Számítógépes hálózatok és Internet eszközök TCP/IP protokoll Alkalmazási réteg : a felhasználó által indított program és a szállítási réteg között épít fel kapcsolatot • Szállítási réteg : elkezdődik a becsomagolás, a header jelzi, hogy melyik szállítási rétegbeli protokollal (leggyakrabban TCP vagy UDP) küldik az adatot. •
Hálózati réteg: a kapott adathoz hozzáteszi a saját headerjét, mely a célszámítógép címét tartalmazza
•
Adatkapcsolati réteg: headerjét hozzáadja, és az adatot keretekre bontja. Túl nagy az adat esetén darabol
•
Fizikai réteg:
továbbítja a kapott kereteket a hálózaton
(ebben a modellben az adatkapcsolati és a fizikai réteg eleinte egy rétegnek felelt meg)
ISO/ OSI modell
A számítógépek közötti kommunikáció hálózatokon bonyolult, ezért rétegekre osztották a megvalósítást (sokkal rugalmasabb).
Fizikai réteg – Physical Layer
A fizikai réteg határozz meg minden eszközökkel kapcsolatos fizikai és elektromos specifikációt (érintkezők kiosztása, feszültség szintek, kábel specifikációk). A szinten hubok, repeaterek és hálózati adapterek számítanak a kezelt berendezések közé. hub : egy hardverelem, amely fizikailag összefogja a hálózati kapcsolatokat. Adatokat átalakítás nélkül továbbít repeater: jelerősítést végző hub
A fizikai réteg által megvalósított fő funkciók: • felépíteni és lezárni egy csatlakozást • Biztosítania kell, hogy az adó által küldött jeleket a vevő is azonosként értelmezze. Feladata a digitális adatok olyan konverziója, jelátalakítása, melyet a kommunikációs csatorna továbbítani tud. A jeleket fizikai kábelen (koax stb.), vagy rádiós kapcsolaton keresztül lehet továbbítani. • Együttműködés a különböző szabványokkal, helyi hálózatokkal, mint például a Token ring, FDDI, és az IEEE 802.11.
Adatkapcsolati réteg – Data-Link Layer • •
Alapvető feladata a hibamentes átvitel biztosítása a szomszéd gépek között. Jelzi, illetve lehetőség szerint korrigálja a fizikai szinten történt hibákat. Az adatokat adatkeretekké (data frame) tördeli, továbbítja, a nyugtát fogadja, hibajavítást és forgalomszabályozást végez. Ez az a réteg, ahol a bridge-ek és switch-ek működnek.
Hálózati réteg – Network layer •
A kommunikációs alhálózatok működését vezérli, illetve biztosítja a hálózati útvonalválasztást. Forgalomirányítást végez. • Ha az útvonalban eltérő hálózatok vannak, akkor fregmentálást, protokoll átalakítást is végez. Az útvonalválasztók (router-ek) ezen a szinten működnek a hálózatban. • Logikai címzési sémát használ a modell – az értékeket a hálózat karbantartója (hálózati mérnök) adja meg egy hierarchikus szervezésű címzési séma használatával pl. az Internet Protocol (IP). router: hálózatokban egy útválasztást végző eszköz, amelynek a feladata a különböző hálózatok összekapcsolása,közöttük lezajló adatforgalom irányítása
Szállítási réteg – Transport layer •
Feladata a végpontok közötti hibamentes adatátvitel biztosítása. Már nem ismeri a topológiát, csak a két végpontban van rá szükség. • Feladata az összeköttetések felépítése, bontása, csomagok sorrenbe állítása. • Néhány protokoll kapcsolatorientált. Ez azt jelenti, hogy a réteg nyomon követi az adatcsomagokat, és hiba esetén gondoskodik a csomag újraküldéséről. A legismertebb 4. szintű protokoll a TCP TCP: felel a megbízható kommunikáció megvalósításáért. sorrendtartó és hibamentes adatátvitelt biztosít a TCP protokollt használó alkalmazási rétegnek, például az FTP, HTTP, SMTP alkalmazási szintű protokolloknak. A TCP protokoll un. vég-vég jelentőségű protokoll, azaz a kapcsolat két legszélső eleme: a kezdeményező és a kiszolgáló számítógépek egyaránt erre építhetnek.
Viszonylati réteg – Session layer • Lehetővé teszi, hogy két számítógép felhasználói kapcsolatot létesítsenek egymással • Jellegzetes feladata a logikai kapcsolat felépítése és bontása, párbeszéd szervezése. • Szinkronizációs feladatokat is ellát, ellenőrzési pontok beépítésével. Ha a kapcsolat megszakad, a legutolsó szinkronizációs ponttól folytatja a kommunikációt.
