Hálózati réteg, Internet

Hálózati réteg, Internet Tartalom

Hálózati réteg, Internet

• • • • • • • •

Készítette: Schubert Tamás (BMF)

Schubert Tamás

Hálózati réteg / 1

Számítógép-hálózatok

Az összekapcsolt LAN-ok felépítése. Az Ethernet LAN-okban használt eszközök hogyan viszonyulnak az OSI rétegekhez? Mik a kapcsolt hálózatok korlátai? Miért van szükség hálózati rétegre és címzésre LAN-okban és LANWAN hálózatokban? Hogyan kapcsolódik össze az adatkapcsolati és a hálózati réteg? Az IEEE 802.3 LAN és a TCP/IP IP-protokollját vesszük példának. Internet használata (internetworking) A hálózati réteg feladatai

Schubert Tamás


Kapcsolt LAN

Kapcsolt LAN S1

S4

S3

S2

S5

H3 PC11

H1

PC1

PC5

PC4

PC1

PC2

Szállítási

Szállítási

Szállítási

Szállítási

Hálózati

Hálózati

Hálózati

Hálózati

LLC

LLC

LLC

Fizikai PC7

PC4

PC3

MAC

H2

PC2 PC3


PC8

PC9

PC10

Ismétlı

LAN szegmens

MAC

MAC

Fizikai

Fizikai

LAN szegmens

LAN szegmens

MAC Fizikai

LAN szegmens

PC – Kapcsoló - PC

PC – HUB - PC

PC6

LLC Relé MAC MAC Fizikai Fizikai

Switch HUB

Schubert Tamás



Schubert Tamás



Kapcsolt LAN

Kapcsolt LAN

Kapcsolás MAC

Kapcsolás MAC cím alapján

cím alapján

PC6

PC3

PC2

PC10

SZ H A

SZ H A

Jelregenerálás, továbbítás a többi portra SZ

SZ

H A

H A

F

H1

S3

H2

PC – HUB – Switch - HUB - PC

Schubert Tamás

•

• •

•

• •



F

PC – Switch – Switch – Switch - Switch - PC


Schubert Tamás

F Fizikai réteg A Adatkapcsolati réteg H Hálózati réteg SZ Szállítási réteg



Gépek összekapcsolása: LAN - WAN

Az ismétlıkkel összekapcsolt hálózati szegmensek egyetlen ütközési tartományt alkotnak. A gépek osztoznak a sávszélességen. Az ismétlıkkel (HUB), kapcsolókkal (Switch), hidakkal (Bridge) felépített LAN-ok egyetlen szórási tartományt alkotnak, azaz a szórásos és a többes címzéső keretek a hálózat összes gépére eljutnak. Az egyedi címzéshez elegendı a MAC cím. Ha a hálózat nem homogén (Ethernet, FDDI, Token Ring, stb.), az összekapcsolás az adatkapcsolati rétegben nehézkes, lehetetlen vagy nem hatékony. A hálózat mérete (kiterjedése, gépek száma) nem növelhetı minden határon túl a szórásos üzenetek nagy száma és a nagy mérető kapcsolótáblák miatt. A MAC címek nem hierarchikusak, ezért a gépek számával arányosan nınek a kapcsolótáblák is. A hálózati protokoll és a hálózati címzés jelenti a megoldást.

