1. Välkommen till Datornätverk A, 7,5p! Kurspresentation Sammanfattning Kapitel 2: Nätverksmodeller Föreläsningsmaterialet är författat av Magnus Eriksson.

En presentation över ämnet: "1. Välkommen till Datornätverk A, 7,5p! Kurspresentation Sammanfattning Kapitel 2: Nätverksmodeller Föreläsningsmaterialet är författat av Magnus Eriksson."— Presentationens avskrift:

1 1

2 Välkommen till Datornätverk A, 7,5p! Kurspresentation Sammanfattning Kapitel 2: Nätverksmodeller Föreläsningsmaterialet är författat av Magnus Eriksson. Material är även hämtat från Iskra Popova samt läroboksförfattaren Behrouz Fourozan.

3 Computer Networks A3 Kursens syfte Denna kurs avser att ge dig grundläggande förståelse för hur Internet och lokala nätverk är uppbyggda. Kursens karta är TCP/IP- och OSI-modellerna. Målsättningen är att ge dig grundläggande teoretiska och praktiska kunskaper om datakommunikationsprotokoll, nätutrustning, nättopologier, transmissionsmedier, grundläggande adresserings- och routingbegrepp samt enklare verktyg för felsökning av nät.

4 4 Vem behöver egentligen kunskap om datornätverk?  Den som har ett hemmanätverk kan behöva felsöka och konfigurera nätverket.  Infrastrukturansvarig 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.  Säkerhetsansvariga måste förstå nätverkssäkerhet  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.

5 Computer Networks A5 Fördjupningskurser Mittuniversitetet erbjuder flera påbyggnadskurser inom området, bl.a. följande:  Datateknik C, TCP/IP-nätverk. (Distans och campus)  Säkerhetskurser (Distans och campus)  Datateknik AV, Simulering av kommunikationssystem. (Distans och campus)  Nätverksprogrammering C och Distribuerade system AV

6 Computer Networks A6 Överlappande kurser Följande kurser överlappar till stor del med varandra, och kan därför INTE ingå i samma examen:  Datateknik A, Datornätverk (läses av Datateknikprogrammet)  Datateknik B, Multimedie- och kommunikationssystem 6 hp (Civ.ing.kurs)  Datateknik A, Nätverksteknik A (50% överlapp) – CISCO-certifiering, läses av nätverksdriftsprogrammet  Datateknik A, Datakommunikation och drift av nätverk 5 poäng (Avvecklad distanskurs)

7 7 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.

8 8 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. patrik.osterberg@miun.se 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)

9 9 Chapter 2 Network Models

10 10 Range of data communication techniques 0.1 m 1 m 10 m 100 m 1 km 10 km Circuit board System Room Building Campus Local area Networks (LAN) I/O bus Serial/parallel ports Personal Area Networks (PAN) City Country Continent Planet Metropolitan Area Networks (MAN, stadsnät) Wide Area Networks (WAN) 100 km 1000 km 10,000 km Example: RS232 (”com port”), USB, Firewire, Bluetooth, IEEE 802.15 WPAN Example: Ethernet, IEEE 802.11 WLAN Example: Ethernet, ATM, FDDI Example: The Internet. The Public Service Telephone Network (PSTN) Example: EISA

11 Computer Networks A11 Punkt-till-punkt-förbindelser MikrofonHögtalare KällkodningKällavkodning Digitalisering, komprimering 0110 Felhantering Lägger till fel- rättande eller felupptäckande kod, t.ex. checksumma. Felupptäckt och omsändning, eller felrättning 0100010 Bitfel 0110010 Flödesstyrning Buffert Handskakning ModulationDemodulation Elektrisk representation 0110010 NACK ACK Nivå 6 Nivå 2 Nivå 1 Nivå 7 Exempel: Digital ljudöverföring

12 12 Figure 2.17 The OSI seven layer model

13 13 The Layers of OSI Model Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Network Data Link Physical Intermediate System End System Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical R

14 14 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

15 15 Figure 2.2 The TCP/IP five layer model TCP, UDP Ethernet, PPP over modems IP HTTP, SMTP, FTP, Telnet Example protocols:

16 16 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.

17 17 Figure 2.3 Peer-to-peer processes Protocol N on device A and on B are peers (”varandras likar”).

18 18 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\\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

19 19 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.

20 20 Figure 2.5 Physical layer

21 21 The physical layer is responsible for transmitting individual bits from one node to the next. Note:

22 22 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) Lager 1

23 23 Figure 2.6 Data link layer

24 24 The data link layer is responsible for transmitting frames from one node to the next. Note:

25 25 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. Lager 2

26 26 Figure 2.7 Node-to-node delivery

27 27 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.

28 28 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

29 29 Figure 2.9 Network layer

30 30 The network layer is responsible for the delivery of packets from the original source to the final destination. Note:

31 31 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. Lager 3

32 32 Figure 2.10 Source-to-destination delivery

33 33 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.

34 34 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

35 35 Figure 2.12 Transport layer

36 36 The transport layer is responsible for delivery of a message from one process to another. Note:

37 37 Figure 2.12 Reliable process-to-process delivery of a message

38 38 Figure 2.14 Example 3

39 39 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.

40 40 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.) Lager 4

41 41 Figure 2.15 Application layer

42 42 The application layer is responsible for providing services to the user. Note:

43 43 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 Lager 5:

44 44 Figure 2.16 Summary of duties