NÄTVERKSPROTOKOLL Föreläsning

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

1 NÄTVERKSPROTOKOLL Föreläsning 1 - 31.8.2010
INNEHÅLL Allmänt om datanät Olika typer av nätverk Nätverkskomponenter Allmänt om nätverksprotokoll OSI-modellen TCP/IP protokollstacken

2 Vad är datanät? Utgörs av sammankopplade datorer som överför data till varandra Kan klassificeras på basen av en mängd olika egenskaper: Skala Uppkopplingsmetod Nätverksarkitektur Nätverkstopologi

3 Klassificering enligt skala
PAN (Personal Area Network)‏ LAN (Local Area Network)‏ WLAN (Wireless LAN)‏ CAN (Campus Area Network)‏ Metropolitan Area Network (MAN)‏ WAN (Wide Area Network)‏

4 PAN (Personal Area Network)‏
Är ett nätverk som används för kommunikation mellan datorer som är lokaliserade väldigt nära varandra och ofta tillhör alla dessa datorer en och samma person Exempel på vanliga enheter som används ett PAN är: Printrar PDAs (Personal Digital Assistants)‏ Smarttelofoner (smart phones)‏ PC datorer

5 PAN (Personal Area Network)‏
Vanliga överföringsmedier i PAN är: USB FireWire Trådlösa PAN har också blivit allt mer vanliga under de senaste åren, brukar kallas för WPAN (Wireless PAN)‏ Följande teknologier för dataöverföring brukar användas i WPAN: IrDA Bluetooth

6 LAN (Local Area Network)‏
Ett nätverk som täcker ett litet geografiskt område såsom: Hem Arbetsplats Skola Dagens LAN är för det mesta baserade på Ethernet teknologin Datorer är i dagens läge kopplade till varandra via (vanligen) Cat5 (Category 5) eller Cat6 kablar som stöder en överförings hastighet Cat5 stöder en överföringshastighet på 155Mbit/s medan en Cat6 kabel stöder överföringshastigheter på upp till 10Gbit/s

7 LAN (Local Area Network)‏
Datorer i ett LAN delar vanligtvis på olika typer av nätverkstjänster såsom: Nätverksprintrar Lagringsservrar

8 WLAN (Wireless Local Area Network)‏
Är i princip ett LAN där radiolänkar används som kommunikationskanaler i stället för kablar. Den vanligaste typen av WLAN är baserad på IEEE standardfamiljen där man använder en central accesspunkt (Access Point/basstation) för att koppla ihop datorer. Teknologin i nätverk är baserad på radiovågor. I WLAN nät idag kommer man upp i en överföringshastighet på max 54Mb/s (802.11g)‏ Implementeras i praktiken oftast som ett segment av ett LAN

9 CAN (Campus Area Network)‏
Är ett nätverk som förenar två eller flera LAN men är ändå begränsad till ett geografiskt område som t.ex. ett univeritetskampus.

10 MAN (Metropolitan Area Network)‏
Är ett nätverk som förenar ett eller flera LAN eller CAN men är ubrett på ett lite större geografiskt område, mycket typiskt en stad. Exempel på ett MAN är kabel TV nät som finns i många städer.

11 WAN (Wide Area Network)‏
Ett WAN förenar olika typer av mindre nätverk i ett stort geografiskt område, ofta ett land eller kontinent. Det mest kända WAN som finns är Internet Många WAN är också byggda för en viss organisation eller större företag som har kontor utspritt över världen och är privata

12 Klassificering enligt uppkopplingsmetod
Nätverk kan även bli klassifiserde enligt vilken teknologi datorer använder för att kommunicera, t.ex: Optisk fiber Ethernet Trådlösa lokalnät (WLAN)‏

13 Klassificering enligt nätverksarkitektur
Nätverk kan också klassifiseras på basen av vilket förhållande en dator i nätverket har till en annan dator, t.ex.: Klient-server Peer-to-peer

14 Klient-server Klient-server arkitekturen innebär att en nod (klient) har en klientapplikation som begär en tjänst av en serverappikation på en annan nod (server) som i sin tur erbjuder denna tjänst Ett exempel på detta är WWW där en klient som kör en bläddrare skickar en förfrågen till en WWW-server som i sin tur genast svarar på förfrågan (visar WWW-sidan)‏

15 Peer-to-peer (P2P)‏ P2P nätverk består av sammankopplade noder (t.ex. datorer) som inte kommunicerar enligt klient-server modellen En nod tilldelas ingen specifik roll utan alla node i ett P2P nätverk kan agera alla roller Vanliga användingsområden för P2P nätverk är: Fildelning Chatt IP-telefoni

16 Klassificering enligt nätverkstopologi
Nätverkstopologin bestämmer en nätverksenhets logiska och fysiska relation till en annan nätverkenhet. Exempel på olika nätverkstopologier: Bussnät Stjärnnät Trädnät Ad hoc (infrastrukturlöst)

