Hálózati architektúrák és protokollok

Hálózati architektúrák és protokollok Irodalomjegyzék: Andrew S. Tannanbaum: Computer Networks Fred Hourshall: Computer Networks and Open Systems William Stallings: Data and Computer Communications RFC dokumentumok: http://www.rfc-editor.org Géker Károly: Híradástechnika Stan Schatt: Hogyan m ködik az ATM

I. A számítógép hálózatok alapfogalmai Számítógép-hálózat: Számítógéprendszerek valamilyen információátvitellel megvalósítható cél érdekében történ (hardveres és szoftveres) összekapcsolása.

Célok: Er forrás megosztás, pl.: nyomtató Megbízhatóság növelése: redundánsan több gép látja el ugyanazt a feladatot Sebességnövelés: párhuzamos feladatmegoldás Emberi kommunikáció.

Hálózatok osztályozása Méret szerint: <1 méter 1 km 10 km 100 km <

MultiComputer LAN (Helyi hálózat) MAN (Városi hálózat) WAN (Nagykiterjedés hálózat)

A MAN is LAN technológiát használ manapság. Elkülönítésük szubjektív. A nagy távolság okozta más ködési jellemz k miatt van. A Multicomputer: speciális nagyon jó kapcsolat Csomópont (node): Önálló kommunikációra képes saját hálózati címmel rendelkez eszköz. Önállóan tud kommunikációt kezdeni és fogadni. Nem tartozik ide egyik olyan eszköz sem, ami csak információtovábbítást végez. Egy csomópont m ködhet adó (forrás) illetve vev funkcióval. osztályaik:

End Node (End System): Csak olyan kommunikációval foglalkozik, aminek a forrása, vagy célja. Intermediate System: továbbítással is foglalkozik. Jel: Helyt l és id l függ , információt hordozó fizikai mennyiség(ek). Információhordozó a kommunikációs csatornán, lehet analóg vagy digitális. Jelkódolás: A (digitális) információ leképezése (digitális) viv jelre (pl. feszültségszintekre, feszültségszint váltásokra). Moduláció: Analóg viv jelre történ leképezés. A csatornába kerül (modulált) jel el állítása a forrásból érkez modulálójelb l és az analóg viv jelb l. Inverz folyamata a demoduláció. A modem a modulációt és demodulációt végz berendezés. Adatátviteli közeg (média, vonal): „Kézzel fogható” entitás, amin az információ (jel) továbbítás történik. Pl.: csavart pár, koax kábel, optikai kábel vagy leveg Adatátviteli csatorna: Jelek továbbítására szolgáló adatút, frekvenciasáv. Gyakran az adatátviteli közegen több csatornát (adatutat) építenek ki.

1

Ütközés: Egy csatornán egy id pillanatban egy adó adhat. Ütközésr l beszélünk, ha egy közös adatátviteli csatornán két (vagy több) csomópont egy id pillanatban továbbít információt. Adatátviteli sebesség: (bit ráta, hálózati sebesség): Id egység alatt átvitt információmennyiség (bitekben) bit/mp, b/s, bps. Nagyobb egységek: Kbps, Mbps, Gbps Átbocsátó képesség: adott id alatt maximálisan átvihet adat mennyisége KB, MB mértékegysége Jelváltási sebesség:(Modulációsebesség): Id egység alatt bekövetkez jelváltások száma, jelváltás/másodperc (baud). 1 bit lehet több jelváltás is, de lehet 1 jelváltás több bit is.

Információátviteli kapcsolatok Pont-pont kapcsolat: Ha az információközlés csak két pont (egy adó és egy vev ) között zajlik, akkor pont-pont kapcsolatról beszélünk. Többpontos kapcsolat, üzenetszórás: Többpontos kapcsolatról (pl.) akkor beszélünk, ha egy adó egyszerre több vev t lát el információval. Az üzenetszórás olyan többpontos kapcsolat, ahol az adótól egy bizonyos hatósugáron belül minden vev megkapja az információt (pl. rádiós m sorszórás).

Információátviteli irányítottság Egyirányú (szimplex) összeköttetés: Ha két, kommunikációs pont között az információközlés csak egy irányban lehetséges, akkor egyirányú összeköttetésr l beszélünk (pl. rádiós m sorszórás). Váltakozó irányú (halfduplex) összeköttetés: Az információátvitel mindkét irányban lehetséges, de egy id pillanatban csak az egyik irányban (pl. CB rádió). Kétirányú (full duplex) összeköttetés: Az információátvitel egy id pillanatban mindkét irányban lehetséges (pl. telefon).

Kapcsolási mód Vonalkapcsolt (áramkörkapcsolt technológia): Az információátvitel el tt dedikált kapcsolat (kommunikációs áramkör) épül ki a két végpont között, s ez folyamatosan fennáll, amíg a kommunikáció tart. Üzenetkapcsolt (store-and-forward) technológia (telex): Nem épül ki áramkör, hanem a teljes üzenet kapcsolóközpontról kapcsolóközpontra halad, mindig csak egy összeköttetést terhelve.

Probléma: mennyi memória legyen egy központban? kis információ sokára jut el, hogy ha sok van bel le, nagy információ pedig soha, hogy ha kevés a memória. Csomagkapcsolt: Az információt (korlátozott maximális méret ) részekre (csomagokra) darabolják, s a csomagokat (mint önálló egységeket) üzenetkapcsolt elven továbbítják. Ha nem egy úton mennek, akkor lehet, hogy nem sorrendben érkeznek meg a csomagok.

Címzés Egyedi cím(Unicast): Egy csomópont egy hálózati csatlakozójának címe. Bárki cím(Anycast): Csomópontok interfészeinek halmazát azonosító cím, a egy csomagot egy „anycast címre” küldünk, akkor a halmazból egy interfészre (célszer en a legközelebbire) kell eljuttatni. Többes cím(Multicast): Interfészek egy halmazát vagy csoportját (tipikusan különböz csomópontokon található interfészek csoportját) azonosító cím. Ha egy csomagot egy „multicast címre” küldünk, akkor a csoport minden elemére el kell juttatnunk. Mindenki cím(Broadcast): Egy tartományon (ún. broadcast domain) belül elhelyezked valamennyi csomópontot (ill. csomópontok interfészét) azonosító cím. Logikailag speciális multicast címnek is felfogható (a csoport a broadcast domain valamennyi interfészét magába foglalja). Számítógép-hálózati protokoll: Szabályok és konvenciók összességének egy formális leírása, mellyel meghatározzák a hálózati eszközök (csomópontok) kommunikációját (kommunikációs szabályok halmaza).

2

Rétegelt hálózati architektúra Protokoll megadása nehéz, komplex feladat. Egy hierarchikus rendben felépített protokoll-rendszer könnyebben kezelhet , áttekinthet bb. Könnyebben implementálhatók, követhet k a változtatások. A rétegek (szintek) együttm ködhetnek különböz gyártók implementációi esetén is.

Fogalmak N réteg protokoll: Az N. réteg (szint) specifikációját leíró protokoll. Társak(peers): A két, kommunikációs végpont (csomópont) azonos szintjén elhelyezked entitások. Logikailag a társak kommunikálnak egymással a megfelel réteg protokollját használva. király király, tolmács tolmács. N/N+1 szint interfész: Az N. és N+1. réteg kapcsolódási felülete, határfelülete. király tolmácsa N. réteg szolgáltatása: Azon m velethalmaz (szolgáltatás), melyet az N. réteg nyújt az N+1. Réteg számára (az interfészen keresztül).

Beágyazás(enkapszuláció): A (fels bb szintr l érkez ) információ egy bizonyos protokoll fejléccel történ becsomagolása (mint pl. levél küldésekor a borítékba helyezés és boríték címzés). Protokoll adategység (PDU – Protocoll Data Unit, csomag) Általában a fejrész és az adat együttese. A PDU fogalma dokumentumonként változhat.

3

Régen gyártóhomogén rendszer m ködött, de egymással inkompatibilisek voltak. Az IBM tudta legjobban befolyásolni a szabványosítást, a többieknek ez nagy hátrány volt. Ha a keret fix hosszúságú, akkor az cella. A csomag két jelentése: 1. speciálisan a hálózati réteg PDU-ja 2. általánosabban PDU A transzport réteg PDU-jának másik neve a szegmens.

OSI modell rétegei

1. Fizikai réteg: Elektromos és mechanikai jellemz k procedurális és funkcionális specifikációja két (közvetlen fizikai összeköttetés ) eszköz közötti jeltovábbítás céljából. A bitátvitel megvalósítása a legfontosabb feladata 2. Adatkapcsolási réteg: Megbízható adatátvitelt biztosít egy fizikai összeköttetésen keresztül. Ezen réteg legfontosabb funkcionalitása a közeghozzáférés (egy csatorna megosztása a rá kapcsolt állomások közt), problémaköréhez tartozik a fizikai címzés, hálózati topológia, közeghozzáférés, fizikai átvitel hibajelzése és a keretek sorrendhelyes kézbesítése. Az IEEE két alrétegre (MAC- Medium Access Controll, LLC – Logical Link Controll) bontotta az adatkapcsolati réteget. 3. Hálózati réteg: Összeköttetést és útvonalválasztást biztosít a nem közvetlen összeköttetés hálózati csomópontok közt. Világméretben bárhonnan bárhová lehessen küldeni információt. Redundáns útvonalak is lehetnek. Ezek közül a 3. rétegnek kell választania. 4. Szállítási réteg: Megbízható hálózati összeköttetést létesít két csomópont között. Feladatkörébe tartozik pl.: a virtuális áramkörök kezelése, átviteli hibák felismerése/javítása és az áramlásszabályozás. Az egyik oldalon bemen bitfolyamnak kell kijönnie a másik oldalon. 5. Session réteg: Ez a réteg építi ki, kezeli és fejezi be az alkalmazások közötti dialógusokat (session, dialógus kontroll). 6. Prezentációs réteg: Feladata a különböz csomópontokon használt különböz adatstruktúrákból ered információ-értelmezési problémák feloldása. Információábrázolási különbségeket fedi el a réteg. Megoldás: kell egy köztes ábrázolás, amit mindenki használ az átvitelkor. 7. Alkalmazási réteg: Az alkalmazások (fájl átvitel, e-mail, stb.) m ködéséhez nélkülözhetetlen szolgáltatásokat biztosítja (pl. fájl átvitel esetén a különböz fájlnév konvenciók figyelembe vétele).

4

Hálózati kapcsolóelemek Ütközési tartomány(Collision/Bandwith Domain): Az a hálózatrész, ahol ütközés érzékelhet . Az ütközési tartományban egy id pillanatban csak egy információátvitel folyhat. Üzenetszórási tartomány(Broadcast Domain): Az a hálózatrész, ahol az üzenetszórás célcímmel feladott csomag (PDU) megjelenik, érzékelhet .

