Data Communication and Network Networking Protocols

Protocols Protocols หมายถึง กฎระเบียบที่ใช้กำหนดวิธีการติดต่อสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ ซึ่งอาจจะเป็นเครื่องคอมพิวเตอร์ หรืออุปกรณ์สื่อสารใดๆ ผ่านระบบเครือข่าย ประเด็นสำคัญ รูปแบบการสื่อสาร (Syntax) ความหมายที่ใช้ (Semantics) จังหวะเวลา (Timing)

Protocols Type of Protocols โปรโตคอลที่ถูกกำหนดขึ้น จะใช้งานกับเครื่องคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์สื่อสารแต่ละชนิดแตกต่างกัน ซึ่งเครื่องคอมพิวเตอร์ขนาดใหญ่เช่น Mainframe กับ Desktop PC หรือเครือข่าย LAN กับ WAN ก็จะมีข้อกำหนด หรือโปรโตคอลที่ใช้งาน แตกต่างกัน โดยเราสามารถแบ่งชนิดของโปรโตคอลเป็น 2 กลุ่มคือ โปรโตคอลจัดการระดับตัวอักษร (Character-Oriented Protocols) โปรโตคอลจัดการระดับบิต (Bit-Oriented Protocols)

Protocols Character-Oriented Protocol / Character Synchronous Protocol เป็นโปรโตคอล ที่ถูกสร้างขึ้นเพื่อใช้งานบนเครื่องคอมพิวเตอร์เมนเฟรม (Mainframe) ซึ่งโปรโตคอลที่แพร่หลายและเป็นที่นิยมที่สุดในกลุ่มนี้คือ BSC หรือ BISYNC (Binary Synchronous Communication) ได้รับการพัฒนาโดย IBM โดยการใช้ตัวอักษรพิเศษกลุ่มหนึ่ง สำหรับควบคุมการทำงาน

Protocols BSC – (Binary Synchronous Communication) อักษรควบคุม ชื่อเต็ม หน้าที่ ACK Positive Acknowledgment ใช้ตอบรับข้อมูลที่ไม่มีข้อ ผิดเพี้ยน NAK Negative Acknowledgment ใช้ตอบรับข้อมูลที่พบว่ามี ข้อผิดเพี้ยน ENQ Enquiry ใช้แสดงความต้องการจะใช้ ช่องสื่อสาร DLE Data Link Escape ใช้ร่วมกับตัวควบคุมอื่นๆ SYN Synchronization ใช้สำหรับเปรียบเทียบจังหวะ การรับ-ส่งสัญญาณ STX Start of Text ใช้แสดงจุดเริ่มต้นของข้อมูล SOH Start of Header ใช้แสดงจุดเริ่มต้นของส่วนควบคุม ETX End of Text ใช้แสดงจุดสิ้นสุดของข้อมูล ETB End of Block ใช้แสดงจุดสิ้นสุดของ Block EOT End of Transmission ใช้แสดงความต้องการสิ้นสุด หรือยกเลิกการสื่อสาร

Protocols BSC – (Binary Synchronous Communication) Sending Computer Receiving Computer B C E O T E T X E T B Data S T X S Y N S Y N S Y N BCC = Block Check Character มีไว้เพื่อตรวจสอบข้อผิดพลาดในการส่งข้อมูล

Protocols Bit-Oriented Protocol เป็นโปรโตคอล ที่มีการจัดการในระดับบิต โดยการทำงานจะรวมข้อมูลจริงและตัวควบคุมเข้าด้วยกัน เป็นโครงสร้างที่เรียกว่า เฟรม (Frame) แต่ละส่วนของเฟรมจะถูกกำหนดรายละเอียดโครงสร้างไว้อย่างชัดเจนเพื่อให้สามารถดึงส่วนต่างๆ ไปใช้ได้อย่างถูกต้อง ตัวอย่างโปรโตคอลในกลุ่มนี้ เช่น SDLC – Synchronous Data Link Control โดย IBM HDLC – High-Level Data Link Control โดย ISO standard BDLC – Burroughs Data Link Control โดย Unisys (Burroughs) Etc.

