Interface Message Processors (IMP)

lab

IP ALAPÚ TÁVKÖZLÉS

IP alapú távközlés Vitt3003 Csütörtök 8-10, Péntek 10-12

Baumann Ferenc [email protected] Tel.: 463 2402 I. ép B229

(Dr Bíró József, Kún Gergely) Távközlési és Médiainformatikai Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

lab


Történeti áttekintés

Távközlési és Médiainformatikai Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

TMIT BME


Az Internet kezdetei 1957 - szovjet Szputnyik válasz USA részéről: ARPA projekt Védelmi Minisztérium (Department of Defense)

1961 - Kleinrock Első tudományos cikk a csomagkapcsolásról Vonalkapcsolás lehetséges vetélytársa

Később első könyve csomagkapcsolás elméletéről

1962 J.C.R. Licklider Cikksorozat egy „galaktikus hálózat” koncepcióról Számítógépes hálózat Minden tagja gyorsan el tud érni a más számítógépeken lévő adatokat, programokat

3

1

TMIT BME


(D)ARPA projekt

1962. októberében indult Első vezetője J.C.R. Licklider (Defense) Advanced Research Projects Agency Névváltozások:

1962 1971 1993 1996

Advanced Research Projects Agency Defense Advanced Research Projects Agency Advanced Research Projects Agency Defense Advanced Research Projects Agency

4

TMIT BME


60-as évek 1964 Kleinrock elfogadja a csomagkapcsolás elméleti megvalósíthatóságát: Kommunikációra valóban alkalmas a csomagkapcsolt átvitel a vonalkapcsolt módszer helyett

5

TMIT BME


Az első kapcsolat létrehozatala 1965 – az első kapcsolat létrehozatala 2 távoli számítógép között Az első nagykiterjedésű (habár csak két gép közötti) hálózat (WAN) létrejötte

Thomas Merrill, Lawrence G. Roberts telefonvonalon, 1200 bps sebességgel TX-2 nevű számítógép (MIT Lincoln Lab - Massechussets)

Q-32 nevű számítógép (System Development Corporation - Santa Monica, Kalifornia)

6

2

TMIT BME


Az első kapcsolat értékelése A kísérlet eredménye: Két időosztású (time-shared) számítógép sikeresen együtt tud működni Programok futtathatók Adatok közvetíthetők a távoli számítógépen DE! A vonalkapcsolt architektúra teljesen alkalmatlan ennek közvetítésére: Kleinrock elmélete a csomagkapcsolás szükségességéről gyakorlatban is bebizonyosodott

7

TMIT BME


Az ARPANET terve 1966 Lawrence G. Roberts MIT-ban dolgozott ekkor csatlakozott a DARPA-hoz Feladata: számítógépes hálózati koncepció kidolgozása

1967 Az „ARPANET” tervének első publikálása „Towards a Cooperative Network of Time-Shared Computers” Az eddigi eredmények alapján a hálózat tervezett sebessége 50 kbps (<-> 2.4 kbps)

8

TMIT BME


Más kutatói csoportok munkái Párhuzamosan, más kutatók is csomagkapcsolás alapú hálózati koncepción dolgoztak: Donald Watts Davies, Roger Scantlebury National Physical Laboratory (NPL), Nagy-Britannia Tőlük származik a „csomag” elnevezés

Paul Baran RAND Hadseregnek írt tanulmányuk: „Titkosított hangátvitel csomagkapcsolt hálózaton”

9

3

TMIT BME


Párhuzamos eredmények Csomagkapcsolt hálózati koncepció 3 kutatói csoport időben egyszerre fogalmazta (és valósította) meg: MIT - Massachusetts Institute of Technology (1961-1967)

RAND corporation (1962-1965)

NPL - National Physical Laboratory (1964-1967)

10

TMIT BME


ARPANET megvalósítása 1968 DARPA felhívást tett közzé az ARPANET kulcsfontosságú elemének megvalósítására: a „csomagkapcsoló” létrehozására Interface Message Processors (IMP)

