext Transfer Protocol - TCP, UDP 443
|
|
Ako aplikačné protokoly spolupracujú s používateľskymi apliáciami
- Client-Server komunikácia
- Peer-to-Peer Siete
- Peer-to-Peer aplikácie
V modeli klient-server sa zariadenie požadujúce informácie nazýva klient a zariadenie odpovedajúce na požiadavku sa nazýva server. Klientske a serverové procesy sa považujú, že sú súčasťou aplikačnej vrstvy. Klient začne výmenu vyžiadaním údajov zo servera, ktorý reaguje odoslaním jedného alebo viacerých tokov údajov klientovi. Protokoly aplikačnej vrstvy opisujú formát požiadaviek a odpovedí medzi klientmi a servermi. Okrem skutočného prenosu údajov si táto výmena môže vyžadovať aj autentifikáciu užívateľa a identifikáciu dátového súboru, ktorý sa má preniesť.
Jeden príklad klient-serverovje siete využíva e-mailovú službu poskytovateľa internetových služieb na odosielanie, prijímanie a ukladanie e-mailov. E-mailový klient na domácom počítači odošle e-mailovému serveru poskytovateľa internetových služieb žiadosť o neprečítanú poštu. Server odpovie zaslaním požadovaného e-mailu klientovi. Ako je znázornené na obrázku, prenos údajov z klienta na server sa označuje ako upload a údaje zo servera do klienta ako download.
|
|
|
Príklad sťahovania(download) dát pri komunikácia klient-server. |
Príklad nahrávania(upload) dát pri komunikácia klient-server. |
Pri sieťovom spojeni typu peer-to-peer (P2P) sa k údajom pristupuje z rovnocenného zariadenia bez použitia servera.
Sieťový model P2P obsahuje dve časti: P2P siete a P2P aplikácie. Obidve časti majú podobné vlastnosti, ale v praxi fungujú úplne inak.
V sieti P2P dva alebo viac počítačov je pripojených prostredníctvom siete a môžu zdieľať prostriedky (napríklad tlačiarne a súbory) bez toho, aby mali vyhradený server. Každé pripojené koncové zariadenie (známe ako peer) môže fungovať ako server aj ako klient. Jeden počítač môže prevziať úlohu servera pre jednu transakciu a súčasne slúžiť ako klient pre inú. Úlohy klienta a servera sa nastavujú na základe žiadosti.
Na obrázku je znázornený jednoduchý príklad P2P siete. Okrem zdieľania súborov by sieť, ako je táto, umožňovala používateľom hrať spolu hry na sieti alebo zdieľať internetové pripojenie.
 |
Aplikácia P2P umožňuje zariadeniu fungovať ako klient aj server v rámci tej istej komunikácie, ako je to znázornené na obrázku. V tomto modeli je každý klient server a každý server klient. Aplikácie P2P vyžadujú, aby každé koncové zariadenie poskytovalo užívateľské rozhranie a spustilo službu na pozadí.
 |
Webové a emailové protokoly
Existuje niekoľko webových a emailových protokolov, ktoré neustále používame počas toho ako surfujeme na internete. Ukážeme si niektoré z nich.
Hypertext Transfer Protocol and Hypertext Markup Language
Keď do webového prehľadávača zadáte webovú adresu alebo URL, webový prehľadávač vytvorí pripojenie k webovej službe bežiacej na serveri pomocou protokolu HTTP. URL a Uniform Resource Identifier (URI) sú mená, ktoré väčšina ľudí spája s webovými adresami.
Aby sme lepšie porozumeli tomu, ako webový prehliadač a webový server spolupracujú, môžeme preskúmať, ako sa webová stránka otvára v prehliadači. V tomto príklade použijeme URL http://www.cisco.com/index.html .