Protocols HDLC – (High-Level Data Link Control) จุดเริ่มต้นเฟรม Flag Network Address Control Data Data FCS Flag 8 bits 8 bits 8 bits n bits 16 bits 8 bits Flag ข้อมูลควบคุมเพื่อแสดงขอบเขตของเฟรม มีค่า 01111110 Address หมายเลขที่อยู่ของผู้รับข้อมูลบนเครือข่าย Data ข้อมูลที่ต้องการส่ง FCS Frame Check Sequence Control ใช้เพื่อการควบคุมข้อมูลที่อยู่ในเฟรม มี 3 รูปแบบ

Protocols N(S) P/F N(R) Information Format ใช้ในกรณีการรับส่งข้อมูล HDLC – (High-Level Data Link Control) Control data – 8 bits N(S) P/F N(R) 1 2, 3, 4 5 6, 7, 8 Information Format ใช้ในกรณีการรับส่งข้อมูล N(S) - หมายเลขเฟรมที่ส่ง N(R) - หมายเลขเฟรมที่รับ P/F - Poll/Final Network Address Flag Data Control FCS 8 bits 16 bits n bits

Protocols 1 0 P/F N(R) Supervisory Format ใช้ในการควบคุม Link HDLC – (High-Level Data Link Control) Control data – 8 bits 1, 2 3, 4 5 6, 7, 8 1 0 Supervisory Codes P/F N(R) Supervisory Format ใช้ในการควบคุม Link Supervisory Codes - รหัสควบคุม N(R) - หมายเลขเฟรมที่รับ P/F - Poll/Final Network Address Flag Data Control FCS 8 bits 16 bits n bits

Protocols 1 1 P/F Unnumbered Format ใช้ในการ Connect / Disconnect HDLC – (High-Level Data Link Control) Control data – 8 bits 1, 2 3, 4 5 6, 7, 8 1 1 Unnumbered Codes P/F Unnumbered Codes Unnumbered Format ใช้ในการ Connect / Disconnect Unnumbered Codes - รหัสควบคุม P/F - Poll/Final Network Address Flag Data Control FCS 8 bits 16 bits n bits

Protocols Bit Staffing Technique เป็นไปได้หรือไม่ที่ข้อมูลที่ส่ง จะมีหน้าตาเหมือนกับ Flag (0160) คำตอบคือ เป็นไปได้ วิธีการแก้ไข ในกรณีเช่นนี้ เรียกว่า Bit Staffing คือถ้าพบว่าในส่วนของข้อมูลมี “1” เรียงติดกัน 5 ตัวเมื่อไร เราจะใส่ “0” ต่อทันที แล้วจึงค่อยนำข้อมูลใน bit ถัดไปมาต่อ ฉะนั้นจึงไม่มีโอกาสใดเลย ที่ส่วนของข้อมูลจะมีหน้าตาเหมือนกับ Flag อีก

Protocols Sample of Bit Staffing Technique ถ้าต้องการส่งข้อมูล 0 16 0 0 15 0 0 1 0 ข้อมูลที่ส่งจริงคือ 0 15 0 1 0 0 15 0 0 0 1 0 “0” ส่วนที่เพิ่มเข้ามาตามข้อกำหนด ตอนรับข้อมูล ผู้รับจะต้องตัด “0” ที่ถัดจากข้อมูลที่มี “1” ติดกัน 5 ตัว ออกก่อน จึงจะได้เป็นข้อมูลที่แท้จริง

Protocols H.323 Protocol เป็นโปรโตคอลที่ใช้ในเครือข่ายแบบ Packet Switched Network สำหรับการส่งข้อมูลทุกชนิดแบบ Real-Time โดยการส่งข้อมูลจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งจะใช้วิธีการแบ่งข้อมูลออกเป็นส่วนๆ ที่มีขนาดเล็ก เรียกว่า Packet เพื่อส่งไปยังเป้าหมาย D 1 3 4 2 7 5 6 F E A B Audio Codec Video Packet-Switched Network Using H.323 for multimedia presentation