Megjelenítési réteg • Az egyetlen olyan réteg, amely megváltoztathatja az üzenet tartalmát, így biztosítja az alkalmazási réteg számára, hogy az adatok a felhasználó rendszerének megfelelő formában álljon rendelkezésre. • itt már nem csak {0,1} elemek halmazát értjük, hanem bonyolultabb struktúrával kezeljük őket • Tömörít, rejtjelez (adatvédelem és adatbiztonság miatt), kódcserét (pl.: ASCII - EBCDIC) végez el.
Alkalmazási réteg – Application layer •
Itt valósul meg az alkalmazások közötti kommunikáció (pl.: fájlok másolása ftp-vel) • Az alkalmazási réteg protokolljain keresztül az alkalmazások képesek egyeztetni formátumról, további eljárásról, biztonsági, szinkronizálási vagy egyéb hálózati igényekről. • A legismertebb alkalmazási réteg szintű protokollok a HTTP, az SMTP, az FTP és a Telnet.
Beágyazás (Encapsulation)
Minden réteg az adat továbbítása előtt beágyazza a felette levő rétegtől kapott információt a saját csomagjába, azaz ellátja egy saját header-rel. Ezt a header-t kicsomagoláskor a megfelelő réteg leválasztja, értelmezi, és a fölötte lévő rétegnek továbbítja.
Aszinkron, szinkron átvitel Szinkron átvitel Az adatátvitel meghatározott ütemben történik. Ezt egy időzítő jel (szinkronjel) segítségével lehet elérni. A kommunikáló gépek mindegyike egy adott ritmusban adja, veszi, illetve értelmezi az adatokat. Ha a két gépnek nincs küldendő adata, a byte-ok küldése akkor sem áll le: ekkor szinkronkaraktereket küldenek egymásnak, amellyel a szinkront fent tartják.
Aszinkron átvitel (start-stop átvitel) két karakter/bájt között tetszőleges idő telhet el (pl.: billentyűzet), és addig általában logikai 0 van a vezetéken. Itt nincs szinkronjel, viszont hogy hol kezdődnek az adatok (mikor küld adatot az adó fél) fel kell ismerni. Ezt a problémát stopbitekkel oldják meg: a jelek elé és mögé szinkronizációs elemeket építenek be: mesterségesen beszúrt start elem (1-es bit) illetve stop elem (általában 00).
Ethernet Sínszervezésű LAN-ra vonatkozó specifikáció. Az Ethernet hálózatok az ütközések feloldására a CSMA/CD-t használják. Számos kábeltípuson (koax, réz stb.) működik legalább 10 Mbps sebességgel. Hasonló az IEEE 802.3 szabványhoz. CSMA/CD
szabályrendszere biztosítja, hogy a közös csatornán kommunikáló felek képesek legyenek a az adások és az ezekből következő ütközések detektálására, elhárítására. Amennyiben a CSMA/CD csatornán több fél azonos idejű adási kísérlete miatt ütközés jön létre, úgy az érintett felek külön-külön, de véletlenszerűen meghatározott ideig felfüggesztik adási kísérleteiket
abban a reményben, hogy így a következő próbálkozás alkalmával már nem egyszerre próbálnak majd meg adni. Amennyiben az újabb adási kísérlet során ismét ütközés jön létre, úgy az adni kívánó felek a korábbiaknál egyre tovább várnak ki - így csökkentve az újabb ütközések esélyét. Amennyiben a küldés elég sokszor nem sikerül ütközés miatt, akkor kézbesíthetetlen lesz a csomag.
UDP Nem kapcsolat orientált protokoll. A felhasználói program adataiból u.n. datagramokat képez, majd ezek gyors átvitelét valósítja meg. Egyik datagram kézbesítése sincs garantálva. (pl. ha hang vagy képátvitel) A host gépen több felhasználói program is futhat egyszerre, amelyek mindegyike használja az Internetet. Az UDP feladata a különböző programok felé a beérkező datagramok szétválogatása.