Bolt Beranek and Newman (BBN) nyerte a pályázatot Így az ARPANET megvalósításában részt vettek: BBN csoport (architektúra tervezése) Network Analysis Corporation (hálózati topológia) UCLA (hálózati mérőrendszer)

11

TMIT BME


4 hálózati csomópont 1969 végére 4 csomópont összekötése Első IMP megvalósítása után indulhatott a hálózat összeépítése A csomópontokat úgy telepítették, ahogy a BBN készítette az IMP-ket A számítógépek közötti adatátvitelhez az AT&T biztosított 50 kbps vonalakat

Az első csomagok... október 29 Charley Kline UCLA-i gépről küldte Megkísérelt belépni az SRI gépére Az eredmény: a rendszer összeomlott a LOGIN „G” karakterénél 12

4

TMIT BME


A négy csomópont 1969 1-es csomópont: UCLA szeptember Rendszer, Op.rendszer: SDS SIGMA 7, SEX

2-es csomópont: Stanford Research Institute (SRI) október Rendszer, Op.rendszer: SDS940/Genie

3-as csomópont: University of California Santa Barbara (UCSB) november Rendszer, Op.rendszer: IBM 360/75, OS/MVT

4-es csomópont: University of Utah december Rendszer, Op.rendszer: DEC PDP-10, Tenex 13

TMIT BME


14

TMIT BME


Sikeres kísérlet után Kutatások iránya: Hogyan hasznosítsák a hálózatot Milyen alkalmazások szülessenek

Számos új csomópontot adtak a rendszerhez Host-to-host protokoll és más hálózati protokollok fejlesztése indult meg

15

5

TMIT BME


NCP 1970 S. Crockner vezetésével a Network Working Group (NWG) Befejezték az ARPANET kezdeti Host-to-host protokolljának fejlesztését: Network Control Protocol (NCP)

Lehetőség (végre) az alkalmazások fejlesztésére

16

TMIT BME


ARPANET első nyilvános bemutatója 1972 International Computer Communication Conference (ICCC) Új alkalmazások megjelenése: Elektronikus levelezés

@ karakter mai jelentését elnyeri ARPANET fejlesztőinek könnyebb koordinálása ösztönözte Széleskörű alkalmazás mai napig Gyorsan többféle e-mail kezelő prg megjelenése

17

TMIT BME


„Internetting” A kezdeti ARPANETből fejlődött az Internet Alapötlet: több különböző típusú hálózat összeköttetéséből alakul majd ki Kezdetben: az együttműködés alapja a vonalkapcsolat volt (pl. telefonvonalakon csatlakoztak a csomópontok) Koncepció: A hálózatok egyes részei lehessenek technológiailag különbözőek Más szolgáltatások, interfészek, adottságok hálózatonként De kommunikáció közöttük biztosítható legyen

18

6

TMIT BME


Nyílt architektúra 1972 – Kahn DARPA-hoz csatlakozott NCP-vel sikerült megvalósítani olyan protokollt rádiós hálózaton, mely Megbízható Végpont-végpont alapú Rádiós csatorna hibáit kezelni tudja

Az NCP működését ezen felül az operációs rendszerek különbözősége sem zavarta

19

TMIT BME


NCP tulajdonságai Network Control Protocol Nincs hibajavítás Ha egy csomag elveszett a protokoll (és a kapcsolódó alkalmazás) rendszerint lefagyott

Nincs címzés Működése az ARPANET végpont-végpont szerkezetű felépítésén és működésén alapult Az NCP önmagában nem alkalmas nyílt rendszerekben való alkalmazásra

20

TMIT BME


Új kommunikációs protokoll A szélesebb körű alkalmazás az NCP újítását ösztönözte Az új protokoll neve: Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP)

Működése alapján ez már kommunikációs protokoll NCP továbbra is megmaradt Szerepköre: hálózati meghajtó (illesztő) lett

21

7

TMIT BME


TCP/IP alapkoncepciói A hálózatokban az Internetre csatlakozáshoz semmilyen belső változtatást ne kelljen véghez vinni Legyen a kommunikáció alapja a legjobb-szándék (Best-effort) A hálózatok közötti kapcsolatot fekete dobozok végezzék Ne legyen szükséges info az egyes folyamokról bennük Későbbi neveik: útvonalválasztó, átjáró (router, gateway)

