Datornätverk A, 7,5 hp Kurspresentation Föreläsningsmaterialet är författat av Magnus Eriksson. Material är även hämtat från Iskra Popova samt läroboksförfattaren Behrouz Fourozan.

Vem behöver kunskap om datornätverk? Den som har ett hemmanätverk kan behöva felsöka och konfigurera nätverket. Nätverksansvarig på ett företag måste kunna planera och designa nätverk. IT-ansvariga beslutsfattare behöver beställarkompetens för att välja nätverksutrustning, förstå artiklar, broschyrer och litteratur om ny teknik inom området, etc. Den som ska programmera klient-server-applikationer (s.k. distribuerad programmering) får ofta skapa egna s.k. datakommunikationsprotokoll, eller använda standardiserade kommunikationsprotokoll. Utvecklare och forskare behöver kunna räkna på prestandamått, t.ex. bandbreddsbehov, kapacitet, tidsfördröjning, paketförluster, kapacitet, mm.

Kursmaterial Datornätverk Kurslitteratur: Forouzan, ”Data communications and networking”, 3:e eller 4:e utgåvan. Kursens WebCT-plats, som nås via http://portal.miun.se . Där finns: Lektionsplanering Föreläsningsslides (i två tappningar, en för distansstudenter, en för campusstudenter), Obligatoriska ”quizzar” (automaträttade hemuppgifter). Se under ”utvärderingar”. Labbkompendium Projektinstruktioner Övningstentor Länk till schema M.m.

Obligatoriska uppgifter Datornätverk A ”Quizzar” (automaträttade felvalsfrågor) för varje kapitel i WebCT skall besvaras med minst 70% rätt svar innan tentamen. Labbar: Två labbar x 4 timmar. (1,5 hp) Rättning patrik.osterberg@miun.se eller lennart.franked@miun.se . Salstentamen: Augusti, oktober, januari eller april. Ta med miniräknare och ordbok. (4,5 hp). Alternativ: Hemtentamen för betyg E. Projekt: Välj projektuppgift på första lektionen andra kursveckan. Skriv en kort uppsats. Muntlig redovisning krävs av campusstudenter. (1,5 hp)

Chapter 1 Introduction Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

Tänk på ett tal mellan 0 och 31

Amount of information Think about a number between 0 and 15. I am now going to guess it using as few yes and no questions as possible. I start by asking: Is the number larger than or equal to 8? Yes Is it larger than or equal to 12? (The interval is successively divided by 2.) No. Is the number larger than or equal to 10? Is the number larger than or equal to 9? Yes. The amount of information you give me when you tell me that the number is 9 is 4 bits, because the amount of information in bits is the minimum number of yes and no questions that are required. We had 16 options, which is = 24 = 2·2·2·2, corresponding to 4 bits. If the number of options was 32 = 25 , it would require 5 bits. If yes is represented by the binary digit ”1”, and no by ”0”, the value in the above example can be represented by 1 0 1 1.

Bits and Bytes N bit can represent M=2N different values. M values can be represented by N = 2log M =log M / log 2 values Example: The N=7 bit ASCII character code consists of M=128 codes. 8 bits = 1 byte (a unit for measuring amount of data) 1 kbit = 1000 bit (previously 1024 bit). 1 Mbit = 1000 kbit (previously 1024 kbit). 1 Gbit = 1000 Mbit. 1 Tbit = 1000 Gbit.

