NÄTVERKSPROTOKOLL Föreläsning

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

1 NÄTVERKSPROTOKOLL Föreläsning 2 - 3.9.2010
INNEHÅLL Protokollfamiljen TCP/IP Fysiska skiktet: Ethernet Protokoll på länskiktet: Ethernet, CSMA/CD, PPP Protokoll på nätverksskiktet: IP IPv4 adressering

2 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

3 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

4 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

5 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

6 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)‏

7 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

8 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

9 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)‏

10 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)‏

11 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”

12 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

13 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

14 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)‏

15 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

16 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

17 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)‏

18 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)‏

19 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

20 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

21 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)‏

22 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.

23 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!

24 IP (Internet Protocol)‏
IP är det viktigaste protokollet på Näterksskiktet Har som uppgift att förmedla ett datapaket 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)‏

25 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

26 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

27 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

28 IPv4 adresser Varje TCP/IP värds (host) lokalisation på nätet identifieras av en logisk IP adress IP adressen är en adress på nätverksnivå och ger en dator en LOGISK adress så den är m.a.o. Inte bunden till en viss dator eller enhet på samma sätt som en MAC adress En IP adress är ett krav för varje värd som kommunicerar över ett TCP/IP nät Varje IP adress (32 bitar lång) består av: Nätverks ID / Nätverksadress Värd ID / Värdadress

29 IPv4 adresser Nätverksadress
Identifierar de enheter som är lokaliserade i samma fysiska nätverk Alla enheter som finns i samma fysiska nätverk måsta ha samma nätverksadress

30 IPv4 - Adressklasser Från början bestämde man att dela upp IP adresser i fem olika klasser beronde på hur stort nätverk det är frågan om Är helt enkelt endast ett sätt man använder att tolka IP adresser på, kalls klassfulla adresser Adressklasserna definierar vilka bitar som används för nätverksadress och vilka bitar som används för värdadress Adressklasserna definierar också det möjliga antalet nätverk och det möjliga antalet värdar/nätverk

31 IPv4 – Adressklass A Klass A adresser används för datorer i nätverk som är väldigt stora (alltså nätverk som har väldigt många datorer)‏ Den största biten i IP adressen är alltid 0 Följande 7 bitar (resten av den första oktetten) bestämmer nätverksadress De 24 resterande bitarna (de tre sista oktetterna) representerar värdens/datorns adress I den här klassen kan det finnas 126 nätverk och datorer / nätverk

32 IPv4 – Adressklass B Klass B adresser används i medelstora och stora nätverk De två högsta bitarna är alltid 10 Följande 14 bitar (resten av de två första oktetterna) definierar nätverksadress De restarande 16 bitarna (de två sista oktetterna) används för att representera en värd/dator Ger möjlighet till olika nätverk och värdar / nätverk

33 IPv4 – Adressklass C Används i små datornät
De tre största bitarna är alltid 110 Följande 21 bitar (de resterande bitarna av de 3 första oktetterna) representerar Nätverksadress De resterande 8 bitarna (sista oktetten) reperesenterar värdadress Ger möjlighet till nätverk och 254 värdar / nätverk

34 IPv4 – Adressklass D och E
Klass D adresser är reserverad för multicast adresser De fyra första bitarna är alltid 1110 De resterande bitarna är reserverade för adresser som intresserade värdar kan känna igen Använder adresserna Klass E adresser är reserverade för framtida användning De fyra första bitarna är alltid 1111

35 IPv4 – Adressklasser

36 IPv4 - Specialadresser Adresser som börjar på 127 i adressklass A är reserverade för ”loopback” Typisk ”loopback” IP adress är Privata IP adresser (används för datorer kopplade till privata nät och som inte är direkt anslutna till Internet) – (klass A)‏ – (klass B)‏ – (Klass C)‏

37 IPv4 – Regler för nätverksadresser
Alla datorer på samma fysiska nätverk måste ha samma nätverksadress för att kunna kommunicera med varandra Om en dator skall kopplas direkt till Internet måste nätverkssen vara unik på hela publika internet Om en dator skall kopplas till ett undernät av ett internt internätverk måste nätverksadressen vara unikt på internätverket En IP adress får inte börja med 127 (reserverad för ”loopback”)‏ Alla bitar inom nätverks ID kan inte sättas till 1. Sådana är reserverade för användning som broadcast adresser

38 IPv4 – Regler för nätverksadresser
Ur följande tabell framgår tillåtna nätverksadresser baserade på de olika IP adress klasserna:

39 IPv4 – Regler för värdadresser
Värdadressen måste vara unik på den gällande nätverksadressen Alla bitar inom värdadressen kan inte vara 1 för en sådan adress är reserverad som en broadcast adress för att skicka paket till alla värdar på ett nätverk Alla bitar inom nätverksadressen kan inte vara 0, eftersom den är reserverad för själva nätverksadressen

40 IPv4 – Regler för värdadresser
Ur följande tabell framgår giltiga nätverksadresser i de olika IP adressklasserna:

41 IPv4 – Subnet Mask En subnet mask möjliggör att identifiera vilken del av IP adressen är reserverad för nätverket och vilken del av IP adressen är reserverad för värden Subnet maskar för de olika IP adressklasserna Klass A: Klass B: Klass C: Om man skriver om nätmasken i binär form får man fram att alla bitar som är 1 representerar nätverksadressen och alla bitar som är 0 representerar värdadressen

42 IPv4 – Subnet Mask Antalet värdar i ett nätverk kan m.h.a. subnet mask beräknas med formeln 2^N – 2 N = antalet 0:or före första 1:a i IP adressen sett från höger -2 eftersom första adressen är reserverad för nätverkat och den sista för broadcast

43 IPv4 – Subnetting Subnetting möjliggör att man kan skapa flera logiska nätverk under en IP-adressklass (A, B eller C)‏ Om man delar upp ett nätverk inom en klass (A, B eller C) till mindre undernät är det möjligt att skapa ett nätverk med undernätverk som kan kommunicera med varandra Exempel: man vill dela upp ett nätverk i klass C, med adressen till två logiska undernät där det skall kunna finnas maximalt 126 datorer / nätverk: Nätmasken blir: Undernät 1: (värdadresser 1 – 126)‏ Undernät 2: (värdadresser )‏

44 IPv4 – CIDR CIDR står för (Classless Inter-Domain Routing)‏
Introducerades 1993 och är den senaste förbättringen i sättet hur IP-adresser skall tolkas Klassinedelningen slopas och man använder i stället nätverksprefix för att dela upp nätverk Ger flexibilitet när större block av IP-adresser skall delas upp i mindre nät Den största fördelen har att göra med routingen (går inte in på detta i det här skedet)‏

45 IPv4 – CIDR CIDR använder nätverksprefix för att beteckna vilken del av IP- adressen som anger nätverksadressen och vilken del som anger värdadressen Prefixet är helt enkelt en nummer som betecknar hur många bitar i IP-adressen som representerar nätverksadressen T.ex /16 betyder att de 16 första bitarna representerar nätverksadrssen och de resterande 16 bitarna representerar värdadressen: Nätmasken blir: Maximala antalet datorer = 2^16-2 = 65534