Hálózati Architektúrák és Protokollok GI BSc Kocsis Gergely 2015
Információk Kocsis Gergely http://irh.inf.unideb.hu/user/kocsisg 2 zh + 1 javító (a gyengébbikre) A zh sikeres, ha az elért eredmény legalább 50% Követelmény: Legalább 2 sikeres zh + a két legjobb zh átlaga nagyobb vagy egyenlő, mint 66% Példák: 1. zh 30%, 2. zh 50%, 3. zh 85% sikeres 1. zh 50%, 2. zh 50%, 3. zh 85% sikeres 1. zh 55%, 2. zh 50%, 3. zh 58% sikertelen 1. zh 30%, 2. zh 67%, 3. zh 67% sikeres 2
Információk Maximálisan megengedett hiányzások száma: 3 alkalom Maximálisan megengedett késés óráról: 20 perc 20 perc késés után a megjelenés engedélyezett, de hiányzásnak minősül Zh-ról történő igazolatlan hiányzás esetén a zh eredménye 0% Különösen indokolt esetben, egyéni elbírálás alapján, a zh előtt legalább egy héttel jelezve a zh-t lehetőség van az órán megbeszélttől más időpontban megírni 3
Információk A diasor elkészítéséhez használt és egyben ajánlott irodalom: James F. Kurose and Keith W. Ross. Számítógép hálózatok működése: Alkalmazásorientált megközelítés. 4. ed. Pearson Education, 2008, Panem Könyvkiadó 2009. Almási Béla, Számítógép Hálózatok oktatási segédlet, Debreceni Egyetem Informatikai Kar, 2011 Végh János, Hálózati architektúrák és protokollok előadási segédlet, Debreceni Egyetem Informatikai Kar, 2014 4
Mi az a hálózat? 5
Számítógép hálózat Számítógép hálózat: Számítógéprendszerek valamilyen információátvitellel megvalósítható célért történő összekapcsolása Erőforrásmegosztás Megbízhatóság növelése Emberi kommunikáció Sebességnövelés 6
Csoportosítás méret szerint ~1m multicomputer ~1km helyi hálózat, LAN http://aquila.is.utsunomiya-u.ac.jp/~baba/webenglish.html http://blog.triplepointpr.com/wp-content/uploads/2012/03/gaming-huge-lan-party.jpg 7
Csoportosítás méret szerint ~10km városi hálózat, MAN ~100+km nagy kiterjedésű hálózat, WAN http://scorea-ict.blogspot.hu/p/computer-networks-f4cd5-and.html 8
Csoportosítás méret szerint Kiterjedés Megnevezés <1m Multicomputer 1 km Helyi hálózat (Local Area Network) 10 km Városi hálózat (Metropolitan AN) 100 km < Nagy kiterjedésű hálózat (Wide AN) Egyéb hálózati kategóriák (Wireless) Personal Area Network Személyi hálózatok (W)PAN A LAN és a WAN nem csak méretben, hanem kommunikációs technológiában is jelentős eltérést mutat. A méretkategóriák nem pontos, hanem inkább nagyságrendi információk. 9
Csoportosítás méret szerint A LAN és a WAN nem csak méretben, hanem kommunikációs technológiában is jelentős eltérést mutat. A méretkategóriák nem pontos, hanem inkább nagyságrendi információk. LAN eszközök Számítógépek Hálózati kártyák Perifériás készülékek Hálózati átviteli közeg Hálózati készülékek WAN feladatok Nagy földrajzi terület lefedése (Valós idejű) kommunikáció biztosítása a felhasználók között Nonstop hozzáférés a helyi szolgáltatásokhoz csatlakoztatott távoli erőforrásokhoz Elektronikus levelezési, internetes, fájlátviteli és e-kereskedelmi szolgáltatások biztosítása 10
Internet 11 http://www.cheswick.com/ches/map/gallery/isp-ss.gif
Hogy épül fel az Internet? 12
Internet Felépítése: végrendszerek és a köztük lévő információszállítási infrastruktúra, illetve elosztott alkalmazási platform. 13
Végrendszerek (end systems) Végrendszer (magasabb szinten): hoszt (gazda) a hálózati alkalmazásoknak helyet adó hálózati egység Csomópont (alacsonyabb szinten): (node) Önálló kommunikációra képes, saját hálózati címmel rendelkező eszköz (pl. számítógép, nyomtató, forgalomirányító). 14
Szerver-kliens architektúra Kliens-szerver modell: A hálózati alkalmazások legelterjedtebb modellje. Szerver: Olyan hálózati csomópont (és szoftver), mely más csomópontok számára valamilyen szolgáltatást nyújt, biztosít. A szerver szolgáltatását valamilyen szerver-szoftver (pl. webszerver) biztosítja. Kliens: Olyan hálózati csomópont (és szoftver), mely a hálózaton valamilyen szolgáltatás használati igényével jelentkezik. A szolgáltatás igénybevételéhez valamilyen kliens szoftvert (pl. web-böngésző) használ. A szerver és a kliens kommunikációs együttműködését egy magas szintű protokoll (pl. http) írja le. 15
