3. előadás A TCP/IP modell. Az ISO/OSI és a TCP/IP modell összevetése. Alapvető fogalmak
A TCP/IP modell jelentősége Habár az OSI modell általánosan elfogadottá vált, az Internet nyílt szabványa történeti és technikai okokból mégis a TCP/IP referenciamodell és a TCP/IP protokollkészlet lett. A TCP/IP a világ bármely két pontján (vagy azon kívül) levő számítógépek között biztosít adatkommunikációt.
A TCP/IP modellt az Amerikai Védelmi Minisztérium definiálta, mert egy olyan hálózatot kívánt létrehozni, amely minden körülmények között – még egy atomháború esetén is – működőképes marad. Az Amerikai Védelmi Minisztérium azt akarta, hogy a csomagok mindenkor, minden körülmények között, bármely pontból bármely pontba eljussanak. Ez egy igen nehéz tervezési probléma, de ez vezetett a TCP/IP modell megalkotásához, ami azóta az Internet szabványává vált. A TCP/IP modell négy réteget tartalmaz: az alkalmazási réteget, a szállítási réteget, az Internet réteget és a hálózati réteget. Alkalmazási réteg A TCP/IP létrehozói úgy gondolták, hogy a magasabb szintű protokollok feladatkörébe tartoznak a viszony- és a megjelenítési réteg kérdései, ezért csak egy alkalmazási réteget hoztak létre, ami a magas szintű protokollok feladatait is tartalmazta, vagyis a megjelenítést, a kódolást és a párbeszédszabályozást. A TCP/IP minden alkalmazás szintű feladatot egy rétegbe foglal bele, és feltételezi, hogy az innen származó adatok megfelelő formátumban érkeznek az alatta levő réteghez.
Szállítási réteg A szállítási réteg a szolgáltatás minőségi kérdéseivel foglalkozik, vagyis a megbízhatósággal, az adatfolyam-vezérléssel és a hibajavítással. Az egyik ide tartozó protokoll, a Transmission Control Protocol (TCP) igen hatékony és rugalmas módon teszi lehetővé a megbízható, gyors, alacsony hibaarányú hálózati kommunikációt. A TCP egy kapcsolatorientált protokoll. Ez a protokoll az alkalmazási rétegből származó információkat szegmensekbe csomagolva a forrásés a célállomás között párbeszédszerű kommunikációt tesz lehetővé. A kapcsolatorientáltság nem azt jelenti, hogy egy áramkör létezik a kommunikáló számítógépek között (ez áramkörkapcsolás lenne), hanem azt, hogy egy bizonyos ideig a két számítógép 4. rétegbeli szegmenseket cserélhet egymás között Internet réteg Az Internet réteg feladata az, hogy az összekapcsolt hálózatok bármely részhálózatában levő forrásállomás csomagjait elküldje, és azokat a célállomáson fogadja, függetlenül a bejárt útvonaltól és hálózatoktól. Ennek a rétegnek a feladatát az Internet Protocol (IP) látja el. A legjobb útvonal kiválasztása és a csomagkapcsolás ebben a rétegben történik. Hasonlítsuk össze ezt a réteget a postai szolgálattal! Amikor feladunk egy levelet, nem tudjuk, az hogyan fog eljutni a címzetthez (több útvonal lehetséges), csak azt, hogy meg fog érkezni.
Hálózati réteg Ennek a rétegnek a neve igen tág értelemmel bír, ezért némileg megtévesztő lehet. A réteget más néven állomások és hálózatok közötti rétegnek is nevezzük. Ez a réteg foglalkozik az összes kérdéssel, ami ahhoz szükséges, hogy egy IP-csomag különböző fizikai összeköttetéseken haladjon keresztül. Ide tartoznak a LAN- és WAN-technológiák részletei, valamint az OSI modell fizikai és adatkapcsolati rétegének minden részlete.