17 Bussnät En av de äldsta typerna av nät
Flera datorer kopplas ihop eftervarandra och alla datorer delar på en och samma kabel Alla datorer delar på den tillgängliga bandbredden i denna kabel I vardera ända av nätet placeras terminatorer för att avsluta nätet och undvika att signalen ”studsar tillbaka”

18 Bussnät Fördelar Enkelt att bygga upp och att sätta till nya noder
Kräver inte så mycket kablar Billigare än andra topologier Nackdelar Om ett fel uppstår i kabeln, går hela nätverket ur funktion Lämpligt endast för små nätverk eftersom alla datorer i nätverket delar på samma kabel Långsammare än andra topologier

19 Stjärnnät Den allra vanligaste topologin som används idag
Alla noder (datorer) är anslutna med kabel till en central enhet (t.ex. Hub eller Switch) via vilken nätverkstrafik hanteras Fördelar: Bra prestanda – tung trafik i en nod påverkar inte de andra noderna i stjärnnätet Kabelfel leder inte till nätverksstopp och felet är lätt att hitta Data transporteras inte genom onödiga noder

20 Stjärnnät Nackdelar: Om det uppstår ett fel i den centrala enheten (hubben/switchen) leder det till att nätverket slutar fungera Begränsat nätverk beronde på antalet kontakter det finns i hubben/switchen och hur mycket prestanda den klarar av Dyrt att bygga jämfört med bussnät p.g.a. Att det krävs mycket kabel och extra utrustning såsom switchar och hubbar

21 Trädnät Är en variant av stjärnnät
Alla datorer i ett trädnät är kopplade till en central hubb/switch Alla datorer är dock inte direkt kopplade till denna hubb/switch utan är kopplade till en annan hubb/switch som i sin tur är kopplad till den centrala hubben/switchen T.ex. Arcadas studentnät är uppbyggt i formen av ett trädnät

22 Ad hoc Kallas även infrastrukturlösa nätverk
Självkonfigurerande nätverk där noder kommunicerar direkt med varandra i stället för att kommunicera via en central nätverksenhet (såsom switch eller trådlös basstation) Ett exempel på nätverk som använder ad hoc topologi är mobila ad hoc nätverk (MANET)

23 Ad hoc MANET används bl.a. i militära applikationer och sensor nätverk

24 Nätverkskomponenter Det behövs ett antal olika hårdvarukomponenter för att kunna bygga upp ett nätverk Vanliga nätverkskomponenter är: Nätverkskort (Network Interface Card (NIC))‏ Hubb Switch Router Brygga Trådlösa basstationer Repeater Transmissionsmedier

25 Nätverkskort Hårdvara designt för att göra det möjligt för datorer att kommunicera över ett datornät Möjliggör fysisk åtkomst av nätverksmedia, såsom nätverkskablar och trådlösa radiolänkar. Varje nätverkskort addresseras med en unik MAC adress som tilldelas av korttillverkaren Mera om MAC adresser senare

26 Hubb Består av ett antal portal till vilka nätverksnoder är kopplade
En signal eller data som kommer in till hubben från en nod eller från ett annat nätverk förstärks och skickas direkt vidare över alla portar M.a.o. data som skickas till en hubb, kopieras och skickas vidare till alla noder som är kopplade till hubben.

27 Switch Styr datatrafik mellan olika noder i ett nätverk
Hanterar och använder MAC adresser för att ta beslut om på vilken port det mottagna datat skall skickas ut Till skillnad från en hub ger en switch full tillgång till hela bandbredden Är mycket snabbare än en hubb Stöder både symmetrisk och assymetrisk switching

28 Switch Symmetrisk switching = data förmedlas mellan portar som har samma bandbredd Assymetrisk switching = data förmedlas mellan portar med olika bandbredd

29 Router En dator eller nätverskenhet vars uppgift är att koppla samman flere olika datornätverk och vidarebefordra paket från ett nätverkssegment till ett annat Två nätverkssegment som en router kopplar samman behöver inte vara ett av samma typ, kan t.ex. vara en övergång från LAN till WAN När routern tar emot ett datapaket bestämmer den nästa nätverksadress som paketet skall till, denna process kallas routing Ett paket går oftast genom många routrar innan det når sitt slutmål

30 Router Adressen på den router dit ett datapaket sänds kallas för ”default gateway” (om inte paketet skickas inom det lokala nätverksegmentet)‏

31 Brygga En brygga (bridge) används för att koppla ihop två eller flera nätverkssegment Är mycket lik en router men arbetar med olika metoder och på olika nätverksnivåer En brygga vidarebefordrar enligt MAC adresser medan en Router jobbar med IP adresser Mera om nätverksnivåer, MAC och IP senare

32 Trådlös basstation En fast enhet i ett trådlöst nätverk som en trådlös klientdator ansluter sej till Förmedlar trafik: mellan trådlösa klienter i ett trådlöst nätverk mellan en trådlös klient och ett fast nätverk

33 Repeater En elektronisk enhet som tar emot en signal, förstärker den och skickar den vidare (repeterar)‏ Kan t.ex. behövas i ett WAN där kabelsträckan från en nod till en annan kan bli extremt lång Används också i trådlösa nät för att förstärka radiosignaler.