Ne legyen központi irányítása a működésnek 22

TMIT BME


TCP/IP további fontos jellemzői Kezelje a hibákat Újraküldés, hibajavítás

Nyújtson párhuzamos átviteli lehetőségeket (Pipelining) Átjáró feladatok megvalósítása Megfelelő csomagtovábbítás érdekében IP fejléc értelmezés, interfészek kezelése Csomagok feldarabolása, amennyiben szükséges

23

TMIT BME


TCP/IP további fontos jellemzői 2

Ellenőrző összeg számítás Egyetemes címzés használata Végpont-végpont közötti adatfolyamvezérlés Illeszkedjen bármilyen operációs rendszerhez

Másodlagos szempontok: Hatékonyan megvalósítható legyen Minél nagyobb teljesítményt nyújtson

24

8

TMIT BME


A koncepciók megvalósulása A TCP implementálását három helyen kezdték meg: Stanford, BBN, UCLA Az eredmény: a 3 implementáció képes volt az együttműködésre A TCP-t nagyszámítógépekre írták: Később felmerült a kérdés: asztali PC-ken hogy fut majd? A protokollt újra optimalizálták, egyszerűsítették Így alkalmas volt már kisebb teljesítményű gépekre is: Elsők: Xerox Alto & IBM PC

25

TMIT BME


TCP/IP határai A TCP megfelelő protokoll a csomagtovábbításra Megbízható szolgáltatást nyújt Ez illeszkedik Fájl átvitelhez Távoli bejelentkezéshez (remote login)

1970 második fele: Új szolgáltatások megjelenése: Hangátvitel Ehhez már nem megfelelő a folyamvezérléses átvitel: Minél gyorsabb átvitelre van szükség Hiba esetén újraküldés nem megfelelő

26

TMIT BME


TCP/IP átszervezése Az akkori „összenőtt” TCP/IP protokoll két részre vált: IP – címzés és csomagtovábbítás TCP – szolgáltatási jelleget kapott:

TCP/IP

Folyam vezérlés Hibák kezelése/javítása

Az új alkalmazásokhoz a TCP mellé új protokoll: User Datagram Protocol (UDP) Egyszerűbb működés folyam (stream) jellegű adatok továbbítására

TCP

UDP IP 27

9

TMIT BME


Általános hálózati szolgáltatások Az Internet célja bármilyen alkalmazások kiszolgálása – nem egy alkalmazáshoz tervezték

Erőforrás megosztás (ARPANET-től kezdődően) File transfer Remote login, Telnet E-mail A legfontosabb és széles körűbb szolgáltatás Az új kommunikációs modell Megváltoztatta az együttműködések lehetőségeit: Földrajzi gátak áttörése 28

TMIT BME


Helyi hálózatok kialakulása 1980-as évek Újonnan megjelent domináns technológia Helyi hálózatok széles körű elterjedése

Alapja az Ethernet Bob Metcalfe fejlesztette ki (1973) Xerox PARC-nál dolgozott

Új hálózati koncepciót hozott:

Az eredeti ARPANET hálózati modell „Kevés hálózat sok időosztott nagyszámítógéppel” helyett A „sok hálózat” lett a jellemző Új technológiák

29

TMIT BME


Helyi hálózatok hatása Elsősorban: A címzési osztályok átrendezése

Az addigi szempontok cseréje, hogy az osztályok a hálózat méretét tükrözzék: A – nemzeti szintű Kevés hálózat, sok hoszt

B – régió szintű C – helyi Sok hálózat, viszonylag kevés hoszt 30

10

lab


Internet szabványok


TMIT BME


Dokumentálás A hálózat működésének, új megvalósításoknak, konvencióknak szabályos rögzítése fontos. A publikálás hagyományos formája az Internet gyors és dinamikus fejlődése miatt lassúnak bizonyult Az újabb és újabb ötletek elképzelések cseréjére gyorsabb, hatékonyabb megoldás kellett Szabályozott keretek között Szabványosításra alkalmas legyen 32