Hozzáférési hálózatok Az a fizikai, vagy adatkapcsolat, mely a végrendszert a hálózat szélén lévő útvonalválasztóhoz csatolja Otthoni hozzáférés betárcsázó (dial-up) modem 56kb/s, lefoglalja a telefonvonalat, lassú, már Vállalati hozzáférés meglévő telefonvonalon működik Vezeték nélküli hozzáférés DSL (Digital Subscriber Line): Telefontársaságok szolgáltatják a már meglévő vezetéken. FDM (frekvenciaosztásos multiplexelés) HFC (hybrid fiber-coaxial cable): jellemzően a kábeltv hálózat kiterjesztése. Osztott adatszóró közeg, TDM (időosztásos multiplexelés) Jellemzően helyi alhálózatokat alakítanak ki csillag topológiával, melyet egészében kapcsolnak az útvonalválasztóhoz. Debrecen FDDI - Fiber Distributed Data Interface Jellemzően két fajtája van: WiFi, mobilinternet 3G, 4G 16
Internet szolgáltatók és gerinchálózatok Az Internet hierarchikus felépítésű. Hálózatok hálózata. 1. rétegű szolgáltatók (Tier 1 ISP): Internet szolgáltató óriásszervezetek, melyek magán társkapcsolaton (private peering) keresztül kapcsolódnak egymás gerinchálóihoz, így létrehozva az internet gerinchálózatát. POP (Point of Presence): A szolgáltatók szolgáltatási pontjai: IXP (Internet Exchange Point): Internet csatlakozási pont NAP (Network Access Point): Hálózatelérési pont A szolgáltatók szolgáltatási pontjaikon (POP) keresztül csatlakoznak egy IXP-hez (vagy NAP-hoz) Az internet gerince így tulajdonképpen óriásszervezetek gerinchálózatainak csoportja, melyeket IXP-n keresztül magán társkapcsolat közt össze. 17
Internet szolgáltatók és gerinchálózatok Az Internet hierarchikus felépítésű. Hálózatok hálózata. 2. rétegű szolgáltatók (Tier 2 ISP): Ezek lehetnek nagyon nagyok is (akár több országon átnyúló hálózattal, de ez a ritkább eset. Különböző megoldásokat használva nyújthatják szolgáltatásaikat: Egy 2. rétegű ISP Fizethet egy első rétegű ISP-nek, hogy rajta keresztül elérje az Internet gerincét és így a világot (tranzit szolgáltatás). Egy IXP-n keresztül maga férhet hozzá a világhoz. Magán kapcsolattal csatlakozhat egy másik 2. rétegű ISP-hez és rajta keresztül érheti el a világot. 3. rétegű szolgltató (Tier 3 ISP): Ezek vannak a gerinctől a legtávolabb, jellemzően egy-egy városban szolgáltatnak elérést a felhasználóknak. Fizetnek egy Tier 1, vagy egy Tier 2 ISP-nek az elérésért. 18
Internet szolgáltatók és gerinchálózatok IXP IXP IXP ISP 1a - Európa IXP ISP 1b - Ázsia IXP IXP IXP ISP 1c É. Amerika Magán társkapcsolat 19
Internet szolgáltatók és gerinchálózatok IXP IXP IXP ISP 1a - Európa IXP ISP 1b - Ázsia IXP tranzit kapcsolat ISP 2a Németország IXP IXP ISP 1c É. Amerika Magán társkapcsolat ISP 2b Ausztrália ISP 2c Új-Zéland ISP 2d USA Magán társkapcsolat 20
Internet szolgáltatók és gerinchálózatok IXP IXP IXP IXP ISP 1b - Ázsia ISP 1a - Európa IXP ISP 1c É. Amerika IXP tranzit kapcsolat ISP 2a Németország IXP Magán társkapcsolat ISP 2b Ausztrália ISP 2c Új-Zéland ISP 2d USA Magán társkapcsolat ISP 3a Berlin ISP 3b Sydney ISP 3c Auckland ISP 3d New York ISP 3e Los Angeles 21
Internet szolgáltatók és gerinchálózatok Tier 1 ISP-k például: AT&T, Deutsche Telekom, Level 3 communications továbbiak listája elérhető a wikipedián) Alsóbb szolgáltatók: pl: Hungarnet, Digi, UPC, Magyar Telekom továbbiak lekérdezhetők: http://www.whoismyisp.org/) IXP példa: BIX (Budapest Internet Exchange http://www.bix.hu/) Az egyetlen magyarországi IXP (https://www.peeringdb.com 2015) Összesen 50 taggal rendelkezik (2015) beleértve a fenti példákat is. A magyar internet forgalom legnagyobb része áthalad rajta. 22
Hogyan kommunikálunk a hálózatokon? 23
Csomagkapcsolás vonalkapcsolás Vonalkapcsolt (áramkörkapcsolt, circuit switched) technológia: Az információátvitel előtt dedikált kapcsolat (kommunikációs áramkör) épül ki a két végpont között, s ez folyamatosan fennáll, amíg a kommunikáció tart. (Pl. klasszikus vonalas telefon.) Üzenetkapcsolt (store and forward) technológia: Nem épül ki áramkör, hanem a teljes üzenet kapcsolóközpontról kapcsolóközpontra halad, mindig csak egy összeköttetést terhelve. (Pl. telex.) Csomagkapcsolt (packet switched) technológia: Az információt (korlátozott maximális méretű) részekre (csomagokra) darabolják, s a csomagokat (mint önálló egységeket) üzenetkapcsolt elven továbbítják. (A számítógép-hálózatoknál a jól tervezhető pufferelési tulajdonsága miatt előszeretettel alkalmazzák). 24
Csomagkapcsolás Csomagkapcsolás: vonalkapcsolás Vonalkapcsolás: Az internet csomagkapcsolt 25
Információátviteli kapcsolattípusok Pont-pont kapcsolat (Point-To-Point): Ha az információközlés csak két pont (egy adó és egy vevő) között zajlik, akkor pont-pont kapcsolatról beszélünk. Többpontos kapcsolat, üzenetszórás (broadcast): Többpontos kapcsolatról (pl.) akkor beszélünk, ha egy adó egyszerre több vevőt lát el információval. Az üzenetszórás olyan többpontos kapcsolat, ahol az adótól egy bizonyos hatósugáron belül minden vevő megkapja az információt (pl. rádiós műsorszórás). 26