|
Prvý, ako je to znázornené na obrázku 1, prehliadač interpretuje tri časti adresy URL:
|
 |
| Ako je to znázornené na obrázku 2, prehliadač sa potom pomocou menového servera skonvertuje na adresu www.cisco.com na číselnú adresu IP, ktoré používa na pripojenie k serveru. |  |
| Pomocou požiadaviek HTTP prehliadač odošle serveru požiadavku GET a požiada o súbor index.html. Server, ako je znázornené na obrázku 3, odošle prehliadaču kód HTML pre túto webovú stránku. |  |
| Nakoniec, ako je znázornené na obrázku 4, prehliadač dešifruje kód HTML a naformátuje stránku pre okno prehliadača. |  |
HTTP a HTTPS
HTTP je protokol založený na procese request/respone (žiadosť/odpoveď). Keď webový prehliadač odošle požiadavku na webový server, HTTP špecifikuje typy správ použité pre túto komunikáciu. Tri bežné typy správ sú GET, POST a PUT (pozri obrázok):
|
 |
|
Aj keď je HTTP pozoruhodne flexibilný, nie je to bezpečný protokol. Správy so žiadosťami odosielajú informácie na server vo formáte obyčajného textu, ktorý je možné odchytiť a prečítať, a tým pádom môže dôjsť k narušeniu bezpečnosti prenosu údajov. Komunikácia je teda nešifrovaná. Na bezpečnú komunikáciu cez internet sa používa protokol HTTP Secure (HTTPS). |
HTTPS používa autentifikáciu a šifrovanie na zabezpečenie údajov počas ich cesty medzi klientom a serverom. Protokol HTTPS používa rovnaký proces odozvy klient-server ako HTTP, ale dátový tok je pred prenosom v sieti šifrovaný pomocou Secure Socket Layer (SSL). |
Emailové protokoly
Jednou z hlavných služieb, ktoré ponúka poskytovateľ internetových služieb, je e-mailový hosting. Aby e-mail fungoval na počítači alebo inom koncovom zariadení, vyžaduje niekoľko aplikácií a služieb, ako je to znázornené na obrázku. E-mailové správy sú uložené v databázach na poštových serveroch.
E-mailoví klienti komunikujú s poštovými servermi a odosielajú a prijímajú e-maily. Poštové servery komunikujú s ostatnými poštovými servermi a prenášajú správy z jednej domény do druhej. E-mailový klient pri odosielaní e-mailu nekomunikuje priamo s iným e-mailovým klientom. Namiesto toho sa obaja klienti pri prenose správ spoliehajú na poštový server, a komunikujú práve s ním.
E-mail podporuje fungovanie troch samostatných protokolov: Protokol Simple Mail Transfer Protocol (SMTP), Post Office Protocol (POP) a IMAP. Proces aplikačnej vrstvy, ktorá odosiela poštu, používa SMTP. Klient však prijíma e-maily pomocou jedného z dvoch protokolov aplikačnej vrstvy: POP alebo IMAP.
Operácia SMTP
Formáty správ SMTP vyžadujú hlavičku správy a samotný obsah správy. Aj keď obsah správy môže obsahovať akékoľvek množstvo textu, hlavička správy musí mať správne naformátovanú e-mailovú adresu príjemcu a adresu odosielateľa.
Keď klient odošle e-mail, proces SMTP klienta sa spojí s procesom SMTP servera na porte 25. Po vytvorení pripojenia sa klient pokúsi odoslať e-mail na server cez pripojenie. Keď server správu prijme, buď ju umiestni na lokálny účet, ak je príjemca lokálny, alebo správu preposiela na iný poštový server na doručenie, ako je to znázornené na obrázku.
Cieľový e-mailový server nemusí byť online alebo môže byť zaneprázdnený, keď sa odosielajú e-mailové správy. SMTP preto ukladá správy, ktoré sa majú odoslať neskôr. Server pravidelne kontroluje správy vo fronte a pokúša sa ich poslať znova. Ak sa správa stále nedoručuje ani po uplynutí vopred stanoveného času vypršania platnosti, vráti sa odosielateľovi s označením, že táto správa je nedoručiteľná.
Operácia POP
POP používa aplikácia na načítanie pošty z poštového servera. Pri POP sa pošta sťahuje zo servera ku klienta a potom sa odstráni na serveri. Takto pracuje POP v predvolenom nastavení.
Server spustí službu POP pasívnym načúvaním na TCP porte 110 pre požiadavky na pripojenie klienta. Ak chce klient službu využiť, odošle požiadavku na nadviazanie spojenia TCP so serverom. Po nadviazaní spojenia server POP pošle správu(pozdrav). Klient a POP server si potom vymieňajú príkazy a odpovede, až kým sa pripojenie neukončí.