Datornätverk A – lektion 2 MKS B – lektion 2 Kapitel 2, TCP/IP-modellens 5 nivåer

Chapter 2 Network Models

Range of data communication techniques Circuit board I/O bus Example: EISA 1 m System Serial/parallel ports Personal Area Networks (PAN) Room 10 m Example: RS232 (”com port”), USB, Firewire, Bluetooth, IEEE 802.15 WPAN 100 m Building Local area Networks (LAN) 1 km Campus Example: Ethernet, IEEE 802.11 WLAN Metropolitan Area Networks (MAN) 10 km City Example: Ethernet, ATM, FDDI, IEEE 802.16 100 km Country Continent 1000 km Wide Area Networks (WAN) 10,000 km Planet Example: The Internet. The Public Service Telephone Network (PSTN)

Figure 2.17 The OSI seven layer model

The Layers of OSI Model End System Intermediate System R Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Intermediate System Network Data Link Physical

Summary of OSI Layer Functions Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical To allow access to network resources To establish, manage and terminate sessions To move packets from source to destination; to provide internetworking To transmit bits over a medium; to provide mechanical and electrical specifications To translate, encrypt and compress data To provide reliable end-to-end message delivery and error recovery To organize bits into frames, to provide node-to-node delivery

Ethernet, PPP over modems Figure 2.2 The TCP/IP five layer model Example protocols: HTTP, SMTP, FTP, Telnet TCP, UDP IP Ethernet, PPP over modems

Figure 2.4 An exchange using the Internet model H – header (pakethuvud): control data added at the front end of the data unit T – trailer (svans): control data added at the back end of the data unit Trailers are usually added only at layer 2.

Protocol N on device A and on B are peers (”varandras likar”). Figure 2.3 Peer-to-peer processes Protocol N on device A and on B are peers (”varandras likar”).

Adresser till min dator Fysisk MAC-adress, 48 bitar: 00-00-E2-4F-54-04 Publik IP-adress, 32 bitar: 193.10.250.187. Privat NAT-IP-adress (Network Address Translation): 10.14.1.63. IP-subnetmask: 255.255.0.0 DNS-namn (Domain namn Service): mageripc.itm.miun.se, där itm.miun.se är DNS-suffix, och .se är toppdomän. URL till webbsida på webbserver på min dator: http://mageripc.itm.miun.se:portnummer/filkatalog/filnamn.typ Portnumret är default 80. Många datorer i världen har DNS-alias ”www”. URL till ftp-fil på min dator: ftp://användanamn:lösenord@mageripc.itm.miun.se/filkatalog/filnamn.typ Filnamn till fil vid delad diskaccess till min dator: \\mageripc.itm.miun.se\filkatalog\filnamn.typ (Av säkerhetsskäl inte tillgänglig utanför nätet.) E-postadress till användare på en e-postserver på min dator: användarnamn@mageripc.itm.miun.se

System och protokoll för översättning mellan olika adresseringstekniker ARP (Address resolution protocol) översätter IP-adress till fysisk adress. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) kan ge varje dator en ledig IP-adress, och talar om för en dator med en viss fysisk adress vilken dess IP-adress är vid varje omstart. DNS (Domain Name Server) är ett system av databaser som översätter mellan IP-adress och DNS-namn. NAT (Network Address Translation) är en server, ofta i anslutning till företagets brandvägg, som modifierar IP-paketen genom att byta ut intern avsändar-IP-adress och portnummer till extern IP-adress + portnummer vid utgående paket, och vice versa vid inkommande. På så sätt kan många dela på samma externa IP-adress.

Figure 2.5 Physical layer

Note: The physical layer is responsible for transmitting individual bits from one node to the next.

Lager 1 Det fysiska lagret ansvarar för transmission av enskilda databitar från en nod till nästa. Detta kan innefatta: Kontakter Elektriska nivåer Modulation Multiplextekniker Bitsynkronisering Kretskoppling Exempel: RS232 (“com”-porten)

Figure 2.6 Data link layer

Note: The data link layer is responsible for transmitting frames from one node to the next.

Lager 2 Datalänklagret är protokoll för transmission av ramar (frames) från en nod till nästa. Detta kan innefatta: Fleraccessprotokoll (multiple access control=MAC) för att undvika kollisioner Adressering inom LAN:et/länken (nätverkskortens fysiska MAC-adresser eller nivå 2-adress). Felhantering (t.ex. vid trådlös kommunikation eller telefonnätsmodem) Exempel: Ethernet ligger på lager 1 och 2.

