1. תרגול 8.5 – מודל השכבות, מבוא ל-TCP/IP
הגנה במערכות מתוכנתות
תרגול 8.5 – מודל השכבות, מבוא ל-TCP/IP
הערה:
שקפים אלה אינם מהווים תחליף לחומר התרגולים המפורסם באתר הקורס, ומשמשים כעזר הוראה בלבד.

2. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
מבוא לרשתות מחשבים
מודל השכבות
מבנה חבילות
פרוטוקול שכבת הרשת – IP
פרוטוקולי שכבת התובלה – TCP ו-UDP
מעבר חבילות באינטרנט
מודל השרת לקוח
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

3. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
רשת מקומית (LAN)
Network B
Network A
gateway
אוסף מחשבים אשר מחוברים על ערוץ תקשורת משותף.
Gateways מאפשרים העברת הודעות בין הרשתות
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

4. העברת הודעות בין שני מחשבים באינטרנט
משלוח הודעות הוא משימה מורכבת, שניתן לחלק למספר תתי-משימות:
העברת החבילה בתוך רשתות מקומיות
ניתוב החבילה באינטרנט, כלומר בין רשתות שונות
העברת החבילה במחשב היעד לתהליך אליו היא מיועדת
מגבלות וכשלים עימם צריך להתמודד:
הגבלה על גודל חבילות
סדר חבילות אינו נשמר
שיבוש, אובדן או שיכפול של חבילות
דרך ההתמודדות: עבודה במודל של שכבות
כל שכבה אחראית על תת משימה אחת
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

5. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
מודל השכבות של TCP/IP
מכיל ארבע שכבות
כל שכבה אחראית לביצוע תתי משימות מוגדרות
כל שכבה במחשב אחד מנהלת דיאלוג מול השכבה המקבילה במחשב השני
שכבת האפליקציה –
Application Layer
שכבת התובלה
Transport Layer
שכבת הרשת
Network Layer
השכבה הפיזית
Network Access Layer
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

6. השכבה הפיסית – Network Access Layer
תפקיד: העברת החבילה בתוך הרשת המקומית
אמצעי: עפ"י כתובת פיסית שייחודית לכל מחשב
כתובת MAC (Media Access Control) – צרובה בכרטיס הרשת
הפרוטוקול תלוי בסוג הרשת
Ethernet
Token Ring
Wireless
וכו'
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

7. שכבת הרשת – Network Layer
תפקיד: ניתוב חבילות בין מחשבים באינטרנט
ממחשב מקור למחשב יעד, ייתכן ברשתות שונות (דרך gateways)
בנוסף אחראית על פיצול חבילות גדולות, בהתאם למגבלות הפיסיקאליות של הרשת
אמצעי: עפ"י כתובת לוגית שייחודית לכל מחשב
כתובת IP
מגבלות
unreliable – אין טיפול בשכפול או אובדן חבילות
connectionless – כל חבילה מטופלת בפני עצמה
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

8. שכבת התובלה – Transport Layer
תפקיד: תקשורת בין תהליכים
ניתוב חבילות המתקבלות במחשב היעד אל התהליך הנכון
אמצעי: עפ"י כתובת לוגית שייחודית לכל תהליך
לכל תהליך מוקצה מספר port
שני פרוטוקולים בסיסיים
TCP– מספק שירות connection-oriented ו-reliable
UDP – מספר שירות connectionless ו-unreliable
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

9. שכבת האפליקציה – Application Layer
תפקיד: תקשורת בין שתי אפליקציות ללא תלות במימוש
למשל
http
telnet
ftp
וכו'
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

10. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
מבנה חבילות
בשליחת הודעה, כל שכבה מוסיפה header
ה-header מטופל ומוסר ע"י השכבה המקבילה ביעד
Packet Sturcture
Layer
Application Data
Application Layer
TCP/UDP Header
Transport Layer IP
Header
Network Layer
MAC Header
Network Access Layer
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

11. פרוטוקול שכבת הרשת – Internet Protocol
ייעוד עיקרי: ניתוב חבילות בין מחשבים ברשתות שונות
מטפל בחבילות גדולות – fragmentation
מוודא שהחבילה לא השתבשה בדרך
אמצעי: שימוש בכתובת IP
חלוקה בין כתובת רשת וכתובת מחשב אינה קבועה
הניתוב ברשת מסתמך על כתובת הרשת
כתיב נהוג:
IP Address
32 bits
Network Address
Host Address
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

12. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
מבנה IP Header
32 bits
IP Packet
Destination Address
Identification
Ver
H.Len
ToS
Total Length
Flags
Fragment Offset
Source Address
Time to Live
Protocol
Header Checksum
Options
Padding
Data (upper layers)
Header
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