Protocols

Transmission Control Protocol & Internet Protocol TCP/IP Protocols Transmission Control Protocol & Internet Protocol มาจากการศึกษาวิจัยที่ได้รับทุนจากกระทรวงกลาโหม ของสหรัฐอเมริกา ประมาณปี ค.ศ. 1969 ( เกิดก่อน OSI Model ) จุดประสงค์เพื่อต้องการเชื่อมโยงเครือข่ายระหว่างมหาวิทยาลัยต่าง ๆ ตลอดจนหน่วยงานต่างๆ ของรัฐ เพื่อแลกเปลี่ยนข้อมูลข่าวสารระหว่างกันเช่น Email , File transfer เป็นต้น เรียกโครงการนี้ว่า ARPANET (Advance Research Project Agency Network) การรับส่งข้อมูลต้องสามารถรับ-ส่งข้อมูลสำหรับต่างเครื่องต่างยี่ห้อกันได้ (เช่น Unisys , IBM, DEC เป็นต้น )

FTP, Telnet, HTTP, SMTP, SNMP, DNS, etc. TCP/IP Protocols เปรียบเทียบแบบอ้างอิงระหว่าง OSI Model กับ TCP/IP OSI Reference Model TCP/IP 7 Application FTP, Telnet, HTTP, SMTP, SNMP, DNS, etc. 6 Presentation 5 Session 4 Transport TCP UDP 3 Network Internet ICMP, IGMP, IP ARP, RARP 2 Data link Network Access Not Specified 1 Physical

การส่งผ่านข้อมูลตามลำดับชั้นต่างๆ TCP/IP Protocols การส่งผ่านข้อมูลตามลำดับชั้นต่างๆ

ตัวอย่างการส่งผ่านข้อมูลผ่านเครือข่าย Internet TCP/IP Protocols ตัวอย่างการส่งผ่านข้อมูลผ่านเครือข่าย Internet

Protocols ที่ใช้ในระดับต่างๆ ของ TCP/IP Model TCP/IP Protocols Protocols ที่ใช้ในระดับต่างๆ ของ TCP/IP Model OSI Model Layer Protocol Description Application HTTP Controls delivery of Web pages to Web browser POP3 Provides storage and forwarding of e-mail SMTP Sends e-mail between mail servers on an IP network IMAP4 Provides POP3 services, and remote user access to mail server FTP Enables file upload/download between computers

TCP/IP Protocols การทำงานของโปรแกรมในระดับ Application ผ่าน Logical Port Address Client/Server applications use logical port addressing to connect with specific applications across an IP network There are 65,536 logical ports available on an IP network

E-Mail Protocols The mail client and mail server can exchange information with each other using a variety of protocols. IMAP Protocol Internet Message Access Protocol POP3 Protocol Post Office Protocol 3 SMTP Protocol Simple Mail Transfer Protocol MIME Multipurpose Internet Mail Extensions HTTP Protocol The HTTP protocol is not a protocol dedicated for email communications, but it can be used for accessing your mailbox

E-Mail Protocols E-Mail system

E-Mail Protocols IMAP (Internet Message Access Protocol) เดิมชื่อว่า Interactive Mail Access Protocol ออกแบบโดย Mark Crispin ในปี 1981 เวอร์ชันล่าสุดคือ IMAP4 เป็นมาตรฐานโปรโตคอล สำหรับการ เข้าถึง e-mail จากเครื่อง local service โดย IMAP เป็นโปรโตคอลแบบ Client/Server ซึ่ง e-mail จะถูกเก็บไว้ในเครื่องแม่ข่าย ผู้ใช้สามารถเรียกดู หัวข้อจดหมาย สร้าง ลบ หรือค้นหา และอื่นๆใน Mail Box บนเครื่อง Server ได้ตลอดเวลา IMAP4 works over a TCP/IP connection using network port 143.

