Hálózati réteg, Internet

Átírás

1 álózati réteg, Internet álózati réteg, Internet Készítette: (BM) Tartalom z összekapcsolt LN-ok felépítése. z Ethernet LN-okban használt eszközök hogyan viszonyulnak az OSI rétegekhez? Mik a kapcsolt hálózatok korlátai? Miért van szükség hálózati rétegre és címzésre LN-okban és LN- WN hálózatokban? ogyan kapcsolódik össze az adatkapcsolati és a hálózati réteg? z IEEE LN és a TCP/IP IP-protokollját vesszük példának. Internet használata (internetworking) hálózati réteg feladatai álózati réteg / 1 álózati réteg / 2 Kapcsolt LN Kapcsolt LN S1 S4 PC3 PC4 PC1 PC2 S2 1 S3 2 3 PC11 S5 Szállítási álózati LLC MC izikai Ismétlı Szállítási álózati LLC MC izikai Szállítási álózati LLC MC izikai Relé MC MC izikai izikai Szállítási álózati LLC MC izikai PC1 PC2 PC7 PC8 PC9 PC10 LN szegmens LN szegmens LN szegmens LN szegmens PC3 PC4 PC5 PC6 PC UB - PC PC Kapcsoló - PC Switch UB álózati réteg / 3 álózati réteg / 4

2 Kapcsolt LN Kapcsolt LN Kapcsolás MC cím alapján Kapcsolás MC cím alapján PC3 Jelregenerálás, továbbítás a többi portra PC6 PC2 PC10 1 S3 2 S2 S1 S4 S5 PC UB Switch - UB - PC izikai réteg datkapcsolati réteg álózati réteg Szállítási réteg PC Switch Switch Switch - Switch - PC izikai réteg datkapcsolati réteg álózati réteg Szállítási réteg álózati réteg / 5 álózati réteg / 6 Kapcsolt LN z ismétlıkkel összekapcsolt hálózati szegmensek egyetlen ütközési tartományt alkotnak. gépek osztoznak a sávszélességen. z ismétlıkkel (UB), kapcsolókkal (Switch), hidakkal (Bridge) felépített LN-ok egyetlen szórási tartományt alkotnak, azaz a szórásos és a többes címzéső keretek a hálózat összes gépére eljutnak. z egyedi címzéshez elegendı a MC cím. a a hálózat nem homogén (Ethernet, DDI, Token Ring, stb.), az összekapcsolás az adatkapcsolati rétegben nehézkes, lehetetlen vagy nem hatékony. hálózat mérete (kiterjedése, gépek száma) nem növelhetı minden határon túl a szórásos üzenetek nagy száma és a nagy mérető kapcsolótáblák miatt. MC címek nem hierarchikusak, ezért a gépek számával arányosan nınek a kapcsolótáblák is. hálózati protokoll és a hálózati címzés jelenti a megoldást. 1_1 R1 Gépek összekapcsolása: LN - WN 1_2 rame-relay R2 2_1 2_2 R3 R5 3_1 3_2 R4 4_1 R Router - álózat 4_2 1_1 -> 4_2 útvonal? álózati réteg / 7 álózati réteg / 8

3 Gépek összekapcsolása LN-WN Gépek összekapcsolása LN-WN WN-ok címzése más mint a LN-oké. különbözı WN technológiák eltérı címzéssel rendelkeznek. z Interneten különbözı LN és WN 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. 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. hálózati címzés jelenti a megoldást. fizikai hálózaton továbbra is az adatkapcsolati címek (MC) címek alapján lehet elérni az állomásokat. hálózati címek és az adatkapcsolati címek összerendelését meg kell oldani. hálózati címzést és az adattovábbítást a hálózati réteg protokolljai és eszközei írják le ill. végzik el. álózati réteg / 9 álózati réteg / 10 Gépek összekapcsolása LN-WN IEEE (Ethernet) keret Irányítás hálózati cím alapján Elıtag 7 oktet: 7 x (Szinkronizáció) 1_1 4_2 Keret kezdet határoló 1 oktet: S1 R1 R3 R4 S4 Cél állomás címe Küldı állomás címe ossz dat 6 oktet: 1-3 oktet a gyártó azonosítója, 4-6 sorszám 6 oktet: 1-3 oktet a gyártó azonosítója, 4-6 sorszám 2 oktet oktet PC Switch Router Router - Router - Switch - PC izikai réteg datkapcsolati réteg álózati réteg Szállítási réteg Töltelék (ha kell) CRC 0-46 oktet: kerethossz nem lehet kisebb, mint 64 oktet 4 oktet IEEE keretformátum álózati réteg / 11 álózati réteg / 12

