Upload
klaus
View
50
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
INNEHÅLL Protokollfamiljen TCP/IP Fysiska skiktet: Ethernet Protokoll på länskiktet: Ethernet, CSMA/CD, PPP Protokoll på nätverksskiktet: IP IPv4 adressering. NÄTVERKSPROTOKOLL Föreläsning 2 - 3.9.2010. Fysiska skiktet. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
NÄTVERKSPROTOKOLL
Föreläsning 2 - 3.9.2010INNEHÅLLProtokollfamiljen TCP/IP
Fysiska skiktet: EthernetProtokoll på länskiktet: Ethernet, CSMA/CD, PPPProtokoll på nätverksskiktet: IP
IPv4 adressering
Fysiska skiktet Det fysiska skiktet beksriver den fysiska anslutningen mellan olika
nätverksenheter
Standarder och protokoll på detta skikt beskriver de mekaniska, elektriska och funktionella egenskaperna
Dvs. Protokoll på den här nivån sköter i första hand om att enheterna är elektriskt kompatibla med varandra
Exempel på protokoll/standarder på denna nivå är: CAT5 RJ45 Ethernet
Ethernet Är en familj tekniker för datorkommunikation i lokala nätverk
Konstruerades ursprungligen av Xerox Corporation år 1976
Är standardiserat av IEEE och kallas även IEEE 802.3
Ethernet befinner sig i både första (fysiska) och andra (länk) skiktet i OSI modellen
Standarderna inom Ethernet/IEEE 802.3 anger signalering över olika transmissionsmedia
Ethernet Ethernet använde till en början (under 80-talete) främst
koaxialkabel som medium och hade en överföringshastighet på 10Mbit/s
Två olika typer av koaxialkabel användes 10Base5 (”tjock koax”, 1cm i diam, avstånd på 1000m) 10Base2 (”tunn koax”, 5mm i diam, avstånd på 185m)
Den vanligaste typen av kablar inom Ethernet idag är partvinnad kabel med RJ-45 kontakter. Olika standarder baserda på dessa media är:
10BaseT - 10Mbps 100BaseTX - 100Mbps 1000BaseT – 1Gbps 10GBaseT – 10 Gbps
Ethernet Förutom kablar och kontakter förekommer även följande
utrustning på Ethernet Repeaters – signalförstärkare som jobbar på OSI-nivå 1,
numera föråldrad teknik inom Ethernet Hubar – multiports signalförstärkare som jobbar på OSI-nivå 1,
används idag väldigt sällan. Bryggor – Signalförstärkare med förmedling av ramar, jobbar
på OSI-nivå 2 (länkskiktet) Switchar – Signalförstärkare som jobbar på OSI-nivå 2,
länkskiktet Routrar – Enheter som används för vägaval/ruttval över
Internet, Jobbar på OSI-nivå 3, nätverksnivån
Länkskiktet Länkskiktet har massor med uppgifter att utföra, bl.a.
Bestämma hur bitarna i det fysiska skiktet grupperas till ramar (eng. frames)
Upptäcka och korrigera transmissionsfel Regulera informationsflödet så att långsamma enheter hinner
med Synkronisera sändare och mottagare
Protokollfamiljen IEEE 802 indelar länkskiktet i OSI i två underskikt:
LLC-skikt (LLC = Logical Link Control) MAC-skikt (Media Access Control)
Länkskiktet Orsaken till två underskikt är att det finns två olika typer av
dataöverföringar Punkt till punkt (Eng. Point-to-point) Broadcast
Punkt till punkt betyder att informationen går från källan till destinationen genom ett antal noder men nodernas uppgift är att transportera informatioen till källan (t.ex. E-post)
Broadcast betyder att informationen kan gå till alla enheter som nås från källan
Länkskiktet Protokoll som jobbar på länkskiktet och på LLC nivå är bl.a.