V prípade POP sa e-mailové správy sťahujú do klienta a odstraňujú zo servera, takže neexistuje hlavné miesto, kde sa uchovávajú e-mailové správy. Pretože POP neuchováva správy, je nepotrebné pre malú firmu, ktorá potrebuje také hlavné úložisko pre riešenie zálohovania.
Operácia IMAP
IMAP je ďalší protokol, ktorý popisuje metódu získavania e-mailových správ. Na rozdiel od POP, keď sa užívateľ pripája k serveru, ktorý podporuje IMAP, kópie správ sa stiahnu do klientskej aplikácie. Pôvodné správy sa uchovávajú na serveri, kým sa neodstránia manuálne používateľom/prevádzkovateľom servera. Používatelia si prezerajú kópie správ v softvéri e-mailového klienta.
Používatelia môžu na serveri vytvoriť hierarchiu súborov na organizovanie a ukladanie pošty. Táto štruktúra súborov je duplikovaná aj v e-mailovom klientovi. Keď sa používateľ rozhodne správu odstrániť, server túto akciu synchronizuje a správu zo servera odstráni.
IP adressing služby
Domain Name Service
V dátových sieťach sú zariadenia označované IP adresami. Doménové mená boli vytvorené na prevod číselnej adresy na jednoduché rozpoznateľné meno. Na internete sú tieto názvy domén, napríklad http://www.cisco.com, pre ľudí oveľa ľahšie zapamätateľné ako 198.133.219.25, čo je skutočná číselná adresa tohto servera/webstránky ktorá je uložená na tom serveri. Ak sa spoločnosť Cisco rozhodne zmeniť číselnú adresu www.cisco.com, je pre používateľa priehľadná, pretože názov domény zostáva rovnaký. Nová adresa je jednoducho prepojená s existujúcim názvom domény a pripojenie je udržiavané.
Protokol DNS je teda automatická služba, ktorá porovnáva názvy domén s požadovanou číselnou sieťovou adresou. Komunikácia pomocou protokolu DNS používa jeden formát nazývaný message(správa). Tento formát správy sa používa pre všetky typy dopytov klientov a odpovedí servera, chybových správ, a prenos informácií o zázname prostriedkov medzi servermi.
DNS Message formát
Server DNS ukladá rôzne typy záznamov používaných na preklad názvov. Tieto záznamy obsahujú názov, adresu a typ záznamu. Niektoré z týchto typov záznamov sú:
- A - IPv4 adresa koncového zariadenia
- NS - Meno servea
- AAAA - IPv6 adresa koncového zariadenia
- MX - Záznam výmeny pošty
Keď klient vykoná dotaz(zadá napríkald do prehliadača adresu www.cisco.com), proces DNS servera najprv preverí svoje vlastné záznamy, aby vyriešil meno. Ak nedokáže rozlíšiť meno pomocou svojich uložených záznamov, kontaktuje ďalšie servery, aby meno vyriešili. Po nájdení zhody a jej vrátení na pôvodný žiadajúci server server dočasne uloží očíslovanú adresu v prípade, že sa znova požaduje rovnaké meno.
Klientská služba DNS na počítačoch so systémom Windows tiež ukladá predtým rozlíšené názvy do pamäte. Príkaz ipconfig/displaydns zobrazí všetky položky DNS uložené v pamäti.
DNS hierarchia
Protokol DNS používa hierarchický systém na vytvorenie databázy na zabezpečenie rozlíšenia názvu. Hierarchia vyzerá ako prevrátený strom s koreňom hore a vetvami dole (pozri obrázok). DNS používa doménové mená na vytvorenie hierarchie.
Pomenovacia štruktúra je rozdelená na malé ľahko ovládateľné zóny. Každý DNS server spravuje špecifický databázový súbor a je zodpovedný iba za správu mapovaní názvov na IP pre malú časť celej štruktúry DNS. Keď server DNS dostane žiadosť o preklad názvu, ktorý nie je v jeho zóne DNS, server DNS preposiela požiadavku na iný server DNS v rámci správnej zóny na preklad.
