5. előadás: Adatátvitel alapjai

Átírás

1 5. előadás: Adatátvitel alapjai Forrás -> Adó -> Átviteli csatorna -> Vevő -> Cél Adatátvitel tulajdonságai: - a jel alakja és nagysága - adatátviteli kapcsolat típusa - jelek és üzenetet felépítő karakterkódok kapcsolata - adatátvitel szabályozásának módja - átvitel hibáinak felderítésére és elhárítására alkalmazott eljárások Csatolási tulajdonságok: - elektromos jeltulajdonságok - mechanikai jellemzők - adatátviteli áramkörök működésének jellemzői - Protokollok: létfontosságú szerepet játszanak a közös üzenetformátum, valamint az adatátviteli eljárások megvalósításában, amelyek lehetővé teszik az adatátvitelt a rendszer minden eszköze felé. Legfontosabb eljárások: - előkészítés (inicializálás) - keretkészítés és összehangolás - forgalomszabályozás - vonalszabályozás (simplex, half-duplex ) - hibaellenőrzés - elavulási műveletek Adatátviteli csatornák: 1. analóg, 2. digitális Csatornákra jellemző tulajdonságok: jelcsillapodás, sávszélesség, zaj. Adatátviteli jellemzők: 1. A jelterjedés iránya: szimplex, félduplex, teljes duplex 2. Átviteli módszer: aszinkron, szinkron 3. Kódolási módszerek: Manchester, különbség alapú Manchester, RZ, NRZ, MLT-3, 4B/5B 4. Hibafelderítés: LRC (longitudinális redundancia vizsgálat), CRC (ciklikus redundancia vizsgálat) Hálózatok alapjai Miért, hogyan?! - hatékony kommunikáció (web, , voip) - szoftver/erőforrás megosztás (printer, adatbázis, szolgáltatások) - pénzmegtakarítás (printer, SAN ) - egyéb (intelligens épület, monitoring, távfelügyelet, iptv) Hálózati adatátvitel: - áramköri (pl: telefonvonal) - csomagkapcsolt (pl: posta levélküldés): 1. datagrammok (kapcsolat nélküli szolgáltatás) 2. virtuális áramkörök (megbízható, kapcsolat alapú szolgáltatás (COS) ) Csoportosítás: - LAN (Local Area Network) - MAN (Metropolitan Area Network) - WAN (Wide Area Network) - Virtuális (VPN Virtual Private Network) - internet (köztes hálózat: csomagkapcsolat hálózatok kapcsolata protokollok segítségével -> egyetlen virtuális hálózat - Internet (hálózatok világméretű csoportja melyben TCP/IP protokoll-t használnak) - 1 -

2 - intranet Topológia: adatszóró, pont-pont, sín, csillagpontos, gyűrű, hibrid (csillagkapcsolt gyűrű, elosztott csillag), háló, fa Kommunikációs protokoll: ipx/spx, tcp/ip, atm hálózatok Átviteli közeg (röviden tárgyaljuk) Hardveres szemmel: - fizikai közeg (bármi) - repeater (csak jelismétlés, erősítő) - bridge (szegmensek közötti kommunikáció) - hub (csomagtovábbítás -> minden portján) - switch (csomagtovábbítás -> csak a szükséges porton, menedzselhető, vlan, qos kezelési képesség -> L2) - router, gateway (csomagirányítás -> L3) - firewall (szűrés -> L2-L7) - szerver - host OSI modell: 1. Fizikai réteg (elektromos és mechanikai eszközök: moduláció, nyalábolás, jelelőállítás) 2. Adatkapcsolati réteg (keretek küldése a rendszerek között) 3. Hálózati réteg (hálózati szolgáltatások szabályozása: útválasztás, címzés, csomagtördelés, forgalomszabályozás) 4. Átviteli (szállítási) réteg (2 végpont közötti adatátvitel szabályozása) 5. Viszony (munkameneti) réteg (felhasználók közti adatcsere, üzenete csoportba rendezése, ellenőrzőpontok létrehozása) 6. Megjelenítési réteg (adat átalakítás: titkosítás, tömörítés) 7. Alkalmazás réteg (hálózati szolgáltatások: www, ftp, ) TCP/IP modell: 1. Hálózat felületi réteg (OSI 1-2.) (NIC: Network Interface Card -> MAC: L1 2. Hálózati réteg / Internet réteg (OSI 3.) L3 (csomag) => IP 3. Szolgáltatás/állomás-állomás réteg/transzport réteg (OSI 4.) => TCP 4. Feldolgozó és alkalmazásréteg (OSI 7.) L7 (alkalmazás szint) TCP/IP protokollt 1970-ben kezdték fejleszteni, 1974-re nagyközönség előtt. TCP/IP hálózatok jellemzői: - hardware független címzés - datagram (csomag) alapú - max 64kb csomagok - routolható - kiegészítő fejlécek támogatás (type of service) A TCP/IP hálózatok szintjeinek jellemzése I. Hálózati réteg (TCP/IP 1. szint): NIC (Network Interface Card) => MAC (Media Access Control): 6 bájtos hexadecimális beégetett szám. II. Az Internet réteg fő protokolljai (TCP/IP 2. szint): - Internet Protocol (IP) - Internetes vezérlőüzenet protokoll (ICMP) - Címfeloldási protokoll (ARP: Address Resolution Protocol) - Fordított címfeloldási protokoll (RARP) - Útválasztási protokollok (RIP, OSPF, BGP-4) - 2 -