Figure 2.7 Node-to-node delivery

Figure 2.8 Example 1 I Figure 2.8 sänder en nod med fysisk adress 10 en ram (dvs ett paket på nivå 2) till en nod med fysisk adress 87. De två noderna är förbundna med en länk. Ramens huvud (header H2) innehåller bl.a. avsändarens och mottagarens fysiska adress. Ibland används en svans (trailer T2) som innehåller felrättande och/eller felupptäckande kod.

Example 1 In Figure 2.8 a node with physical address 10 sends a frame to a node with physical address 87. The two nodes are connected by a link. At the data link level this frame contains physical addresses in the header. These are the only addresses needed. The rest of the header contains other information needed at this level. The trailer usually contains extra bits needed for error detection

Figure 2.9 Network layer

Note: The network layer is responsible for the delivery of packets from the original source to the final destination.

Lager 3 Nätverkslagret ansvarar för vidareförmedling av paket “end-to-end”, dvs via kedjan av datalänkar från den ursprungliga källan till den slutliga destinationen. Detta innefattar WAN- adressering (t.ex. IP-adresser) och routingprotokoll. Exempel: IP-protokollet.

Figure 2.10 Source-to-destination delivery

Figure 2.11 Example 2 I figur 2.11 vill vi sända data från en nod med logisk nätverksadress (IP-adress) A och fysisk adress 10 till en nod med IP-adress P och fysisk adress 95. De två enheterna befinner sig i olika LAN. Därför kan vi inte enbart använda deras fysiska adress. Den fysiska adressen kan enbart användas vid kommunikation inom ett LAN. De två routrarna förstår av IP-adressen vilken väg paketen ska vidareförmedlas, och ändrar paketets fysiska adressering.

Illustration of the Source-to-end Delivery at the Network Layer Observe how data are sent from node to node to reach the final destination. Animation of Figure 2.11 in the book

Figure 2.12 Transport layer

Note: The transport layer is responsible for delivery of a message from one process to another.

Figure 2.12 Reliable process-to-process delivery of a message

Figure 2.14 Example 3

Example 3 Figur 2.14 exemplifierar transportlagret (UDP-protokollet). Data som kommer från högre lager förses med en TCP-header, som innehåller portnummer j och k. Avsändarprocessens portnummer är j och mottagarprocessens portnummer är k. Eftersom meddelandets storlek är större än nätverkslagret kan hantera, delas datat i två segment (två paket). Nätverkslagret lägger till nätverksadresserna (A och P) till varje paket.

Lager 4 Transportlagret ansvarar för leverans av meddelanden “end-to-end”, från en process på avsändardatorn till en process på mottagardatorn. Detta kan innefatta: portnummer, virtuell kretskoppling, dvs flödesstyrning, felkontroll, segmentnumrering, omsändning, ordning av segment. (TCP-protokollet. Ej UDP- protokollet.)

Figure 2.15 Application layer

Note: The application layer is responsible for providing services to the user.

Lager 5: Applikationslagret är kommunikationsprotokoll för att tillhandahålla en komplett kommunikationstjänst till slutanvändaren. Exempel: HTTP för web Telnet för terminalemulering. FTP för filöverföring. SMTP, POP3 och IMAP4 för Internet e-post

Figure 2.16 Summary of duties

Bandbredd kan betyda många saker Analog bandbredd i Hertz. Övre gränsfrekvens minus undre gränsfrekvens. Net bit rate = Digital bandbreddskapacitet i Bit/s. = Datatakt exklusive felupptäckande koder. Net bit rate ≤ Gross bit rate Maximal genomströmninshastighet = Maximal throughput Genomströmningshastighet = Throughput = Digital bandbreddskonsumtion Goodput = Filöverföringshastighet