Schubert Tamás

S5

S4

F Fizikai réteg A Adatkapcsolati réteg H Hálózati réteg SZ Szállítási réteg

Kapcsolt LAN •

S1

S2

F

F


R – Router H - Hálózat

R3 R1

R2

H1_1

R5

H1_2

H4_1

H2_1

Schubert Tamás

R4

Frame-Relay

H2_2

H3_1


H3_2

H4_2

H1_1 -> H4_2 útvonal? Számítógép-hálózatok

Gépek összekapcsolása – LAN-WAN • • •

Gépek összekapcsolása – LAN-WAN

A WAN-ok címzése más mint a LAN-oké. A különbözı WAN technológiák eltérı címzéssel rendelkeznek. Az Interneten különbözı LAN és WAN technológiákat kell összekapcsolnunk. Olyan címzésre van szükség, amely a teljes összekapcsolt hálózaton (Interneten) egyedi azonosítást biztosít az egyes hálózatok számára, és a hálózatokon belül minden egyes gép számára. A továbbítást végzı eszközök (forgalomirányítók) címtáblázatot tartanak fent az adatok célba juttatására. Ezek méretét a lehetı legkisebbre kell szorítani. Ennek érdekében hierarchikus címzésre van szükség, amely külön azonosítja a hálózatokat és ezen belül külön azonosítja az állomásokat. A hálózati címzés jelenti a megoldást.

•

•

•

•

Schubert Tamás



• • •

A fizikai hálózaton továbbra is az adatkapcsolati címek (MAC) címek alapján lehet elérni az állomásokat. A hálózati címek és az adatkapcsolati címek összerendelését meg kell oldani. A hálózati címzést és az adattovábbítást a hálózati réteg protokolljai és eszközei írják le ill. végzik el.

Schubert Tamás



IEEE 802.3 (Ethernet) keret

Irányítás hálózati cím alapján

Elıtag

7 oktet: 7 x ‘10101010’ (Szinkronizáció)

Keret kezdet határoló

H4_2

H1_1

Cél állomás címe SZ H A

R1

R3

S1

F

Küldı állomás címe

SZ H A

R4 S4

F

PC – Switch – Router – Router - Router - Switch - PC


6 oktet: 1-3 oktet a gyártó azonosítója, 4-6 sorszám 6 oktet: 1-3 oktet a gyártó azonosítója, 4-6 sorszám 2 oktet

Adat

0 - 1500 oktet

CRC


1 oktet: ‘10101011’

Hossz

Töltelék (ha kell) F Fizikai réteg A Adatkapcsolati réteg H Hálózati réteg SZ Szállítási réteg

Schubert Tamás


0 - 46 oktet: A kerethossz nem lehet kisebb, mint 64 oktet 4 oktet

IEEE 802.3 keretformátum Schubert Tamás



802.3 és HDLC keretformátumok Kerettartalom

Keret fejrésze

Elıtag

SD

SA

DA

Keret fejrésze Flag

Cím

Hossz

Vezérlés

•

Keret vége

ADAT

Kerettartalom


Pad

FCS

802.3

Keret vége

Adat

FCS

• •

•

Flag

A hálózati protokoll adategysége a protokoll-készletnek megfelelı felépítéssel rendelkezik. Fej-részbıl és adat-részbıl áll. A fej-rész tartalmazza a forrásállomás és a célállomás címét is. A hálózati réteg protokoll adategysége mindig az adatkapcsolati protokoll adategységének adat-részébe beágyazva halad a hálózaton. A következı ábrán a TCP/IP protokoll készlet Internet Protocol-jának (IP) felépítése látható.

HDLC

A maximális kerethosszak különbözhetnek! SD DA SA FCS

Keretkezdet határoló (speciális kódolású) Címzett címe Küldı címe Ellenırzı kód (CRC)

Schubert Tamás



Schubert Tamás


IP címek

TCP/IP Internet Protocol (IP) csomag

0

4

VERS

8

HLEN

16

TIME TO LIVE

24

31

0 1 2 3 4

8

16

24

31

TOTAL LENGTH

SERVICE TYPE

IDENTIFICATION

19


Hálózat-cím

FLAGS FRAGMENT OFFSET

PROTOCOL

HEADER CHECKSUM

SOURCE IP ADDRESS

Állomás-cím

Az IP adatgramma fejrésze

DESTINATION IP ADDRESS IP OPTIONS (IF ANY)

PADDING

A cím hálózati és állomás részét elválasztó határ

DATA ...