A TCP/IP protokollgráfja
Figyeljük meg, hogy a modell homokóra alakú – számos felsőbb szintű protokoll található a tetején, és sokféle alsóbb szintű LAN-protokoll található az alján, középen pedig egy keskeny, IP-re épülő szállítási réteg (TCP vagy UDP) helyezkedik el. Az alábbi alkalmazások tartoznak ide: • fájlátviteli protokoll (FTP, File Transport Protocol) • hypertext átviteli protokoll (HTTP, Hypertext Transfer Protocol) • egyszerű levéltovábbító protokoll (SMTP, Simple Mail Transport Protocol) • körzeti névkezelő rendszer (DNS, Domain Name Service) • triviális fájlátviteli protokoll (TFTP, Trivial File Transport Protocol). A szállítási rétegbe két protokoll tartozik: a Transmission Control Protocol (TCP) és a User Datagram Protocol (UDP). A TCP/IP modellben a hálózati szolgáltatásokat igénybe vevő alkalmazástól és a használt szállítási protokolltól függetlenül csak egy hálózati protokoll, az Internet Protocol vagy más néven IP használható. Ez szándékos tervezési döntés eredménye. Az IP egy olyan univerzális protokoll, amely bármely két számítógép közötti kommunikációt lehetővé teszi bárhol és bármikor.
Az OSI és a TCP/IP modell összehasonlítása
Az OSI modellt és a TCP/IP modellt összehasonlítva különbségeket és hasonlóságokat is felfedezhetünk. Hasonlóságok • mindkettő rétegekből tevődik össze • mindkettőben található egy alkalmazási réteg, bár funkciójuk igencsak különböző • mindkettő hasonló funkciójú szállítási és hálózati réteggel rendelkezik • csomagkapcsolt (nem pedig áramkörkapcsolt) technológiát vesznek alapul • a hálózati szakembereknek mindkettőt ismerniük kell.
Különbségek • a TCP/IP az alkalmazási rétegre hárítja a megjelenítési és a viszonyréteg funkcióit • a TCP/IP az OSI modell adatkapcsolati rétegét és a fizikai réteget egy réteggé vonja össze • a TCP/IP kevesebb rétege miatt egyszerűbbnek tűnik • a TCP/IP protokolljaira épült az Internet, tehát a TCP/IP modell csak a protokolljai miatt nyert létjogosultságot. Ezzel szemben az OSI modellre épülő protokollokat egyetlen hálózat sem használja, bár mindenki az OSI modell alapján gondolkodik.
Ha az OSI modell az alap, miért kell a TCP/IP modell is? Bár a TCP/IP modell protokolljai az Internet szabványos protokolljai, ebben a kurzusban az OSI modellt fogjuk használni a következők miatt: • világszerte elismert, általános, protokollfüggetlen szabvány. • részletesebb, ezért alkalmasabb oktatási célokra. • részletesebb, ezért jobban használható hibakeresésre. Az OSI modellt, de a TCP/IP protokollokat fogjuk használni. A TCP-t egy, az OSI modellnek megfelelő 4. rétegbeli protokollnak, az IP-t egy 3. rétegbeli protokollnak, az Ethernetet pedig egy 2. és 1. rétegbeli technológiának fogjuk tekinteni.