Jelismétl (Repeater): Az átviteli közegen továbbított jeleket ismétli, er síti. Csak a jelet ismétli, nem végez semmiféle útválasztást. Egy közös ütközési tartomány és üzenetszórási tartomány. Többportos jelismétl a HUB. Híd (Bridge): Az adatkapcsolati rétegben m ködve szelektív összekapcsolást végez („csak az megy át a hídon, aki a túloldalra tart”). Az összekapcsolt részhálózatok külön ütközési tartományt alkotnak. Az üzenetszórást általában minden összekapcsolt részhálózat felé továbbítja. Az üzenetszórás általában a túloldalra is tart, egy közös üzenetszórási tartomány. Többportos változata a switch. Kapcsoló (Switch): Olyan többportos eszköz, melynek bármely két portja között híd (bridge) funkcionalitás m ködik. Forgalomirányító (router): A hálózati rétegben m ködve szelektív összekapcsolást, útvonalválasztást, forgalomirányítást végez. Az összekapcsolt részhálózatok külön ütközési tartományt és külön üzenetszórási tartományt alkotnak. Csomópont, saját hálózati címmel rendelkezik. Ez az els tényleges csomópont, mert saját kommunikációt is kezdeményez.

5

I. Fizikai réteg Nyquist és Shannon eredményei: Nyquist zajtalan csatornán határozta meg a maximális átviteli sebességet.

Vonali zaj (noise): Az átviteli közeg környezetéb l származó zavarokat vonali zajnak nevezik. Az átvitt jelek csillapítása miatt a zajszint összemérhet vé válhat a jelszinttel, és a jelek helyes érzékelése lehetetlenné válhat. Az átviteli médiumok jellemezhet k az átlagos jelteljesítmény (Signal) és zajteljesítmény (Noise) hányadosával (általában dB skálán mérve): S/N jel/zaj hányados. Shannon meghatározta a maximális adatátviteli sebességet zajos csatornára:

Ennek már a megközelítése is egy igen jó eredmény. Csillapítás: A jel amplitúdója csökken a jel haladása során az átviteli közegben. Az átviteli közeg hosszát úgy állapítják meg, hogy a jel biztonsággal értelmezhet legyen a vételi oldalon. Ha nagyobb távolságot kell áthidalni, akkor er sít k (jelismétl k) beiktatásával kell a jelet visszaállítani. A csillapítás frekvenciafügg , ezért az er sít knek frekvenciafügg er sítéssel kell ezt kompenzálniuk. A csillapítás és az er sítés mértékét decibelben (dB) adják meg:

ahol P1 és P2 az átviteli közeg elején és végén mért teljesítmény (Watt). Optikai szál minimuma az infravörös fénynél van. A réz alapú kábelek feszegetik a Shannon tétel korlátait. Nincs benne már tartalék. Optikai kábelekben még van.

Csavart érpár:

A legolcsóbb, legelterjedtebben használt átviteli közeg. Két szigetelt rézvezetéket szabályos minta szerint összecsavarnak. Többnyire néhány csavart érpárt kötegelnek és véd szigeteléssel vonnak be. A csavarás csökkenti az áthallást az érpárok között és zajvédelmet biztosít. A csavarás hossza kicsit különbözhet az egyes érpárokban, hogy csökkenjen az áthallás. A csavarás hossza nagy távolságú összeköttetésekben 50 - 150 mm között változik. A huzal átmér je 0.4 - 0.9 mm .több érpár van (általában 4) ezt küls szigeteléssel látják el. UTP, FTP, STP Ha az érpárokat nem takarja árnyékoló fémburkolat, akkor UTP (Unshielded Twisted Pair), árnyékolatlan sodrott érpárnak nevezzük. Másik két típusa az FTP (Folied Twisted Pair) kábel mely alufóliával árnyékolt (a 4 érpár együtt), valamint az STP (Shielded Twisted Pair) kábel amely érpáronként tartalmaz árnyékolást.

6

Alkalmazásai Analóg és digitális átvitelre egyaránt használják. • Analóg rendszer: telefon el fizet i hurok. • Digitális rendszer (pl. LAN). • A legolcsóbb médium, a legkönnyebb vele dolgozni, de az adatátviteli sebessége és az áthidalható távolság er sen korlátozott. Átviteli jellemz i A csavart érpár csillapítása er sen függ a frekvenciától. Érzékeny az interferenciára és a zajra. éldául a párhuzamosan futó AC hálózatból könnyen fölveszi az 50Hz energiát. A zavarások csökkentésére árnyékolást alkalmaznak. A csavarás csökkenti az alacsony frekvenciás interferenciát. Különböz csavarási hosszak használata a szomszédos érpárok közötti áthallást (crosstalk) csökkenti. Pont-pont analóg jelzéssel (néhányszor) 100KHz sávszélesség is elérhet (több hangcsatorna átvitele). Rövid távolságra (néhányszor) 100 Mbps sebesség is elérhet . Csavarás miatt nincs olyan nagy antennahatás. A zavarások csökkentéséhez árnyékolás szükséges. Gigabit STP-n megy többnyire. Típusok: Category 3. UTP kábel és csatlakozók: ~16MHz, Korlátozott távolságra 16 Mbps sebesség átvitelt tesz lehet vé. 10 - 15 csavarás/m. Category 5. UTP kábel és csatlakozók: ~100MHz, Korlátozott távolságra 100 Mbps sebesség átvitelt tesz lehet vé. 20 - 30 csavarás/m. Új szabványok: Cat5e, Cat6: ~300MHz; Cat7 STP: ~600MHz.)

Koaxiális kábel:

A kábel átmér je: 5 - 25 mm. A koncentrikus felépítés miatt kevésbé érzékeny a zavarokra és az áthallásra, mint a csavart érpár. Nagyobb távolságra használható és többpontos alkalmazásban több állomást támogat a csavart érpárnál. Egy közös kábel szegmensre több állomás. 50 kell, hogy legyen a kábel végén az impedancia (ellenállás). Ezért kell a lezáró elem. Ha a különbség megn , mert nincs lezáró elem, akkor a vége igen er s tükörként m ködik. Ha van lezáró elem: a homogenitás biztosított. Ha valahol megszakad vagy megsérül a kábel, akkor az egész kábelen lehetetlen a kommunikáció. Nehéz meghatározni a hiba helyét. Alkalmazásai: • TV • nagy távolságú telefon • számítógépek összekapcsolása Átviteli jellemz k Analóg átvitel esetén néhány km-enként szükséges er sítés. Mintegy 400 MHz-ig használható. Digitális átvitel esetén km-enként szükséges jelismétl használata.

7

Optikai szál

2 - 125 µm átmér hajlékony optikai szál fénysugár továbbítására képes. Optikai szálat üvegb l és anyagból is készítenek. A véd bevonat szintén üveg vagy m anyag, más optikai tulajdonságokkal rendelkezik, mint a mag. A küls m anyag burkolat a szennyez dés, kopás és egyéb küls hatások ellen nyújt védelmet. Kritikus szögnél kisebb szögben becsapódó fénysugarat elnyeli a bevonat. Elektromágnesesen izolált. Nagy sebesség (2Gbps több 10 km-en), kisebb méret és súly. Ha különböz a hivatkozási pont (két ellátó központ között adja az áramot az állomásoknak) akkor a réz átvitel kizárt. El nyei • Nagyobb kapacitás, nagy adatátviteli sebesség érhet el (2 Gbps több 10 km-en). • Kisebb méret és súly • A csillapítás kisebb, és széles frekvencia tartományban állandó. • Elektromágneses izoláltság. Küls elektromágneses hatásokra nem érzékeny, nincs áthallás. Nem sugároz energiát, ezért nem hallgatható le. Nehéz az üvegszálat megcsapolni. • Nagyobb ismétlési távolság, kevesebb ismétl kevesebb hibalehet séggel és alacsonyabb költséggel jár. Alkalmazásai • Nagyvárosi f vonalak • Vidéki nagytávolságú f vonalak (trunk) • Telefonközpontok f vonalai • El fizet i hurkok • Helyi hálózatok Átviteli jellemz k 1014 - 1015 Hz (infravörös) tartományban m ködik. 3 változatát használják: • több módusú (multi mode) • egy módusú (single mode) • több módusú, emelked törésmutatójú (multi mode graded index) Fényforrás lehet: • LED, olcsóbb, többmódusúhoz való • Lézer dióda, drágább, egymódusúhoz való.

8

Típusai: • Többmódusú szál: A fényforrásból különböz szögben kilép fénysugarak különböz szögben ver dnek vissza a két optikai közeg határáról, ezért különböz utat tesznek meg különböz id alatt. Ezért a fényimpulzusok torzulnak. Emiatt az adatátviteli sebesség csökken. Kis távra (km) olcsóbb mag. A nagyobb táv miatt id különbség van, mivel a fényforrásból kilép fénysugarak nem párhuzamosak.

•

Egymódusú: A mag átmér jét csökkentve a hullámhossz méretére, csak a tengely irányú fénysugár jut át. A fényimpulzusok nem torzulnak, nagyobb adatátviteli sebesség érhet el. Nagyságrendekkel kisebb a lehetséges utak száma, drágább gyorsabb, nagy távra.

•

Többmódusú emelked törésmutatójú: A mag anyagának törésmutatója a tengelyt l távolodva növekszik. Ez mintegy fókuszálja a fényt. E típus tulajdonságai az el kett közé tehet k.

Vezeték nélküli átvitel Az elektromágneses jelek átvitelét és érzékelését antennák végzik. A sugárzásnak két módja van: • Irányított • Mindenirányú (irányítatlan) Irányított esetben az antenna fókuszált elektromágneses sugarat bocsát ki, a vev antennát pontosan kell pozícionálni. Mindenirányú sugárzás sok antennával vehet . A nagyobb frekvenciájú jelek jobban fókuszálhatók. Három frekvencia-tartomány jöhet szóba vezetéknélküli átvitelre: • 2 - 40 GHz (mikrohullámú átvitel) (irányított) • 30 MHz - 1 GHz (rádiófrekvencia) (mindenirányú) • 3*1011 – 2*1014 Hz (infravörös) • 2,4 GHz, 5 GHz szabadon használható. A 2,4 GHz közzel van a víz rezonancia szintjéhez, ezért nagy teljesítmény gond. A vezeték nélküli átvitel elterjedésének oka a kényelem, és az hogy ma már igencsak olcsó.

9

Jelkódolási technológiák Jelkódolás: A fizikai rétegben megjelen bitsorozatot az alkalmazott (digitális) csatorna jelkészletére, jelzésrendszerére (feszültségszintekre, feszültségszint váltásokra) képezzük le. Bipoláris kódolás: A csatornán két jelet (feszültségszintet) különíthetünk el, s az egyszer ség kedvéért a (+1) és a (-1) szimbólumokkal jelöljük ket.

NRZ jelkódolás (Non Return to Zero) A (+1) feszültségszintet tartjuk az „1” bit érték átviteli idejében, s a (-1) feszültségszintet pedig a „0” bit érték átviteli idejében. Könnyen implementálható, de nem biztosít szinkronizációt több azonos bit érték átvitele során. 1

1

ó

sec 1

á

A probléma az, hogy 1 millió azonos bit átvitelénél, ha az adó és a vev órája nem ugyanolyan pontos, akkor nem ugyanannyinak mérik az azonos bitek számát. Hétköznapokban: RS-232-es szabvány. Szinkronizáló biteket szúrnak be, a kezd és záró bitet. Ezek eltér ek.