E-Mail Protocols POP3 (Post Office Protocol 3) เป็นโปรโตคอลแบบ Client/Server ที่ใช้ในการรับส่ง Email เช่นเดียวกับ IMAP ซึ่งจะทำงานในลักษณะ Store and Forward คือ Email ที่ได้รับจะถูกเก็บไว้ที่ เครื่อง Server เพียงระยะเวลาหนึ่ง เมื่อมีความต้องการอ่าน Mail ระบบจะทำ การส่งข้อมูลของ Mail มายังเครื่อง Client และลบข้อมูลบน Server ออก ดังนั้น เราสามารถอ่าน Mail ของเราหลังจากดึงข้อมูลเสร็จแล้ว ได้โดยไม่ต้อง เชื่อมต่อ Internet POP3 works over a TCP/IP connection using network port 110.

E-Mail Protocols POP3 - Dialog Example S: <wait for connection on TCP port 110> C: <open connection> S: +OK POP3 server ready <abc@ku.ac.th> C: APOP username c4c9334bac560ecc979e58001b3e22fb S: +OK username's maildrop has 2 messages (320 octets) C: STAT S: +OK 2 320 C: LIST S: +OK 2 messages (320 octets) S: 1 120 S: 2 200 S: . C: RETR 1 S: +OK 120 octets S: <the POP3 server sends message 1> C: DELE 1 S: +OK message 1 deleted C: RETR 2 S: +OK 200 octets S: <the POP3 server sends message 2> S: . C: DELE 2 S: +OK message 2 deleted C: QUIT S: +OK dewey POP3 server signing off (maildrop empty) C: <close connection> S: <wait for next connection>

E-Mail Protocols POP3 - Dialog Example Older POP3 servers without APOP accept a plain USER and PASS login: C: USER username S: +OK User Accepted C: PASS password S: +OK Pass Accepted

E-Mail Protocols SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) เป็นโปรโตคอลที่ใช้โดย MTA (Mail Transfer Agent) สำหรับการส่ง Mail ไปยัง Mail Server ของผู้รับ ซึ่งโปรโตคอลนี้ใช้เพื่อการส่ง Mail ระหว่าง Host-to-Host เท่านั้น ใช้การติดต่อผ่าน TCP Port 25

E-Mail Protocols SMTP - Dialog Example S: 220 www.example.com ESMTP Postfix C: HELO mydomain.com S: 250 Hello mydomain.com C: MAIL FROM:<sender@mydomain.com> S: 250 Ok C: RCPT TO:<friend@example.com> C: DATA S: 354 End data with <CR><LF>.<CR><LF> C: Subject: test message C: From: sender@mydomain.com C: To: friend@example.com C: C: Hello, This is a test. C: Goodbye. C: . S: 250 Ok: queued as 12345 C: QUIT S: 221 Bye

E-Mail Protocols MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions) MIME defines mechanisms for sending other kinds of information in e-mail, including text in languages other than English using character encodings other than ASCII as well as 8-bit binary content such as files containing images, sounds, movies, and computer programs.

E-Mail Protocols

E-Mail Protocols MIME – Sample Message Content-type: multipart/mixed; boundary=“myseparator" MIME-version: 1.0 This is a multi-part message in MIME format. --myseparator Content-type: text/plain This is the body of the message. Content-type: text/html; encoding=UTF-8 Content-transfer-encoding: base64 PGh0bWw+CiAgPGhlYWQ+CiAgPC9oZWFkPgogIDxib2R5PgogICAgPHA+VGhpcyBpcyB0aGUg Ym9keSBvZiB0aGUgbWVzc2FnZS48L3A+CiAgPC9ib2R5Pgo8L2h0bWw+Cg== --myseparator--

E-Mail Protocols SMTP - Dialog with MIME Example (1)

E-Mail Protocols SMTP - Dialog with MIME Example (2) บรรทัดแรกซ้ำกับบรรทัดสุดท้ายในหน้าก่อน

File Transfer Protocol FTP – File Transfer Protocol โพรโตคอล FTP เป็นโพรโตคอลสำหรับการถ่ายโอนไฟล์ระหว่างสองเครื่องผ่านเครือข่าย การใช้งานโพรโตคอล FTP ต้องมีการระบุ ชื่อหรือที่อยู่ของ FTP server พร้อมทั้งชื่อ login & password สำหรับการเข้าถึงข้อมูล server ปลายทาง โพรโตคอล FTP สร้างการเชื่อมต่อ 2 ทางคือ การเชื่อมต่อสำหรับการควบคุมการถ่ายโอนไฟล์ (Control Connection) การเชื่อมต่อสำหรับถ่ายโอนข้อมูลหรือไฟล์ (Data Connection)