3 PDU: A szintek közötti átutazó fejlécből és hasznos adatokból álló csomagot protokoll-adategységnek (PDU protocol date unit) nevezzük. IP: az adatcsomag irányítása, a kommunikációban résztvevők (gépek) azonosítása. IP (Internet Protocol): IPv4, IPv6 - a gépek egyedi azonosítására szolgál: az IP cím a hálózaton működő eszközöket azonosítják, ezért ugyanazon a hálózaton működő minden gépnek egyedi IP címmel kell rendelkeznie. - Dinamikus, statikus, valós, intranet - Felépítése: a.b.c.d.[0-255] (4byte 32 bit) - A oszt: első bit mindig 0, B oszt: első 2 bit mindig 10, C oszt: első 3 bit mindig 110. IP címosztályok Tartomány Host azonosító Hálózatok száma Gépek száma A b.c.d 2^8-2 (-2 mert 0 2^ és 127 nincs) B c.d 2^14 2^ C d 2^21 2^8-2 Speciális címek (intranet hálózatokhoz): A osztályú hálózathoz: B osztályú hálózathoz: C osztályú hálózathoz: Loopback interface: (de 127.x.y.z) Csupa nulla állomásazonosító: teljes hálózat (pl: ) Csupa egyes állomásazonosító: hálózat összes állomása (pl: broadcast) IP címek kiosztása: - fő szervezet: IANA (Internet Associated Numbers Authority) RIR (Regional Internet Registry): - a.: APNIC (Asia-Pacific Network Information Center) - b.: ARIN (American Registry for Internet Numbers) - c.: RIPE NCC (Reseau IP Europeans) IP fejrész szerkezete: - 1. szint: 4bit verziószám (IPv4), 4bit IP fejrész hossza, 8bit szolgáltatás típusa (hang/fájl), 16bit teljes csomaghossz - 2. szint: 16bit azonosító (a fragement darabolás azonosítója), 1bit nem használt, 1bit DF: nem darabolható (pl: boot program), 1bit MF: további fragementek léteznek, 13bit fragement offset (fragement helye a sorozatban) - 3. szint: 8bit TTL: a csomag hátralevő életideje, 8bit transzport rétegbeli azonosítója, 16bit a fejrész ellenőrző összege - 4. szint: 32bit forrás IP címe - 5. szint: 32bit cél IP címe - 6. szint: 32bit opcionális mezők (security védelmi opció, record route útvonal naplózása, timestamp késleltetési idők naplózása) IP alhálózatok: - 1. miért? : az intézmény logikai működése, felépítése, térbeli elhelyezkedése indokolja - Egy IP hálózaton több üzenetszórási (broadcast) címet kell létrehozni - Az új hálózat-csomópont határt a hálózati maszk (subnet mask) értékkel jelöljük Hálózati maszk (netmask): Az alhálózat méretét határozza meg. Azt mutatja meg, hogy egy adott alhálózaton, az elejétől fogva, hány bitnek kell megegyeznie az IP címben. Lehetséges mask értékek: 128 ( ), 192 ( ), 224 ( ), 240 ( ), 248 ( ), 252 ( ) Pl.: az első 24 bitnek kell megegyeznie: - 3 -

4 IP cím: => 2 db dedikált cím: - hálózati cím: a legkisebb cím, itt kezdődik az alhálózat ( ) - broadcast cím: az alhálózat legnagyobb címe, üzenetszórás ( ) Példa: Hálózat IP címe: Hálózati maszk: (=> 224= ): 3bit => 2^3 (8db) alhálózat, 5bit=> 2^5 (32db) host: Alhálózatok: (kiosztható címek: ) (kiosztható címek: ) (kiosztható címek: ) (kiosztható címek: ) (kiosztható címek: ) (kiosztható címek: ) (kiosztható címek: ) (kiosztható címek: ) Az első és utolsó alhálózatot (a csupa 0 és csupa 1 bit értékből) felépülő alhálózat azonosítókat nem szokták használni. Alhálózatok kialakítása: Netmask: => 128= tartomány: (hálózati cím: , broadcast: , összesen: 126 db IP cím) 2. tartomány: (hálózati cím: , broadcast: , összesen: 126 db IP cím) Netmask: => 192= tartomány: tartomány: tartomány: tartomány: Hálózati maszk szerepe: Cél IP cím: (honnan tudjuk, hogy az adott gépről, hova kell küldeni, melyik alhálózatba) Cél IP cím AND netmask ( && => ) ICMP (Internet Control Message Protocol) - az ICMP segítségével az IP kommunikációt használó állomások és útválasztók hibákat jelezhetnek, és korlátozott adatcserét folytathatnak - ping paranccsal visszhangkérő ICMP üzeneteket lehet küldeni - kimutatja a kommunikációs hibákat - tracert parancs támogatása ARP (Address Reservation Protocol): lefordítja az IP címeket hardveres (MAC) címekre RARP (Reverse ARP): hardveres (MAC) címből IP címet készít