Rôzne domény najvyššej úrovne predstavujú typ organizácie alebo krajinu pôvodu. Príklady domén najvyššej úrovne sú: |
|
Príkaz nslookup
Pri konfigurácii sieťového zariadenia sa poskytuje jedna alebo viac adries servera DNS, ktoré klient môže použiť na rozlíšovanie názvov. Poskytovateľ internetových služieb (ISP) zvyčajne poskytuje adresy, ktoré sa majú použiť pre servery DNS. Keď používateľská aplikácia požiada o pripojenie k vzdialenému zariadeniu podľa mena, žiadajúci klient DNS požiada názov servera o preklad názvu na číselnú adresu.
Počítačové operačné systémy majú tiež nástroj s názvom nslookup, ktorý umožňuje užívateľovi manuálne zadávať dotazy na názvové servery, aby vyriešili dané meno hostiteľa. Tento obslužný program sa dá tiež použiť na riešenie problémov s prekladaním názvov a na overenie aktuálneho stavu názvových serverov.
|
Na obrázku 1, keď je vydaný príkaz nslookup, zobrazí sa predvolený server DNS nakonfigurovaný pre vášho hostiteľa. Meno hostiteľa alebo domény môžete zadať na výzvu nslookup. Obslužný program nslookup má mnoho možností na rozsiahle testovanie a overenie procesu DNS. |
 |
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
Protokol DHCP pre službu IPv4 automatizuje prideľovanie adries IPv4, masiek podsiete, brán a ďalších sieťových parametrov IPv4. Nazýva sa to dynamické adresovanie. Alternatívou dynamického adresovania je statické adresovanie. Ak používate statické adresovanie, správca siete zadáva ručne informácie o adrese IP na hostiteľoch. Keď sa hostiteľ pripojí k sieti, kontaktuje sa DHCP server a vyžiada sa adresa. Server DHCP vyberie adresu z nakonfigurovaného rozsahu adries nazývaných "pool" a priradí ju hostiteľovi.
Vo väčších sieťach alebo tam, kde sa počet používateľov často mení, sa priraďuje adresa DHCP. Namiesto statického adresovania pre každé pripojenie je efektívnejšie mať automaticky pridelené adresy IPv4 pomocou protokolu DHCP. DHCP-distribuované adresy sa prideľujú na stanovené časové obdobie. Po uplynutí platnosti pridelenia sa adresa vráti do fondu na opätovné použitie, ak bol hostiteľ vypnutý alebo odpojený od siete. Používatelia sa môžu voľne pohybovať z miesta na miesto a ľahko obnoviť sieťové pripojenia prostredníctvom DHCP.
Ako ukazuje obrázok, servermi DHCP môžu byť rôzne typy zariadení. Server DHCP vo väčšine stredných až veľkých sietí je zvyčajne lokálny server vyhradený pre počítače. V domácich sieťach sa server DHCP zvyčajne nachádza na lokálnom routeri, ktorý pripája domácu sieť k internetovému providerovi (ISP). Mnoho sietí používa DHCP aj statické adresovanie. DHCP sa používa na pridelenie adries najmä pre koncové zariadenia. Statické adresovanie sa používa pre sieťové zariadenia, ako sú default-gatewaye, switche, servery a tlačiarne.
DHCPv6 (DHCP pre IPv6) poskytuje podobné služby pre klientov IPv6. Jedným dôležitým rozdielom je, že DHCPv6 neposkytuje adresu pre default-gateway.
DHCP Proces
Ako je znázornené na obrázku, keď sa zariadenie, ktoré vyžaduje nakonfigurovať IPv4 adresu od DHCP servera, pripojí k sieti, klient vyšle správu DHCP Discover (DHCPDISCOVER) na identifikáciu všetkých dostupných serverov DHCP v sieti. Server DHCP odpovie správou DHCP offer (DHCPOFFER), ktorá ponúka klientovi IP adresu na prenájom. Ponuka správy obsahuje adresu IPv4 a masku podsiete, ktorá má byť priradená, adresu IPv4 servera DNS a adresu IPv4 predvolenej brány. Ponuka prenájmu zahŕňa aj trvanie prenájmu.
Klient môže prijímať viac správ DHCPOFFER, ak je v miestnej sieti viac ako jeden server DHCP. Preto si musí medzi nimi vybrať a odošle správu s požiadavkou DHCP (DHCPREQUEST), ktorá identifikuje explicitný server a ponuku prenájmu, ktorú klient prijíma. Klient sa tiež môže rozhodnúť požiadať o adresu, ktorú predtým server pridelil.
