Datacommunicatie Computercommunicatie
ir. Patrick Colleman
Inhoud Afkortingen Voorwoord 1
Hoofdstuk 1: Inleiding tot de lokale netwerken
1 3 4 7 10 10 11
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7
Definitie en ontwerpdoelstellingen. Voordelen van lokale netwerken. Soorten netwerken Het OSI referentiemodel. Het vormen van pakketten. LAN’s Netwerkverbindingscomponenten
13
Hoofdstuk 2: De fysieke- en de datalinklaag.
13 13 14 15 19 21 23 25 25 37 37 37 41 41 43 45 45 47 47 48 55 55 56 57 58 58 61
2.1 2.1.1 2.1.1.1 2.1.1.2 2.1.1.3 2.1.1.4 2.1.2 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.2.1 2.2.2.1.1 2.2.2.1.2 2.2.2.1.3 2.2.2.1.4 2.2.2.1.5 2.2.2.1.6 2.2.2.1.7 2.2.2.1.8 2.2.2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.4 2.5
De fysieke laag Ethernet Ethernet topologieën Ethernet: fysieke laag Fast Ethernet Gigabit Ethernet Wireless LAN’s (802.11 of Wi-Fi) De datalinklaag De LLC deellaag De MAC deellaag Ethernet Het DIX Ethernet frame Het IEEE 802.3 frame (IEEE 802.3 Ethernet) Inhoud van het Ethernetframe (voorbeeld) Toegang tot de bus Fast Ethernet Gigabit Ethernet 10 Gigabit Ethernet Switched Ethernet (geschakeld Ethernet) Wireless LAN Kenmerken van netwerkprestatie Vertraging Throughput Het verband tussen vertraging en throughput Het product van vertraging en throughput Stroomregulering om data-overloop tegen te gaan Mechanismen waarmee netwerkcongestie vermeden wordt
63 67 67 75 75 76 76 77 77 78 79 79 80 81 82 83 84 86 89 89 89 90 90 92 94 95 95 96 97 98 98 100 101 103 104 105 106 107 107 109
Hoofdstuk 3: De netwerklaag. 3.1 3.1.1 3.1.2 3.1.2.1 3.1.2.2 3.1.2.3 3.1.2.4 3.1.2.5 3.1.2.6 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.2.1 3.2.2.2 3.2.2.3 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.4 3.5.5 3.5.6 3.5.7 3.5.8 3.6
IP Het IP Protocol Speciale IP adressen Netwerkadres Directed broadcast address Limited broadcast address Het adres van Deze Computer Loopback adressen Overzicht Het ARP (Address Resolution Protocol) Inleiding tot adresresolutie Technieken voor adresresolutie Adresresolutie met opzoektabel Adresresolutie met closed form berekening Adresresolutie met berichtenuitwisseling Address Resolution Protocol (ARP) Berichtaflevering bij ARP RARP Het ICMP (Internet Control Message Protocol) Inleiding Best effort semantiek en foutdetectie Het Internet Control Message Protocol (ICMP) Berichtentransport bij ICMP ICMP frameformaat Datagramgrootte en fragmentatie MTU, datagramgrootte en inkapseling Defragmentatie Een datagram identificeren Verlies van fragmenten IPv6 IPv6 frame Systeem van meerdere headers Fragmentatie, defragmentatie en pad-MTU Het doel van meervoudige headers IPv6 adressering De hexadecimale notatie met dubbele punten in IPv6 Indeling van IPv6 adressen Problemen bij de overgang Netwerkconfiguratie van een PC (Windows)
111
Hoofdstuk 4: De transportlaag.
116 117 123 126 129
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
132
Hoofdstuk 5: De applicatielaag.
