Az adatkapcsolati réteg

Dr. Gyányi Sándor

Az adatkapcsolati réteg Fő feladat: hibakezelés, adatok nagyobb egységekbe, úgynevezett keretekbe szervezése. A fizikai közegben mindig van zaj, zavar, torzítás, emiatt hibák keletkezhetnek. Az adatkapcsolati réteg kezeli a hibákat. Megosztott közeg esetén (például busz topológiás hálózatok) fontos feladat a közeghozzáférés vezérlése!

Közeghozzáférés Probléma: több eszköz egyetlen átviteli közeget használ. Szükség van a közeg használatának szabályozására. Változatok Véletlen vezérlés: Egyik állomásnak sincs szüksége külön engedélyre üzenetek továbbításához. Egy állomás mielőtt elküldene valamit, ellenőrizheti, szabad-e a közeg. Így működik például a CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Osztott vezérlés: Egyetlen állomásnak van joga egy adott időn belüli adatátvitelre, és ez a jog állomásról állomásra halad tovább. (Például: Token Passing, CSMA/CA - Carrier Sense MultipleAccess withcollisionavoidance). Központosított vezérlés: Egy kitüntetett állomás vezérli a hálózati belépéseket, a többi állomás figyel, mikor kap engedélyt adattovábbításra a vezérlőállomástól. Fajtái: lekérdezéses, vonalkapcsolásos, időosztásos többszörös hozzáférés (TDMA Time Division Multiple Access).

Véletlen vezérlés: CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (Ütközést detektáló vivőérzékeléses többszörös hozzáférés). Az Ethernet technológia közeghozzáférés vezérlő eljárása. Ha egy állomás adni akar,,,belehallgat'' az átviteli közegbe és meghatározza, hogy van-e állomás, ami éppen ad (vivőérzékelés). Ha a közeg,,csendes'', akkor elkezdi az adást, ha nem, megvárja, míg eltűnik a vivő és akkor kezdi. Ha két állomás egyszerre ad, akkor ütközés keletkezik és az adat elvész. Ezt valamennyi állomás figyeli és érzékeli. Az ütközésben részt vevő állomások leállítják az átvitelüket és várni kezdenek.ha ugyanannyi időt várnának, akkor egyszerre telne le az idő, és ismét ütközés alakulna ki, ezért véletlen hosszúságú ideig várakoznak.

CSMA/CD: Exponential backoff 1. Ha két állomás adatcsomagja ütközik, akkor mindkét állomás generál egy véletlen számot 1 és n között, és ezzel arányos ideig várakozik. Ha a számgenerálás eloszlása egyenletes, akkor mindegyik állomás egyforma eséllyel generálja a legkisebb számot. Ha az újraküldés során is ütközés keletkezik, akkor újra ez a folyamat zajlik, azonban a véletlen szám tartománya immár 1 és 2n közötti lesz. Így annak esélye, hogy két állomás is ugyanazt a számot generálja, felére csökken.

CSMA/CD: Exponential backoff 2. Az újabb ütközéskor (aminek valószínűsége az állomások számának növekedésével nő) a maximális számérték ismét duplázódik (így már 1 és 4n közötti a tartomány). A további ütközésekkor a maximális várakozási idő ismét duplázódik, egy határértéket elérve pedig sikertelen lesz a küldés. Minden ütközéskor a végpont küld egy jam signal jelet.

CSMA/CD: Exponential backoff 3. N 1 2 3 4 5 6 7 8 N N I I I 9 10 11 I 12 N 13 14 1. Végpont adást kezdeményez. 2. Van folyamatban adás? 3. Küldendő adatkeret felépítése. 4. Adás megkezdése. 5. Történt ütközés? 6. Adás folytatása, ütközés figyelése. 7. Adás sikeresen befejeződött? 8. Adás vége, sikerág. 9. Jam signal küldése. 10. Próbálkozások számának növelése. 11. Elérte a maximumot? 12. Igen, sikertelen adás jelzése. 13. Véletlen szám generálása. 14. Várakozás ennek megfelelő ideig.