Za predpokladu, že adresa IPv4 požadovaná klientom alebo ponúkaná serverom je stále k dispozícii, server vráti správu o potvrdení DHCP (DHCPACK), ktorá klientovi potvrdí, že nájom bol dokončený. Ak ponuka už nie je platná, vybraný server odpovie správou DHCPNAK o negatívnom potvrdení. Ak sa vráti správa DHCPNAK, výberový proces sa musí začať znova, keď sa vysiela nová správa DHCPDISCOVER. Keď má klient nájomnú zmluvu, musí sa obnoviť pred uplynutím platnosti nájmu prostredníctvom inej správy DHCPREQUEST.
Server DHCP zaisťuje, že všetky adresy IP sú jedinečné (tú istú adresu IP nemožno priradiť dvom rôznym sieťovým zariadeniam súčasne). Väčšina poskytovateľov internetu používa DHCP na prideľovanie adries svojim zákazníkom.
DHCPv6 má podobnú sadu správ ako sú správy zobrazené na obrázku pre DHCP pre IPv4. Správy DHCPv6 sú SOLICIT, ADVERTISE, INFORMATION REQUEST a REPLY.
Služby na zdieľanie súborov
FTP - File Transfer Protocol
FTP je ďalší bežne používaný protokol aplikačnej vrstvy. FTP bol vyvinutý tak, aby umožňoval prenos údajov medzi klientom a serverom. FTP klient je aplikácia, ktorá beží na počítači, ktorý sa používa na prenášanie údajov zo servera FTP.
Ako ukazuje obrázok, na úspešný prenos údajov FTP vyžaduje dve spojenia medzi klientom a serverom, jedno pre príkazy a odpovede, druhé pre skutočný prenos súborov:
- Klient vytvorí prvé pripojenie k serveru na účely riadenia prenosu pomocou portu TCP 21, ktorý pozostáva z príkazov klienta a odpovedí servera.
- Klient vytvorí druhé pripojenie k serveru na skutočný prenos údajov pomocou portu TCP 20. Toto pripojenie sa vytvorí zakaždým, keď sa majú prenášať údaje.
Prenos údajov sa môže uskutočniť oboma smermi. Klient môže sťahovať (download) alebo nahrávať (upload) súbory na ftp server.
Server Message Block
Server Message Block (SMB) je protokol zdieľania súborov klient / server, ktorý popisuje štruktúru zdieľaných sieťových prostriedkov, ako sú adresáre, súbory, tlačiarne a sériové porty. Funguje na princípe request-response. Všetky správy SMB zdieľajú spoločný formát. Tento formát používa hlavičku s pevnou veľkosťou, za ktorou nasleduje variable-sized paramater a dáta.
Správy SMB môžu:
- Spustiť, overiť a ukončniť relácií
- Riadiť prístup k súborom a tlačiarňam
- Povoliť aplikácii odosielať alebo prijímať správy na alebo z iného zariadenia
Služby zdieľania a tlače súborov SMB sa stali oporou sietí Microsoft. Zavedením softvérového radu Windows 2000 Microsoft zmenil základnú štruktúru pre používanie SMB. Počnúc Windows2000, všetky nasledujúce produkty spoločnosti Microsoft používajú názvy DNS, čo umožňuje protokolom TCP / IP priamo podporovať zdieľanie prostriedkov SMB, ako je to znázornené na obrázku 1. Proces výmeny súborov SMB medzi počítačmi so systémom Windows je zobrazený na obrázku 2.
 Obrázok 1 |
 Obrázok 2 |
Na rozdiel od zdieľania súborov pomocou FTP, klienti vytvárajú dlhodobé pripojenie k serverom. Po nadviazaní spojenia má užívateľ klienta prístup k prostriedkom na serveri, akoby bol prostriedok lokálny pre hostiteľského hostiteľa.
Operačné systémy LINUX a UNIX tiež poskytujú spôsob zdieľania zdrojov so sieťami Microsoft pomocou verzie SMB s názvom SAMBA. Operačné systémy Apple Macintosh tiež podporujú zdieľanie prostriedkov pomocou protokolu SMB.
| Transport Layer (Prepravná vrstva) | Vytvorenie siete |