133 134 136 136 138 140 141 142 143 147 147 148 149 150 151 151 152 152 153 153 154 155 156 156 157 158 161 172 175 175 176 176 177
5.1 5.2 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.3.1 5.3.3.2 5.4 5.5 5.5.1 5.5.2 5.5.3 5.5.4 5.5.5 5.5.6 5.5.7 5.5.8 5.5.9 5.5.10 5.5.11 5.5.12 5.5.13 5.5.14 5.5.15 5.6 5.7 5.8 5.9 5.9.1 5.9.2 5.9.3 5.9.4
Het User Datagram Protocol (UDP) Het Transmission Control Protocol (TCP), incl. NAT TCP in actie Configuratie van TCP en UDP Congestie van TCP
Telnet FTP (File Transfer Protocol) Real Time Protocol De basisprincipes van RTP Headervelden van een RTP pakket Het RTP controlprotocol (RTCP) Typen RTCP packets Bandbreedtebenutting van RTCP SNMP: Simple Network Management Protocol Domain name system Inleiding De structuur van computernamen Geografische structuur Domeinnamen binnen een organisatie Het DNS cliënt/server model De DNS server hiërarchie Server architecturen Referentielokaliteit en meerdere servers Koppelingen tussen servers Naamresolutie Optimalisatie van DNS performantie Soorten DNS ingangen Aliassen van het type CNAME Een belangrijk gevolg van het bestaan van meerdere types Verkorte namen en het DNS Het WWW (http) Elektronische post - MIME - SMTP Bootstrap protocol (BOOTP) Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) Werking Optimalisaties in DHCP Het DHCP berichtformaat DHCP en domainnamen
178
Hoofdstuk 6: Virtual LAN’s en Virtuele Private Netwerken
179 179 180 181 182 183 184 186 186 187 188 189 189 190 193 194 194 195 205
6.1 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.1.5 6.1.6 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.2.4.1 6.2.4.2 6.2.4.3 6.2.5 6.2.6 6.2.7 6.2.8
206
Hoofdstuk 7: Netwerkcomponenten
206 206 207 208 208 209 211 212 213 215 215 218 219 219 220 220 224 230 232 236 240 240 243
7.1 7.1.1 7.1.2 7.2 7.3 7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.3.4 7.4 7.4.1 7.4.2 7.5 7.5.1 7.5.2 7.5.2.1 7.5.2.2 7.5.2.3 7.5.2.4 7.5.3 7.6 7.6.1 7.6.2
VLAN Waarom gebruikt men Virtual LAN’s? Kenmerken van VLAN’s Criteria om de groepen samen te stellen Techniek Algemene opmerkingen VLAN implementatie Virtuele private netwerken Waarom een VPN? Basisbegrippen van een VPN Goede redenen om geen VPN te installeren Encryptie Symmetrische encryptie Asymmetrische encryptie Een digitale handtekening User authenticatie en autorisatie Opzetten van de verbinding Tunneling Slotbeschouwingen
Repeater - glasvezelmodem Repeater Glasvezeluitbreidingen - glasvezelmodem Hub Bridge Werking Spanning tree algoritme Bridges tussen gebouwen Bridges op langere afstand Switches (level 2) switches level 3 switches Router Functionaliteit van de router Routerprotocollen Routering met afstandsvectoren - RIP Verbindingsroutering Hiërarchische routering Het interne gateway-routeringsprotocol: OSPF Congestiebeheersing - choke pakketten Firewall Toegangscontrole Types firewalls
247
Hoofdstuk 8: Interfacestandaarden
247 247 247 248 251 251 258 259 259 259 263 264 264 265 266 266 267 267 269 270 271 273 275 275 278 279 279
8.1 8.1.1 8.1.1.1 8.1.1.2 8.1.1.3 8.1.1.4 8.1.2 8.1.3 8.2 8.2.1 8.2.2 8.2.2.1 8.2.2.2 8.2.2.3 8.2.2.4 8.2.2.5 8.2.2.5.1 8.2.2.5.2 8.2.2.5.3 8.3 8.3.1 8.3.2 8.3.3 8.3.3.1 8.3.3.2 8.3.4 8.3.5
281
Hoofdstuk 9: Het BISYNC protocol
281 282 283 286 287 287 287 288 288 289 289
9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.5.1 9.5.2 9.5.3 9.6 9.6.1 9.6.2
Seriële interfaces RS232C (V24 ) Mechanische eigenschappen en pinnummering van de signalen Functiebeschrijving van de pinnen Elektrische karakteristieken Mogelijke verbindingen RS422 (V11) en de RS423 (V10) RS485 Parallelle Interfaces De Centronics interface bus IEEE 488 Algemene kenmerken van de IEEE-488 interface Elektrische eigenschappen van de IEEE-488 interface Mechanische eigenschappen van de IEEE-488 interface Structuur van de IEEE-488 interface Werking van de IEEE-488 interface De data lijnen DIO 1 .. 8 De handshake bus De interface management lijnen USB USB systeemomschrijving USB elektrisch en snelheden USB protocol Algemeen Dynamisch aansluiten van apparaten Data flow types USB protocollayer