RZ jelkódolás (Return to Zero) A (+1) feszültségszintet tartjuk az „1” bit érték átviteli idejének els felében és (-1)-et a második felében. A „0” bit érték esetén a teljes bit id tartamban (-1) feszültségszintet tartunk. Jelváltás sebesség duplikáció és szinkronizálatlan „0” bitsorozat átvitel jellemzi. A maximális sávszélesség felez dik a frekvencia felez désével.

NRZI jelkódolás (Non Return to Zero Inverse) Az „1” bit érték átviteli idejében a megel id tartamban alkalmazott feszültségszint ellentettjét alkalmazzuk, a „0” bit érték átviteli idejében pedig tovább tartjuk a megel bit id tartamban alkalmazott feszültségszintet. Sok „0” bit átvitele során nem biztosít szinkronizációt.

Manchaster (Phase Encoding)PE Jelkódolás Az „1” bit értéket az átviteli idejének közepén bekövetkez (+1) (-1) feszültségszint váltás reprezentálja. A „0” bit értéket pedig az átviteli idejének közepén bekövetkez (-1) (+1) feszültségszint váltás reprezentálja. A folyamatos szinkronizáció biztosított, de dupla jelváltás sebességet igényel. Ez a klasszikus 10 Mbps Ethernet alapja.

10

Topológiák Csillag, kiterjesztett csillag

Az ilyen topológia esetén minden gép külön csatornával kapcsolódik egy központi szerepet betölt géphez. Minden kommunikáció a központi gép közvetítésével történik. Ha kábelsérülés van a csillagnál, akkor az a csomópont esik ki, amelyiknek a középponthoz vezet kábele sérült.

Gy

A gy topológiás hálózatokban a számítógépek egy képzeletbeli kör mentén helyezkednek el. A kör mentén egymás mellett álló gépeket saját csatorna köti össze, nem egymás mellett álló gépek a közöttük lév gépek közvetítésével képesek kommunikálni egymással. Meghatározott iránya van. A lényeg, hogy az információ egy teljes kört írjon le. Sérüléskor a teljes gy kommunikációja leáll. Szinte meg sem jelenik a gyakorlatban, kör formában. Gyakorlatban:

Kábel koncentrátor

Fizikailag csillag, de logikailag gy

, és jobban reagál a sérülésre.

11

Busz (sín)

Gyakorlatilag a csillaghoz hasonló, a fizikai kiterjedés a különbség. A sín topológia esetén a hostok egyetlen, két végén szabad kábelhez kapcsolódnak. A kommunikáció közösen használt kábelen, más néven sínen folyik. Gyakran használnak ilyen topológiát a vékony koaxiális kábellel kialakított Ethernet rendszerekben. Ilyenkor a kábelhez ún. T csatlakozókkal kapcsolódnak a számítógépek hálózati kártyái, a kábel két végére pedig a hullámellenállásnak megfelel , általában 50 -os záró ellenállást kell illeszteni. Igen olcsón és gyorsan kialakítható topológia, amelynek egyetlen hátránya, hogy igen érzékeny az érintkezési hibákra. A sín egyetlen ponton történ szakadása, vagy a záró ellenállások hiánya a hálózati kommunikáció teljes leállását eredményezi.

Fa

Egy meglehet sen jól strukturálható, egyszer en b víthet topológia, ahol a gépek egymással való kapcsolata egy fával ábrázolható. A fa csomópontjaiban számítógépek, vagy kapcsolóelemek (IMP) helyezkedhetnek el. A LAN-okban egyre gyakoribb UTP kábeles megoldások ezt a topológiát használják. Akárhány szintje lehet, a gyökér felé nagyobb a sebessége.

12

II. - Adatkapcsolati réteg Szolgáltatások • • •

Jóváhagyás nélküli, összeköttetés mentes: Jó (megbízható) fizikai összeköttetés esetén célszer . A legtöbb LAN alkalmazza. Jóváhagyásos, összeköttetés mentes: Minden elküldött keretet jóváhagyunk. Semmilyen kapcsolatmenedzsment nincs. Nem megbízható (hibás, zajos) fizikai összeköttetés esetén célszer . Jóváhagyásos, összeköttetés alapú: Az adatkommunikáció alatt a két kommunikációs fél valamilyen összeköttetést épít ki. Megegyeznek a keretek sorszámozásában, és keretsorozatonként nyugtáznak. Keret-sorozatok átvitele esetén hatékony.

Keretezés A hálózati réteg fel l érkez bitfolyamot keretekre kell tördelni, s a kereteket kell továbbítani (a fizikai rétegre támaszkodva).

Megoldási ötletek: • • • •

Keretek közötti szünetek alkalmazása (Id zítés!). Karakterszámlálás DLE STX (Data Link Escape Start of Text) és DLE ETX(Data Link Escape End of Text) (kezd - és zárókarakterek) alkalmazása karakterbeszúrással. (A keretben megjelen DLE karakter DLE DLE duplikátumként megy át.) DLE STX és DLE ETX (kezd - és zárókarakterek) alkalmazása bitbeszúrással.

LAN Adatkapcsolati réteg megoldások IEEE LAN szabványok:

Medium Acces Control: Közegkisajátítás problémakörével foglalkozik Logical Link Control: homogén felület mutatása a többi réteg felé. A közeghozzáférés és a média között komoly összefüggés van. A 802-es szabványrendszert az adatkapcsolati rétegbe soroljuk, de ez nem teljesen megfelel besorolás. Token bus és token ring vezérjeles busz és gy . Van egy „mikrofon”, és ezt adják át, mindig akinél van, csak az beszélhet, és ezáltal zárja ki az ütközést. CSMA/CD osztott csatornahozzáférés A Token technológiák az ütközésmentesség miatt nagyon jól tervezhet ek.

13

Közeghozzáférési alréteg (MAC) MAC osztályozás Statikus csatornafelosztás: el re rendelkezem az er forrásokkal, azaz a frekvenciával és az id vel. • Frekvenciaosztásos multiplexelés (FDM): több logikai alcsatornát hozok létre, ha annyit, amennyi potenciális alcsatorna van, akkor nincs ütközés • Id osztásos multiplexelés (TDM): mindenki egy adott id szeletig használhatja a közeget. • Hullámhosszosztásos multiplexelés (WDM): Optikai eszközökkel külön hullámhosszokon adnak. Lényegében olyan mint az FDM csak optikai. Dinamikus közeghozzáférés: egy csatornán osztozunk. • Továbbítás figyelés nélkül: mindenki akkor ad amikor „akar”, nincs figyelés, ütközés van bel le. • Id réselt (Time Slot): Óra ütésre várnak az adók, meghatározott id nként üt az óra, és ekkor saját idejében adhat az adó. • Továbbítás figyeléssel (Carrier Sense Multiple Access): belehallgat a közegbe, és hogy ha ott van valami, akkor nem ad, ha nincs akkor ad. • Ütközés-érzékeléses (Collision Detect): Ha ütközést érzékel, akkor abbahagyja az adást. • Vezérjeles (Token): Nincs ütközés, de ha a mikrofon megsérül, akkor senki sem tud adni • Kódosztásos (Code Divison Multiple Access)

Frekvenciaosztásos multiplexelés (FDM) Hány részre (alcsatornára) osszuk a csatornát? – Megoldási filozófiák: • Ütközés teljes kizárása. • Átlagos válaszid (átviteli id ) minimalizálás. Sorbanállási matematikai modell N részre osztott csatornánál.

Az átlagos válaszid lineáris kapcsolatban van az N-el, azaz a részek számával. A legjobb, ha egyben tartjuk a csatornát.

14

ALOHA Továbbítás figyelés nélküli közeghozzáférés. A továbbítandó keret azonnal a csatornára kerül. A továbbítandó keret azonnal a csatornára kerül. Eredet: Hawai Egyetem – szigetek közötti kommunikáció. Egyszer m ködés, könnyen implementálható. Az ütközések miatt a csatorna maximális kihasználtsága alacsony (18%). Keret átvitelre veszélyes id tartam ALOHA esetén:

T0-ban adunk T0-t és T0+t között keletkez keretek ütközhetnek a mi keretünkkel. 2t id tartam esetén ne legyen másik keret, ez gond.

Réselt ALOHA Üt az óra, és ha üt, akkor lehet adni. A továbbítandó keret a következ id rés elején kerül a csatornára. A csatornakihasználtság egyszer en növelhet (36%). Keret átvitelre veszélyes id tartam réselt ALOHA esetén:

T0-t és T0 között keletkeznek a mi keretünkre veszélyes keretek.

15

ETHERNET (CSMA/CD) Carrier Sense Multiple Acces / Collision Detect. Belehallgatok a csatornába, és ha ütközés van, nem adom az adatot tovább.

A hossz típusánál a klasszikus Ethernet, és az IEEE eltér. Korai IEEE és Ethernet teljesen elkülönül.

Célcím lehet • Egy állomás pontos címe • Csupa ‘1’ bit: üzenetszórás (broadcast), az üzenetet minden állomás veszi. A küld állomás címe nem lehet többes cím! Jam size: ütközéskor 32 bit id tartamban adunk zavaró jelet, hogy mindenki szakítsa meg az adást.

16

Ethernet kerettovábbítás

A keret ismételt továbbítása idejének meghatározása: A résid vagy körbejárási késleltetés az az id amennyi id alatt a keret els bitje a két legtávolabbi állomás között kétszer megfordul. Ennyi id alatt az állomások biztonsággal észlelik az ütközést. (Kábel késleltetés: ~5µs/1000m.)