Információátvitel irányítottsága Egyirányú (szimplex) összeköttetés: Ha két kommunikációs pont között az információközlés csak egy irányban lehetséges, akkor egyirányú (szimplex) összeköttetésről beszélünk (pl. rádiós műsorszórás). Váltakozó irányú (half-duplex) összeköttetés: Az információátvitel mindkét irányban lehetséges, de egy időpillanatban csak az egyik irányban (pl. CB rádió). Kétirányú (full-duplex) összeköttetés: Az információátvitel egy időpillanatban mindkét irányban lehetséges (pl. telefon). (Logikailag két, egymástól függetlenül működő szimplex összeköttetésnek fogható fel). 27 Képek forrása: http://tilos.hu/,, http://www.jatekshop.eu/, http://einclusion.hu/
Jel, jelkódolás, moduláció Jel: Helytől és időtől függő, információt hordozó fizikai mennyiség(ek). Információ hordozó a kommunikációs csatornán, lehet analóg vagy digitális. Jelkódolás: A (digitális) információ leképezése (digitális) vivőjelre (pl. feszültségszintekre, feszültségszint váltásokra). Moduláció: A (digitális) információ leképezése (analóg) vivőjelre. A csatornába kerülő (modulált) jel előállítása a forrásból érkező moduláló-jelből és az analóg vivőjelből. Inverz folyamata a demoduláció. A modem a modulációt és demodulációt végző berendezés. 28
Adatátviteli közeg, Csatorna, Ütközés Adatátviteli közeg (média, vonal): Olyan eszköz, anyag, közeg melyen keresztül az információ (jel) továbbítása történik. (Pl. csavart pár, koax kábel, optikai kábel vagy levegő). Adatátviteli csatorna: Jelek tovaábbítására szolgáló adatút, frekvenciasáv. Gyakran az adatátviteli közegen több csatornát (adatutat) építenek ki. Ütközés: Ütközésről beszélünk, ha egy közös adatátviteli csatornán két (vagy több) csomópont egy időpillanatban továbbít információt. 29
Adatátviteli sebesség Adatátviteli sebesség (hálózati sebesség, sávszélesség, bit ráta): Időegység alatt átvitt információ mennyisége. Mértékegysége a bit/másodperc, b/s, bps. Az applikációkban mérhető átbocsátó képesség (throughput) mindig alacsonyabb a fizikai átvitel sávszélességénél (bandwidth). Nagyobb mértékegységek: 1 Kbps = 1000 bps 1 Mbps = 1000 Kbps = 1.000.000 bps 1 Gbps = 1000 Mbps = 1.000.000.000 bps SI szabvány mértékegységek: https://hu.wikipedia.org/wiki/bitr%c3%a1ta 30
Internettörténet három dián. 31
Internettörténet 1961-1972: A csomagkapcsolás kifejlesztése Leonard Kleinrock MIT 1964: A csomagkapcsolás előnye a vonalkapcsolással szemben nem kiegyensúlyozott, ún. Löketszerű forgalom esetén. Paul Baran Rand Institute: A csomagkapcsolás használata katonai hálózatokon hangátvitelre. Donald Davies és Robert Scantlebury National Physical Laboratory (NPL): További vélemények a csomagkapcsolásról Lawrence Roberts ARPA (Advenced research Projects Agency): 1967 ARPAnet. 3 csomóponttal indult, majd 1972-re 15 csomópont. 32
Internettörténet 1972-1980: Egyedi hálózatok és ezek összekapcsolása A '70-es évek közepére több kisebb hálózat jelent meg: ALOHANET Hawaii szigeteken működő csomóppontok közötti mikrohullámú hálózat + DARPA (Defense ARPA) műhold Telnet: kereskedelmi csomagkapcsolt hálózat Cyclades: Francia csomagkapcsolt hálózat IBM SNA (System Networks Architecture) Vinton Cerf és Robert Kahn DARPA 1974: Hálózatok összekapcsolása. TCP, UDP, IP 33
Internettörténet 1980-1990: Hálózatok gyors fejlődése '70-es évek vége ARPAnet ~200 csomópont '80-as évek vége Internet ~100.000 csomópont 1983. január 1. TCP/IP bevezetése 1982. DNS leírása, majd 1984 első linux implementáció 1990-: Az Internet rohamos elterjedése Megszűnik az ARPAnet WWW megjelenése Tim-Berners Lee 1992-re kb 200 webszerver működik Grafikus böngészők megjelenése és harca 1995-2000/2001 dotcom lufi : meggondolatlan befektetések akár kockázati tőkebefektetői szinten is. A lufi kidurranásakor több ezer cég ment tönkre, de a túlélők ma óriásira nőttek (Google, Amazon) Új technológiák megjelenése (P2P megosztás, stream) Internet of Things 34
Mik azok a protokoll rétegek? 35
Protokoll Hálózati protokoll: Szabályok és konvenciók összességének egy formális leírása, mellyel meghatározzák a hálózati eszközök (csomópontok) kommunikációját (kommunikációs szabályok halmaza). Egy protokoll meghatározza a két, vagy több kommunikáló entitás között átadott adatok formátumát és sorrendjét, valamint az üzenetek küldésekor és/vagy fogadásakor vagy más esemény bekövetkezésekor megtett lépéseket. Röviden a protokoll egy szabály/szabály rendszer. 36