34 Transmissionsmedier Används för att transportera data från en nod till en annan Indelas i fasta och trådlösa förbindelser Fasta förbindelser = kablar Koaxialkabel Parkabel Optisk fiber Trådlösa förbindelser förbindelser baserade på radiovågor

35 Koaxialkabel

36 Koaxialkabel Har inre koppartråd, kärnan, som omges av isolerande plast Utanför isoleringen finns en annan ledning (skärm) som är ”nätformad” Skärmen gör att ström som leds genom kärnan inte stör omgivningen På samma sätt skyddar skärmen också kärnan från att bli störd av elektromagnetiska fält från omgivningen

37 Koaxialkabel Används främst som antennkablar för tv men också i vissa lokala datornätverk Med en kabel på 1 kilometer kan man uppnå en bandbredd på 2 Gbit/s

38 Parkabel Parkabel eller partvinnad kabel (Twisted pair (TP)) är en signalkabel som består av par av tvinnade ledare (vanligen koppar)‏ Tvinnade för att motverka störningar Är mycket vanliga idag i lokalnät

39 Parkabel En nackdel med parkabeln är att den har väldigt hög dämpning (signalförlust) per meter Detta innebär att en parkabel kan vara max 100m Om kabeln behöver vara längre än så behövs en linjeförstärkare, repeater Två vanliga typer av parkablar är UTP (Unshielded Twisted Pair)‏ STP (Shielded Twisted Pair)‏

40 Parkabel: UTP En vanlig kabel med två partvinnade ledare vars motståndskraft mot yttre störningar är medelgod

41 Parkabel: STP STP kabeln har en jordledare med skärm (på samma sätt som koaxialkabeln) och har därför mycket god motståndskraft mot yttre störningar Denna typ av kabel är dyr och idag ganska ovanlig

42 Parkabel En parkabel kan vara korskopplad (cross-over) eller rak (straight through)‏ Korskopplad kabel används speciellt då man behöver direkt koppla ihop två nätverkskort med en parkabel

43 Optisk fiber Kopparledare ersätts med fiberledare
Informationen som överförs är i digital form och förmedlas av ljuspulser (inte elektrisk ström)‏ Ljussignaler dämpas och förvrängs mindre än i elektriska signaler i koppartråd vilket läder till att man kan sända data genom fiberkablar på mycket längre avstånd (100km utan förstärkare)‏ Fiberkablar används vanligen i basnät fram till områden och fastigheter Idag blir det t.o.m. allt vanligare att fiber dras ända fram till hushåll

44 Optisk fiber

45 Optisk fiber Finns två olika typer av optiska fiber: Multimodfiber
Singelmodfiber Multimodfiber har många utbredningsvägar för ljuset vilket leder till att man på korta avstånd kan uppnå en bandbredd på över Gbit/s I singelmodfiber går ljuset igenom fibern utan brytning, används vid långa avstånd.

46 Radiovågor Används som transmissionsmedia i trådlösa nät såsom: WLAN
Bluetooth Dataöverföring med radiovågor innebär överföring av signaler genom modulering av elektromagnetiska vågor med en frekvens som är lägre än ljusets Modulation är en process som får en egenskap hos en våg att variera i takt med en annan I detta fall används modulation för att få en bärvåg att variera i takt med en meddelandesignal

47 Vad är nätverksprotokoll?
Kommunikation över nätverk bygger på att man kommer överens om en massa regler för hur kommunikationen skall gå till Dessa regler kallas för protokoll. Man kan säga att nätverksprotokoll är etikettsregler för hur kommunikationen skall gå till Protokoll behövs också för att många datorer skall kunna samsas om samma kommunikationsmedia utan att det uppstår kaos i nätverket såsom kollisioner och överbelastningar

48 Vad är nätverksprotokoll?
Exempel på nätverksprotokoll är: IP TCP MAC ETHERNET

49 Vem bestämmer protokollen?
ISO: Internationella Standardiseringsorganisationen. IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers IEC: International Electrotechnical Commission ITU: International Telecommunication Union

50 OSI modellen Utarbetad 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.

51 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

52 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

53 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

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

55 OSI modellen OSI-modellen jämfört med ”verkligheten”

56 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

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