B Jelismétl

500 m

Jelismétl

500 m

Jelismétl

500 m

Jelismétl

500 m

500 m

A Maximum 5 darab 500 méteres koaxiális kábel lehet 4 darab jelismétl vel összekötve a klasszikus Ethernet ütközési tartományban. Ha A ad, és B akkor kezd adni, amikor A elkezdett adni, akkor ütközési jel jön B-t l. Valamennyi id , mire visszaér a jel. Egy jel a tartományon át T id alatt megy végig. Ez oda-vissza 2 T. A nem adhat olyan kevés jelet, hogy mire visszaér az ütközési jel, már feladja a teljes keretet. 2T =51,2 µs Résid = 2 * (kábelkésleltetés + ismétl k késleltetése )+ tartalék id Résid = 51.2 µs (2 * (2.5 km + 4 ismétl késleltetése), 512 bit átvitelének ideje) A várakozási id a résid véletlen számú többszöröse, azaz véletlen számot generálnak ütközéskor, amely az átviteli kísérletek számának függvénye: 1. ütközés 0 vagy 1 résid nyi várakozás véletlenszer en 2. ütközés 0, 1, 2 vagy 3 résid nyi várakozás véletlenszer en 3. ütközés 0, 1, 2 …7 résid nyi várakozás véletlenszer en 10. ütközés 0 – (210-1) résid nyi várakozás véletlenszer en 11. ütközés - ” … 15. ütközés - “ 16. ütközés után nem az interfész kártya nem próbálkozik tovább, jelzi az átvitel sikertelenségét. Ez a növekedés a Bináris exponenciális visszatartás (Binary Exponencial Backup). Ez csak a halfduplexnél fontos, mert a 10 Gbps-nél csak fullduplexnél van, ott mindig szabad a csatorna. 17

Keret fogadás

Fast Ethernet Kifejlesztésének célja: • 10 Base T Ethernet-hez (IEEE 802.3) 10-szeres átviteli sebesség elérése, • Kábelezési rendszer meg rzése, • MAC módszer és keret formátum megtartása. A 10 Base T hálózatok nagy része 100 m-nél rövidebb kábelekkel csatlakozott az ismétl höz. Két állomás távolsága legfeljebb 200 m. 100 Mbps átviteli sebesség esetén 512 bit átviteli ideje alatt a legtávolabbi állomások is érzékelik az ütközést. Így a maximális hosszak lerövidítésével a CSMA/CD MAC módszer megtartható. A szabvány neve: 100 Base T. A legnagyobb probléma a 100 Mbps átviteli sebesség elérése 100 m távolságra árnyékolatlan kábelen. Két szabvány van: • 100 Base 4T Category 3 (voice-grade) kábelre • 100 Base X Category 5 (UTP) kábelre és optikai szálra 100 Base X Különböz médiumokra (X) tervezték: • Category 5 árnyékolatlan (UTP) kábel, • Category 5 árnyékolt (STP) kábel, • Optikai szál A Manchaster kódolás miatt lassú volt, ezért NRZI kódolás van helyette. Mindegyik más fizikai médiumfügg alréteggel rendelkezik. Az FDDI hálózatra kifejlesztett 4B5B (4B/5B) bit kódolást adaptálták a 100 Base X-re. Az adat minden 4 bitjét (nibble) 5 biten kódolnak. Csak olyan 5 bites szimbólumokat használnak, amelyben legfeljebb két ‘0’ bit van egymás mellett. A garantált 2 bitenkénti jel átmenet jó bitszinkronizálást biztosít. Az adat kódolásra nem használt 16 öt bites szimbólum közül 2-2 a keret elejét és végét határolja.

Gigabit Ethernet 1000Base-TX –Cat5e UTP kábel. A Cat5e kábelek megbízhatóan legfeljebb 125 Mbps sebességre képesek. 4 érpárat használnak a sebesség elérésére. Egyetlen érpáron is duplex átvitelt lehet vé tév úgynevezett hibrid áramkörökre van szükség. 250 Mbps egy érpár, 4 érpár=1000 Mbps. 1000Base SX -850 nm lézer vagy LED 500 méter 100 BASE LX10 1310 nm-lézer, vagy többmódusú optikai 10 km

18

Ethernet kapcsolás Nagyon olcsó, de valósidej rendszerekhez nem jó. Viszont standard hétköznapi használatra igen. Ethernet szegmentálás Az ütközési tartomány akkor jön létre, ha több számítógép csatlakozik ugyanahhoz a megosztott átviteli közeghez. A hídon csak az megy át aki a túloldalra tart, így a híd és a kapcsoló felosztja az ütközési tartományt. Például 24 db port az 24 ütközési tartomány. Ha a célcím és a feladó címe egy porton van, nem megy át a túloldalra. A kapcsolási m velet nagyon gyors. A kapcsolódási tábla felépítése dinamikusan zajlik. Ha megjelenik egy keret az egyik porton, a feladó címét és a port számát beírja egy táblázatba. Azért gyors, mert tartalom szerint címezhet memóriája van, ha megvan a cím, akkor a kimeneti port is azonnal megvan. Speciális címek: Üzenetszóráskor a híd, vagy a switch nem választ el definíció szerint. Ha a célcím nincs még a kapcsolódási táblában, akkor minden porton továbbítjuk, kivéve ahonnan jött, mert ott már felesleges.Ha a célcím megtalálható a táblában, akkor csak abban a tartományban továbbítja, ahol van kivéve, ha onnan jött a keret. Kapcsolódási módszerek • Tárol és továbbít: keret továbbítása a teljes keret beérkezése után kezd dik meg. A kapcsoló újraszámítja a keret ellen rz összeget (FCS), és ha a keret hibás akkor eldobja. Ha az egyik port 10 Mbps, a másik 100Mbps akkor a keretet max sebességgel adja tovább, a hátránya a nagy késleltetés. • Közvetlen kapcsolás: Ha a célcím beérkezett, azonnal elkezdi továbbítani a keretet, ehhez kell hogy azonos sebesség ek legyenek a portok. Hátránya, hogy a sérült kereteket is továbbítja • Töredékmentes kapcsolás: A minimális keretméret (64 kbyte) megérkezése után kezd dik a keret továbbítása a kimeneti porton. Esetlegesen ütköz keret nem kerül továbbításra. A portok sebességének itt azonosnak kell lennie.

Token Ring Leggyakoribb alkalmazási területe: m szaki és irodai ködési elv: Ha egy állomás keretet akar továbbítani, el ször meg kell várnia vezérjelet (token). Ha megjött a vezérjel, a keretet, (amely tartalmazza a feladó és a célcímet) bitenként a kábelre adja. Minden állomás bitenként veszi és azonnal továbbküldi a keretet. A címzett állomás a beolvasott keretet feldolgozza, de ugyanúgy továbbítja, mint a többi állomás, azzal a különbséggel, hogy a címzett a válasz biteket is beállítja a keret végén. A keretet a feladó állomás távolítja el a gy l. A feladó a válasz biteket is feldolgozza. A feladó állomás továbbküldi a vezérjelet.

19

A vezérjel továbbadásának alternatív megoldásai Lassú gy (4 Mbps): Egyszerre csak 1 keret van a gy ben. A vezérjelet a feladó állomás csak a keret visszaérkezése után továbbítja. Gyorsabb gy (16 Mbps): Egyszerre több keret van a gy ben. A vezérjelet a feladó állomás a keret elküldése után azonnal továbbítja (early token release) Jellemz k Az átviteli közeg: árnyékolt csavart érpár. Az állomások pont-pont kapcsolattal kapcsolódnak össze. Kódolás: differenciális Manchester. Az állomások fizikai gy t képeznek, de koncentrátorok alkalmazásával látszólag Csillag/Fa topológia alakul ki. Az állomások a koncentrátorokhoz 2-2 csavart érpárral csatlakoznak. Az állomások egy un. TCU (Trunk Coupling Unit) egységgel csatlakoznak a gy höz, mely reléket és ködtet elektronikát tartalmaz. Ez biztosítja, hogy az állomás kikapcsolásakor a gy záródjék. Kett s gy alkalmazásakor a TCU további feladata, hogy kábelszakadás vagy más állomás meghibásodása esetén kiiktatja a hibás kábelszakaszt vagy állomást, és a gy kétszer olyan hosszú gy ként tovább m ködhet. A MAC egység feladatai • Keret képzés és kibontás. • Ellen rz összeg képzés. • Hibavizsgálat. • A MAC algoritmus implementálása. Token ring kerettovábbítás

Token ring keret fogadás

20

Kódosztásos közeghozzáférés (CDMA) Klasszikus probléma: Egy rádiófrekvenciás csatornán egy id pillanatban csak egy adás folyhat. Hogyan lehetne egy csatornán egy id ben több adást is folytatni? Megoldási ötletek: • TDM: Egyszerre csak egy valaki beszélhet. • FDM: A beszélget k különböz helyekre vonulva beszélgetnek. • CDMA: A beszélget k különböz nyelveken beszélgetnek CDMA Matematikai háttér Kiindulási állapot: Minden állomáshoz egy m bit hosszú kódot (chip, töredék) rendelünk (bipoláris kódolással reprezentálva). Ez a chip reprezentálja az állomástól feladott 1 bitértéket, a 0 bitértéket pedig az inverze. S = (s1, …, sm).

S és T chip összege: S + T = ( s1+ t1, … , sm+ t m). S és T chip szorzata (skaláris szorzata): S*T=

A szorzás és összeadás definiciójának felhasználásával az alábbiak könnyen beláthatók:

ködési feltétel: A külöböz állomásokhoz rendelt chip-ek ortogonálisak, azaz skaláris szorzatuk zéró: Vételi folyamat: A vett (érzékelt) vektor-összegb l az adó chip-pel szorozva a nekünk küldött bitérték meghatározható. Példa

21

WAN Adatkapcsolati réteg megoldások SLIP(Serial Line Internet Protocol) Célja: IP csomagok küldése soros (pont-pont) linken keresztül. • Csak IP hálózati protokoll támogatott. • Statikus IP címkiosztást feltételez. • Nincs hibajelzés, javítás. • Nincs authentikáció. • Ma már nem használatos

PPP (Point to Point Protocoll) Célja: Standard (többprotokollos) WAN adatkapcsolati réteg protokoll kialakítása. Jellemz k: • Keretezés (eleje, vége jelz karakterek). • Hibafelismerés. • Két részb l áll: – LCP(Link Control Protocoll): Link felépítés, tesztelés, leállítás. – NCP(Network Control Protocol): Hálózati protokoll támogatás. Minden hálózati réteg protokollhoz kell egy azt támogató NCP • Többféle authentikáció: – PAP(Password Authentication Protocoll): Cleartext jelszóátvitel a kommunkáció kezdetén – CHAP(Challange Handshake Authentication Protocoll): Titkosított jelszóátvitel, bármikor kérhet . PPP keretformátum

LCP opciókkal a mez k mérete csökkenthet , ez növeli a hatékonyságot.

22

N-ISDN(Integrated Services Digital Network) Kísérlet az analóg telefonok digitális leváltására. Standard csatornatípusok: • A: 4 kHz analóg telefoncsatorna. • B: 64kbps digitális hang vagy adatcsatorna. • C: 8/16 kbps digitális csatorna. • D: 16/64 kbps digitális csatorna (signaling). Három standard kombináció: • Basic: 2B + 1D(16). • Primary: 23B + 1D(64) (USA) 30B + 1D(64) (EU). • Hibrid: 1A + 1C (kevésbé elterjedt). Ez a 64kbps-os csatornára fókuszáló megoldás a Narrowband ISDN. Ma már nagyobb sávszélesség igények tapasztalhatók.

B-ISDN A hálózatok szolgáltatásai • Adat továbbítás, • Hang (telefon) átvitel, • Kép (videofon) átvitel, • Multimédia dokumentumok átvitele, • Számítógéppel segített oktatás (Computer Aided Learning = CAL), • Számítógéppel segített kooperatív munka. A fenti szolgáltatásokat nyújtó számítógépek a többszolgáltatású munkaállomások. A hálózatokat pedig, amelyek összekapcsolják ket, szélessávú, többszolgáltatású hálózatoknak (B-ISDN) nevezzük. A követelmények messze meghaladják az adathálózatokkal szemben támasztott követelményeket.