File Transfer Protocol FTP – File Transfer Protocol คำสั่งของ FTP ได้แก่ USER username, PASS password, LIST, RETR filename, STOR filename ตัวอย่างการตอบกลับจาก server 331 Username OK, password required 125 Data connection already opened; transfer starting 425 Can’t open data connection 452 Error writing file

Protocols ที่ใช้ในระดับต่างๆ ของ TCP/IP Model TCP/IP Protocols Protocols ที่ใช้ในระดับต่างๆ ของ TCP/IP Model OSI Model Layer Protocol Description Transport TCP Connects two computers, transmits data packets, verifies data delivery UDP Sends data in packets, no data verification TCP setups a connection and sends acknowledgment, UDP does not. UDP can move data faster but TCP guarantees delivery.

Transmission Control Protocol (TCP) Protocols Transmission Control Protocol (TCP) Protocol at the Transport layer that is Connection Oriented and Guarantees delivery of packets. Three-ways handshake: A three step conversation initiated by TCP to set up a connection between hosts.

Protocols Three-ways handshake: Harry is any host computer Wally is a Web Server

Three-ways handshake: Protocols Three-ways handshake:

After three-ways handshake: Protocols After three-ways handshake:

Protocols TCP Header structure

TCP Header Structure Description Protocols TCP Header Structure Description Source port หมายเลข Port ต้นทาง ของผู้ส่ง Destination port หมายเลข Port ของผู้รับปลายทาง Sequence No. ฟิลด์ที่ระบุหมายเลขลำดับอ้างอิงในการส่งข้อมูล แต่ละครั้ง เพื่อใช้ในการแยกแยะ และจัดลำดับ Acknowledgment No. ใช้ในการตอบรับ Data Offset ระบุความยาวของ Header หรือบอกตำแหน่ง เริ่มต้นของส่วน Data Reserved ไม่มีการใช้งาน Flags [ URG,ACK,PUSH,RESET,SYN,FIN ] URG ใช้แสดงในความหมายว่าเป็นข้อมูลเร่งด่วน ACK ให้ใช้ข้อมูลในส่วนของ Acknowledgment No. ได้ PSH เป็นการแจ้งผู้รับว่าให้ส่งข้อมูล Segment นี้ไปให้กับผู้รับ ที่กำลังรออยู่ RST ยกเลิกการติดต่อ SYN ใช้ในการเริ่มต้น ติดต่อกับปลายทาง FIN ใช้เพื่อแจ้งปลายทาง ถึงการยุติการติดต่อ

TCP Header structure description (cont.) Protocols TCP Header structure description (cont.) Window ตัวเลขที่ผู้ส่งใช้ระบุถึงชุดของข้อมูล ซึ่งสัมพันธ์ กับค่าของฟิลด์ Acknowledgment No. Checksum ค่าที่ได้จากการคำนวณ เพื่อใช้ในการตรวจสอบ ความถูกต้องของข้อมูล Urgent Pointer ใช้เมื่อ Flags มีค่าเป็น URG Data ข้อมูลที่จะส่ง

Protocols TCP/IP – 2 protocols Process-to-Process Host-to-Host

User Datagram Protocol (UDP) Protocols User Datagram Protocol (UDP) Protocol at the Transport layer that is Connectionless Non-Guarantees communication. Does not set up a connection and does not use acknowledgments.