Az átviteli közegekre vonatkozó szabványok Amikor a helyi hálózatunkhoz átviteli közeget választunk, szem előtt kell tartani a tűzrendészeti, építészeti és biztonsági előírásokat. Ugyanígy tekintettel kell lenni egyéb érvényes előírásokra is, hogy a hálózat optimálisan működjön, hogy garantálható legyen a kompatibilitás és - az átviteli közegek sokfélesége ellenére - a rendszerek biztosan együtt tudjanak működni. A következő csoportok által kifejlesztett és publikált átviteli közegekre vonatkozó szabványokat érdemes megemlíteni: • Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) • Underwriters Laboratories (UL) • Electrical Industries Association (EIA) • Telecommunications Industry Association (TIA)
Az utolsó két szervezet közösen adott ki egy szabványgyűjteményt, amelyre EIA/TIA szabványokként szokás hivatkozni. A felsorolt csoportokon és szervezeteken túl a helyi, megyei, állami és nemzeti kormányzati szervek is (Magyarországon csak az utóbbiak) adnak ki olyan követelményeket és specifikációkat, amelyek meghatározzák a helyi hálózatokban használható kábeltípusokat. Az IEEE körvonalazta, hogy milyen kábelezési előírásokat kell betartani a 802.3 és a 802.5 szabványai alapján készült Ethernet és vezérjeles gyűrű hálózatokban és (a nem IEEE szabvány) FDDI hálózatokban. Az amerikai Underwriters Laboratories elsősorban biztonságtechnikai követelményekkel foglalkozó kábelezési specifikációkat ad ki, de a csavart érpáras átviteli közegek teljesítményét is minősítik. Az Underwriters Laboratories egy azonosítási programot is elindított, amely az árnyékolt és árnyékolás nélküli csavart érpárok jelöléseit sorolja fel. Ezzel könnyebben lehet biztosítani, hogy a LAN-okban használt kábelek megfeleljenek a specifikációknak. A felsorolt szervezetek közül az EIA/TIA-nak volt legnagyobb hatása a hálózati átviteli közegekre vonatkozó szabványokra. A hálózati átviteli közegek műszaki specifikációira vonatkozó szabványok közül évek óta az EIA/TIA-568, EIA/TIA568B és az EIA/TIA-569 jelűek a legelterjedtebbek.
A digitális sávszélesség fogalma A sávszélesség olyan mérőszám, amely megmutatja, hogy adott idő alatt mennyi információ juttatható el az egyik helyről a másikra. Magát a sávszélesség kifejezést két értelemben is használják: egyrészt analóg, másrészt digitális jelekre. A továbbiakban ha sávszélességet mondunk, mindig a szó digitális értelmezésére gondolunk. A bit per szekundum (bit/s) a sávszélesség mértékegysége.
Három példa a digitális sávszélesség fogalmának megértéséhez A sávszélesség a hálózatok nagyon fontos jellemzője, viszont elvont és nehezen érthető fogalom. Nézzük meg a következő három példát, melyek segítenek megérteni a sávszélesség fogalmát: A sávszélesség megfeleltethető egy csővezeték átmérőjének. Gondoljunk csak a vízvezeték- vagy a csatornahálózatra. Ezeknek a vezetékeknek mind különböző az átmérőjük. Egy város vízvezetékrendszerének fővezetéke akár 2 méter átmérőjű is lehet, míg egy konyhai vezeték átmérője mindössze 2 centiméter. A vezeték átmérője alapvetően meghatározza, hogy mennyi vizet bír átbocsátani. Ebben a hasonlatban a víz az információ, a csőátmérő pedig a sávszélesség megfelelője.
A sávszélesség egy hifi-berendezés hangminőségéhez is hasonlítható. A hallott hang az információnak, a hangminőség pedig a sávszélességnek felel meg.
A sávszélesség az utak szélességéhez hasonlítható. Gondoljunk csak az országot, városokat behálózó úthálózatra. Hazafelé, az autópályáról letérve, kétsávos főúton, majd egyszerű közúton át jutunk el a garázsbejárónkig. Ebben a hasonlatban a sávok száma felel meg a sávszélességnek, az autók száma pedig az átvitt információmennyiségnek.
A sávszélesség definíciója A sávszélesség - definíció szerint - az egy másodperc alatt átvihető bitek számát jelenti.
Miért különbözőek az átviteli közegek sávszélességei? A sávszélesség egy nagyon hasznos fogalom. A sávszélesség azonban nem lehet tetszőlegesen nagy. Használjunk akármilyen átviteli módot vagy közeget, mindig van egy érték, amit a sávszélesség nem haladhat meg. Ennek oka a fizika törvényeiben és a mai technika fejlettségi szintjében keresendő. A következő ábra néhány közismert hálózati átviteli közeggel elérhető maximális digitális sávszélességet és a hozzájuk kapcsolódó távolsági korlátokat mutatja.