ATM(Asycnhronous Transfer Mode) Média típusok sávszélesség szükségletei • Az audió és videó átvitele állandó bit sebességet igényel. • Videókonferencia rendszerekben az egymás utáni képkockák keveset változnak, képtömörítés lehetséges. • Hang, kép és videó átvitele esetén a tömörítés lehet információveszt , amely jelent sen csökkenti az átviend információt. Az állandó bitsebességet igényl média típusok az eddig tárgyalt hálózatokkal nem vihet k át biztonsággal. Olyan új technológiára van szükség, amely az adatátvitelen kívül a többi média típus átvitelére is alkalmas. Az egyik ilyen hálózat az ATM (Asynchronous Transfer Mode) cellakapcsolt hálózat. Az ATM protokoll architektúrája Az ATM három réteggel rendelkezik, amelyek az OSI 1-2 rétegének felelnek meg:

23

Az ATM hálózat különböz szolgáltatásokat kínál a különböz típusú alkalmazások számára. Az ATM adaptációs réteg kínálja ezeket a szolgáltatásokat az alkalmazások számára, és fedi el a cellakapcsolást, amellyel az átvitelt az alsó két réteg végzi. Az ATM m ködése

A különféle átviend média típusok miatt, amelyeknek egy része min ségi szolgáltatást követel meg a hálózattal szemben, nem lehet osztott használatú átviteli közeget használni. ATM hálózat hálószer (mesh) topológiát követ, amelyben egymással összeköttetésben lév kapcsolók biztosítják az átvitelt a kommunikáló állomások között. Az elv hasonlítható a telefon hálózathoz. Miel tt két állomás kommunikálna egymással, a kapcsolókon keresztül egy útvonalat kell felépíteniük. Minden cella, amely az adott híváshoz tartozik, ezen az útvonalon halad keresztül. Az útvonalat virtuális összeköttetésnek nevezzük (Virtual Circuit: VC). • PVC (Permanent VC): Kézi konfigurációval alakítják ki. Az er források állandóan foglaltak, ez pazarlás, de nem kell kiépíteni a kapcsolatot kommunikációkor • SVC (Switched VC): A kommunikáció el tt alakítják ki (majd a végén lebontják). Az er forrásokkal gazdálkodik, de rövid kommunikáció esetén sok id lehet a kommunikációhoz képest a link építése és lebontása. A kapcsolat felépítése során az igényelt szolgáltatás típusnak megfelel átviteli kapacitás lesz lefoglalva a kapcsolókban. Van olyan szolgáltatás, amely rögzített bit sebességet igényel, van olyan, melyik változó bit sebességgel dolgozik, de az átvitt adatok átlagos mennyisége rögzített, és van olyan szolgáltatás, amelynél nincs semmilyen megkötés a szolgáltatás min ségére. ATM cella (fix hosszúságú keret)

Kétféle fejrésze lehetséges: • NNI (kapcsolók közötti) • UNI

24

NNI típusú ATM-cella fejrészének mez i

Cellavesztés bitnél, ha túlterhelés van, akkor elkerülhetetlen a cellavesztés. Pl.: alapkép elvesztése videónál nagy gond. UNI típusú ATM-cella fejrészének mez i

4 bit GFC miatt ennyivel kisebb a VPI és a VCI Cellakapcsolás elve

Be Port: Hol vettük? Be KA: Milyen azonosítóval? Ki port: Hol távozik, hova kell kiküldeni? Ki KA: milyen azonosítóval megy tovább? 25

ATM Switch m ködés input puffer alkalmazásával

ATM Switch m ködés output puffer alkalmazásával

Csak két ciklus elég. Általánosságban az output pufferek alkalmazása hatékonyabb.

ADSL(Asymmetrical Digital Subscriber Line) ADSL m ködésének jellemz i/ötletei: • Nem szimmetrikusan kommunikálnak a felhasználók. A felhasználók nagytömeg letöltéséhez nagy(obb) sávszélesség szükséges. A felhasználók kistömeg adatfeltöltéséhez kisebb sávszélesség szükséges. A rendelkezésre álló sávszélességet aszimmetrikus módon célszer felosztani. • A réz érpár lehet vé teszi 1MHz-es sávszélesség használatát km nagyságrend távolságra – a gyakorlatban sok helyen alkalmazható telefonvezetéken kialakítandó nagysebesség kapcsolat kialakításra. ADSL Adatátviteli tartományok a hagyományos telefonvezetéken

A rádióadások zajként jelentkeznek, nagyon nagy teljesítménnyel a néhány 100 KHz-s frekvencián. A zaj kisz résére 4,3 KHz-es frekvenciasávokra bontjuk az 1,1 MHz-s csatornát. Minden alcsatornán bemérjük a jel/zaj arányt a link kiépítésekor, és azokat használjuk, amelyeken nem nagy a zaj. Az ADSL rendszertechnikai felépítése Mivel az Ethernet nem authentikáció, ezért PPP over Ethernet azaz PPPoE-t használunk. DSCLAM:Digital Subscriber Line Acces Multiplier

26

III. - Hálózati réteg Az IP hálózati protokoll A TCP/IP referenciamodell hálózati réteg protokollja. Széles körben használt, az Internet alapeleme. Legfontosabb jellemz i: • IP fejrész szerkezete. – » 32 bites szavakból áll. – » Minimum 5, maximum 15 szó hosszú. • IP címzés, címosztályok. • Darabolás (fragment) támogatás. • Összeköttetés mentes (datagram) szolgáltatás a transzport réteg felé. • Ethernet keret típus értéke: 0x0800.

IP hálózati címzés Miért van szükség hálózati címekre? Miért nem elegend a fizikai címek használata? A fizikai címek elhelyezkedése strukturálatlan. Útvonalválasztást strukturálatlan címrendszerrel lehetetlen megoldani. A fizikai cím csak egy alhálózatba kapcsolt csomópontok kommunikációjához megfelel . Szükség van egy másik, strukturált címrendszerre: a hálózati címekre. Internet fejrész szerkezete

Az els szó tartalma - általános információk:

Az els szó tartalma - általános információk: • 4 bit: Verziószám (IPv4). • 4 bit: IP fejrész hossza (szavakban mérve). • 8 bit: Szolgáltatás típusa (pl. hang vagy fájl átvitel). • 16 bit: Teljes csomaghossz (bájtokban mérve). Maximum 64 KB lehet egy csomag. Az IP csomag nem mindig fér bele az adatkapcsolati réteg keretének adatmez jébe. Ekkor darabolni kell akár több helyen is, de a célállomásnak össze kell tudnia állítani. A második szó tartalma - darabolási (fragment) információk:

• • • • •

16 bit: Azonosító, a fragment sorozat azonosítója. 1 bit: Nem használt. 1 bit: DF - nem darabolható (pl. boot program). 1 bit: MF - további fragment-ek léteznek. 13 bit: Fragment offset (a fragment helye a sorozatban). 8 bájtos egységekben címzi a darab eredeti pozícióját

IP csomagok darabolása (fregmentálás) 1. Az azonosítót az adó állomás adja, és minden fregmentbenváltozatlan marad. Az offset kezdetben nulla éték . 2. Darabolást bármely állomás (router) végezhet a csomag ill. csomagdarab küldése el tt. (Tipikusan datalink MTU miatt). 3. Darabolás 8 bájtos határon következhet be. Az offset értékben a fregment els bájtjának az eredeti (nem darabolt) csomagbeli helyét jelezzük 8 bájtos egységben számolva. 4. A darabok összeillesztését a célállomás végzi az IP fejrész második szavának adatai alapján.

27

Példa 1. A forrás állomáson küldésre vár egy 2000 bájt méret csomag (+20 byte IP fej). 2. A forrás 1024+20 bájt MTU érték linkhez kapcsolódik. 3. Az els forgalomirányító 512+20 bájt MTU érték linken küldi tovább a csomagot.

A harmadik szó adatai - általános információk:

A harmadik szó adatai - általános információk: • 8 bit: TTL a csomag „hátralev életidejének” jelzése. Ha hiba van és körbeirányítjuk a csomagot, a TTL értéket minden router csökkenti és ha 0-ra ér akkor a csomagot el kell dobni. Ma már id beli jelentése nincs • 8 bit: Fels bb (transzport) rétegbeli protokoll kódja – RFC 1700. TCP vagy UDP • 16 bit: A fejrész ellen rz összege Érkez csomagra minden router számít CRC-t, de távozó csomagra is kell, mert a TTL-t kötelez csökkenteni. A negyedik, ötödik szó adatai – címzések:

• 32 bit: A „forrás” IP címe. • 32 bit: A „cél” IP címe. 28

A hatodik szótól - 32 bites opcionális információk pl.:

• Security - Védelmi opció. • Record route - A továbbítás útvonalának naplózása. • Timestamp - A késleltetési id k naplózása.

IP cím A csomópont hálózati rétegbeli azonosítója. Pontozott decimális megjelenítés pl. 157.45.190.57 Nem egyedi címeket, hanem címtartományokat (hálózat azonosítókat) osztanak ki az intézményeknek. Az IP cím eleje a hálózat azonosítója, a vége a csomópont azonosítója (a hálózaton belül). Az IP forgalomirányítás a hálózati azonosítókra épül. Hány bit hosszú legyen a hálózat azonosítója? – Ha túl kicsi, akkor a nagy tartományok kihasználatlanok. – Ha túl nagy, akkor csak kis alhálózatok kezelhet k. Osztályok:

Els bájt szabály

Hálózati maszk Egy olyan 32 bites maszk, mely 1-es bit értékeket tartalmaz a hálózat és alhálózat azonosításában résztvev bithelyeken és 0-ás bit értékeket tartalmaz a csomópont azonosítására szolgáló bithelyeken. A hálózati maszk segítségével az eredetileg az osztályba sorolás által (statikusan) meghatározott hálózat-gép határ módosítható. Prefix hossz: • A hálózati maszkban szerepl 1-es értékek darabszáma (a hálózat azonosító bithelyek darabszáma).

Alapértelmezett hálózati maszkok Az egyes osztályokhoz tartozó hálózati maszkok: • A osztály: Hálózati maszk: 255.0.0.0 Prefix hossz: 8. • B osztály: Hálózati maszk: 255.255.0.0 Prefix hossz: 16. • C osztály: Hálózati maszk: 255.255.255.0 Prefix hossz: 24.

29

Speciális IP címek: csupa 0-ból álló cím, amíg nem kap címet egy gép addig ilyennek tekinti a címét. Ha a hálózat azonosító csupa 0, akkor a helyi hálón meg tudja találni amúgy meg nem. ha a host címe csupa 0, akkor azzal a hálózatot érem el. Amikor a host csupa 1, akkor szórás címe. Amikor az egész cím csupa 1, akkor elvileg minden eszközt címzek a világon, gyakorlatilag csak az alhálózaton belül. 127-el kezd címek a localhostot címzik. 169.254.x.y. ez Windowsok alatt kereshetnek ebb l random. Privát címek: 10.x.y.z 172.16-31.x.y 192.168.x.y

Internet Control Message Protocol Az ICMP IP-re épül protokoll (logikailag fels bb szint , transzportprotokoll), de funkciója miatt a hálózati réteghez soroljuk. Az IP-vel együtt kötelez implementálni.

Célja: Az IP datagramok továbbítása során el forduló problémák (hibák) jelzése, jelz üzenetek küldése. Az IP csomagtovábbítás nem megbízható. Az IP fejrész protokoll mez jének értéke 1. A forrást informáljuk a bekövetkez problémákról. ICMP üzenetek (továbbítási hibáira) nem generálunk ICMP üzenetet.