Request For Comments RFC RFC: Az internetszabványokat az Internet Engineering Tast Force (IETF) fejleszti. A IETF szabvány dokumentumait RFC-k (Request For Comments) tartalmazzák. Az RFC-k kezdetben ténylegesen hozzászólás-kérések voltak, innen a név. Céljuk, hogy olyan hálózat-, és protokolltervezési problémákat oldajanak meg, amelyek az Internet elődjénél felmerültek. Jelenleg kb 5200 RFC van (2015.09). Az IETF-en kívül más testületek is foglalkoznak szabványok specifikációjával. Pl.: IEEE 802 LAN/WAN Standards Committee Ethernet és vezetéknélküli szabványok. 37
Rétegelt architektúra A protokollok az általuk leírt funkciók szerint csoportokba foglalhatók. Ezek a jól definiált csoportok egymással kapcsolatban állnak. A csoportok a fizikai világtól való távolság (az absztrakciós szint) szerint egymásnak alá és fölé rendelhetők. Az így kialakult csoportokat protokoll rétegnek hívjuk. A rétegek száma és mérete többféleképpen megválasztható. Egy bizonyos szempont szerint kialakított rétegstruktúrát hívunk protokoll rétegmodellnek. 38
Rétegelt architektúra A gyakorlatban természetesen a rétegmodellek nem a meglévő prtokollok rendszerezésével jönnek létre, hanem először adnak egy jól használható keretet, amelybe a későbbi protokollokat el lehet helyezni. 39
Rétegelt architektúra N. réteg protokoll: Az N. réteg (szint) specifikációját leíró protokoll. Társak (peers): A két kommunikációs végpont (csomópont) azonos szintjén elhelyezkedő entitások. Logikailag a társak kommunikálnak egymással a megfelelő réteg protokollját használva. N/N+1 szint interfész: Az N. és N+1. réteg kapcsolódási felülete, határfelülete. Az interfészen keresztül a kommunikáció tárgyát képező adatok mellett különböző vezérlő információk is továbbíthatók. N. réteg szolgáltatása: Azon művelethalmaz (szolgáltatás), melyet az N. réteg nyújt az N+1. réteg számára (az interfészen keresztül). 40
Rétegelt architektúra N. réteg protokoll: Az N. réteg (szint) specifikációját leíró protokoll. Társak (peers): A két kommunikációs végpont (csomópont) azonos szintjén elhelyezkedő entitások. Logikailag a társak kommunikálnak egymással a megfelelő réteg protokollját használva. N/N+1 szint interfész: Az N. és N+1. réteg kapcsolódási felülete, határfelülete. Az interfészen keresztül a kommunikáció tárgyát képező adatok mellett különböző vezérlő információk is továbbíthatók. N. réteg szolgáltatása: Azon művelethalmaz (szolgáltatás), melyet az N. réteg nyújt az N+1. réteg számára (az interfészen keresztül). 41
Adattovábbítás rétegelt architektúrában M: Message üzenet H: Header fejléc T: Tail lábléc 42
Adattovábbítás rétegelt architektúrában A rétegek igénybe veszik az alattuk levő réteg szolgáltatását és szolgáltatást nyújtanak a felettük levő rétegnek (ezt hívják függőleges avagy fizikai kommunikációnak). A két protokoll oszlop megfelelő rétegei tulajdonképpen egymással váltanak üzenetet (ezt hívják vízszintes vagy logikai kommunikációnak), bár technikailag az üzenet az összes alattuk levő rétegen keresztül halad M: Message üzenet H: Header fejléc T: Tail lábléc 43
Az ISO/OSI modell ISO/OSI: A nemzetközi szabványügyi hivatal (International Organization for Standardization) által elfogadott hét rétegű (nyílt rendszerek összekapcsolási, Open System Interconnection) modellje. Sorszám Réteg neve 7 Alkalmasái réteg (Application layer, Applikációs réteg) 6 Megjelenítési réteg (Presentation layer, Prezentációs réteg) 5 Viszony réteg (Session layer) 4 Szállítási réteg (Transport layer, Transzport réteg) 3 Hálózati réteg (Network layer, IP layer, IP réteg) 2 Adatkapcsolati régeg (Data Link layer) 1 Fizikia réteg (Physical layer) 44
Az ISO/OSI modell 7. Applikációs (alkalmazási) réteg: Az applikációk (fájlátvitel, email stb.) működéséhez nélkülözhetetlen szolgáltatásokat biztosítja 6. Megjelenítési (prezentációs) réteg: Feladata a különböző csomópontokon használt különböző adatstruktúrákból eredő információ-értelmezési problémák feloldása. (Kódolás, titkosítás, tömörítés) 5. Viszony réteg: Ez a réteg építi ki, kezeli és fejezi be az applikációk közötti dialógusokat (session, dialógus kontroll). Pl. authentikáció) 4. Szállítási (transzport) réteg: Megbízható hálózati összeköttetést létesít két csomópont között. Feladatkörébe tartozik pl. a virtuális áramkörök kezelése, átviteli hibák felismerése/javítása és az áramlásszabályozás. 45
