lab alapú távközlés Vitt3003 Csütörtök 8-10, Péntek 10-12 Baumann Ferenc baumann@tmit.bme.hu 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 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
(D)ARPA projekt 1962. októberében indult Első vezetője J.C.R. Licklider (Defense) Advanced Research Projects Agency Névváltozások: 1962 Advanced Research Projects Agency 1971 Defense Advanced Research Projects Agency 1993 Advanced Research Projects Agency 1996 Defense Advanced Research Projects Agency 4 60-as évek 1964 Kleinrock elfogadja a csomagkapcsolás elméleti megvalósíthatóságát: Kommunikációra valóban alkalmas a csomagkapcsolt átvitel a vonalkapcsolt módszer helyett 5 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
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 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 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
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 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 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
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 14 Sikeres kísérlet után Kutatások iránya: Hogyan hasznosítsák a hálózatot Milyen alkalmazások szülessenek Számos új csomópontot adtak a rendszerhez Host-to-host és más hálózati ok fejlesztése indult meg 15 5
NCP 1970 S. Crockner vezetésével a Network Working Group (NWG) Befejezték az ARPANET kezdeti Host-to-host jának fejlesztését: Network Control Protocol (NCP) Lehetőség (végre) az alkalmazások fejlesztésére 16 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 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
Nyílt architektúra 1972 Kahn DARPA-hoz csatlakozott NCP-vel sikerült megvalósítani olyan t rádiós hálózaton, mely Megbízható Végpont-végpont alapú Rádiós csatorna hibáit kezelni tudja Az NCP működését ezen felül az operációs rendszerek különbözősége sem zavarta 19 NCP tulajdonságai Network Control Protocol Nincs hibajavítás Ha egy csomag elveszett a (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 Új kommunikációs A szélesebb körű alkalmazás az NCP újítását ösztönözte Az új neve: Transmission Control Protocol/Internet Protocol (/) Működése alapján ez már kommunikációs NCP továbbra is megmaradt Szerepköre: hálózati meghajtó () lett 21 7
/ 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 / további fontos jellemzői Kezelje a hibákat Újraküldés, hibajavítás Nyújtson párhuzamos átviteli lehetőségeket (Pipelining) Átjáró feladatok megvalósítása Megfelelő csomagtovábbítás érdekében fejléc értelmezés, interfészek kezelése Csomagok feldarabolása, amennyiben szükséges 23 / 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
A koncepciók megvalósulása A implementálását három helyen kezdték meg: Stanford, BBN, UCLA Az eredmény: a 3 implementáció képes volt az együttműködésre A -t nagyszámítógépekre írták: Később felmerült a kérdés: asztali PC-ken hogy fut majd? A t újra optimalizálták, egyszerűsítették Így alkalmas volt már kisebb teljesítményű gépekre is: Elsők: Xerox Alto & IBM PC 25 / határai A megfelelő 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 / átszervezése Az akkori összenőtt / két részre vált: címzés és csomagtovábbítás / szolgáltatási jelleget kapott: Folyam vezérlés Hibák kezelése/javítása Az új alkalmazásokhoz a mellé új : User Datagram Protocol (UDP) Egyszerűbb működés UDP folyam (stream) jellegű adatok továbbítására 27 9
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 Helyi hálózatok kialakulása 1980-as évek Újonnan megjelent domináns technológia Helyi hálózatok széles körű elterjedése Alapja az 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 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 Távközlési és Médiainformatikai Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem 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 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 -vel ezzel on-line lett a rendszer 33 11
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 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 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
Internet-Draftok A leendő szabványok előzetes formája Célja: Új ötletek, megvalósítások dokumentálása Sikeres ötlet esetén szabvánnyá válhat A szabvánnyá válásnak szabályos menete van: 37 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 Internet-Draftok 3 A draftok nem szabványok, így NEM jelenti valamely specifikáció publikálását Nem hivatkozható NEM rögzített állapotúak Bármikor megszűnhetnek Bármikor változhatnak 39 13
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 hálózatok felépítése Távközlési és Médiainformatikai Tanszék Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem / család Lehetővé teszi Bármilyen kapacitású, méretű, Bármilyen gyártótól származó, Bármilyen operációs rendszerű számítógépek kommunikációját egymással Rétegezett A ok funkciói szerint Rétegekbe rendezettek Egymásra épülnek 4 rétegű szerkezete van 42 14
/, ISO-OSI hivatkozási modell Alkalmazási Szállítási () Hálózati () Adatkapcsolati, Hálózati interfész 7. 6. 5. 4. 3. 2. 1. Alkalmazási felhasználói programok (chat, web-rádió) Megjelenítési szöveg, kép, hang Viszony kapcsolat kezelés Szállítási végpont-végpont kommunikáció, hiba kezelés Hálózati hálózati szintű címzés útválasztás Adatkapcsolati - pont-pont kommunikációs Fizikai vezetékek, kódolás 43 Rétegek feladata (/) Adatkapcsolati Operációs rendszer hálózati programja Hálózati interfész kártya, NIC Kezeli az összes hardverrel kapcsolatos feladatot Hálózati () Csomagok továbbítása, útválasztás Szállítási () (megbízható) adatfolyamok kezelése két hoszt között Alkalmazási Felhasználói programok 44 Két végpont kommunikációja kliens szerver Felhasználói folyamatok Kernel kommunikációs folyamatok 45 15
Adatok útja a rétegeken kliens szerver a felhasználó adatai a rétegeken keresztül lejutnak a fizikai szintre Minden réteg információkat csatol hozzájuk (fejlécek) Átjutnak a célállomásra Itt ismét keresztül haladnak a rétegeken felfelé A megfelelő rétegek a saját információikat leválasztják a csomagokról 46 Enkapszuláció kliens szerver (egymásba ágyazás, tokozás) Az adatok rétegeken keresztüli, lefelé történő továbbítása Minden réteg információt csatol az adathoz Általában fejlécet (de néha láblécet) Ezeken keresztül kommunikálnak az adott szintű ok a két végpont között egymással 47 Enkapszuláció 2 kliens szerver h: header - fejléc t: trailer - lábléc Alkalm h. Felhasználói adat Felhasználói adat h. Alkalmazás adat 20 h. szegmens Eth h datagram Eth t keret 48 16
Enkapszuláció 3 A felhasználói adatok darabolás után kerülnek továbbításra, a csomagok elnevezése rétegenként: kliens szerver szegmens datagram keret (frame) 49 Demultiplexálás Az enkapszuláció egymásbaágyazás Demultiplexálás kicsomagolás A csomagok rétegeken történő felfelé haladása és kifejtése Ezzel lehetővé válik, hogy az adatcsatornán többféle alkalmazás, adatai egymással párhuzamosan közlekedjenek, A célállomásban pedig a megfelelő alkalmazáshoz kerüljenek a megfelelő adatok 50 ICMP Enkapszuláció-Demultiplexálás Mely Mi szerint továbbítja a csomagokat a felsőbb szintekhez IGMP... UDP vagy UDP fejléc Port szám ARP RARP fejléc Protokoll azonosító fejléc Keret típus 51 17
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 rétegeken (általában) az rétegig jut el Majd továbbításra kerül a megfelelő irányba 52 adatforgalom útválasztón keresztül kliens szerver Útválasztó Token Ring Token ring Token ring 53 / rétegei Alkalmazási Szállítási telnet, ftp, http, ICMP Útválasztási ok UDP Hálózati ARP Adatkapcsolati, 802.X, PPP, ATM, Fizikai PSTN, koax, UTP, optikai, rádiós, 54 18
hivatkozási modell, összes 55 19