TMIT BME


RFC 1969 Első RFC megjelenése

Request for Comments Informális Gyors módja az új ötleteknek terjesztésének Gyors visszacsatolás lehetősége mások részéről

Továbbítás módjai: Kezdetben hagyományos postán Majd FTP-vel – ezzel on-line lett a rendszer 33

11

TMIT BME


Az RFC-k Elnevezés: RFCxxxx (szám) ASCII szövegek Típusai: Internet standards RFC + STD xxxx (fejlécében)

Best Current Practice: RFC + BCP xxxx

Nem szabvány leírások (Non-standards track specifications) Experimental, Informational

Technikai leírások (Technical Specifications) Alkalmazhatósági vizsgálatok (Applicability Statements)

34

TMIT BME


Internet szabványok Szabványok (RFC STD-k) összessége Nyílt, mindenki által hozzáférhető IETF (Internet Engineering Task Force) http://ietf.org

Szerteágazó területek Munkacsoportokba szervezett Working Group (WG)

35

TMIT BME


Internet szabványok A specifikációk általános jellemzői:

Állandóak Jól érthető Szakmailag precíz Független és együttműködő megvalósításai léteznek Az Internet (hasznos) részét képezi ... /RFC 2026/

36

12

TMIT BME


Internet-Draftok A leendő szabványok előzetes formája Célja: Új ötletek, megvalósítások dokumentálása Sikeres ötlet esetén szabvánnyá válhat

A szabvánnyá válásnak szabályos menete van:

37

TMIT BME


Internet-Draftok 2 Informális dokumentálási lehetőség Az IETF draft könyvtárában minden draft 6 hónapig lehet Ha frissítik, újabb hat hónapja van Ha letelik a hat hónap kitörlik vagy RFC lehet

38

TMIT BME


Internet-Draftok 3 A draftok nem szabványok, így NEM jelenti valamely specifikáció publikálását Nem hivatkozható

NEM rögzített állapotúak Bármikor megszűnhetnek Bármikor változhatnak

39

13

TMIT BME


Érettségi szintek

(Maturity levels) Szabványok szintjei: 1. Proposed Standard 2. Draft Standard

Két együttműködésre képes implementációja létezzen Ha már nincsenek számottevő változtatások benne szabvány lehet

3. Internet Standard

Nem szabványok esetén:

Nincsenek szintek, besorolást kapnak Experimental, Informational, Historic 40

lab


IP hálózatok felépítése


TMIT BME


TCP/IP protokoll család Lehetővé teszi Bármilyen kapacitású, méretű, Bármilyen gyártótól származó, Bármilyen operációs rendszerű

számítógépek kommunikációját egymással Rétegezett A protokollok funkciói szerint Rétegekbe rendezettek Egymásra épülnek

4 rétegű protokollszerkezete van 42

14

TMIT BME


TCP/IP, ISO-OSI hivatkozási modell Alkalmazási

Szállítási (TCP)

Hálózati (IP) Adatkapcsolati, Hálózati interfész

7.

Alkalmazási – felhasználói programok (chat, web-rádió)

6.

Megjelenítési – szöveg, kép, hang

5.

Viszony – kapcsolat kezelés

4.

Szállítási – végpont-végpont kommunikáció, hiba kezelés

3.

Hálózati – hálózati szintű címzés útválasztás

2.

Adatkapcsolati - pont-pont kommunikációs protokoll

1.

Fizikai – vezetékek, kódolás

43

TMIT BME


Rétegek feladata (TCP/IP) Adatkapcsolati Operációs rendszer hálózati illesztő programja Hálózati interfész kártya, NIC Kezeli az összes hardverrel kapcsolatos feladatot