Típus (8 bit): Az üzenet „oka”. (Destination unreachable, Redirect, Time exceeded, Echo request, Echo reply) Kód (8 bit): A típushoz tartozó kiegészít kód (Pl.: Dest. unreachable típus esetén Net. Unreachable, Host unreachable, Fragmentation nedded and DF set) Adat: Tipikusan címzési (és egyéb) információk az üzenettel kapcsolatosan.

IP Forgalomirányítási alapok Forgalomirányítás (routing): Csomagok (IP datagramok) továbbítási irányának meghatározásával kapcsolatos döntések meghozatala. Forgalomirányítási táblázat (routing table): A forgalomirányításhoz szükséges információkat tartalmazó táblázat. Tipikus (legfontosabb) mez k:

Hálózati protokollok forgalomirányítási felosztása • • •

Forgalomirányított protokoll (routed protocol):Olyan hálózati réteghez köt általános adatszállító protokoll, melyet a forgalomirányító (router) irányítani képes (pl. IP, IPX). Forgalomirányítási protokoll (routing protocol):A forgalomirányítási táblázat(ok) elépítéséhez szükséges információk továbbítását (routerek közötti cseréjét) leíró protokoll (pl. RIP, OSPF, BGP). Egyéb protokoll: Az el ekhez nem sorolható hálózati protokoll (pl. ICMP).

30

Forgalomirányítók (alapvet ) m ködése 1. A router az input interfészen érkez csomagot fogadja. 2. A router a csomag célcímét illeszti a routing táblázat soraira. Ha a célcím több sorra illeszkedik, akkor a leghosszabb prefix sort tekintjük illeszked nek. 3. Ha nem létezik illeszked sor, akkor a cél elérhetetlen, a csomag nem továbbítható. A csomagot a router eldobja és ICMP hibajelzést küld a feladónak. 4. Ha létezik illeszked sor, akkor a csomagot az ebben szerepl kimeneti interfészen továbbítjuk (adatkapcsolati rétegbeli beágyazással) a következ hop-ként megadott szomszédhoz, ill. a célállomáshoz, ha már nincs több hop.

IP cím illesztés 1. A routing tábla sorait prefix hossz szerint csökken sorrendbe rendezzük. N=1. Ezzel biztosítjuk, hogy több illeszked sor esetén a leghosszabb prefix t fogjuk eredményként kapni. 2. Ha nem létezik a táblázatban az N. sor, akkor nincs illeszked sor és vége. 3. A csomag célcíme és az N. sor hálózati maszkja között bitenkénti AND m veletet hajtunk végre. 4. Ha a bitenkénti AND m velet eredménye megegyezik az N. sor célhálózat értékével, akkor a cím az N. sorra illeszkedik és vége. 5. N=N+1, és folytassuk a 2. pontnál.

IP Alhálózatok Miért van szükség alhálózatok létrehozására? a) Az intézmény logikai m ködése, felépítése, térbeli elhelyezkedése indokolja. b) Egy IP hálózaton több (tipikusan azonos méret ) üzenetszórási (broadcast) tartományt kell létrehozni. Hogyan hozunk létre alhálózatokat? 1. Az IP cím host részének legmagasabb helyiérték bitjeib l néhányat az alhálózat (subnet) azonosítására használunk. 2. Az új hálózat-csomópont határt a hálózati maszk (netmask) értékkel jelöljük (hosszabb prefixet alkalmazunk). Alhálózatok - példa Hálózat IP címe: 197.45.112.0. Alapértelmezett hálózati maszk: 255.255.255.0 Használjunk 3 bitet alhálózat azonosításra. Hálózati maszk: 255.255.255.224 Összesen 8 alhálózat elkülönítésére van lehet ség. Általában a csupa 0 és a csupa 1 bit értékekb l felépül alhálózat azonosítókat nem használják (6 alhálózat építhet ).

31

IPv4 Problémák Az internet növekedésével n tt az internet gerinchálózati routereinek routing táblája. Maximum 100000 bejegyzésre m ködik rendesen a routing tábla, mert efelett már lassú a forgalomirányítás. Az A és B osztályú címtartományban kiosztható címek száma kevés. A kb. ~5000 csomóponttal rendelkez intézmények számára a „B” osztály túl nagy a „C” osztály túl kicsi. Szükség van egy dinamikus határ meghatározásra (változó hosszúságú hálózati maszk). A 90’-es évek elején az id egység alatt kiosztott új hálózatcímek száma exponenciális növekedést mutatott. (A „C” osztályú címek száma 221!) A router-táblázatok mérete a hálózatok számával arányos. Meg kell akadályozni a router-táblák robbanásszer növekedését.

CIDR - Classless InterDomain Routing Rövid távú megoldás. Folytonos „C” osztályú címek kiosztása („B” helyett). A hálózat-gép határ változó hosszúságú hálózati maszk segítségével tetsz leges bitszámmal balra (supernetting) illetve jobbra (subnetting) tolható. Területi elrendez dés szerinti címtartomány-zónák kialakítása. Összevont forgalomirányítási információk a hálózati maszkok segítségével. A hálózati címek reprezentációja: Legmagasabb szinten területi címtartományzónák vannak:

A már kiosztott címeket nem érintette a változás. CIDR példa Egy Internet-szolgáltató 2048 db „C” osztályú IP cím kiosztásáról rendelkezik: 194.24.0.0 - 194.31.255.255 A szolgáltatót (kívülr l) specifikáló információ: <194.24.0.0, 255.248.0.0> A szolgáltatóhoz 3 intézményt l érkezik Internet csatlakozási igény: AI 2000 csomópont, BI 4000 csomópont, CI 1000 csomópont. Az intézményeknek kiosztott címek: AI 194.24.0.0 - 194.24.7.255; <194.24.0.0, 255.255.248.0> (2048 cím) BI 194.24.16.0 - 194.24.31.255; <194.24.16.0, 255.255.240.0> (4096 cím) CI 194.24.8.0 - 194.24.11.255; <194.24.8.0, 255.255.252.0> (1024 cím) A példa m ködtetéséhez szükséges forgalomirányítási információk: • Az európai (aggregált) forgalomirányításhoz: <194.24.0.0, 255.248.0.0> Egy bejegyzéssel 2048 db „C” osztályú cím kezelhet . • Az Internet-szolgáltató bels forgalomirányításához: <194.24.0.0, 255.255.248.0> <194.24.16.0, 255.255.240.0> <194.24.8.0, 255.255.252.0> Három bejegyzéssel 28 db „C” osztályú cím kezelhet .

32

NAT – Network Address Translation Középtávú megoldás. 5-7 évvel meg lehet nyújtani az IPv4 m ködését. A csomópontok jelent s része csak kliensként vesz részt a kommunikációban. Nekik nem kell biztosítani, hogy ket elérjék. Alkalmazásfügg megoldások: Proxy, ALG (Application Level Gate) A kliens kérését továbbítjuk, és visszajuttatjuk neki a választ. Címzési övezet (address realm): Az a hálózatrész, amelyben biztosítani kell az IP címek egyediségét. Az IANA kezeli a globális címzési övezetet. Emellett léteznek intézményeknél privát címzési övezetek is. Privát címek: 10.x.y.z 172.16-31.x.y 192.168.x.y Ezeket bárki használhatja. A privát címeket kivinni a privát címzési övezetb l tilos, de bevihet ek a globális címzési övezetb l a címzési információk. Lokális (privát) címzési övezet

NAT BOX Adat Feladó

Globális címzési övezet

Kicseréli a feladót majd küldi a szervernek

Adat Feladó

NAT táblázat Kliens Kliens Privát cím Globális cím

Adat Feladó

Cél Adat

Kicseréli a célt majd elküldi a kér nek

Az els csomagot kötelez en a kliens küldi a szerver felé. Egy kommunikációs viszony erejéig szükség van egy kliens globális címre, ami lehet: • IP cím • IP cím + port szám Egy globális IP-vel a privát címzési övezetben 65000 kommunikációs viszonyt lehet folytatni, ez közepes intézményeknél elegend . A NAT er forrás igényes, er s CPU kell hozzá. A kereséshez a címtranszformációs táblázatban, Címcsere, portszám csere, ellen rz összegek újraszámítása.

33

A Kett s címrendszer problémái Problémák a hálózati és adatkapcsolati réteg címrendszeréb l adódóan: • Az adatkapcsolati réteg enkapszulációjához meg kell határozni a hálózati címhez tartozó fizikai címet. • Bizonyos helyzetekben (pl. Hálózati boot esetén) szükség lehet arra, hogy a fizikai címhez meghatározzák a hálózati címet.

Hálózati cím > Fizikai cím (ARP - Address Resolution Protocol ) Minden node egy táblázatban (ARP táblázat) tartja nyilván a hálózati címekhez tartozó fizikai címeket. Hogyan kerül be egy új adat (címpár) a táblázatba? 1. ARP kérdés: Ki tudja az X hálózati cím fizikai címét? 2. A kérdés keretét üzenetszórásos küldéssel az alhálózat valamennyi csomópontja megkapja és feldolgozza. 3. Ha valamely csomópont “magára ismer“ az X hálózati címben, akkor a saját fizikai címével megválaszolja az ARP kérdést. A (pri

B

C

?

Ebben az esetben B táblázata változhat is meg nem is, az implementációra van bízva: Agresszív információgy jtés: minden rajta áthaladó ARP kérés eredményét megjegyzi, nem ilyen, ha csak az által kezdeményezett ARP kérések eredményét jegyzi meg.

1.-2. szó: Általános ARP fej. 3.-6. szó: IPv4/Ethernet specifikus adatrész. Az Ethernet keret típus értéke: 0x0806

Fizikai cím

> Hálózati cím (RARP)

RARP (Reverse Address Resolution Protocol) Csak speciális esetekben szükséges (pl. hálózati boot). Egy (vagy több) RARP szerver táblázatban (RARP táblázat) tartja nyilván a fizikai címekhez tartozó hálózati címeket. A táblázatot a rendszeradminisztrátor tartja karban. A fizikai cím - hálózati cím összerendelés statikus. Több RARP szerver esetén egy fizikai címhez minden RARP szerveren ugyan azt a hálózati címet kell rendelni (nem függhet a szervert l az összerendelés). 1. RARP kérdés: Ki tudja az X fizikai cím hálózati címét? 2. A kérdés keretét üzenetszórásos küldéssel az alhálózat valamennyi csomópontja megkapja. 3. A RARP szerverek feldolgozzák a kérdést: Ha megtalálják a táblázatukban az X fizikai címet, akkor a táblázatban található hálózati címmel megválaszolják a RARP kérdést.

34

Fizikai cím

> Hálózati cím (BOOTP)

BOOTP (BOOTstrap Protocol). A RARP csak egy üzenetszórási tartományon belül m ködik. A BOOTP egy IP/UDP alapú protokoll, ahol a kliens és a szerver külön üzenetszórási tartományban lehet. A BOOTP alapú boot folyamat fázisai: • IP szám meghatározás. • Boot állomány letöltése (nem vizsgáljuk). ködési váza azonos a RARP-éval. BOOTP agent - routeren keresztüli boot támogatás.

