NÄTVERKSPROTOKOLL Föreläsning

En presentation över ämnet: "NÄTVERKSPROTOKOLL Föreläsning"— Presentationens avskrift:

1 NÄTVERKSPROTOKOLL Föreläsning 2 - 2.9.2008
INNEHÅLL - OSI modellen - Protokollfamiljen TCP/IP - Protokoll på fysiska skiktet: Ethernet - Protokoll på länskiktet: Ethernet, CSMA/CD, PPP - Protokoll på nätverksskiktet: IP

2 OSI modellen Utarbetad av en komitté sammansatt av ISO (International Standards Organization) år 1983 Beskriver hur olika informationssystem skall kopplas ihop Främst avsedd för undervisning och datavetenskap Är en arkitektur indelad i 7 nivåer/skikt (eng. Layers)‏ Varje skikt tilldelas en specifik uppgift.

3 OSI modellen Grundprincipen är att skikt n producerar tjänster för skikt n+1 och använder tjänster från skikt n-1 Fysiska skiktet (eng. Physical Layer)‏ Sköter transmission av bitar över en kommunikationskanal Definierar överföringens mekaniska, fysiska och funktionella egenskaper Länksskiktet (eng. Data Link Layer)‏ Hanterar felfri överföring mellan två punkter i nätet Nätskiktet (eng. Network Layer)‏ Hanterar virtuella förbindelser via paketförmedling Etablerar, upprätthåller och avslutar nätverkskommunikation Sköter utformning av själva paketet

4 OSI modellen Grundprincipen är att skikt n producerar tjänster för skikt n+1 och använder tjänster från skikt n-1 Transportskiktet (eng. Transport Layer)‏ ”end-to-end” Delar upp datamängden från högre skikt i mindre enheter Flödeskontroll, t.ex. En snabb enhet får inte överta rollen av en långsam enhet Sessionsskiktet (eng. Session Layer)‏ Kontrollerar dialogen mellan enheter, t.ex. Användning av duplex- eller halvduplexmod Synkronisering, t.ex. Avbrott vid överföring av stora filer Säkrar förbindelsen mellan enheter, avslutar förbindelsen och lösgör resurser

5 OSI modellen Grundprincipen är att skikt n producerar tjänster för skikt n+1 och använder tjänster från skikt n-1 Presentationsskiktet (eng. Presentation Layer)‏ Beskriver i vilken form informationen skall framföras mellan enheterna, t.ex. Val av kod Hanterar förekomsten av kodning Tillämpningsskiktet (eng. Application Layer)‏ Utgör det slutliga snittet mot användaren, fungerar som en virtuell nätverksterminal Beskriver funktioner för hantering av applikationsprogram, t.ex. e-post

6 OSI modellen Exempel på hur datatransmission sker i OSI-modellen

7 OSI modellen OSI-modellen jämfört med ”verkligheten”

8 Protokollfamiljen TCP/IP
TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) är liksom OSI-modellen en arkitektur för datakommunikation över nätverk med en skiktad struktur TCP/IP innehåller endast fyra skiktt Länkskiktet Internetskiktet Transportskiktet Applikationsskiktet TCP/IP kan också ses som en samling protokoll för kommunikation över Internet

9 Protokollfamiljen TCP/IP
Exempel på TCP/IP kommunikation hittas vid följande adress: (kolla endast scen 1)‏

10 Protokollfamiljen TCP/IP
Exempel på protokoll på olika skikt i TCP/IP protokollstacken

11 Fysiska skiktet Det fysiska skiktet beksriver den fysiska anslutningen mellan olika nätverksenheter Standarder och protokoll på detta skikt beskriver de mekaniska, elektriska och funktionella egenskaperna Dvs. Protokoll på den här nivån sköter i första hand om att enheterna är elektriskt kompatibla med varandra Exempel på protokoll/standarder på denna nivå är: CAT5 RJ45 Ethernet