4 802.3 és DLC keretformátumok Keret fejrésze Kerettartalom Keret vége Elıtag SD D S ossz DT Pad CS Keret fejrésze Kerettartalom Keret vége lag Cím Vezérlés dat CS lag DLC Gépek összekapcsolása LN-WN hálózati protokoll adategysége a protokoll-készletnek megfelelı felépítéssel rendelkezik. ej-részbıl és adat-részbıl áll. fej-rész tartalmazza a forrásállomás és a célállomás címét is. hálózati réteg protokoll adategysége mindig az adatkapcsolati protokoll adategységének adat-részébe beágyazva halad a hálózaton. következı ábrán a TCP/IP protokoll készlet Internet Protocol-jának (IP) felépítése látható. maximális kerethosszak különbözhetnek! SD D S CS Keretkezdet határoló (speciális kódolású) Címzett címe Küldı címe Ellenırzı kód (CRC) álózati réteg / 13 álózati réteg / 14 TCP/IP Internet Protocol (IP) csomag IP címek VERS LEN IDENTIICTION SERVICE TYPE TOTL LENGT DESTINTION IP DDRESS IP OPTIONS (I NY) DT LGS RGMENT OSET TIME TO LIVE PROTOCOL EDER CECKSUM SOURCE IP DDRESS... PDDING z IP adatgramma fejrésze álózat-cím cím hálózati és állomás részét elválasztó határ Állomás-cím z IP adatgramma formátuma Internet címek álózati réteg / 15 álózati réteg / 16

5 álózati protokoll-adategység keretbe foglalása z IP csomagok (adatgramma) a fizikai hálózaton keretbe ágyazva továbbíthatók. keret típusa a hálózat típusától függ: Ethernet, DLC, PPP, rame Relay, stb réteg TCP/IP protokollok készlet ile Transfer Protocol (TP) Remote Terminal Protocol (TELNET) Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) Name Server Protocol (NSP) Simple Network Management Protocol (SNMP) Beágyazás folyamata Keret feje datgramma feje MC címeket (forrás és cél) tartalmazza álózati címeket (forrás és cél) tartalmazza datgramma adat-része Keret adat-része 4. réteg 1 3. réteg IP TCP UDP IP RP RRP ICMP TCP UDP ICMP RP RRP IEEE 802.x /X.25 Transmission Control Protocol User Datagram Protocol Internet Protocol ddress Resolution Protocol Reverse ddress Resolution Protocol Internet Control Message Protocol álózati réteg / 17 álózati réteg / 18 Internet használata (internetworking) z együttmőködı számítógépek kapcsolódhatnak: Internet architektúrák Egyedül álló WN kizárólag LN-hoz, kizárólag WN-hoz (ma már ritkán), vagy LN-ok és WN-ok együtteséhez. LN-ok és WN-ok összekapcsolását nevezik internet-nek, az ilyen módon együttmőködı számítógépes alkalmazásokat internetworkingnek. hálózatokat összekapcsoló eszközök: Intermediate System (IS) (közbensı rendszer): Összekapcsolt LN/WN legfontosabb funkciójuk miatt router-nek vagy gateway-nek is hívják ezeket. router az egyes portjain különbözı hálózati protokollokkal rendelkezhet, mivel teljesen eltérı hálózatokat kapcsolhat össze. álózati réteg / 19 álózati réteg / 20