Het BISYNC frame Synchronisatie De controle of besturingstekens Fasen in het communicatieprotocol Verdere faciliteiten van het BSC protocol Foutdetectie en foutcorrectie Onderbrekingen Time out controle Multipunt procedures Polling procedure De select procedure
290 290 290 293
9.7 9.7.1 9.7.2 9.7.3
Bysinc in werking Formaten Point to point operaties Multipoint operaties
294
Hoofdstuk 10: ATM
295 300 302 306 308 309 310 311 314 322 326 327 328 329 331
10.1 10.2 10.3 10.4 10.4.1 10.4.2 10.4.3 10.5 10.6 10.7 10.7.1 10.7.2 10.7.3 10.7.4 10.7.5
Technologie - inleiding Beschrijving van de lagen ATM frame AAL AAL1 AAL3/4 AAL5 ATM interleaving ATM switches ATM en normale LAN’s ATM LANE Classical IP over ATM NHRP of Next Hop Resolution Protocol MPOA Multiprotocol over ATM MPLS
Goede naslagwerken zijn: Data Communications and Networking, 2e Behrouz A. Forouzan ISBN: 0-07-118160-1 McGraw-Hill - 2000
Computernetwerken, 4e Andrew Tanenbaum ISBN: 0-13-066102-3 (Engels, Prentice Hall) - 2003 ISBN: 90-430-0698-X (Nederlands, Prentice Hall - Pearson Education) - 2003
Computer Networking, 2e A Top-Down approach Featuring the Internet James F. Kurose en Keith W. Ross ISBN: 0-201-97699-4 Addison Wesley - Pearson Education - 2003 of: Computernetwerken Een top-down benadering James F. Kurose en Keith W. Ross ISBN: 90-430-0566-5 Addison Wesley - Pearson Education - 2002 Data & Computer Communications, 7e William Stallings ISBN: 0-13-183311-1 Prentice Hall - Pearson Education - 2004
Voorwoord
Deze tekst geeft een uitgebreide bespreking van een aantal termen en begrippen uit de wereld van de lokale netwerken en grotere computernetwerken. In het eerste hoofdstuk worden een aantal definities en het OSI model besproken. Heel belangrijk is daar ook de opsomming van de netwerkverbindingscomponenten. Dit vormt het jargon van de netwerkspecialist. Deze worden verder zeer gedetailleerd besproken in hoofdstuk 7. Daarna worden de verschillende lagen van het OSI model besproken, waarbij onderaan wordt begonnen. In hoofdstuk 2 worden de fysieke- en (vooral) de datalinklaag besproken. In de bespreking van de datalinklaag wordt duidelijk dat men deze laag moet opsplitsen in twee deellagen om het geheel werkbaar te maken. In de MAC deellaag worden Ethernet, en zijn varianten Fast Ethernet en Gigabit Ethernet en draadloze LAN’s besproken. We gaan eveneens in op de verschillende frames. Uiterst belangrijk zijn natuurlijk de verschillende toegangsmethodes tot het medium! Uiteindelijk volgt een bespreking van netwerkprestaties en de methode om congestie tegen te gaan. Voor de hogere lagen wordt afgestapt van het OSI model. Daarin wordt het zeer veel gebruikte, en dus de de facto standaard, TCP/IP gesitueerd in het OSI model. De mapping van TCP/IP op OSI is echter niet helemaal juist. In het volgende hoofdstuk, hoofdstuk 3, bespreken we zeer gedetailleerd de netwerklaag. Daarvoor hebben we het over het IP protocol, IP adressen, subnetten, RARP, fragmentatie en IPv6. Daarna bespreken we de transportlaag met in hoofdzaak TCP. We kijken naar de configuratie en congestie. In hoofdstuk 5 wordt de applicatielaag met een hele reeks protocollen besproken. Dit gaat van FTP, RTP, SNMP, DNS, http, POP, SMTP tot BOOTP en DHCP. In hoofdstuk 6 worden VLAN’s en VPN besproken. Wat zijn ze, hoe werken ze? VPN’s bespreken kan vanzelfsprekend niet zonder wat uitleg over cryptologie. Het hoofdstuk eindigt met tunneling (met de modi), de authenticatieheader en ESP. In hoofdstuk zeven bespreken we uitgebreid de verschillende netwerkcomponenten: repeater, hub, bridge, switches, routers en de verschillende firewalls. De verschillende routerprotocollen worden eveneens besproken. Hoofdstuk acht gaat over de interfacestandaarden. Dit gaat ondermeer over de klassieke seriële poort, RS232, RS422, RS485, de printerpoort maar ook over HPIB (GPIB) en USB. In hoofdstuk 9 bekijken we kort Bysinc als één van de mogelijke protocollen om gebruik makende van een interface (RS…) data te kunnen doorsturen.
In hoofdstuk tien gaan we uitgebreid ATM bestuderen. De gebruikte technologie, het frame en AAL vormen een eerste blok. Maar vooral de LAN emulatie met zijn verschillende mogelijkheden is hier belangrijk.
Boortmeerbeek, 5 juli 2010