12 Ethernet Är en familj tekniker för datorkommunikation i lokala nätverk
Konstruerades ursprungligen av Xerox Corporation år 1976 Är standardiserat av IEEE och kallas även IEEE 802.3 Ethernet befinner sig i både första (fysiska) och andra (länk) skiktet i OSI modellen Standarderna inom Ethernet/IEEE anger signalering över olika transmissionsmedia

13 Ethernet Ethernet använde till en början (under 80-talete) främst koaxialkabel som medium och hade en överföringshastighet på 10Mbit/s Två olika typer av koaxialkabel användes 10Base5 (”tjock koax”, 1cm i diam, avstånd på 1000m)‏ 10Base2 (”tunn koax”, 5mm i diam, avstånd på 185m)‏ Den vanligaste typen av kablar inom Ethernet idag är partvinnad kabel med RJ-45 kontakter. Olika standarder baserda på dessa media är: 10BaseT - 10Mbps 100BaseTX - 100Mbps 1000BaseT – 1Gbps 10GBaseT – 10 Gbps

14 Ethernet Förutom kablar och kontakter förekommer även följande utrustning på Ethernet Repeaters – signalförstärkare som jobbar på OSI-nivå 1, numera föråldrad teknik inom Ethernet Hubar – multiports signalförstärkare som jobbar på OSI-nivå 1, används idag väldigt sällan. Bryggor – Signalförstärkare med förmedling av ramar, jobbar på OSI-nivå 2 (länkskiktet)‏ Switchar – Signalförstärkare som jobbar på OSI-nivå 2, länkskiktet Routrar – Enheter som används för vägaval/ruttval över Internet, Jobbar på OSI-nivå 3, nätverksnivån

15 Länkskiktet Länkskiktet har massor med uppgifter att utföra, bl.a.
Bestämma hur bitarna i det fysiska skiktet grupperas till ramar (eng. frames)‏ Upptäcka och korrigera transmissionsfel Regulera informationsflödet så att långsamma enheter hinner med Synkronisera sändare och mottagare Protokollfamiljen IEEE 802 indelar länkskiktet i OSI i två underskikt: LLC-skikt (LLC = Logical Link Control)‏ MAC-skikt (Media Access Control)‏

16 Länkskiktet Orsaken till två underskikt är att det finns två olika typer av dataöverföringar Punkt till punkt (Eng. Point-to-point)‏ Broadcast Punkt till punkt betyder att informationen går från källan till destinationen genom ett antal noder men nodernas uppgift är att transportera informatioen till källan (t.ex. E-post)‏ Broadcast betyder att informationen kan gå till alla enheter som nås från källan

17 Länkskiktet Protokoll som jobbar på länkskiktet och på LLC nivå är bl.a. HDLC (High Level Data Link Control)‏ PPP (Point to Point Protocol)‏ Protokoll som jobbar på länkskiktet och på MAC nivå är bl.a. Ethernet CSMA/CD MACA

18 Mera om Ethernet Som tidigare nämnts jobbar Ethernet på de två första nivåerna i OSI modellen: fysiska skiktet och länkskiktet Ethernet består av tre grundelement Fysiskt medium som används för transporten av signalerna (fysiska skiktet, behandlades tidigare)‏ En uppsättning regler som bestämmer hur datorns Ethernet- gränssnitt skall bete sig De standardiserade Ethernetramarnas utseende Funktionssättet i ethernet bygger på CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect)‏

19 CSMA/CD CSMA/CD används av Ethernet för att sköta delningen av kommunikationskanaler och för att se till att inte datakollisioner uppstår CSMA/CD behövs i nätverk där man använder sej av delade transmissionsmedier, bl.a. Bussnät och Stjärnnät uppbyggt med hubbar I det stora hela fungerar CSMA/CD så här: (se följande sida)‏

20 CSMA/CD HUVUDPROCEDUR 1. En ram är redo för sändning
2. Är transmissionsmediet ledigt? Om inte vänta på att det blir ledigt 3. Skicka dataramen 4. Uppstod det en kollision? Om så är fallet, gå till kollisionsupptäckningsproceduren (eng. Collision detected procedure)‏ KOLLISIONSDETEKTERINGSPROCEDUR 1. Skickar en s.k. ”jam-signal” för att försäkra att alla andra enheter i nätet också har detekterat kollisionen (för att undvika ytterligare kollisoiner)‏ 2. Inkrementerar ”retransmission counter”