5 III. Az állomás-állomás réteg (TCP/IP 3. szint): TCP (Trancsmission Control Protocol) - kapcsolat orientált - két hálózati végpont közötti pont-pont típusú kommunikáción alapszik - garantálja az IP datagramok kézbesítését (nagy megbízhatóság) - elvégzi a programok által küldött nagy adatblokkok szegmentálást és újraegyesítését - biztosítja szegmentált adatok rendezését és rendezett küldését - vizsgálja az átvitt adatok sértetlenségét - visszaigazolás a küldött csomagok állapotáról - háromutas kézfogás!! (SYN => SYN_ACK => SYN) UDP (User Datagram Protocol) - adatcsomag orientált - egyszerű, gyors adatátvitel a TCP/IP állomások között (nem megbízható) - kapcsolat nélküli datagram szolgáltatást biztosít - üzenetek küldése-fogadása UDP porton (üzenet várólista) keresztül, ez fogadja a meghatározott datagramokat TCP Kapcsolatorientált, munkamenet jön létre az állomások között A visszaigazolás és ütemezett adatküldés által garantálja a kézbesítést Biztonságot maga a protokoll garantálja Lassabb, nagyobb a költségigénye, és csak a két pont közötti kommunikációt támogatja UDP Kapcsolat nélküli szolgáltatás, nem jön létre munkamenet Nem garantálja és nem igazolja vissza a kézbesítést és az ütemezést Gyors, kicsi a költségigénye, támogatja a két pont közötti és az egy pontból több pontba irányuló kommunikációt TCP keretformátum: - 1. szint: 16 bit forráskapu, 16 bit célkapu - 2. szint: 32 bit sorszám - 3. szint: 32 bit nyugtázási szám - 4. szint: 4 bit eltolás, 6 bit foglalt, 6 bit speciális jelzők, 16 bit ablak - 5. szint: 16 bit ellenőrző összeg, 16 bit sürgősségi mutató - 6. szint: 32 bit beállítások és kitöltés - 7. szint: ADAT UDP keretformátum: - 1. szint: 16 bit forráskapu, 16 bit célkapu - 2. szint: 16 bit üzenthossz, 16 bit ellenőrző összeg - 3. szint: ADAT Port szolgáltatások: - A TCP portok egy megadott programportot használnak az adatok küldésére - Minden kiszolgálóport képes több kapcsolathoz megosztott hozzáférést biztosítani, mivel a TCP-kapcsolatok a két pár IP-cím és TCP-port egyedileg azonosítja (egy cím/port állomásonként) - Az 1024 alatti (és néhány nagyobb) TCP-kiszolgáló portszámokat az IANA (Internet Assigned Numbers Authority) tartja fenn és regisztálja (vezérlési csatorna) - 5 -

6 - ftp: 21, telnet: 23, www: 80, dns: 53, netbios: udp portok: dns: 53, tftp: 69, netbios: 137, netbius adat: 138 IV. Feldolgozó és alkalmazásréteg (TCP/IP 4. szint): - fájlátviteli protokoll (FTP: File Transfer Protocol) - egyszerű fájlátviteli protokoll (TFTP: trivial FTP) - távközlési hálózat (TELNET: Telecommunications Network) - távoli bejelentkezés (RLOGIN) - hálózati fájlrendszer (NFS: Network File System) - tartománynév-rendszer (DNS: Domain Name System) - Windows Internet névszolgáltatás (WINS: Windows Internet Naming Service) - Egyszerű hálózat felügyeleti protokoll (SNMP: Simple Network Management Protocol) - egyszerű levéltovábbító protokoll (SMTP: Simple Mail Transfer Protocol) - posthivatali protokoll (POP: Post Office Protocol) - rendszerindítási protokoll (BOOTP) - dinamikus állomás beállítási protokoll (DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol) TCP/IP segédprogramok: ping, arp, netstat, nbtstat, ipconfig, winipcfg, tracert, route - 6 -