Protocols UDP Communication

UDP Header structure Protocols Source port หมายเลข Port ต้นทาง ของผู้ส่ง Destination port หมายเลข Port ของผู้รับปลายทาง Length ความยาวของข้อมูลที่ทำการส่ง (ขนาด 8 bytes เป็นอย่างน้อย) Checksum ค่าที่ได้จากการคำนวณ เพื่อใช้ในการ ตรวจสอบความถูกต้องของข้อมูล Data ข้อมูลที่จะส่ง Header อย่างเดียวมี 64 bits

Protocols ที่ใช้ในระดับต่างๆ ของ TCP/IP Model TCP/IP Protocols Protocols ที่ใช้ในระดับต่างๆ ของ TCP/IP Model OSI Model Layer Protocol Description Network or Internet IP Transmits data packets, routes over intranet/Internet, assembles at destination ARP Identifies host computer, converts IP address to MAC address Reverse ARP Converts MAC address to IP address ICMP Reports transmission errors to routers and host computers

IP – Internet Protocol Protocols IP Protocol ทำหน้าที่จัดการเกี่ยวกับ การรับส่งแพ็กเก็ต (Packet) ซึ่งเป็นหน่วยข้อมูลที่รับมาจากโพรโตคอลที่อยู่ชั้นที่สูงกว่า IP จะรับผิดชอบในการจัดเส้นทาง (Routing) ให้แพ็กเกจส่งไปยังเครือข่ายที่โฮสต์นั้นอยู่โดยใช้เราเตอร์ในการเชื่อมต่อเครือข่าย โพรโตคอล IP ให้บริการการเชื่อมต่อแบบ Connectionless มีความเชื่อถือน้อย เนื่องจากไม่มีการสร้างการเชื่อมต่อก่อนที่จะทำการรับส่งข้อมูล ในการส่งข้อมูลแต่ละครั้ง ผู้ส่งจะไม่ทำการติดต่อ ผู้รับปลายทางเพื่อตกลงเกี่ยวกับการรับส่งข้อมูลก่อน แต่ผู้ส่งจะทำการส่งแพ็กเก็ตออกไปทันที โดยคาดหวังว่าผู้รับปลายทางจะได้รับแพ็กเก็ตนั้น แพ็กเก็ตที่ถึงปลายทางอาจไม่เรียงลำดับหรือมีการซ้ำกันหรือมาถึงล่าช้าได้ การแก้ปัญหาจะเป็นหน้าที่ของโพรโตคอลในชั้นทีสูงกว่ารับผิดชอบ

IP Header structure (IPv4) Protocols IP Header structure (IPv4) The Header consists of 13 fields, of which only 12 are required.

ARP – Address Resolution Protocol Protocols ARP – Address Resolution Protocol เป็นโปรโตคอล ที่ถูกใช้เมื่อต้องการข้อมูล MAC Address ของเครื่องปลายทาง ในขณะที่ต้องการส่งข้อมูล โดยเริ่มจาก ผู้ส่งทำการตรวจสอบในตารางข้อมูล ARP ของตนเอง หากไม่พบข้อมูล MAC Address ของปลายทาง ก็จะส่งคำร้องขอ (ARP Request) กระจายออกไป จากนั้นเครื่องต่างๆ ที่ได้รับจะทำการตรวจสอบ IP Address ที่ส่งมาว่าใช่ตนหรือไม่ หากใช่ ก็จะตอบกลับ (ARP Reply) ไปยังผู้ร้องขอ พร้อมกับหมายเลข MAC Address ของตนเอง

Protocols ARP Request Whoever is 209.132.94.101, I need your hardware address1 My IP address is 209.132.94.100 and my hardware address is 00:10:4B:74:91:12

Protocols ARP Reply Hey 209.132.94.100 with the hardware address of 00:10:48:74:91:12, I am 209.132.94.101 and my hardware address is 00:10:4B:6F:B3:92

RARP – Reverse Address Resolution Protocol Protocols RARP – Reverse Address Resolution Protocol โพรโตคอล RARP (Reversed ARP) เป็นโพรโตคอลที่ทำหน้าที่ตรงกันข้ามกับโพรโตคอล ARP คือจะช่วยโฮสต์ค้นหาหมายเลข IP Address ปลายทาง เมื่อโฮสต์ดังกล่าวรู้เพียงหมายเลข MAC Addressแต่ไม่รู้หมายเลข IP

ARP Conversation Captured Protocols ARP Conversation Captured ส่ง ARP Reply โดยใช้เครื่องมือช่วย อะไรคือ Man in the middle with ARP Poisoning

Questions & Answers Q&A