TCP Kapcsolat orientált protokoll, ami azt jelenti, hogy a két gép TCP modulja között egy virtuális összeköttetés jön létre, melyben minden csomag kézbesítése garantált. A kapcsolat kétirányú és egyidejű. A TCP beérkező csomagokat sorrenbe rakja. Ha egy csomag hibás, vagy nem érkezett meg (ami a sorszámokból kiderül) rendelkezik az újraküldésről. Ennek megfelelően a TCP lassú, de megbízható. Pld. az FTP (File Transfer Protokol) TCP-t használ (az átküldött file nem lehet hibás). DIREKT/INDIREKT CÍMZÉS
Az IP Routing olyan folyamat, amely segítségével egy több hálózati interfésszel rendelkező host eldönti, hogy a kapott IP csomagokat merre továbbítsa. Direkt routing: A célállomás és a forrásállomás ugyanazon a fizikai hálózaton van Az IP – csomagot beteszik a fizikai hálózat keretébe Indirekt routing: A célállomás és a forrásállomás különböző fizikai hálózaton van A célállomás csak egy IP – átjárón (=router) keresztül érhető el A forrásállomásnak csak az első router címét kell ismernie, hogy csomagot küldjön acélállomásnak Azonos fizikai hálózat, különböző alhálózat: indirekt routing TTL:
A csomagok fejlécében egy számláló található (hop count). Ezt minden aktív eszköz (kapcsoló, útválasztó) csökkent. Ha ez 0 lesz, akkor a TTL szabályai alapján egyszerűen eldobja a csomagot. A TTL mezőre azért van szükség, mert nélküle redundáns hálózatoknál hibás beállítás esetén előfordulhatna, hogy az IP csomagok a végtelenségig körbe-körbe keringenek. A TTL mező nélkül a hálózat begerjedne és használhatatlanná válna. Forwarding: Csomagok továbbítása Routing: Útvonalak meghatározása, azaz routing-tábla felépítése (rute detection).
Vezérjeles gyűrű (Token Ring) N db. állomás
A vezérjel korlátozott ideig (t) van állomásnál. Eddig adhat. N*t – amíg rákerül egy állomásra az adási jog.
egy biztosan
Az információ továbbítás iránya
Vezérje
Akinek szól a célcím, az felhasználja. A keretben egy speciális visszajelző információt helyez el.
IPv4 Ip-cím: Az IP-cím (Internet Protocol-cím) egy egyedi hálózati azonosító, amelyet az Internet Protocol segítségével kommunikáló számítógépek egymás azonosítására használnak. • 32 biten ábrázolt egész számok (általános jelölés: 192.168.42.1) • A címek felépítése hierarchikus: a szám bal oldala (a legnagyobb helyiértékű bájt) a legfelső szintet jelenti, és jobbra haladva az ez alatti szinteket kapjuk meg, például egy szolgáltatót, a szolgáltató alatti ügyfeleket, és az ügyfelek alatti egyes számítógépeket. • A hálózaton nem csak a host-okat (számítógépeket, munkaállomásokat) azonosítják IP címmel, hanem alhálózatokat is. Egy IP szegmenst a network (hálózati) címe azonosít. Egy host neve úgy áll össze, hogy a cím elején levõ bitek határozzák meg a hálózat címét, a fennmaradó bitek pedig a host-ot azonosítják a hálózaton belül. Az, hogy melyik rész a network cím, és melyik azonosítja a host-ot a netmask határozza meg. Címosztályok • A osztályú cím az 1.0.0.0 - 126.255.255.255 címeket foglalja magába és netmaszkja 255.0.0.0. • B osztályú címek 128.0.0.0 - 191.255.255.255 terjednek, (2^16 = 65536 host). • A C osztályú címek a 192.0.0.0 - 223.255.255.255 címtartományban vannak, és netmaskjuk 255.255.255.0. (Egy IP-szegmensben 2^8 = 256 hostot képes megcímezni) Broadcast – speciális cím, ezzel a címmel az összes helyi gépet megcímezhetjük A broadcast – címnek foglalt az adott hálózaton megcímezhető legnagyobb hostcím ARP protokol - Address Resolution Protocol = Címlekérdező protokoll. Egy host a hálózaton belül broadcast címez egy ARP kérést a saját MAC címével, majd erre a címre a többi host elküldi a saját MAC címét MAC-cím (Media Access Control) egy hexadecimális számsorozat, amellyel még a gyárban látják el a hálózati kártyákat (hálókártya azonosítója) OSPF (Dijstra) – Cél egy minimális költségű (legrövidebb) út keresése hálózatokon. Dijkstra algoritmust használ. Kis hálózatokon hatékony, mivel egy élsúlyozott gráfként reprezentálja a hálózatot RIP protokoll – A RIP a Routing Information Protocol rövidítése. Kisméretű és közepes méretű hálózaton belüli útvonal választási információk cseréjére szolgáló protokoll. BellmanFord algoritmust használ, amire az jellemző, hogy kezeli a negatív élköltségeket.