Osztott vezérlés: Token Passing Logikai gyűrű topológia esetén alkalmazható. Vezérjel-továbbítás: egy jel (token üzenetküldési jog) halad a gyűrű mentén állomásról állomásra. A tokennek két állapota van, szabad ill. foglalt. Ha egy állomás foglalt tokentkap, akkor ezzel együtt egy üzenetet is kap. Eldönti, hogy neki szól-e, ha igen akkor elolvassa és továbbítja, ha nem, akkor csak továbbítja. Ha egy állomás szabad tokentkap és van üzenete, akkor foglaltra állítja a tokentés vele együtt a gyűrűbe teszi az üzenetét, ha nincs üzenete, akkor a szabad állapotú tokent továbbítja. Az üzenetet a gyűrűből az veszi ki, aki beletette, ezután szabadra állítja a tokent és továbbítja. Probléma, hogy a vezérjel feldolgozása és felügyelete meglehetősen bonyolult.

CSMA/CA 1. CSMA/CA: Carrier Sense Multiple Access with CollisionAvoidance(Ütközést elkerülő vivőérzékeléses többszörös hozzáférés). A CSMA/CD-hez némiképpen hasonló eljárás, de olyan közegben használatos, ahol az ütközések érzékelése nem lehetséges. Rádiós hálózatok esetében az adó és vevőantenna közelsége miatt nem állapítható meg az ütközés ténye.

CSMA/CA 2. Ha egy állomás adni akar,,,belehallgat'' az átviteli közegbe és meghatározza, hogy van-e állomás, ami éppen ad. Ha a közeg csendes, akkor elkezdi az adást. Ha nem, akkor a csatorna felszabadulása az exponential backoffalgoritmus szerint várakozik, majd megkísérli az adást. Az IEEE 802.11 lehetővé teszi a virtuális vivőérzékelést az RTS/CTS (Request to Send/Clear to Send) üzenetváltásokkal.

IEEE 802 szabványok Szám Téma IEEE 802.1 A szabványhalmaz alapjai IEEE 802.2 LLC (Logical Link Control) alréteg IEEE 802.3 CSMA/CD (Ethernet) IEEE 802.4 Token Bus IEEE 802.5 Token Ring IEEE 802.6 MAC (Media Access Control) alréteg IEEE 802.7 Szélessávú átvitel IEEE 802.8 Optikai kábelek IEEE 802.9 Integrált hang és adat lokális hálózatok IEEE 802.10 LAN-ok biztonsági kérdései IEEE 802.11 Wireless LAN

Az IEEE 802 rétegei Az adatkapcsolati réteget két alrétegre bontották: LLC és MAC rétegekre. Az LLC alrétegfelelős a logika kapcsolatokért, míg a MAC a közeghozzáférésért. Többféle hálózati technológiához is megfelelő ugyanaz az LLC implementáció. LLC szabvány: 802.2. MAC szabványok: 802.3, 802.4, 802.5. A 802.11 is követi az LLC réteg ajánlásait, így a WLAN és LAN hálózatok könnyen együttműködhetnek.

Az Ethernet és a 802.3 Az Ethernet fejlesztése a Xerox cégnél kezdődött. Mivel a Xerox nem látott benne nagy fantáziát, ezért Robert M. Metcalfe, az egyik fejlesztő kivált a cégből, és megnyerte az Ethernet szabvány támogatására a Digital és az Intel cégeket. Az így kialakult DIX Ethernet vezetett az IEEE 802.3 szabvány megalkotásához (kisebb eltérésekkel). Kezdetekben 10Mbps, jelenleg már gigabites sebességek.

Ethernet címzés Alapvetően busz topológiára fejlesztették, osztott közeget használt. A végpontokat egyedi címek azonosítják (MAC address). A MAC cím 48 bites, amely két részre bomlik: 24 bites gyártói kód; 24 bites eszköz azonosító. Ábrázolása: 6 db 8 bites, hexadecimális szám, kettősponttal elválasztva.

Címtípusok Háromféle cím: Unicast(egy címzett - 00:26:18:f2:7d:60); Broadcast(a hálózat összes tagja címzett, csupa 1 bitből áll ff:ff:ff:ff:ff:ff); Multicast(többes címzés, egy, vagy több címzett, de nem mindenki. A MAC cím legkevésbé értékes -bitje 1 állapotú - 01:00:5e:00:00:00).