HDLC (High Level Data Link Control) PPP (Point to Point Protocol)
Protokoll som jobbar på länkskiktet och på MAC nivå är bl.a. Ethernet CSMA/CD MACA
Mera om Ethernet Som tidigare nämnts jobbar Ethernet på de två första nivåerna i
OSI modellen: fysiska skiktet och länkskiktet
Ethernet består av tre grundelement Fysiskt medium som används för transporten av signalerna
(fysiska skiktet, behandlades tidigare) En uppsättning regler som bestämmer hur datorns Ethernet-
gränssnitt skall bete sig De standardiserade Ethernetramarnas utseende
Funktionssättet i ethernet bygger på CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect)
CSMA/CD CSMA/CD används av Ethernet för att sköta delningen av
kommunikationskanaler och för att se till att inte datakollisioner uppstår
CSMA/CD behövs i nätverk där man använder sej av delade transmissionsmedier, bl.a. Bussnät och Stjärnnät uppbyggt med hubbar
I det stora hela fungerar CSMA/CD så här: (se följande sida)
CSMA/CD
HUVUDPROCEDUR1. En ram är redo för sändning2. Är transmissionsmediet ledigt? Om inte vänta på att det blir
ledigt 3. Skicka dataramen 4. Uppstod det en kollision? Om så är fallet, gå till
kollisionsupptäckningsproceduren (eng. Collision detected procedure)
KOLLISIONSDETEKTERINGSPROCEDUR1. Skickar en s.k. ”jam-signal” för att försäkra att alla andra
enheter i nätet också har detekterat kollisionen (för att undvika ytterligare kollisoiner)
2. Inkrementerar ”retransmission counter”
CSMA/CD
3. Var det maximala antalet ”retransmissions” (16) uppnått? Om så är fallet, avsluta transmissionen
4. Beräkna och vänta en slumpmässig tid ”backoff period”5. Återgå till skede 1 i huvudproceduren
CSMA/CD används inte längre i 10 Gigabit Ethernet p.g.a att där krävs att switchar ersätter alla hubbar och repeaters
10 Gigabit Ethernet är även baserat på Full duplex Ethernet vilket innebär att data skickas och tas emot på olika trådar => kollission är praktiskt taget omöjligt
Ethernet - ramar På fysiska skiktet består informationen som flöder genom t.ex. en
nätverkskabel av bitsekvenser, t.ex. (0100101001010011010101)
På länkskiktet delas informationen som skickas upp i ramar
I Ethernet ser en ram ut enlig följande
Ethernet - ramar
Förklaringar på bilden på föregående sida: Preamble (Synkroniseringsfält)
7 byte där varje oktett innehåller 1010 Sändaren och mottagaren synkroniseras med en 10 Mhz
pulsvåg i 5.6 mikrosekunder m.h.a. Detta fält Start-of-Frame-Delimiter (startfält)
1 byte med innehållet 1010 1011 Används för ett beteckna var ramen börjar
MAC destination (destinationsadress) Anger MAC adressen till mottagaren, dvs. Ethernet
hårdvaruadressen Kan vara 2 eller 6 oktetter (16 eller 48 bitar)
Ethernet - ramar
Förklaringar på bilden på slide 22 forts...: MAC source (källadressen)
Anger adressen till avsändaren 2 eller 6 oktetter lång den första biten om adressen är ordinär eller en
gruppadress Den andra biten anger om adressen är lokal eller global
(Gäller både MAC source och MAC destination) De övriga 46 bitarna kan användas för adressering (Gäller
både MAC source och MAC destination) Length
Anger hur många byte själva datafältet innehåller
Ethernet - ramar
Förklaringar på bilden på slide 22 forts...: Payload (datafältet)
46-1500 oktetter Om datafältet är för litet (mindre än 46 oktetter) används en
del av datafältet som utfyllning. Detta område kallas ”pad” och består av 0-46 bytes
CRC32 CRC = Cyclic Redundance Check Algoritm för att upptäcka fel
PPP
Är ett datalänkprotkoll som vanligen används för att sätta upp en direkt kontaktlänk mellan två noder över en seriell kabel.