21 CSMA/CD 3. Var det maximala antalet ”retransmissions” (16) uppnått? Om så är fallet, avsluta transmissionen 4. Beräkna och vänta en slumpmässig tid ”backoff period” 5. Återgå till skede 1 i huvudproceduren CSMA/CD används inte längre i 10 Gigabit Ethernet p.g.a att där krävs att switchar ersätter alla hubbar och repeaters 10 Gigabit Ethernet är även baserat på Full duplex Ethernet vilket innebär att data skickas och tas emot på olika trådar => kollission är praktiskt taget omöjligt

22 Ethernet - ramar På fysiska skiktet består informationen som flöder genom t.ex. en nätverkskabel av bitsekvenser, t.ex. ( )‏ På länkskiktet delas informationen som skickas upp i ramar I Ethernet ser en ram ut enlig följande

23 Ethernet - ramar Förklaringar på bilden på föregående sida:
Preamble (Synkroniseringsfält) 7 byte där varje oktett innehåller 1010 Sändaren och mottagaren synkroniseras med en 10 Mhz pulsvåg i 5.6 mikrosekunder m.h.a. Detta fält Start-of-Frame-Delimiter (startfält)‏ 1 byte med innehållet Används för ett beteckna var ramen börjar MAC destination (destinationsadress)‏ Anger MAC adressen till mottagaren, dvs. Ethernet hårdvaruadressen Kan vara 2 eller 6 oktetter (16 eller 48 bitar)‏

24 Ethernet - ramar Förklaringar på bilden på slide 22 forts...:
MAC source (källadressen)‏ Anger adressen till avsändaren 2 eller 6 oktetter lång den första biten om adressen är ordinär eller en gruppadress Den andra biten anger om adressen är lokal eller global (Gäller både MAC source och MAC destination)‏ De övriga 46 bitarna kan användas för adressering (Gäller både MAC source och MAC destination)‏ Length Anger hur många byte själva datafältet innehåller

25 Ethernet - ramar Förklaringar på bilden på slide 22 forts...:
Payload (datafältet)‏ oktetter Om datafältet är för litet (mindre än 46 oktetter) används en del av datafältet som utfyllning. Detta område kallas ”pad” och består av 0-46 bytes CRC32 CRC = Cyclic Redundance Check Algoritm för att upptäcka fel

26 PPP Är ett datalänkprotkoll som vanligen används för att sätta upp en direkt kontaktlänk mellan två noder över en seriell kabel. I praktiken används PPP ofta för att transportera TCP/IP kommunikation över telefonkablar Många Internet operatörer använder PPP för att kunder skall via ett modem kunna få igång en ”dial-up” anslutning till Internet (t.ex. ADSL)‏ Består av tre komponenter HDLC (High-Level Data Link Control)‏ LCP (Link Control Protocol)‏ NCP (Network Control Protocol)‏

27 PPP Är ett datalänkprotkoll som vanligen används för att sätta upp en direkt kontaktlänk mellan två noder över en seriell kabel. I praktiken används PPP ofta för att transportera TCP/IP kommunikation över telefonkablar Många Internet operatörer använder PPP för att kunder skall via ett modem kunna få igång en ”dial-up” anslutning till Internet (t.ex. ADSL)‏ Består av tre komponenter HDLC (High-Level Data Link Control)‏ LCP (Link Control Protocol)‏ NCP (Network Control Protocol)‏

28 PPP HDLC används för att ”kapsla” in data under transmissionen
LCP hanterar konfigurering, uppkoppling och test av datalänkförbindelsen NCP används för konfigurering och uppkoppling i nätverksskiktet (nivå 3 i OSI modellen) vilket betyder att bl.a. TCP/IP kan användas över samma förbindelse