Az ISO/OSI modell 3. Hálózati réteg: Összeköttetést és útvonalválasztást biztosít két hálózati csomópont között. Ehhez a réteghez tartozik a hálózati címzés és az útvonalválasztás (routing). 2. Adatkapcsolati réteg: Megbízható adatátvitelt biztosít egy fizikai összeköttetésen keresztül. Ezen réteg problémaköréhez tartozik a fizikai címzés, hálózati topológia, közeghozzáférés, fizikai átvitel hibajelzése és a keretek sorrendhelyes kézbesítése. Az IEEE két alrétegre (MAC, LLC) bontotta az adatkapcsolati réteget. 1. Fizikai réteg: Elektromos és mechanikai jellemzők procedurális és funkcionális specifikációja két (közvetlen fizikai összeköttetésű) eszköz közötti jeltovábbítás céljából. Bitek csatornára bocsátása. 46
Protokoll rétegbesorolási modellek Protokoll Protokollréteg Rétegbesorolási modell ISO/OSI modell Hibrid modell TCP/IP modell Alkalmazási Megjelenítési Alkalmazási Viszony Szállítási Szállítási Hálózati Hálózati Adatkapcsolati Fizikai Hoszt a hálóhoz 47
Enkapszuláció, Protocol Data Unit Beágyazás (enkapszuláció): A (felsőbb szintről érkező) információ egy bizonyos protokoll fejléccel történő becsomagolása (mint pl. levél küldésekor a borítékba helyezés és boríték címzés). Protokoll adategység (PDU, Protocol Data Unit, csomag): Az adott protokoll által kezelt (fejlécből és adatból) álló egység. (Gyakran használt másik megnevezése a csomag.) 48
Hálózati kapcsolóelemek 49
Hálózati kapcsolóelemek - alapfogalmak Ütközési tartomány (Collision domain; Bandwith domain): Az a hálózatrész, melyben az ütközés érzékelhető (több állomás által használt közös média). Az ütközési tartományban egy időpillanatban csak egy információátvitel folyhat. Üzenetszórási tartomány (Broadcast domain): Az a hálózatrész, ahol az üzenetszórás célcímmel feladott információ megjelenik, érzékelhető. 50
Hálózati kapcsolóelemek A részhálózatok - a kapcsolóelem működése alapján különböző OSI rétegekben kapcsolhatók össze: OSI réteg Kapcsolóelem Transzport réteg és felette Átjáró (gateway) Hálózati réteg Forgalomirányító (router) Adatkapcsolati réteg Híd (bridge), Kapcsoló (switch) Fizikai réteg Jelismétlő (repeater) HUB 51
Hálózati kapcsolóelemek Jelismétlő (repeater): Az átviteli közegen továbbított jeleket ismétli, erősíti. Az összekapcsolt részhálózatokat nem választja el. Többportos változatát szokás HUB-nak nevezni. Híd (bridge): Az adatkapcsolati rétegben működve szelektív összekapcso-lást végez ( csak az megy át a hídon, aki a túloldalra tart ). Az összekapcsolt részhálózatok külön ütközési tartományt alkotnak. Az üzenetszórást általában minden összekapcsolt részhálózat felé továbbítja. 52
Hálózati kapcsolóelemek Kapcsoló (switch): Olyan többportos eszköz, melynek bármely két portja között híd (bridge) funkcionalitás működik. Forgalomirányító, útválasztó (router): Az hálózati rétegben működve szelektív összekapcsolást, útvonalválasztást, forgalomirányítást végez. Az összekapcsolt részhálózatok külön ütközési tartományt és külön üzenetszórási tartományt alkotnak. Csomópont, saját hálózati címmel rendelkezik. Hálózati rétegbeli átjárónak is nevezik (default gateway). 53
Topológiák Fizikai topológia: A csomópontok térbeli elhelyezési, összeköttetési lehetőségeit vizsgálja. (Kábelezési topológia). Logikai topológia: A csomópontok logikai egymás utáni rendezettségét, sorrendjét vizsgálja. 54
Topológiák Busz topológia: Egy hosszú kábel szolgál a hálózat gerinceként. A csomópontokat leágazásokkal kapcsoljuk a gerinchez elosztó dugókkal (tap). Előnyei: Könnyű csomópontot hozzáadni Egyszerű és olcsó csomópont csomópont Hátrányok: Nehéz hibakeresés Az összes csomópont között osztott sávszélesség csomópont leágazások csomópont leágazások záró dugó záró dugó elosztó elosztó elosztó gerinc elosztó 55
Topológiák Gyűrű topológia: minden csomópont dedikált P2P vonalon csatlakozik a mellette lévő két szomszédjához Hátrányok Előnyök: Az eszközök cseréje hatással lehet Könnyű installálás a hálózatra Egyszerűbb hibakeresés A sávszélesség megoszlik a csomópont csomópontok között P2P kapcsolat csomópont csomópont csomópont 56
Topológiák Mehs (háló) topológia: minden csomópont dedikált P2P vonalon csatlakozik majdnem minden további csomóponthoz Előnyök: Robosztus ( hibatűrő) A vonalak (legtöbbször) nem osztottak Hátrányok: A teljes háló kialakításához N csomópont esetén N(N-1)/2 vonal kell. csomópont csomópont csomópont P2P csomópont csomópont 57
Topológiák Csillag topológia: minden csomópont dedikált vonalon csatlakozik egy központi elosztóhoz Előnyök: Hiba esetén csak egy adott link esik ki A vonalak nem osztottak Hátrányok: A központi csomópont hibája a teljes hálózatot érinti csomópont csomópont csomópont Központi vezérlő P2P csomópont csomópont 58