Az átbocsátóképesség és a sávszélesség összehasonlítása Az áteresztőképesség a sávszélesség egy bizonyos időpontban, adott hálózati útvonalat használó fájlletöltés folyamán mérhető értéke. Sajnos, különböző okok miatt az átbocsátóképesség gyakran jelentősen elmarad az adott átviteli közegre jellemző maximális digitális sávszélességtől. Az áteresztőképességet és a sávszélességet befolyásolják például a következők: • a hálózat-összekapcsoló eszközök tulajdonságai • az átvitt adatok típusa • a hálózati topológia • a felhasználók száma • a felhasználó számítógépének tulajdonságai • a kiszolgáló számítógép tulajdonságai • áramszünet vagy különleges időjárás okozta leállások • és sok egyéb ok A hálózat tervezésekor figyelni kell az elméleti sávszélesség-határokra. A hálózat természetesen, nem lehet gyorsabb, mint amit a használt átviteli közeg megenged. Mielőtt egy hálózattípust kiválasztunk, mérjük meg, hogy ténylegesen mekkora áteresztőképességet biztosít, és ez alapján döntjük el, hogy megfelelő-e a hálózat a számunkra.
Adatátvitellel kapcsolatos egyszerű képletek Az egyik legfontosabb kérdés a hálózattípus kiválasztáskor, hogy eldöntsük, milyen átviteli közeget akarunk használni. A kérdésben legtöbbször a felhasználói programok sávszélesség-igénye a meghatározó. A következő, egyszerű képlet a döntéshozásban segít. A képlet a következő: becsült letöltési idő = fájlméret / sávszélesség. A képlettel a minimális letöltési időt számoljuk ki, a letöltés ennél nem lehet gyorsabb. A képlet nem veszi figyelembe a korábban tárgyalt sávszélesség-csökkentő hatásokat, így csak egy durva becslést ad az információ átviteléhez szükséges időre, egy adott átviteli közeg vagy alkalmazás használata esetén.
Öt ok, amiért ismernünk kell a sávszélesség fogalmát 1. A sávszélesség véges. Az elektromágneses frekvenciatartomány véges sávszélességű, azaz csak véges sok frekvenciasáv áll rendelkezésünkre a rádióhullámú, mikrohullámú és infravörös spektrumban. 2. Ha ismerjük a sávszélesség tulajdonságait és véges voltát, sok pénzt takaríthatunk meg. Tulajdonképpen a sávszélességért fizetünk. 3. A sávszélesség és az átvitel fogalmát a két meghatározó tényező a hálózatok teljesítményének vizsgálatakor. 4. Az információ bitekként való tárolása hasznos, de nem forradalmi technológia. Ma másodpercenként több billiónyi bitet tudunk átvinni. 5. Egyre nagyobb sávszélességre van szükség.
Néhány fontos fogalom Aszinkron átvitel: Az órajel precíz átvitelét nélkülöző digitális adatátvitel. A különböző forrásból származó aszinkron jelek különböző frekvencia- és fázisviszonyokkal rendelkeznek. Aszinkron átvitel során az egyes karaktereket rendszerint vezérlőbitek közé zárják (ún. start- és stopbitek közé), melyek a karakter elejét és végét jelzik Szinkron átvitel: Digitális jelek átvitele pontos időzítés mellett. A karakterek kezdete a kereten belül egy adott idő egész számú többszöröse. A keretek kezdetét és végét általában szinkronizáló karakterek jelzik (SYNC vagy FLAG karakterek).
Párhuzamos átvitel: Adatátviteli módszer, melynek során egy adatkarakter bitjei több csatornán keresztül, egyszerre továbbítódnak. Soros átvitel: Adatátviteli módszer, amely egy csatornán, egymás után viszi át az adatkarakterek bitjeit.
A következő előadás témája A következő órán az internet alapelveivel, az internetes címzéssel, valamint az alhálózatokkal és az IP-hálózatokon használatos protokollokkal fogunk megismerkedni. Köszönöm a figyelmet!