6 Internet használata (internetworking) Intermediate systems (IS): router M unkaállomás M unkaállomás z IS-t protokoll konverternek nevezik akkor, amikor olyan hálózatokat kapcsolnak össze, amelyek teljesen eltérı protokoll készlettel (protocol stack) rendelkeznek. lkalmazói processz _L lkalmazói processz _L z eltérı hálózati protokollokon kívül a hálózat független protokoll rétegek is teljesen különbözık lehetnek. pl. elektronikus levél átalakítása. P_L S_L T_L IS Router/gateway P_L S_L T_L N_L N_L Relay N_L ' N_L ' D_L D_L D_L ' D_L ' PY PY PY ' PY ' Network 1. Network 2. álózati réteg / 21 álózati réteg / 22 M unkaállomás lkalmazói processz _L P_L S_L Intermediate systems (IS): protokoll konverter IS Protokoll konverter _L P_L S_L Relay _L ' P_L ' S_L ' M unkaállomás lkalmazói processz _L ' P_L ' S_L ' Internetworking z Internetworking alábbi témáit tárgyaljuk: álózati szolgáltatás (Network service) Címzés (ddressing) orgalomirányítás (Routing) szolgáltatás minısége (Quality of Service: QoS) Maximális csomagméret dattovábbítás és torlódás vezérlés (low and congestion control) ibajelzés (Error reporting) T_L N_L D_L T_L N_L D_L T_L ' N_L ' D_L ' T_L ' N_L ' D_L ' több és esetleg különbözı összekapcsolt hálózat ellenére az együttes hálózatnak az állomásokon egységes hálózati szolgáltatást kell nyújtania, mintha tiszta LN vagy WN lenne. PY PY PY ' PY ' Network 1. Network 2. álózati réteg / 23 álózati réteg / 24

7 álózati szolgáltatás (Network service) álózati szolgáltatás (Network service) eladata: Csomagok eljuttatása forrásból célba, miközben több csomóponton kell keresztül haladniuk. hálózati réteg szolgálatainak (feladatainak) meghatározásánál az alábbi célokat veszik figyelembe: szolgálatok függetlenek legyenek az alhálózat technikájától. szállítási réteg elıl el kell takarni a jelenlévı alhálózatok számát, típusát és topológiáját. szállítási réteg számára hozzáférhetı hálózati címeknek egységes számozási rendszert kell alkotniuk (LN-okon és WN-okon egyaránt) Két fı megoldás létezik: 1. Összeköttetés alapú 2. Összeköttetés mentes 1. Összeköttetés alapú kapcsolat. telefon kapcsolatot lehet analógiaként tekinteni: hívás felépítés, beszélgetés, bontás. Általában WN-oknál használják és közszolgáltatást vesz igénybe (pl. X.25 vagy rame Relay). viszonylag nagy késleltetés és a gyakori átviteli hibák miatt összeköttetés alapú kapcsolattal mőködik. eladatok: Kapcsolat felépítése, két irányú kommunikáció, csomagok kézbesítése hibátlanul és sorrend-helyesen (IO). forgalom szabályozás eleve biztosított. z alhálózat bonyolult, az állomás egyszerő. álózati réteg / 25 álózati réteg / 26 álózati szolgáltatás (Network service) Címzés (ddressing) 2. Összeköttetés mentes kapcsolat. nalógia a levél kézbesítés: az egymásután feladott leveleket különbözı útvonalon továbbíthatják, és nem biztos, hogy a feladás sorrendjében érkeznek meg. Ilyen hálózat az Internet. LN-oknál összeköttetés mentes kapcsolatot használnak, mivel az átviteli késleltetés alacsony és kicsi a hiba valószínősége. z alhálózat az összeköttetés nélküli kapcsolat miatt 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. z alhálózat egyszerő, az állomás bonyolult. z ISO mindkét típusú szolgálatot tartalmazza. hálózati rétegben használt címnek a teljes hálózaton azonosítania kell a számítógépet. MC címek nem használhatók a teljes hálózat címzésére. hálózati címet és a MC címet együttesen alkalmazzák. közeghozzáféréshez a MC címet (pl. Ethernet cím), a teljes hálózati címzésre a hálózati címet (pl. IP cím) használják. z IS-nek (pl. router), mivel több hálózatra is csatlakozik, minden portjára rendelkeznie kell MC címmel. álózati réteg / 27 álózati réteg / 28