I praktiken används PPP ofta för att transportera TCP/IP kommunikation över telefonkablar
Många Internet operatörer använder PPP för att kunder skall via ett modem kunna få igång en ”dial-up” anslutning till Internet (t.ex. ADSL)
Består av tre komponenter HDLC (High-Level Data Link Control) LCP (Link Control Protocol) NCP (Network Control Protocol)
PPP
Är ett datalänkprotkoll som vanligen används för att sätta upp en direkt kontaktlänk mellan två noder över en seriell kabel.
I praktiken används PPP ofta för att transportera TCP/IP kommunikation över telefonkablar
Många Internet operatörer använder PPP för att kunder skall via ett modem kunna få igång en ”dial-up” anslutning till Internet (t.ex. ADSL)
Består av tre komponenter HDLC (High-Level Data Link Control) LCP (Link Control Protocol) NCP (Network Control Protocol)
PPP
HDLC används för att ”kapsla” in data under transmissionen
LCP hanterar konfigurering, uppkoppling och test av datalänkförbindelsen
NCP används för konfigurering och uppkoppling i nätverksskiktet (nivå 3 i OSI modellen) vilket betyder att bl.a. TCP/IP kan användas över samma förbindelse
PPP
PPP protokollet fungerar i stora drag enligt följande (Anta att en PC görs till en temporär värddator (host) på internet):
PC ringer upp operatörens routerdator och den fysiska uppkopplingen görs
PC datorn sänder en rad LCP paket via PPP ramens informationsfält (payload), med hjälp av dessa väljs parametrarna för PPP
En serie NCP paket sänds för att konfigurera nätverskprotokollet, PC datorn behvöer en IP adress och den ges dynamiskt för den tdi som den behövs
PC-datorn kan nu sända och ta emot IP paket som vilken dator som helst på Internet
Efter användning kopplas nätverksförbindelsen ned och IP adressen frigörs
LCP kopplar bort datalänken och modemenheten kopplas bort
Nätverksskiktet
Nätverksskiktets uppgift är att överföra information (i paket) från källan till destinationen via t.ex. Ett flertal routrar
Paketet bär med sej en adress som avgör i vilken riktning paketet skall skickas
Ett typsikt protokoll som fungerar på nivå 3 är IP (Internet Protocol)
IP (Internet Protocol)
Är ett protokoll som används för kommunikation över ett s.k. paketförmedlande nätverk ”packet-switched networks” genom att använda protokollfamiljen TCP/IP
Med paketförmedlande nätverk menas nätverk där data sänds från sändare till mottagare i diskreta datapaket
Vägen varje paket tar behöver inte vara densamma som det tidigare sända paketet mellan samma sändare och mottagare
Motsatsen till paketförmedlande nätverk är kretskopplade nätverk där signaler mellan två abonnenter går via en uppkopplad kanal med konstant tidsfördröjning och banbredd.
IP (Internet Protocol)
Paketförmedlade nätverk kan jämföras med postens sätt att hantera paket!
Digitala meddelanden som skickas över ett paketförmedlande nätverk hanteras på likande sätt:
De delas upp i mindre bitar och förses med ett omslag eller ”header” som berättarpaketets storlek, avsändar- och mottagaradress, prioritet osv.
Kretskopplade nätverk kan jämföras med tågtrafik!
IP (Internet Protocol)
IP är det viktigaste protokollet på Näterksskiktet
Har som uppgift att förmedla ett datapaket från en källvärd (source host) till destinationsvärden (destination host) på basen av dess adress.