Topológiák Kiterjesztett csillag (fa) topológia csomópont csomópont csomópont Központi vezérlő Központi vezérlő Központi vezérlő csomópont csomópont csomópont P2P kapcsolat csomópont 59
A fizikai réteg 60
A fizikai réteg protokolljai 1. Fizikai réteg: Elektromos és mechanikai jellemzők procedurális és funkcionális specifikációja két (közvetlen fizikai összeköttetésű) eszköz közötti jeltovábbítás céljából. Bitek csatornára bocsátása. Jeltovábbítás: a fizikai rétegben valósul meg az információ fizikai továbbítása az átviteli közegen. Jelkódolás: Az adatkapcsolati rétegből érkező adategység (keret) a fizikai rétegben egyszerű bitsorozatként jelenik meg, melyet a fizikai réteg az adott átviteli közegen (médium) továbbítható jelsorozattá (impulzus sorozattá) alakít: bit-by-bit vagy symbol-to-symbol továbbítás. 61
Csillapítás A jel amplitúdója csökken a jel haladása során az átviteli közegben. Az átviteli közeg hosszát úgy állapítják meg, hogy a jel biztonsággal értelmezhető legyen a vételi oldalon. Ha nagyobb távolságot kell áthidalni, akkor erősítők (jelismétlők) beiktatásával kell a jelet visszaállítani. A csillapítás frekvenciafüggő, ezért az erősítőknek frekvenciafüggő erősítéssel kell ezt kompenzálniuk. A csillapítás és az erősítés mértékét logaritmikus skálán decibelben(db) adják meg. 62
Csillapítás Csillapítás (db/km) 30 csavart érpár 3/8 koaxiális kábel 10 3 Optikai szál 1 0,3 1 khz 1 MHz 1 GHz Frekvencia 1 THz 1000 THz 63
Jel, jelkódolás, moduláció Jel: Helytől és időtől függő, információt hordozó fizikai mennyiség(ek). Információ hordozó a kommunikációs csatornán, lehet analóg vagy digitális. Jelkódolás: A (digitális) információ leképezése (digitális) vivőjelre (pl. feszültségszintekre, feszültségszint váltásokra). Moduláció: A (digitális) információ leképezése (analóg) vivőjelre. A csatornába kerülő (modulált) jel előállítása a forrásból érkező moduláló-jelből és az analóg vivőjelből. Inverz folyamata a demoduláció. A modem a modulációt és demodulációt végző berendezés. 64
Jelkódolás 65
Moduláció Digitális jel Vivőjel Amplitudó billentyűzés (ASK) Frekvencia billentyűzés (FSK) Fázis billentyűzés (PSK) 66
Az alkalmazási réteg protokolljai 7. Applikációs (alkalmazási) réteg: Az applikációk (fájlátvitel, e-mail stb.) működéséhez nélkülözhetetlen szolgáltatásokat biztosítja Interész (interface): Kapcsolódási felület. Az informatika számos területén előforduló fogalom. Való életből vett példa: Az autót a sofőr egy interészen keresztül irányítja (kormány, pedálok, kapcsolók). Az internethez csatlakoztatott végrendszerek egy alkalmazói programinterfészt (Application Programming Interface API) biztosítanak, amely meghatározza, hogy egy végrandszeren futó szoftver hogyan kéri meg az internet infrastruktúrát arra, hogy eljuttasson valamilyen adatot egy bizonyos célszoftverhez, amely egy másik végrendszeren fut. (Kurose, Ross) 67
Az alkalmazási réteg protokolljai Hibrid modell Alkalmazási Socket API Szállítási Hálózati Adatkapcsolati Fizikai A socket a gyakorlatban egy protokoll + port páros, amelyen keresztül az alkalmazási rétegbeli szolgáltatás kommunikál az alsóbb rétegekkel. Feladat: Tekintsük meg a /etc/services file tartalmát Ugyanez a file windows rendszerek alatt is létezik azonos néven. Keressük meg. C:/WINDOWS/system32/drivers/etc/services 68
Az alkalmazási réteg protokolljai Milyen alkalmazási rétegbeli protokollokat ismerünk? File átvitel: FTP Névfeloldás TFTP DNS SSH IRC Bittorrent Böngészés Levélküldés HTTP e-mail HTML POP3 IMAP SMTP MIME Telnet NFS 69
HTTP HyperText Transfer Protocol RFC 1945, RFC 2616, Port: 80 Alkalmazásszintű protokoll elosztott, kollaboratív hipermédia rendszerekhez. Jelenlegi verzió (2015.09.): 1.1 Fejlszetés alatt: 2.0 HTTPS: A HTTP és a szállítási rétegbeli TCP közé titkosítást ékelünk A weboldalak objektumokból állnak. Többnyire egy alap HTML (Hypertext Markup Language) fájl és az ott hivatkozott egyéb objektumok. Az objektumokat ún. URL (Uniform Resource Locator) segítségével hivatkozhatjuk. (Az URL egy speciális URI (UR Identifier), ahol az objektumokra a helyük alapján hivatkozunk. URI-kat más területeken is alkalmazhatunk.) Szintaxis: Például: http://host [':' port] [útvonal] ['?' lekérdezés] https://www.youtube.com:443/watch?v=ohg5sjyrha0 70 A HTTP-ről sokkal bővebben: http://www.inf.unideb.hu/~jeszy/download/ie/http.pdf (u.l. 2015.09.)