Az IP adatgramma formátuma Internet címek

Schubert Tamás



Schubert Tamás



Hálózati protokoll-adategység keretbe foglalása Az IP csomagok (adatgramma) a fizikai hálózaton keretbe ágyazva továbbíthatók. A keret típusa a hálózat típusától függ: Ethernet, HDLC, PPP, Frame Relay, stb.

TCP/IP protokollok készlet 5–7. réteg

File Transfer Protocol (FTP) Remote Terminal Protocol (TELNET) Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) Name Server Protocol (NSP) Simple Network Management Protocol (SNMP)

IP

Adatgramma feje

Adatgramma adat-része

ICMP ARP

1–3. réteg

RARP

IEEE 802.x /X.25

Beágyazás folyamata

Keret feje

Keret adat-része

MAC címeket (forrás és cél) tartalmazza Schubert Tamás

UDP

TCP

4. réteg

Hálózati címeket (forrás és cél) tartalmazza



TCP UDP

Transmission Control Protocol User Datagram Protocol

IP ARP RARP ICMP

Internet Protocol Address Resolution Protocol Reverse Address Resolution Protocol Internet Control Message Protocol

Schubert Tamás



Internet architektúrák

Internet használata (internetworking)

Egyedül álló WAN

Az együttmőködı számítógépek kapcsolódhatnak: • kizárólag LAN-hoz, • kizárólag WAN-hoz (ma már ritkán), • vagy LAN-ok és WAN-ok együtteséhez. LAN-ok és WAN-ok összekapcsolását nevezik internet-nek, az ilyen módon együttmőködı számítógépes alkalmazásokat internetworkingnek. Összekapcsolt LAN/WAN A hálózatokat összekapcsoló eszközök: Intermediate System (IS) (közbensı rendszer): A legfontosabb funkciójuk miatt router-nek vagy gateway-nek is hívják ezeket. A router az egyes portjain különbözı hálózati protokollokkal rendelkezhet, mivel teljesen eltérı hálózatokat kapcsolhat össze.

Schubert Tamás



Schubert Tamás



Intermediate systems (IS): router

Internet használata (internetworking) Az IS-t protokoll konverternek nevezik akkor, amikor olyan hálózatokat kapcsolnak össze, amelyek teljesen eltérı protokoll készlettel (protocol stack) rendelkeznek. Az eltérı hálózati protokollokon kívül a hálózat független protokoll rétegek is teljesen különbözık lehetnek. pl. elektronikus levél átalakítása.

M unkaállomás

M unkaállomás

Alkalmazói processz

A lkalmazói processz

A _L

A _L

P_L

P_L

S_L

S_L

IS Router/gateway

T_L

T_L Relay

N_L

N _L ' N_L

N_L '

D_L

D_L

D_L '

D _L '

PH Y

PHY

PH Y '

PHY '

Network 1.

Schubert Tamás



Schubert Tamás

Intermediate systems (IS): protokoll konverter

N etwork 2.



Internetworking Az Internetworking alábbi témáit tárgyaljuk:

M unkaállomás

M unkaállomás IS Protokoll konverter



Relay A _L

A _L '

P_L

A _L

A _L '

P_L

P_L '

S_L

S_L

S_L '

S_L '

T_L

T_L

T_L '

T_L '

N_L

N_L

N_L '

N_L '

D_L

D_L

D_L '

D_L '

PHY

PHY

PHY '

PHY '

Network 1. Schubert Tamás

P_L '

• • • • • • •

Hálózati szolgáltatás (Network service) Címzés (Addressing) Forgalomirányítás (Routing) A szolgáltatás minısége (Quality of Service: QoS) Maximális csomagméret Adattovábbítás és torlódás vezérlés (Flow and congestion control) Hibajelzés (Error reporting)

A több és esetleg különbözı összekapcsolt hálózat ellenére az együttes hálózatnak az állomásokon egységes hálózati szolgáltatást kell nyújtania, mintha tiszta LAN vagy WAN lenne.