Fizikai cím

> Hálózati cím (DHCP)

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) Egy IP címtartomány dinamikus kiosztását teszi lehet vé. Több DHCP szerver m ködése esetén a szerverek által kezelt címtartományok (alaphelyzetben) nem fedhetik át egymást. BOOTP-hez hasonló csomagszerkezet. A kliensek egy (megújítható) id szakra kapják az IP címet. ködése: 1. DHCP kérdés: Ki tud adni egy IP címet? (DHCPDISCOVER) 2. A kérdés keretét üzenetszórásos küldéssel az alhálózat valamennyi csomópontja megkapja (DHCP relay agent). 3. A DHCP szerverek feldolgozzák a kérdést: Ha a kezelt címtartományukban még van szabad IP cím, akkor azzal megválaszolják a DHCP kérdést. (DHCPOFFER) 4. A kliens a hozzá érkez DHCP válaszokból választ egyet, s visszajelzi a választását a megfelel DHCP szervernek. (DHCPREQUEST) 5. A DHCP szerver „könyveli” a címválasztást (foglalt lett a cím), s a könyvelésr l meger sítést küld a kliensnek. (DHCPACK/DHCPNAK) DHCPDECLINE: A szervert l kapott IP cím érvénytelen (használt). DHCPRELEASE: A kliensnek nincs tovább szüksége az IP címre. Gond a DHCP-vel: er s forgalomigénye van. Újraindításkor REQUEST-el kezd dik a procedúra, és hogy ha hirtelen túl sok kérés fut be, akkor nem tudja kiosztani a címeket rendesen. DHCP fejléc

B jelz bit: BCast kommunikációt kívánunk. Képtelen UNICAST üzenet feldolgozására, hálózati BOOT-nál jó.

35

IP forgalomirányítás Forgalomirányítás (routing): Csomagok (IP datagramok) továbbítási irányának meghatározásával kapcsolatos döntések meghozatala. Forgalomirányítási táblázat (routing table): A forgalomirányításhoz szükséges információkat tartalmazó táblázat. Tipikus (legfontosabb) mez k:

Hálózati protokollok forgalomirányítási felosztása • • •

Forgalomirányított protokoll (routed protocol):Olyan hálózati réteghez köt általános adatszállító protokoll, melyet a forgalomirányító (router) irányítani képes (pl. IP, IPX). Forgalomirányítási protokoll (routing protocol):A forgalomirányítási táblázat(ok) elépítéséhez szükséges információk továbbítását (routerek közötti cseréjét) leíró protokoll (pl. RIP, OSPF, BGP). Egyéb protokoll: Az el ekhez nem sorolható hálózati protokoll (pl. ICMP).

Autonóm rendszer (AS): Hálózatok forgalomirányítási adminisztrációs egysége, amelyben egy közös forgalomirányítási stratégia (routing protocol) érvényesül. Metrika: Egy adott forgalomirányítás eredményeként el álló útvonal min ségének mérési módja, alapvet en két (egymásba transzformálható) kategória: • Távolság alapú (költség alapú) metrika. • Jóság alapú metrika.

Forgalomirányítók (alapvet ) m ködése 5. A router az input interfészen érkez csomagot fogadja. 6. A router a csomag célcímét illeszti a routing táblázat soraira. Ha a célcím több sorra illeszkedik, akkor a leghosszabb prefix sort tekintjük illeszked nek. 7. Ha nem létezik illeszked sor, akkor a cél elérhetetlen, a csomag nem továbbítható. A csomagot a router eldobja és ICMP hibajelzést küld a feladónak. 8. Ha létezik illeszked sor, akkor a csomagot az ebben szerepl kimeneti interfészen továbbítjuk (adatkapcsolati rétegbeli beágyazással) a következ hop-ként megadott szomszédhoz, ill. a célállomáshoz, ha már nincs több hop.

IP cím illesztés 6. A routing tábla sorait prefix hossz szerint csökken sorrendbe rendezzük. N=1. Ezzel biztosítjuk, hogy több illeszked sor esetén a leghosszabb prefix t fogjuk eredményként kapni. 7. Ha nem létezik a táblázatban az N. sor, akkor nincs illeszked sor és vége. 8. A csomag célcíme és az N. sor hálózati maszkja között bitenkénti AND m veletet hajtunk végre. 9. Ha a bitenkénti AND m velet eredménye megegyezik az N. sor célhálózat értékével, akkor a cím az N. sorra illeszkedik és vége. 10. N=N+1, és folytassuk a 2. pontnál.

36

Forgalomirányítási konfigurációk osztályozás Minimális routing: Teljesen izolált (router nélküli) hálózati konfiguráció. Statikus routing: A routing táblázatot a rendszeradminisztrátor tartja karban, nincs dinamikus változtatásra lehet ség. Ha egy alhálózat átjáró eszköze megsérül, akkor nem tud kommunikálni. El nye hogy nincs semmilyen plusz kommunikáció. Dinamikus routing: A forgalomirányítási táblázat (ok) valamilyen routing protocol segítségével kerülnek karbantartásra. • Bels forgalomirányítási protokollok (IGP - Pl. RIP, OSPF). Egy AS-en belüli kommunikáció. » Legf bb alapelv a „legjobb útvonal” meghatározása ún. távolságvektor alap vagy link állapot alapú módszerrel. • Küls forgalomirányítási protokollok (EGP - Pl. EGP, BGP). Több AS közti kommunikáció » Nem feltétlenül a legjobb útvonal meghatározása a cél (politika alapú forgalomirányítás BGP).

Távolságvektor alapú forgalomirányítás ködési alapelv: routerek minden elérhet célra (gép vagy hálózat) nyilvántartják, hogy a legjobb úton milyen irányban milyen távolsággal érhet el az adott cél (távolságvektor). A forgalomirányítók ezen információkat meghatározott id közönként kicserélik egymással. Az új információk birtokában a routerek ellen rzik, hogy szükséges-e változás valamelyik eddig ismert legjobb úttal kapcsolatban. Matamatikai háttér Definíció: d(i,j) jelölje az i és j entitások közvetlen elérési költségét (közvetlen távolságát):

Definíció: D(i,j) jelölje az i és j entitások legrövidebb úton történ elérésének távolságát.

A minimumot elegend a szomszédos k entitásokra számítani. D(i,j) számítási formulájának helyessége indukcióval bizonyítható.

Routing tábla felépítés (Bellman-Ford) Kiindulási helyzet:

Minden i entitás ismeri a d(i,k) távolságot minden k szomszédjára vonatkozóan. ködési algoritmus (tetsz leges i j útra vonatkoztatva): 1. Minden i entitás minden k szomszédjától megkapja a D(k,j) értéket. azaz kicserélik a táblázataikat 2. Az i entitás minden k szomszédjára vonatkoztatva kiszámítja az (1) formulában szerepl minimum értéket az 1. pontban kapott információ segítségével. Ha az új minimum érték kisebb, mint az eddigi D(i,j), akkor a j entitás i-b l aktuálisan az új minimumot szolgáltató k entitás felé érhet el a számított minimum értéket használva D(i,j)-ként. 3./ Folytassuk az 1. pontnál. Az eljárás véges sok lépés után az optimális utat szolgáltatja. Bizonyítás: Magunkat optimális úton érjük el. Élek számára teljes indukció. Ha létezik út, akkor létezik körmentes optimális út. Ha n-re fennáll, akkor n+1-re fennáll.

37

Problémák Túl kicsi kezd érték probléma: Ha az optimális út „megsérül” nagyobb költség (hosszabb) út nem léphet helyébe. Megoldás: Az optimális út irányából érkez nagyobb költség felülírja a (kisebb) költséget.

Végtelenig számlálás (Count to infinity) probléma: Az eljárás bizonyos esetekben igen lassan reagál a topológia változására.

Ha egy célpont (a fenti ábrán X) elérhet sége megsz nik, az A router ezt úgy jelzi, hogy táblázatában végtelenre-költség re állítja az X célponthoz tartozó bejegyzést, ami eddig például 5 lehetett. Ám miel tt ezt B router-rel közölhetné, kaphat B-t l egy olyan üzenetet, hogy az ismer egy 6 költség utat. (A-n keresztül, de ez nincs benne a hirdetményben). Erre A átírja bejegyzését, hogy az X hálózat B fele található, az út költsége 7, és ezt terjeszteni is fogja. B, mikor meghallja, hogy A már 7 költség utat ismer, átírja a saját bejegyzését 8-ra, a drágítás indokolt, hiszen ô A felé továbbítja a csomagjait. Ennek hatásaként A 9-re módosít, B 10-re, A 11-re és így tovább. A végeredmény az lesz, hogy mindkét router a végtelenségig emeli a költséget. Ennek a folyamatnak a lerövidítése érdekében a végtelen értékét célszer kicsire választani. A számlálás akkor is megindulhat, ha az X hálózat felé az út költsége nem végtelenre, hanem például 5-rôl 12-re nô. Ekkor a számolás 12-ig zajlik, hiszen mikor odáig elérnek, A nem számol tovább, hisz X felôl hallani fog egy 12 költségû utat. A számolás ideje alatt azonban hurok keletkezik, a csomagokat A és B egymásnak küldözgeti, amíg azok élettartama le nem jár. Ez hatalmas torlódást okoz és számos csomag célba sem ér. Az egymásraállítódás és a végtelenig számolás ellen a split horizon módszerrel védekezhetünk. Ez azt jelenti, hogy ha egy router megismer egy utat, amit A-tól hallott, akkor azt az utat A-val már nem közli. Így a fenti példában B sohasem fogja A-val közölni, hogy ismer utat X-be és így A terjesztheti a végtelen költségû útját, amibôl B kitalálhatja, hogy X már nem elérhetô. Kicsit tovább javít a helyzeten, ha B nemcsak hogy nem terjeszti A-nak a tôle megtudott útvonalat, de minden az ugyanazon a link-en levô router-nek (jelen esetben D-nek) végtelen költségû utat terjeszt, nem pedig a sajátját(split horizon with poisoned reverse). Így ezek a router-ek (azaz D) nem B-re, hanem A-ra fognak figyelni, arra, akin keresztül az út valójában vezet és nem történik meg az, hogy D, mivel B hirdetményét (6 költségû) elôbb hallotta, mint A-ét (5 költségû) egy kis ideig B-nek küldi csomagjait, hogy az aztán A-nak továbbítsa. Ez a módszer található a RIP-ben. Ezzel azonban csak 2 router között akadályozzuk meg a végtelenig számolást, egy körben nem