Definierar adresseringsmetoder och strukturer för inkapsling av paket
Finns två versioner av IP IPv4 (Internet Protocol version 4) Ipv6 (Internet Protocol version 6)
IP (Internet Protocol)
IPv4 är fortfarande dominant på internet
Ett väsentligt problem med Ipv4 är dock dess begränsade mängd med adresser, dvs. IP-adresser
Främst av den orsaken har Ipv6 utvecklats och förväntas ta över på Internet inom en snar framtid
IPv4-adressering
En IP-adress är en unik logisk adress som elektroniska maskiner för tillfället använder för att identifiera och kommunicara med varandra på ett datornät med hjälp av IP protokollet
Man brukar prata om offentliga och lokala IP-adresser En offentlig IP-adress är (i princip) åtkomlig från hela Internet
och måste vara unik på hela internet En lokal IP-adrass är endast åtkomlig från ett lokalt nät, t.ex.
LAN och behöver endast vara unikt inom detta LAN
IP adrssen fungerer som en vägledare för en IP-enhet för att hitta en annan och kommunicera med denna
IPv4-adressering
En IP-adress fungerar inte som identifiering av en specifik enhet (samma enhet kan byta adress, eller ha flera adresser)
En IP-adress representeras av 32 bitar (4 bytes)
Adresserna är således begränsade till 2^32 dvs 4 297 967 269
Vanligen anges IP-numret genom att skriva ut de 4 olika byten i decimal form med punkter emellan där varje siffergrupp motsvarar en byte
IPv4 adresser Varje TCP/IP värds (host) lokalisation på nätet identifieras av en
logisk IP adress
IP adressen är en adress på nätverksnivå och ger en dator en LOGISK adress så den är m.a.o. Inte bunden till en viss dator eller enhet på samma sätt som en MAC adress
En IP adress är ett krav för varje värd som kommunicerar över ett TCP/IP nät
Varje IP adress (32 bitar lång) består av: Nätverks ID / Nätverksadress Värd ID / Värdadress
IPv4 adresser Nätverksadress
Identifierar de enheter som är lokaliserade i samma fysiska nätverk
Alla enheter som finns i samma fysiska nätverk måsta ha samma nätverksadress
IPv4 - Adressklasser Från början bestämde man att dela upp IP adresser i fem olika
klasser beronde på hur stort nätverk det är frågan om
Är helt enkelt endast ett sätt man använder att tolka IP adresser på, kalls klassfulla adresser
Adressklasserna definierar vilka bitar som används för nätverksadress och vilka bitar som används för värdadress
Adressklasserna definierar också det möjliga antalet nätverk och det möjliga antalet värdar/nätverk
IPv4 – Adressklass A Klass A adresser används för datorer i nätverk som är väldigt
stora (alltså nätverk som har väldigt många datorer)
Den största biten i IP adressen är alltid 0
Följande 7 bitar (resten av den första oktetten) bestämmer nätverksadress
De 24 resterande bitarna (de tre sista oktetterna) representerar värdens/datorns adress
I den här klassen kan det finnas 126 nätverk och 16 777 214 datorer / nätverk
IPv4 – Adressklass B Klass B adresser används i medelstora och stora nätverk
De två högsta bitarna är alltid 10
Följande 14 bitar (resten av de två första oktetterna) definierar nätverksadress
De restarande 16 bitarna (de två sista oktetterna) används för att representera en värd/dator
Ger möjlighet till 16 348 olika nätverk och 65 534 värdar / nätverk
IPv4 – Adressklass C Används i små datornät
De tre största bitarna är alltid 110
Följande 21 bitar (de resterande bitarna av de 3 första oktetterna) representerar Nätverksadress
De resterande 8 bitarna (sista oktetten) reperesenterar värdadress
Ger möjlighet till 2 097 152 nätverk och 254 värdar / nätverk
IPv4 – Adressklass D och E Klass D adresser är reserverad för multicast adresser
De fyra första bitarna är alltid 1110
De resterande bitarna är reserverade för adresser som intresserade värdar kan känna igen
Använder adresserna 224.0.0.0 - 239.255.255.255
Klass E adresser är reserverade för framtida användning