Network 2. Hálózati réteg / 23


Schubert Tamás



Hálózati szolgáltatás (Network service) Feladata:

Hálózati szolgáltatás (Network service) Két fı megoldás létezik: 1. Összeköttetés alapú 2. Összeköttetés mentes

Csomagok eljuttatása forrásból célba, miközben több csomóponton kell keresztül haladniuk.

1. Összeköttetés alapú kapcsolat. A hálózati réteg szolgálatainak (feladatainak) meghatározásánál az alábbi célokat veszik figyelembe: • • •

Schubert Tamás

A szolgálatok függetlenek legyenek az alhálózat technikájától. A szállítási réteg elıl el kell takarni a jelenlévı alhálózatok számát, típusát és topológiáját. A szállítási réteg számára hozzáférhetı hálózati címeknek egységes számozási rendszert kell alkotniuk (LAN-okon és WAN-okon egyaránt)



• • •

Feladatok: Kapcsolat felépítése, két irányú kommunikáció, csomagok kézbesítése hibátlanul és sorrend-helyesen (FIFO). A forgalom szabályozás eleve biztosított. Az alhálózat bonyolult, az állomás egyszerő. Schubert Tamás

Hálózati szolgáltatás (Network service) •

•

• • •

különbözı útvonalon továbbíthatják, és nem biztos, hogy a feladás sorrendjében érkeznek meg. Ilyen hálózat az Internet. •

A LAN-oknál összeköttetés mentes kapcsolatot használnak, mivel az átviteli késleltetés alacsony és kicsi a hiba valószínősége.

•

Az alhálózat az összeköttetés nélküli kapcsolat miatt



Címzés (Addressing)

2. Összeköttetés mentes kapcsolat. Analógia a levél kézbesítés: az egymásután feladott leveleket

A telefon kapcsolatot lehet analógiaként tekinteni: hívás felépítés, beszélgetés, bontás. Általában WAN-oknál használják és közszolgáltatást vesz igénybe (pl. X.25 vagy Frame Relay). A viszonylag nagy késleltetés és a gyakori átviteli hibák miatt összeköttetés alapú kapcsolattal mőködik.

•

A hálózati rétegben használt címnek a teljes hálózaton azonosítania kell a számítógépet. A MAC címek nem használhatók a teljes hálózat címzésére. A hálózati címet és a MAC címet együttesen alkalmazzák. A közeghozzáféréshez a MAC címet (pl. Ethernet cím), a teljes hálózati címzésre a hálózati címet (pl. IP cím) használják. Az IS-nek (pl. router), mivel több hálózatra is csatlakozik, minden portjára rendelkeznie kell MAC címmel.

megbízhatatlan, a hibavédelmet és a forgalomszabályozást az állomások oldják meg (a két végpont). •

Csak csomagküldés és fogadás van.

•

Minden egyes csomag hordozza a teljes címet, mivel a csomagok küldése egymástól független.

•

Az alhálózat egyszerő, az állomás bonyolult.

•

Az ISO mindkét típusú szolgálatot tartalmazza.

Schubert Tamás



Schubert Tamás



LAN - WAN

Forgalomirányítás (Routing) • • • • •

•

Ha az együttmőködı gépek ugyanazon a hálózaton vannak, elegendı lenne a MAC címek használata. Ellenkezı esetben a hálózati cím azonosítja a partner számítógépet egy másik hálózaton. A hálózati csomagok irányításáról (routing) gondoskodni kell. A hálózati cím önmagában nem elegendı a csomag irányítására . A továbbítandó csomagot a célállomás hálózati címével együtt el kell küldeni az ugyanazon a hálózaton lévı forgalomirányító MAC címére. A forgalomirányítónak pedig vagy a célállomás MAC címére, vagy egy másik forgalomirányító MAC címére kell továbbítania a kézbesítendı csomagot.

R1



R4

R2

R5

H1_2

H1_1

Az alábbi példában az 1. hálózat 1. gépe küld csomagot a 4. hálózat 2. gépének.