8 orgalomirányítás (Routing) LN - WN a az együttmőködı gépek ugyanazon a hálózaton vannak, elegendı lenne a MC címek használata. Ellenkezı esetben a hálózati cím azonosítja a partner számítógépet egy másik hálózaton. hálózati csomagok irányításáról (routing) gondoskodni kell. hálózati cím önmagában nem elegendı a csomag irányítására. továbbítandó csomagot a célállomás hálózati címével együtt el kell küldeni az ugyanazon a hálózaton lévı forgalomirányító MC címére. forgalomirányítónak pedig vagy a célállomás MC címére, vagy egy másik forgalomirányító MC címére kell továbbítania a kézbesítendı csomagot. 1_1 R1 1_2 R2 R3 R5 R4 4_1 R Router - álózat 4_2 z alábbi példában az 1. hálózat 1. gépe küld csomagot a 4. hálózat 2. gépének. 2_1 2_2 3_1 3_2 1_1 -> 4_2 útvonal? álózati réteg / 29 álózati réteg / 30 R1 R2 LN - WN R3 R4 R Router álózat S - Switch Lehetséges útvonalak: orgalomirányítás (Routing) 1_1 R1 R3 R4 4_2 1_1 R1 R3 R2 R4 4_2 1_1 R1 R2 R4 4_2 1_1 R1 R2 R3 R4 4_2 S2 1_1 1_2 S1 4_1 4_2 2_1 2_2 3_1 3_2 1_1 -> 4_2 útvonal? álózati réteg / 31 álózati réteg / 32

9 orgalomirányítás (Routing) példa topológiáját szemlélve az alábbi kérdések merülnek fel: onnan tudja meg az állomás a hálózatra kapcsolt forgalomirányító(k) MC címét? ogyan határozza meg egy forgalomirányító a hálózatra kapcsolt állomások MC címét? ogyan választja ki az állomás azt a forgalomirányítót, amelyiknek a csomagot elküldi? ogyan határozza meg egy forgalomirányító az ugyanarra hálózatra kapcsolt forgalomirányítók MC címét? ogyan választja ki a forgalomirányító, hogy melyik másik forgalomirányítónak továbbítja egy állomásnak szóló csomagot? z internet forgalomirányítónak választ kell adnia ezekre a kérdésekre. szolgáltatás minısége (Quality of Service: QoS) 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. álózati réteg / 33 álózati réteg / 34 Maximális csomagméret max. csomagméret különbözı az egyes hálózat típusokban. max. csomagméretet az alábbi tényezık befolyásolják: a hibaarány, az átviteli késleltetés, a pufferméret igény és többletterhelés (overhead = a hasznos adatot kísérı egyéb információ mennyisége: címek, CRC, stb.) szállítási réteg szükség szerint tördeli (fregmentálja) az átviendı adatokat a hálózati réteg számára továbbításra. hálózati réteg a különbözı alhálózatokon történı továbbítás során tovább tördeli, majd a vétel helyén újra összeállítja a csomagokat. dattovábbítás és torlódás vezérlés (low and congestion control) low control mechanizmus szabályozza a különbözı sebességő és leterheltségő végállomások közötti adatforgalmat. congestion control az adatok hálózaton belüli torlódásának feloldását jelenti. z összeköttetés alapú hálózatok esetén a keretek nyugtázása biztosítja a flow control-t. feladó nem küld addig újabb keretet, amíg bizonyos számú feladott keret nyugtázása meg nem történik. z összeköttetés nélküli hálózatoknál a flow control-t a szállítási réteg oldja meg. álózati réteg / 35 álózati réteg / 36

10 ibajelzés (Error reporting) hibák jelzésének módja hálózatonként eltérı. Több összekapcsolt és eltérı típusú hálózat esetén a megfelelı hibajelzésrıl gondoskodni kell. álózati réteg / 37