HTTP HTTP kommunikáció során kérés-válasz párok váltják egymást HTTP lekérdezés menete kliens szerver (TCP) kapcsolat kezdeményezése Alapesetben az ábrán látható folyamat a letölteni kívánt tartalom minden objektumára megismétlődik. Erőforrás lekérése A fájl átviteléhez szükséges idő A fájl megérkezett Javítás: HTTP 1.1 perzisztens kapcsolatok: Egy kiépített kapcsolaton keresztül több kérés is megvalósítható. 71
HTTP HTTP kommunikáció során kérés-válasz párok váltják egymást Kérés formátuma: metódus sp erőforrás fejlécmező neve sp érték sp HTTP verzió crlf crlf... további fejlécmezők fejlécmező neve sp érték crlf crlf törzs sp space (szóköz) crlf sortörés (carriage return, line feed) 72
HTTP HTTP kommunikáció során kérés-válasz párok váltják egymást HTTP metódusok: GET Erőforrás lekérdezése HEAD Törzs nélküli GET (pl. metaadatok elérésére) POST A kérésben szereplő adatok feldolgozásának kérése a szervertől (pl. űrlapok) PUT Erőforrás feltöltése DELETE Erőforrás törlése OPTIONS Cél erőforrás kommunikációs opcióinak lekérdezése TRACE Kérés visszaküldésének kérése CONNECT Proxy kapcsolat alagút létrehozása 73
HTTP HTTP kommunikáció során kérés-válasz párok váltják egymást Válasz formátuma: verzió sp állapotkód sp Indok / leírás fejlécmező neve sp érték crlf crlf... további fejlécmezők fejlécmező neve sp érték crlf crlf törzs sp space (szóköz) crlf sortörés (carriage return, line feed) 74
HTTP HTTP kommunikáció során kérés-válasz párok váltják egymást HTTP állapotkódok: Az első számjegy a válasz fajtáját határozza meg. A klienseknek nem szükséges megérteniük minden regisztrált állapotkód jelentését, kötelező azonban az állapotkód fajtájának megértése az első számjegy alapján 1xx: Informational (tájékoztató) A végső választ megelőző ideiglenes választ jelez A kérés csak az állapotsorból és opcionális fejlécből áll, a végét üres sor jelzi. 2xx: Success (siker) A szerver megkapta, megértette és elfogadta a kérést 3xx: Redirection (átirányítás) A kérés kiszolgálásához a felhasználói ágens további művelet kell, hogy végrehajtson, ezt automatikusan elvégezheti 4xx: Client Error (kliens hiba) 5xx: Server Error (szerver hiba) 75
HTTP HTTP kommunikáció során kérés-válasz párok váltják egymást HTTP állapotkódok: Az első számjegy a válasz fajtáját határozza meg. A klienseknek nem szükséges megérteniük minden regisztrált állapotkód jelentését, kötelező azonban az állapotkód fajtájának megértése az első számjegy alapján Példák: 200 OK: A kérés sikeres volt 301 Moved Permanently: A kért erőforrást áthelyezték. Az új cím a fejlécben található. A kliens automatikusan az új helyre lép. 400: Bad request: Általános hiba. A szerver nem tudja értelmezni a kérést. 404 Not Found: A kért erőforrás nem található a szerveren. 505 HTTP Version Not Supported: A HTTP protokoll használni kívánt verzióját a szervver nem támogatja 76
HTTP HTTP kérés válasz példa https://www.hurl.it/ válasz kérés 77
HTTP Ebay: 8794 Ebay: 8794 Amazon:1678 szokás os HTT P lasz á v P s HTT 678 o s á k ie : 1 szo k o o c Set- sz o ká s os HTT P kéré Cookie s : 1678 so szoká 1 hét múlva Ebay: 8794 Amazon:1678 kérés álasz v P T s HT sz o k á s os HTT P kéré Cookie s : 1678 so szoká álasz v P T s HT Hozzáférés és sütitől függő művelet Az attribútumok révén az eredet szerver egy hatáskört határozhat meg, s a felhasználói ágensek a további kérésekben a névérték párt a Cookie fejlécmezőben küldik vissza az eredet szervernek szerver kliens 1678 bejegyzése az adatbázisba Süti (cookie): Egy név-érték pár és kapcsolódó metaadatok (attribútumok), melyeket egy eredet szerver a válaszok Set-Cookie fejlécmezőjében küld a felhasználói ágenseknek 78
FTP File Transfer Protocol RFC 114 (1971) [RFC 959 (1985)], Port: 20, 21 Legegyszerűbb FTP parancsok: USER name PASS jelszo CD, RETRIEVE, STORE, MKDIR, RMDIR, HELP, BYE Névtelen belépés esetén a felhasználónév szabvány szerint anonymous, a jelszó mezőt pedig üresen kell hagyni Az FTP protokoll két csatornával dolgozik: Vezérlő csatorna (Control connection) Itt folyik a szerverkliens üzenetváltás Adat csatorna (Data connection) Itt történik az adatáramoltatás (minden új adatfolyamhoz új csatorna) 79