13. פרוטוקולי שכבת התובלה – TCP ו-UDP
תפקיד: תקשורת בין תהליכים
שיחה בין תהליכים נקראת session
מוגדרות שתי סדרות של port-ים
אחת עבור TCP, ואחת עבור UDP
כל אפליקציה עובדת מעל פורט מסוים
מספרי הפורטים של האפליקציות במקור וביעד יופיעו כחלק מה-header
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

14. פרוטוקול TCP (Transport Control Protocol)
תכונות:
Connection-oriented
reliable
הקשר מאותחל בלחיצת יד משולשת (3-way handshake)
הקשר נסגר על ידי לחיצת יד
לכל חבילה מצורפים מספר סידורי ומספר משוב
מספר סידורי מאפשר מעקב אחר אובדן ושכפול חבילות
מספר המשוב מיידע מה החבילה הבאה שהצד השני מצפה לה
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

15. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
אתחול קשר ב-TCP
ACK
SYN, ACK
SYN
3-way handshake
נעשה על-ידי קביעת ערכי דגלים מסוימים ב-header
Syn (synchronize)
Ack (Acknowledgement)
בכל ההודעות לאחר לחיצת היד
Syn כבוי
ACK דלוק
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

16. Acknowledgement Number
מבנה TCP Header
32 bits
TCP Packet
Window
Sequence Number
Acknowledgement Number
Source Port
Destination Port
Urgent Pointer
Checksum
H. Len
Reserved
Flags
Options
Data (upper layers)
Padding
Header
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

17. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
מבנה UDP Header
UDP Packet
32 bits
Data (upper layers)
Source Port
Destination Port
Checksum
Length
Header
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

18. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
מעבר חבילות באינטרנט
GW BC
GW AB
Network A x
Network B
Network C y
המחשב x, השייך לרשת A, מעוניין לתקשר עם מחשב y, השייך לרשת C.
אינן חיבור ישיר בין הרשתות, אך שתיהן מחוברות לרשת B.
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

19. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
מעבר חבילות באינטרנט
GW BC
GW AB
Network A x
Network B
Network C y
host x
Application ax
אפליקציה ax מכינה חבילה עבור ay, ומעבירה את החבילה לשכבת התובלה
Data
Transport Layer
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

20. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
מעבר חבילות באינטרנט
GW BC
GW AB
Network A x
Network B
Network C y
host x
Application ax
שכבת התובלה מוסיפה TCP/UDP Header לחבילה, ומעבירה את החבילה לשכבת הרשת
Transport Layer
TCP/UDP Header
Data
IP Layer
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

21. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
מעבר חבילות באינטרנט
GW BC
GW AB
Network A x
Network B
Network C y
host x
שכבת הרשת מוסיפה IP Header לחבילה, ומזהה שאת החבילות צריך להעביר דרך הנתב AB, ולכן מעבירה לשכבה הפיסית בקשה להעביר את החבילה לנתב AB.
Application ax
Transport Layer
IP Layer
Net. Access Layer
IP Header
TCP/UDP Header
Data
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

22. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
מעבר חבילות באינטרנט
GW BC
GW AB
Network A x
Network B
Network C y
host x
השכבה הפיסית מוסיפה MAC Header. כתובת היעד היא כתובתו הפיסית של הנתב AB. החבילה משודרת בערוץ המשותף.
Application ax
Transport Layer
IP Layer
Net. Access Layer
MAC Header
IP Header
TCP/UDP Header
Data
physical Line
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

23. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
מעבר חבילות באינטרנט
GW BC
GW AB
Network A x
Network B
Network C y
host x
gateway AB
השכבה הפיסית של הנתב AB מזהה שהחבילה מיועדת אליה. ה-MAC Header מוסר, והחבילה מועברת לשכבת הרשת.
IP Layer
Net. Access Layer
MAC Header
IP Header
TCP/UDP Header
Data
physical Line
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

24. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
מעבר חבילות באינטרנט
GW BC
GW AB
Network A x
Network B
Network C y
host x
gateway AB
שכבת הרשת של הנתב AB מזהה שהחבילה מיועדת ל-y, ובהתאם לטבלאות הניתוב מעבירה לשכבה הפיסית בקשה להעביר את החבילה לנתב BC.
IP Layer
Net. Access Layer
IP Header
TCP/UDP Header
Data
physical Line
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

25. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
מעבר חבילות באינטרנט
GW BC
GW AB
Network A x
Network B
Network C y
host x
gateway AB
השכבה הפיסית מוסיפה MAC Header. כתובת היעד היא כתובתו הפיסית של הנתב BC. החבילה משודרת בערוץ המשותף.
IP Layer
Net. Access Layer
MAC Header
IP Header
TCP/UDP Header
Data
physical Line
physical Line
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

26. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
מעבר חבילות באינטרנט
GW BC
GW AB
Network A x
Network B
Network C y
Gateway AB
gateway BC
השכבה הפיסית של הנתב BC מזהה שהחבילה מיועדת אליה. ה-MAC Header מוסר, והחבילה מועברת לשכבת הרשת.
IP Layer
Net. Access Layer
MAC Header
IP Header
TCP/UDP Header
Data
physical Line
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

27. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
מעבר חבילות באינטרנט
GW BC
GW AB
Network A x
Network B
Network C y
host x
gateway BC
שכבת הרשת של הנתב BC מזהה שהחבילה מיועדת ל-y, שעל-פי טבלאות הניתוב נמצא ברשת המקומית, ומעבירה לשכבה הפיסית בקשה להעביר את החבילה ל-y.
IP Layer
Net. Access Layer
IP Header
TCP/UDP Header
Data
physical Line
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

28. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
מעבר חבילות באינטרנט
GW BC
GW AB
Network A x
Network B
Network C y
host x
gateway BC
השכבה הפיסית מוסיפה MAC Header. כתובת היעד היא כתובתו הפיסית של המחשב y. החבילה משודרת בערוץ המשותף.
IP Layer
Net. Access Layer
MAC Header
IP Header
TCP/UDP Header
Data
physical Line
physical Line
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

29. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
מעבר חבילות באינטרנט
GW BC
GW AB
Network A x
Network B
Network C y
Gateway BC
host y
השכבה הפיסית של מחשב y מזהה שהחבילה מיועדת אליה. ה-MAC Header מוסר, והחבילה מועברת לשכבת הרשת.
IP Layer
Net. Access Layer
MAC Header
IP Header
TCP/UDP Header
Data
physical Line
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

30. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
מעבר חבילות באינטרנט
GW BC
GW AB
Network A x
Network B
Network C y
host x
host y
שכבת הרשת של מחשב y מזהה שהחבילה מיועדת אליה. ה-IP Header מוסר, והחבילה מועברת לשכבת התובלה.
Transport Layer
IP Layer
Net. Access Layer
IP Header
TCP/UDP Header
Data
physical Line
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

31. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
מעבר חבילות באינטרנט
GW BC
GW AB
Network A x
Network B
Network C y
host x
host y
שכבת התובלה מזהה על פי פורט היעד כי החבילה מיועדת אל האפליקציה ay, מסירה את ה-TCP/UDP Header, ומעבירה לאפליקציה את החבילה.
Application ay
Transport Layer
IP Layer
Net. Access Layer
TCP/UDP Header
Data
physical Line
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

32. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
מעבר חבילות באינטרנט
GW BC
GW AB
Network A x
Network B
Network C y
host x
host y
ay מקבלת את החבילה, ומבצעת את העיבוד הנדרש.
Application ay
Transport Layer
Data
IP Layer
Net. Access Layer
physical Line
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

33. סיכום – מעבר חבילות באינטרנט
physical line
Application ax
Transport
Layer IP
Network Access
host x
gateway AB
gateway BC
Application ay
host y
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

34. הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5
מודל שרת לקוח
מודל תקשורת נפוץ לתקשורת בין תהליכים
השרת ממתין לפניות של תהליכי לקוח
הלקוח יוזם (מאתחל) session עם השרת
לאיזה פורט צריך לשלוח את החבילות?
מספרי פורטים עד 1023 שמורים לשרתים
http – 80, telnet – 23, ...
מספרי פורטים גדולים מ-1023 מיועדים לשימוש לקוחות
בדרך כלל מוקצים דינמית ע"י מערכת ההפעלה
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5

35. מקביליות במודל שרת לקוח
האפליקציה מקבלת את כל ההודעות שנשלחו לפורט x. איך תבדיל בין הודעות שנשלחו מתהליכים שונים?
הפתרון: מנגנון של sockets
לכל קשר של האפליקציה עושים שימוש ב-socket נפרד
מוגדר ע"י החמישיה (TCP/UDP,Src. IP, Dst. IP, Src. Port, Dst. Port)
ניתן להבדיל בין אפליקציות לקוח שונות על פי כתובת ה-IP השונה
בין אפליקציות לקוח הרצות על אותו מחשב, ניתן להבדיל על פי מספרי הפורטים השונים
(c) אריק פרידמן 2007
הגנה במערכות מתוכנתות - תרגול 8.5