Hálózati (IP) Csomagok továbbítása, útválasztás

Szállítási (TCP) (megbízható) adatfolyamok kezelése két hoszt között

Alkalmazási Felhasználói programok 44

TMIT BME


Két végpont FTP kommunikációja FTP protokoll FTP kliens

TCP

IP

Ethernet illesztő

FTP szerver

TCP protokoll

IP protokoll

Ethernet protokoll

Felhasználói folyamatok

TCP

IP

Kernel kommunikációs folyamatok

Ethernet illesztő

Ethernet

45

15

TMIT BME


Adatok útja a protokollrétegeken FTP kliens TCP

IP

Ethernet illesztő

FTP protokoll TCP protokoll IP protokoll

Ethernet protokoll

a felhasználó adatai a rétegeken keresztül lejutnak a fizikai szintre

FTP szerver TCP

Minden réteg információkat csatol hozzájuk (fejlécek)

IP

Átjutnak a célállomásra Itt ismét keresztül haladnak a rétegeken felfelé

Ethernet illesztő

A megfelelő rétegek a saját információikat leválasztják a csomagokról

Ethernet

46

TMIT BME


Enkapszuláció FTP kliens TCP

IP

Ethernet illesztő


Ethernet protokoll

(egymásba ágyazás, tokozás) Az adatok protokoll rétegeken keresztüli, lefelé történő továbbítása Minden réteg információt csatol az adathoz

FTP szerver TCP

IP

Általában fejlécet (de néha láblécet) Ezeken keresztül kommunikálnak az adott szintű protokollok a két végpont között egymással

Ethernet illesztő

Ethernet

47

TMIT BME


Enkapszuláció 2

FTP kliens TCP

IP

Ethernet illesztő


Ethernet protokoll Ethernet

h: header - fejléc t: trailer - lábléc

Felhasználói adat

FTP szerver Alkalm h.

Felhasználói adat

TCP TCP h.

Alkalmazás adat

IP IP h.

TCP szegmens

Ethernet 20 illesztő Eth h

IP datagram

Eth t

Ethernet keret 48

16

TMIT BME


Enkapszuláció 3 A felhasználói adatok darabolás után kerülnek továbbításra, a csomagok elnevezése FTP rétegenként: FTP FTP protokoll kliens

szerver TCP protokoll

TCP

TCP szegmens

IP

TCP

IP protokoll

IP datagram Ethernet illesztő

Ethernet keret (frame)

Ethernet protokoll

IP

Ethernet illesztő

Ethernet

49

TMIT BME


Demultiplexálás Az enkapszuláció – egymásbaágyazás Demultiplexálás – kicsomagolás A csomagok protokoll rétegeken történő felfelé haladása és kifejtése

Ezzel lehetővé válik, hogy az adatcsatornán többféle alkalmazás, protokoll adatai egymással párhuzamosan közlekedjenek, A célállomásban pedig a megfelelő alkalmazáshoz kerüljenek a megfelelő adatok 50

TMIT BME


Enkapszuláció-Demultiplexálás Mely protokoll Mi szerint továbbítja a csomagokat a felsőbb szintekhez .... •TCP vagy UDP fejléc •Port szám ICMP

IGMP

TCP

UDP •IP fejléc •Protokoll azonosító

ARP

IP

RARP •Ethernet fejléc •Keret típus

Ethernet illesztő 51

17

TMIT BME


Átjárók, útvonalválasztók Internet számos technológiájú hálózatból áll Ha a csomagok elérik egy-egy hálózat határát: Részben demultiplexálásra kerülnek Továbbítás céljából (cím ellenőrzése)

Ekkor a csomag a protokoll rétegeken (általában) az IP rétegig jut el Majd továbbításra kerül a megfelelő irányba

52

TMIT BME


FTP adatforgalom útválasztón keresztül FTP kliens

FTP szerver

TCP

TCP

Útválasztó IP

IP

Ethernet illesztő

Ethernet illesztő

IP

Token Ring illesztő

Token ring illesztő Token ring

Ethernet

53

TMIT BME


TCP/IP rétegei

Alkalmazási

telnet, ftp, http, …

Szállítási

ICMP Útválasztási protokollok

Hálózati

ARP

Adatkapcsolati Fizikai

TCP UDP

IP Ethernet, 802.X, PPP, ATM, … PSTN, koax, UTP, optikai, rádiós, … 54

18

TMIT BME


TCP hivatkozási modell, összes protokoll

55

19

Interface Message Processors (IMP)

Recommend Documents