Ethernet keretszervezés Preamble (8 byte) Célcím (6Byte) Forráscím (6 byte) Típus* (2 byte) Adat (46-1500 byte) FCS (4 byte) GAP (12 byte) Preamble: 7 byte 10101010 az órajel szinkron biztosításához, 1 byte 10101011 (Start Frame Delimiter). Cél-és forráscím: a címzett és a feladó MAC címe. Típus: az IEEE 802.3-ban ez a mező a kerethossz, az Ethernet-benpedig a szállított adatcsomag típusa. A hossz mindig kisebb 2048-nál (0x800), a típus pedig nagyobb, vagy egyenlő, így megkülönböztethetők a keretek. Adat: a hasznos adat, minimum 46 byte-raegészítve (padding). FCS: 32 bites CRC hibafelfedő kód. GAP: a keretek küldése között minimum 12 byte idejének megfelelő szünetet kell tartani.

Ethernet hálózati eszközök Osztályozhatók a működési réteg szerint (fizikai, adatkapcsolati réteg). A fizikai rétegben működő eszközök nem törődnek a továbbított információval, csak az adatokat reprezentáló villamos mennyiségekkel. 4 eszköz: Repeater; Hub; Bridge; Switch.

Repeater Fizikai réteg. Azonos típusú hálózatok (minden rétegben megegyező) összekapcsolásához használható. A jeleket erősíti, regenerálja, helyreállítja (limitált kábelhossz, torzulások, csillapítások miatt). Csak bittovábbítást végez, tárolási funkció nincs. A bemenetére kerülő minden bit továbbításra kerül. Tipikusan busz topológia esetén használatos. Gyűrű topológia esetén minden állomás eleve repeater.

Hub Fizikai réteg. Tipikusan sodrott érpáras hálózatok esetén alkalmazott. Kategóriái passzív hub: nem végez jelismétlést, feladata az adattovábbbítás; aktív hub: jelismétlést is végez. Portszám(csatlakozók száma):4-128 (RJ45-ös csatlakozó). Egy-egy porthoz egy-egy gép csatlakozik. Bizonyos feltételek között bővíthetők, hierarchiába szervezhetők (összekötés: speciális kábel crosslink, fordítós kábel).

Bridge Adatkapcsolati réteg. Az egyes hálózati részek forgalmát választja el. Belelát az üzenetekbe, a fizikai címeket értelmezi, megállapítja, hogy ki küldte és kinek. Eldönti, hogy továbbítani kell-e az üzenetet a másik szegmensbe. Öntanuló, saját maga tartja karban adatbázisát. Tárolási funkcióval rendelkezik. Eltérő fizikai szegmenseket is összeköthet.

Switch Adatkapcsolati réteg. Valamennyi portjáhoztartozik egy táblázat (CAM table), amelyben nyilván tartja a porton elérhető végpontok MAC címét. Öntanuló, ha ismert portontalálható a célállomás, akkor nem küldi ki az összes portjáraa keretet, így nem foglalja feleslegesen a sávszélességet. Valódi csillag topológiát valósít meg.

Vezeték nélküli helyi hálózatok Hordozható eszközök: igény a vezeték nélküli, mobil kapcsolatra. WLAN (Wireless LAN): Vezeték nélküli kapcsolódás a LANhoz. A vezetékes LAN-okkal együttműködni képes megvalósítás. (A WLAN-nak lehetnek vezetékes részei is.) A kapcsolat (fizikai közeg) elektromágneses esetleg infravörös. Távolságok: szabad téren kb. 300m, épületen belül kb. 30 m. Biztonsági probléma: illegális rácsatlakozás, lehallgathatóság titkosítás szükséges! Szabványok: IEEE 802.11 Bár eredetileg minőségi jelölés volt, szokásos neve még: WiFi Wireless Fidelity).

Rádiós WLAN Mindenütt szabadon igénybe vehető frekvenciasávokban, ami rendkívüli lehetőséget teremtett egy szabványos, mindenki számára bárhol könnyen hozzáférhető vezeték nélküli számítógépes hálózati rendszer létrehozására. Ugyanakkor szabályozatlanok, a sok eszköz miatt zajosak. 2.4 GHzsáv -ISM (Industrial, Scientificand Medical), ipari, tudományos és orvosi alkalmazás. 2,4-2.4835GHz, 14 előre kijelölt vivőfrekvencia. (Földrajzi régiók szerint különbözhet.) 5 GHz sáv UNII (Unlicenced National Information Infrastructure). 5.150-5.250GHz, 12 előre kijelölt vivőfrekvencia. (Földrajzi régiók szerint különbözhet.)