29 PPP PPP protokollet fungerar i stora drag enligt följande (Anta att en PC görs till en temporär värddator (host) på internet): PC ringer upp operatörens routerdator och den fysiska uppkopplingen görs PC datorn sänder en rad LCP paket via PPP ramens informationsfält (payload), med hjälp av dessa väljs parametrarna för PPP En serie NCP paket sänds för att konfigurera nätverskprotokollet, PC datorn behvöer en IP adress och den ges dynamiskt för den tdi som den behövs PC-datorn kan nu sända och ta emot IP paket som vilken dator som helst på Internet Efter användning kopplas nätverksförbindelsen ned och IP adressen frigörs LCP kopplar bort datalänken och modemenheten kopplas bort

30 Nätverksskiktet Nätverksskiktets uppgift är att överföra information (i paket) från källan till destinationen via t.ex. Ett flertal routrar Paketet bär med sej en adress som avgör i vilken riktning paketet skall skickas Ett typsikt protokoll som fungerar på nivå 3 är IP (Internet Protocol)‏

31 IP (Internet Protocol)‏
Är ett protokoll som används för kommunikation över ett s.k. paketförmedlande nätverk ”packet-switched networks” genom att använda protokollfamiljen TCP/IP Med paketförmedlande nätverk menas nätverk där data sänds från sändare till mottagare i diskreta datapaket Vägen varje paket tar behöver inte vara densamma som det tidigare sända paketet mellan samma sändare och mottagare Motsatsen till paketförmedlande nätverk är kretskopplade nätverk där signaler mellan två abonnenter går via en uppkopplad kanal med konstant tidsfördröjning och banbredd.

32 IP (Internet Protocol)‏
Paketförmedlade nätverk kan jämföras med postens sätt att hantera paket! Digitala meddelanden som skickas över ett paketförmedlande nätverk hanteras på likande sätt: De delas upp i mindre bitar och förses med ett omslag eller ”header” som berättarpaketets storlek, avsändar- och mottagaradress, prioritet osv. Kretskopplade nätverk kan jämföras med tågtrafik!

33 IP (Internet Protocol)‏
IP är det viktigaste protokollet på Näterksskiktet Har som uppgift att förmedla ett datapeket från en källvärd (source host) till destinationsvärden (destination host) på basen av dess adress. Definierar adresseringsmetoder och strukturer för inkapsling av paket Finns två versioner av IP IPv4 (Internet Protocol version 4)‏ Ipv6 (Internet Protocol version 6)‏

34 IP (Internet Protocol)‏
IPv4 är fortfarande dominant på internet Ett väsentligt problem med Ipv4 är dock dess begränsade mängd med adresser, dvs. IP-adresser Främst av den orsaken har Ipv6 utvecklats och förväntas ta över på Internet inom en snar framtid

35 IPv4-adressering En IP-adress är en unik logisk adress som elektroniska maskiner för tillfället använder för att identifiera och kommunicara med varandra på ett datornät med hjälp av IP protokollet Man brukar prata om offentliga och lokala IP-adresser En offentlig IP-adress är (i princip) åtkomlig från hela Internet och måste vara unik på hela internet En lokal IP-adrass är endast åtkomlig från ett lokalt nät, t.ex. LAN och behöver endast vara unikt inom detta LAN IP adrssen fungerer som en vägledare för en IP-enhet för att hitta en annan och kommunicera med denna

36 IPv4-adressering En IP-adress fungerar inte som identifiering av en specifik enhet (samma enhet kan byta adress, eller ha flera adresser)‏ En IP-adress representeras av 32 bitar (4 bytes) Adresserna är således begränsade till 2^32 dvs Vanligen anges IP-numret genom att skriva ut de 4 olika byten i decimal form med punkter emellan där varje siffergrupp motsvarar en byte

37 ”Hemläxa” Bekanta er med föjande begrepp Subnät Subnätmask
Broadcastadress Försök lösa Uppgift 4. i följande papper (En liknande uppgift kommer senare som en obligatorisk inlämningsuppgift)