De fyra första bitarna är alltid 1111
IPv4 – Adressklasser
IPv4 - Specialadresser Adresser som börjar på 127 i adressklass A är reserverade för
”loopback”
Typisk ”loopback” IP adress är 127.0.0.1
Privata IP adresser (används för datorer kopplade till privata nät och som inte är direkt anslutna till Internet)
10.0.0.0 – 10.255.255.255 (klass A) 172.16.0.0 – 172.31.255.255 (klass B) 192.168.0.0 – 192.168.255.255 (Klass C)
IPv4 – Regler för nätverksadresser Alla datorer på samma fysiska nätverk måste ha samma
nätverksadress för att kunna kommunicera med varandra
Om en dator skall kopplas direkt till Internet måste nätverkssen vara unik på hela publika internet
Om en dator skall kopplas till ett undernät av ett internt internätverk måste nätverksadressen vara unikt på internätverket
En IP adress får inte börja med 127 (reserverad för ”loopback”)
Alla bitar inom nätverks ID kan inte sättas till 1. Sådana är reserverade för användning som broadcast adresser
IPv4 – Regler för nätverksadresser Ur följande tabell framgår tillåtna nätverksadresser baserade på
de olika IP adress klasserna:
IPv4 – Regler för värdadresser Värdadressen måste vara unik på den gällande nätverksadressen
Alla bitar inom värdadressen kan inte vara 1 för en sådan adress är reserverad som en broadcast adress för att skicka paket till alla värdar på ett nätverk
Alla bitar inom nätverksadressen kan inte vara 0, eftersom den är reserverad för själva nätverksadressen
IPv4 – Regler för värdadresser Ur följande tabell framgår giltiga nätverksadresser i de olika IP
adressklasserna:
IPv4 – Subnet Mask En subnet mask möjliggör att identifiera vilken del av IP adressen
är reserverad för nätverket och vilken del av IP adressen är reserverad för värden
Subnet maskar för de olika IP adressklasserna Klass A: 255.0.0.0 Klass B: 255.255.0.0 Klass C: 255.255.255.0
Om man skriver om nätmasken i binär form får man fram att alla bitar som är 1 representerar nätverksadressen och alla bitar som är 0 representerar värdadressen
IPv4 – Subnet Mask Antalet värdar i ett nätverk kan m.h.a. subnet mask beräknas med
formeln 2^N – 2
N = antalet 0:or före första 1:a i IP adressen sett från höger
-2 eftersom första adressen är reserverad för nätverkat och den sista för broadcast
IPv4 – Subnetting Subnetting möjliggör att man kan skapa flera logiska nätverk under
en IP-adressklass (A, B eller C)
Om man delar upp ett nätverk inom en klass (A, B eller C) till mindre undernät är det möjligt att skapa ett nätverk med undernätverk som kan kommunicera med varandra
Exempel: man vill dela upp ett nätverk i klass C, med adressen 193.167.32.0 till två logiska undernät där det skall kunna finnas maximalt 126 datorer / nätverk:
Nätmasken blir: 11111111 11111111 11111111 10000000 255.255.255.128
Undernät 1: 193.167.32.0 (värdadresser 1 – 126)Undernät 2: 193.167.32.128 (värdadresser 129-254)
IPv4 – CIDR CIDR står för (Classless Inter-Domain Routing)
Introducerades 1993 och är den senaste förbättringen i sättet hur IP-adresser skall tolkas
Klassinedelningen slopas och man använder i stället nätverksprefix för att dela upp nätverk
Ger flexibilitet när större block av IP-adresser skall delas upp i mindre nät
Den största fördelen har att göra med routingen (går inte in på detta i det här skedet)
IPv4 – CIDR CIDR använder nätverksprefix för att beteckna vilken del av IP-
adressen som anger nätverksadressen och vilken del som anger värdadressen
Prefixet är helt enkelt en nummer som betecknar hur många bitar i IP-adressen som representerar nätverksadressen
T.ex. 172.200.0.0/16 betyder att de 16 första bitarna representerar nätverksadrssen och de resterande 16 bitarna representerar värdadressen:
Nätmasken blir: 11111111 11111111 00000000 00000000255.255.0.0
Maximala antalet datorer = 2^16-2 = 65534