Rádiós WLAN problémái A vezeték nélküli kapcsolat a külső jelek ellen védtelen, zajos és megbízhatatlan. A közeg jóval kevésbé megbízható mint a vezetett hullámú összeköttetés esetében, időfüggő, aszimmetrikus terjedési tulajdonságok jellemzik. A WLAN által használt frekvenciasávok zavartatása jelentős (2,4GHz: mikrohullámú sütők).

Felépítés A WLAN hálózatok cellás felépítésűek. Egy ilyen cella elnevezése: BSS (Basic Service Set). A 802.11 szabványok támogatják a több cella összekapcsolásával kialakított ESS (Extended Service Set) struktúrát. A BSS-eketvezetékes gerinchálózat, DS (Distribution System) kapcsolja össze. Lehetséges vezeték nélküli összekapcsolás is: WDS (Wireless Distribution System).

BSS kialakítása Kétféle topológia: csillag és szövevényes. Csillag topológia: az állomások közötti átvitel egy kitüntetett állomás közreműködésével és vezérlésével történik (infrastruktúra mód). A vezérlő állomás az AP (Access Point). Egyenrangú állomásokból kialakított szövevényes hálózat. Nincs kitüntetett vezérlőállomás, ad hoc mód.

WLAN szabványok Megjelenés Vivőfrekvencia Sebesség Átviteli eljárás Hatótávolság IEEE 802.11 1997 2,4GHz 1 és 2 Mbps Infra FHSS DSSS 300m IEEE 802.11a 1999 5 GHz 54 Mbps OFDM 200m IEEE 802.11b 1999 2,4GHz 5,5és 11 HR-DSSS 100m Mbps IEEE 802.11g 2003 2,4GHz 54 Mbps OFDM 200m IEEE 802.11n 2009 2,4GHz és 5GHz 248Mbps OFDM (MIMO) 200m Bluetooth 1.1 2002 2,4GHz 1Mbps FHSS 10m

WLAN architektúra LLC (LogicalLink Control) Logikai kapcsolatvezérlés 802.2 MAC (Media Access Control) CSMA/CA változatok (DCF) illetve lekérdezéses eljárások (PCF) Fizikai réteg 802.11 Infra 802.11 FHSS 802.11 DSSS 802.11a OFDM 802.11b HR- DSSS 802.11g OFDM

WLAN közeghozzáférés vezérlés A látható és a rejtett terminál problémájának kezelése érdekében a 802.11 két működési módot támogat (DCF, PCF). A fő különbség közöttük, hogy van-e központosított vezérlés. DCF (DistributedCoordinationFunction elosztott koordinációs funkció). Nem alkalmaz központi vezérlést, az állomások versengenek az adásidőért. CSMA/CA (Carrier Sense Multipple Access/Collision Avoidance vivőérzékeléses többszörös hozzáférés ütközés elkerüléssel) eljárás változatai. RTS/CTS nyugták. Megvalósítása kötelező. Használható ad-hoc és infrastruktúra módban. PCF (Point Coordination Function pont koordinációs funkció). Minden tevékenységet bázisállomás segítségével vezérel, csak infrastruktúra módban használható. A bázisállomás sorra lekérdezi a az állomásokat: van-e elküldendő keretük? Ütközés nem történhet. Megvalósítása opcionális.

Hidden terminal probléma A B C Az A állomás csak a B állomás adását érzékeli, így a C állomás adása közben is megkezdi saját adatainak küldését. A B állomás érzékeli mind az A, mind a C állomás adását, így nála ütközés keletkezik. Megoldás: virtuális vivőérzékelés (RTS adás előtt, CTS nyugtázáskor).

DCF (Distributed Coordination Function) Az állomás adási szándék esetén belehallgat a csatornába és amíg az foglalt, addig nem kezdi el az adást. A csatorna szabaddá válása után nem kezdi el az adást azonnal, hanem egy ideig vár. ( A várakozási idő állomás és szituációfüggő, több összetevője van, függ pl. attól, hogy sikeres vagy sikertelen adatküldési próbálkozásai voltak ill. függ az állomás által generált véletlen számtól.) A vétel helyén interferencia előfordulhat, ezt az adó közvetlenül nem érzékeli. Minden sikeresen vett keret esetén, a vevő állomás küld egy nyugtát, ezzel igazolja a keret hibátlan vételét.