Aktív és passzív FTP Az FTP kapcsolódás kezdetén kiépül a vezérlő csatorna a kliens egy adott portja és a szerver 21-e portja között. Az aktív és passzív mód az adatcsatorna kiépítésének módját jelenti. Aktív módban a kliens nyit egy portot, amihez a szerver csatlakozik (azaz aktív cselekvést végez) Passzív módban a kliens jelzi adatátviteli szándékát, mire a szerver nyit egy portot, majd (passzívan) várakozik. Emellett a port számát elküldi a kliensnek, ami alapján az csatlakozni tud. 80 http://slacksite.com/other/ftp.html
Aktív és passzív FTP Az FTP kapcsolódás kezdetén kiépül a vezérlő csatorna a kliens egy adott portja és a szerver 21-e portja között. Az aktív és passzív mód az adatcsatorna kiépítésének módját jelenti. Aktív módban a kliens nyit egy portot, amihez a szerver csatlakozik (azaz aktív cselekvést végez) Passzív módban a kliens jelzi adatátviteli szándékát, mire a szerver nyit egy portot, majd (passzívan) várakozik. Emellett a port számát elküldi a kliensnek, ami alapján az csatlakozni tud. 81 http://slacksite.com/other/ftp.html
e-mail szerver POP3/IMAP SMTP szerver SMTP SMTP: Simple Mail Transfer Protocol kliens POP: Post Office Protocol IMAP: Interim Mail Access Protocol IMAP2: Interactive Mail Access Protocol IMAP4: Internet Message Access Protocol MIME: Multipurpose Internet Mail Extension 82
e-mail E-mail cím felépítése: felhasználó @ levelező_szerver Simple Mail Transfer Protocol RFC 821 (1981) [RFC 5321 (2008)] Port: 25 Csak a levelek továbbítására szolgál (felhasználói ügynöktől a szerverhez, illetve szerverek között) Felh. Levelező szerver SMTP Levelező szerver Felh. Felh. Felh. Felh. 83
e-mail POP RFC 918 (1984) [POP3 RFC 1939 (1996)] Port: 110 (POP3S 995) Levelek letöltése a szerverről. Levélmenedzsment a kliensen Beállítható opciók: Letöltés és: Törlés Olvasottnak jelölés Archiválás IMAP RFC 1370 (1984) [IMAP4 RFC 3501 (2003)] Port: 143 (IMAP4S 993) Levelek elérése a szerveren Levélmenedzsment a szerveren Hatékonyabban használható pl. többeszközös elérésre. 84
DNS Helyi beállítások Hosztnév lekérdezése/beállítása: $ hostname Helyi névhozzárendelések beállítása: /etc/hosts fileban Formája: ip név [név]... DNS szerver beállítása: /etc/resolv.conf nameserver ip_cím Névfeloldási mód beállítása: /etc/host.conf multi on order hosts,bind,nis trim unideb.hu 85
DNS Elosztott adatbázis, adatbázis melyet hierarchikusan szervezett DNS szerverekkel valósítanak meg Protokoll, Protokoll mely lehetővé teszi hosztok számára lekérdezések végrehajtását ebben az adatbázisban Az adatbázis felépítése: Gyökér DNS szerverek (összesen 13 db. A-M-ig) TLD (Top Level Domain) szerverei. Pl országok szerverei (hu, fr, com...) Hiteles DNS szerverek: minden olyan szervezet, mely nyilvánosan elérhető hosztokat üzemeltet, nyilvános DNS bejegyzéseket kell, hogy szolgáltasson. Ezt saját hiteles DNS szerverén keresztül teheti meg. Helyi DNS szerver: Nem tartozik szorosan a DNS hierarchiába, ugyanakkor fontos a szerepük pl a chachelés miatt. 86
DNS lekérdezés működése Gyökér DNS szerver 2 3 4 TLD szerver 5 6 Helyi DNS szerver 8 1 Hiteles DNS szerver 7 Keresett hoszt hoszt Kérdés: xavier.dtp.atomki.hu xavier.dtp.atomki.hu 87
DNS erőforrás rekordok (RR) Formája: (Name, Value, Type, TTL) Mennyi idő után kell törölni a bejegyzést A hosztnév, Value IP cím, Name név pl: (relay1.foo.bar.com, 145.37.93.126, A) NS névszerver, Value ottani DNS szerver, Name tartomány pl: (foo.com, dns.foo.com, NS) CNAME álnévhez tartozó név, Value kanonikus név, Name álnév pl: (foo.com. relay1.foo.bar.com, CNAME) MX levelezőszerver, Value kanonikus név, Name hosztnév pl: (foo.com. mail.bar.foo.com, MX) 88
DNS feladatok nslookup erőforrásrekordok lekérdezése Parancssoros mód: $ nslookup -type=mx unideb.hu (a név helyén ip is lehet) Interaktív mód: $ nslookup > unideb.hu > set type=mx Példa feladatok: > unideb.hu > exit 1. írasd ki, milyen helyi névszerverek érhetők el az unideb.hu domain-en 2. Írasd ki milyen levelezőszervereket használ a gmail.com dig erőforrásrekordok lekérdezése 3. Keresd meg az irh.inf.unideb.hu aliashoz tartozó kanonikus nevet 4. Írasd $kidig az szerver_nev unideb.hu-valtipus kapcsolatos összes erőforrásrekordot Forma: 5. Milyen globális néven érhető el a 193.6.181.75 ip című gép? Fordított lekérdezés: $ dig -x szerver_ip host erőforrásrekordok lekérdezése (egyszerű kimenet) Forma: $ host -t tipus szerver_nev/domain -a kapcsoló segítségével a dig-hez hasonló kimenetet kapunk 89