Schubert Tamás

R – Router H - Hálózat

R3

H4_1

H2_1

H2_2

Schubert Tamás

H3_1

H3_2

H1_1 -> H4_2 útvonal?


LAN - WAN

H4_2


Forgalomirányítás (Routing) R – Router H – Hálózat S - Switch

R3 R1

Lehetséges útvonalak:

R4 • • • •

R2

H1_1 → R1 → R3 → R4 → H4_2 H1_1 → R1 → R3 → R2 → R4 → H4_2 H1_1 → R1 → R2 → R4 → H4_2 H1_1 → R1 → R2 → R3 → R4 → H4_2

S2 S1 H1_1

H1_2

H4_1

H3_1 H2_1

Schubert Tamás

H4_2

H3_2

H1_1 -> H4_2 útvonal?

H2_2



Schubert Tamás



A szolgáltatás minısége (Quality of Service: QoS)

Forgalomirányítás (Routing) A példa topológiáját szemlélve az alábbi kérdések merülnek fel: • • • • •

•

Schubert Tamás

Honnan tudja meg az állomás a hálózatra kapcsolt forgalomirányító(k) MAC címét? Hogyan határozza meg egy forgalomirányító a hálózatra kapcsolt állomások MAC címét? Hogyan választja ki az állomás azt a forgalomirányítót, amelyiknek a csomagot elküldi? Hogyan határozza meg egy forgalomirányító az ugyanarra hálózatra kapcsolt forgalomirányítók MAC címét? Hogyan választja ki a forgalomirányító, hogy melyik másik forgalomirányítónak továbbítja egy állomásnak szóló csomagot? Az internet forgalomirányítónak választ kell adnia ezekre a kérdésekre.



Paraméterek összessége, amelyek leírják a szolgáltatás teljesítményét, jóságát, amelyet a hálózatot használó elvár a szolgáltatótól. Ezek: • csomagkésleltetés, • az illetéktelen megfigyeléssel vagy beavatkozással szembeni védelem szintje, • a továbbítás költsége, • az átviteli hiba valószínősége, • a relatív prioritás Összeköttetés alapú hálózatnál a kapcsolat létesítésénél a két hálózati felhasználó “megbeszéli” a QoS paramétereket. Összeköttetés nélküli hálózatnál a kapcsolat kezdeményezıjének ismernie kell a szolgáltatás QoS paramétereit.

Schubert Tamás



Adattovábbítás és torlódás vezérlés (Flow and congestion control)

Maximális csomagméret A max. csomagméret különbözı az egyes hálózat típusokban. A max. csomagméretet az alábbi tényezık befolyásolják: • a hibaarány, • az átviteli késleltetés, • a pufferméret igény és • A többletterhelés (overhead = a hasznos adatot kísérı egyéb információ mennyisége: címek, CRC, stb.) A szállítási réteg szükség szerint tördeli (fregmentálja) az átviendı adatokat a hálózati réteg számára továbbításra.

Flow control mechanizmus szabályozza a különbözı sebességő és leterheltségő végállomások közötti adatforgalmat. A congestion control az adatok hálózaton belüli torlódásának feloldását jelenti. •

•

A hálózati réteg a különbözı alhálózatokon történı továbbítás során tovább tördeli, majd a vétel helyén újra összeállítja a csomagokat.

Schubert Tamás



Schubert Tamás

Az összeköttetés alapú hálózatok esetén a keretek nyugtázása biztosítja a flow control-t. A feladó nem küld addig újabb keretet, amíg bizonyos számú feladott keret nyugtázása meg nem történik. Az összeköttetés nélküli hálózatoknál a flow control-t a szállítási réteg oldja meg.



Hibajelzés (Error reporting) A hibák jelzésének módja hálózatonként eltérı. Több összekapcsolt és eltérı típusú hálózat esetén a megfelelı hibajelzésrıl gondoskodni kell.

Schubert Tamás



Hálózati réteg, Internet

Recommend Documents