Routing Information Protocol(RIP) Távolságvektor alapú IGP protokoll. Régi, de folyamatosan fejlesztik, javítják. Metrika: Hop-ok száma (16=végtelen távolság). Max. 15 router hosszúságú optimális útvonalak esetén használható. 30 másodpercenkénti routing információ küldés. A RIP V2 (RFC 1723) CIDR kompatibilis. „Triggerelt update” a végtelenig számlálás idejének csökkentésére. Minden router-tôl megköveteljük, hogy egy út megváltozása esetén azonnal terjessze a megváltozott utat és ne várja meg a következ frissít üzenetet. Így, ha egy célpont elérhetetlenné válik, minden odavezet út mentén, a hibától távolodva sugarasan szétterjed az elérhetetlenséget jelz információ és elméletileg nem alakulhatnak hurkok. A végtelen költség utat ugyanis csak azok a router-ek kötelesek saját táblázatukba beírni, akik valóban használják is az adott utat A valóságban azonban rendszeresen küldött frissít üzenetek becsúszhatnak és a körben való végtelenig számlálás elkerülhetetlen. Azonban az azonnali terjesztés miatt maga a számlálás is meglehet sen hamar lezajlik. 38

A RIP routing táblázatának legfontosabb elemei: • A cél (gép vagy hálózat) IP száma. • A célhoz vezet optimális út hossza. • Az optimális út szerint következ router IP száma. • A következ routerhez vezet interfész azonosítója. • Id zítéssel kapcsolatos információk. pl.: hogy 6 a csendbenmaradási ciklusok száma, azaz ha 6 hirdetés kimaradt akkor sérült a link • Különböz jelz beállítások (Flag-ek). pl.: a routing tábla változott e

Enhanced Interior Gateway Routing Protocol(EIGRP) Cisco saját távolságvektor alapú routing protokollja. 90 sec-ként routing update.Sokcélú, flexibilis, skálázható. Metrika: összetett (öt változóból számított, súlyozható): • bandwidth • delay • load • reliability • MTU Legfontosabb jellemz k: • CIDR kompatibilis. • A metrika alaphelyzetben „Bandwith”-re épül. • Szomszéd felderítési mechanizmus (broadcast elkerülés). • Végtelenig számlálás kezelése: – Split Horizon, Holddown Timer, Triggerelt update. – Potenciális helyettesít útvonalak nyilvántartása. • Update (nem teljes táblázat) küldés. • Integrált routing (több irányított protokollra alkalmazható). • Hátránya, hogy Cisco specifikus, csak akkor használható, ha minden router Cisco specifikus.

39

Link állapot alapú forgalomirányítás(Link State Routing) Ez is gyártóspecifikusként indult, de ma már nyílt szabvány illetve ISO szabvány is van bel le. ködése: 1. Szomszédok felfedezése 2. A szomszédok felé vezet út költségének (hosszának) mérése. 3. Csomagkészítés a mérési eredményekr l. 4. A készített csomag küldése a hálózati egység összes forgalomirányítójának. 5. Minden router ismeri a hálózat topológiáját, s ki tudja számítani (pl. Dijkstra algoritmussal) az többi routerhez vezet optimális utat (feszít fa, spanning tree). Link állapot alapú routing – folyamatok (IS-IS)

Receiver fogadja a többi router csomagjait. Link State Database: mátrix m[i][j] az i és j router közti közvetlen link költsége. Decision: Dijkstra algoritmus Update:változások továbbítása. Nem fenyeget a végtelenig számlálás. Probléma: Ha egy link hol m ködik, hol nem, akkor arra rosszul reagál az algoritmus(billeg linkek általános dinamikus routing probléma) Legrövidebb út számítása Dijkstra algoritmussal. A Dist mátrix a Link State Database. A Dijkstra algoritmus a gráf csúcspontok számával négyzetes id igény , sok er forrást igényel.

40

Open Shortest Path First(OSPF) jellemz i: Link állapot alapú IGP protokoll. Új, 90’-es évekt l alapértelmezettként javasolt. AS-nél kisebb hálózati egység, terület (area) használata. Egyenl költség többutas irányítás lehet sége. IP fejléc „Szolgáltatás típusa” mez jének használata. Skálázhatóbb. Területek közti kommunikáció úgynevezett területhatár routerekkel, amelyek mindkét vagy mindhárom területben állnak, így 2 vagy 3 térképet tartanak számon, illetve azon futtatják a Dijkstra algoritmust

Forgalomirányítók (nem diszjunkt) osztályozása: Területen belül m köd forgalomirányítók. Területek határán álló forgalomirányítók. Gerinchálózaton (backbone) üzemel forgalomirányítók. Kötelez a csillag topológia, itt a legnagyobb a forgalom. AS határon m köd forgalomirányítók. Már az els verzió is CIDR kompatibilis. A gond az hogy túl nagy implementációs szabadságot adott. Mai verzió az OPSF V2: Authentikáció bevezetése Az implementációs problémák megoldása OSPF területek A döntési folyamat (Dijkstra algoritmus) alapja a terület (area). A területek „csillag alakzatot” formáznak, középpontjában a területeket összeköt speciális területtel (backbone).

A terület határ router-ek feladata összetett: • Minden területhez (külön) döntési folyamat. • A területekb l tanult információk összegzése. • Az összegzett információk bevitele a többi területbe. Területek közötti forgalomirányítás (inter area routing): • Routing a forrás területben a határ routerig. • Routing a backbone-on a cél terület határ routerig. • Routing a cél területben a cél hálózatig. OSPF speciális fogalmak Designated router: olyan router, amely egy LAN nevében propagál link alapú (LSA) információkat. Mindenki csak a Designated Routernek küld és csak t le fogad információt. Pszeudonode: Egy üzenetszórásos alhálózatban maga az alhálózat egy álcsomópontnak (pszeudonode) tekinthet . A designated IS a pszeudonode nevében propagálja az LS információkat. (A szükséges információcsere száma n2 nagyságrendr l 2n nagyságrendre csökkenthet ) Az OSPF router táblázatának legfontosabb elemei: Cél típusa (hálózat, terület határ router, AS határ router). Cél azonosító (IP szám). Szolgáltatás típusa. A célhoz vezet út/utak megadása: Út típusa (itra-area, inter-area, AS-external). Út költsége. Következ forgalomirányító (IP szám, elérés interfésze).

41

Transzport Réteg Protokollok UDP - User Datagram Protocol • Összeköttetés mentes, nem megbízható transzport réteg protokoll. Nem valósítja meg teljesen a transzport réteg funkcionalitását. UDP fejrész szerkezete

Mindegyik 16 bit. A portszám az alkalmazási rétegbe tartozik, de már itt jelezni kell, hogy minek szól. Az ellen rz összeg számítása nem kötelez . KLIENS

1 csomag

SZERVER

A kliens portszámát akkor rögzítjük, ha egy igény lehet kliensenként például hálózati BOOT, DHCP esetén.

TCP - Transmisson Control Protocol • Összeköttetés alapú, megbízható transzport réteg protokoll.

SYN: összeköttetés kiépítéséhez FIN: összeköttetés lebontásához. ACK: el ször 0, ha 1 akkor az ACK No. az érvényes meger sítésszám.

42

DNS - Tartománynév kezel rendszer Közel 20 éves. Az volt az igény, hogy ne IP számokat kelljen használni. Kezdeti megoldás: hosts.txt állomány letölthet a NIC-t l. Ez néhány 100 csomópont esetén m ködtethet , de a 80-as években megindult az internet növekedése.

DNS Tervezési szempontok Alapvet cél: nevekhez er források rendelése. Nagyméret adatbázis elosztott kezelése, átmeneti tárolás (cache) lehet ség biztosítása. Általános célú megoldásnak kell lennie. név hálózati cím, név postafiók információ, Egyéb (el re nem ismert) applikációk támogatási lehet sége. Tagolás: osztály és típus szerint. A lekérdezési tranzakció független a kommunikációs eszközt l. Platform független megvalósíthatóság.

DNS Alkalmazási Feltételezések Adatok (többségének) lassú változása. Adminisztratív határok (zónák) kialakítása. • Általában a zónák intézményeket reprezentálnak. • Névszerver (eke)t üzemeltetnek. • Felel sek a tartománynevek egy halmazáért. Biztosítani kell a kliensek névszerverhez kapcsolódási lehet ségét. Adathozzáférés kiemelt prioritása (konzisztenciával, naprakészséggel szemben). Más névszerveren tárolt adatra vonatkozó kérdés megválaszolása: • Iteratív módszer (kötelez ). Ha nem tud a szerver választ adni, akkor egy másik névszerver címét adja vissza, és a kliens ott keresi tovább. • Rekurzív módszer (opcionális). Ha nem tud a szerver választ adni, akkor kérdezi tovább másik névszervernél, majd adja vissza a választ.

DNS Komponensek 1. Tartománynevek (körzetnevek) tere: Fa struktúrájú gráf, melyben minden csúcs egy er forrás halmazt reprezentál. A csúcsokhoz egy (max 63 bájt hosszú) címkét rendelünk • Két testvér csúcs címkéje nem lehet azonos. • A zéróhosszúságú címke („null címke”) a gyökér számára kizárólagosan foglalt. • Bels reprezentációja: hossza egy bájton, a megfelel karaktersorozat (bájt-sztring) • Kis és nagybet k között nem teszünk különbséget, de célszer megtartani a forrás írásmódját. • Nemzeti nyelvi karaktereket kell támogatnia • Abszolút tartománynevek: Gráfelméleti alapok DNS alkalmazása. A tartománynevek terében bármely csúcs egyértelm en reprezentálható a csúcstól a gyökérig vezet utat leíró címkesorozattal (abszolút). – Bels reprezentációja: Max 255 bájt, a címkéket sorrendhelyesen konkatenáljuk, szükségképpen NULL karakterrel (0 bájttal) végz dik. – Tartománynevek reprezentációja felhasználói interfészeknél: Címke-sztring sorozat, elválasztó karakter a pont. Lehet abszolút és relatív. A . (pont) relatív hivatkozási pont is, azaz a NULL sztring is jó. – Egy zóna reprezentálható a gyökeréhez legközelebbi csúcsának tartománynevével. Nyilván lehet tartani azt is, hogy a zónában ki a névszerver. • Abszolút név felhasználói specifikációja pl.: vaxa.isi.edu. • Relatív név felhasználói specifikációja pl.: vaxa (relatív az isi.edu. -hoz képest), vaxa.isi (relatív az edu. -hoz képest)

43

2.Névszerverek: Olyan szerver programok, melyek információt tárolnak a tartománynevek gráfjáról. Tartománynevekhez tartozó er forrásrekordokat tárolnak. • Kérdés a névszerverhez: Hiteles névszerverre – e az adott kérésnek? – Igen létezik + válasz nem létezik hiteles – válasz – Nem átmeneti tárolóban megtalálható + válasz átmeneti tárolóban nem található tovább keresni (rekurzív vagy iteratív) Hogyan dönti el a névszerver, hogy az zónájába esik e a név: Ha a keresett név a saját nevére illeszkedik, de egyetlen gyermekzónájára sem akkor az 3.Címfeloldó (resolver) programok.

DNS kérdések A lekérdezések és válaszok egy standard formátumot követnek: • Fejrész • Egy bitkombináció a különböz kérdések (pl. standard query, status query stb.) elkülönítésére. • Kérdés – A kérdéses név, és a kérdés egyéb paraméterei. • Válasz – A kérdéshez tartozó direkt válasz. • Hitelesség – A hiteles szerverek adatait leíró rekordok. • További adatok – A kérdéshez kapcsolódó egyéb információk (RR).

44