DCF (folytatás) Az adatkeretek leadása előtt a küldő állomás elküldhet egy RTS (RequestToSend) keretet, amelyre a fogadó állomás egy CTS (Clear To Send) kerettel válaszol. Az RTS és a CTS keretek is tartalmazzák az információt, hogy a következő adatkeret és az utána következő ACK keret leadása mennyi időt fog igénybe venni. Azok az állomások, akik a küldő állomáshoz vannak közel, de rejtettek a fogadó állomás számára, az RTS keretből, azok az állomások, akik a fogadó állomáshoz vannak közel, a CTS keretből fogják tudni, hogy mennyi ideig nem szabad a csatornában forgalmazni.

PCF (Point Coordination Function) Az Access Point-ot minden állomásnak látnia kell. Az Access Pointegy ún. polling(lekérdezési) listával rendelkezik. Az állomások erre kérésük alapján kerülnek fel. Az Access Pointa kommunikációban többi állomásnál magasabb prioritással rendelkezik. Az Access Pointún. PollingRequestüzenetekkel megszólítja az egyes állomásokat, hogy küldjék el adataikat (beacon frame jelzőfény keret).

PCF (folytatás) A jelzőfény keret tartalmazza a kommunikáció konkrét paramétereit (pl. óraszinkronizáció, ugrási sorozatok és tartózkodási idő az FHSS számára, stb. ill. utasítást adhat az állomásnak, hogy pl. menjen stand-byállapotba és maradjon ebben az állapotban, míg pl. a felhasználó fel nem ébreszti.) A jelzőfény keret szólítja fel az új állomásokat a polling listára való feliratkozásra. A lekérdezett állomásnak gyakorlatilag azonnal válaszolnia kell. A stand-byállapotban levő állomásoknak küldött kereteket az Access Point átmenetileg tárolja.

Hálózati és szállítási réteg Feladatuk a hálózati kommunikáció absztrakt (hálózati technológiától független) megvalósítása a magasabb rétegek számára. Fizikai címzés az eszköz technológiafüggő címének használata helyett logikai címzés. Hálózatok közötti folyamatvezérlés. Jelenleg leggyakrabban használt technológia: IP (hálózati réteg) és TCP (szállítási réteg).

TCP/IP protokollgyűjtemény Alkalmazási réteg Telnet SMTP FTP HTTP HTTPS DNS Szállítási réteg Hálózati réteg Transmission Control Protocol (TCP) Address Resolution Protocol (ARP) Internet Protocol (IP) User Datagram Protocol (UDP) Internet Control Message Protocol (ICMP)

TCP/IP, UDP/IP Protokoll gyűjtemények IP (Internet Protocol): a hálózati réteg protokollja. TCP (TransmissionControlProtocol): szállítási réteg protokoll, megbízható átvitelt szolgáltat. UDP (UserDatagramProtocol): szállítási réteg protokoll, nem nyújt biztosítékot a sikeres átvitelre.

IP Internet: hálózatok hálózata, helyi hálózatok összekötése egy nagyobb kiterjedésű hálózatba. Logikai címek biztosítják a végpontok egyedi azonosítását, IPv4 esetén 32 bites méret. Fejlettebb IP változat: IPv6 (128 bites címek). Napjainkban még az IPv4 a legelterjedtebb.

IP címek Az IP cím két részre bomlik: a hálózati címbitek (networkbits) azonosítják a hálózatot, a végpont címbitek (hostbits) pedig a hálózaton belül működő végpontot. IPv4 cím ábrázolása: 4 darab 8 bites egész szám decimálisan, egymástól pontokkal elválasztva (pl. 192.168.1.1). IPv6 cím ábrázolása: 8 darab 16 bites egész szám hexadecimálisan, egymástól kettőspontokkal elválasztva. A csupa 0 bitet tartalmazó elemek kihagyhatók (pl: fe80::226:18ff:fef2:7d60).

IPv4 hálózati címek A hálózati forgalomirányítás a hálózatok azonosítója alapján keresi a célállomást. A célhálózat megfelelő végpontjának azonosítójával csak a célhálózat vezérlő egysége foglalkozik. Az útválasztás egyszerűsítése miatt kezdetben címosztályok alapján határozták meg az IP címben található hálózat azonosító bitjeit. Megállapodás alapján a hálózat címe a csupa 0 végpont azonosítóval rendelkező cím.

IPv4 címosztályok 1. A címosztályok azonosítása az első néhány bitből történt: A osztály: első bit 0 állapotú, 0.0.0.0 és 127.255.255.255 közti értékek, 128 darab hálózat, mindegyik 24 hostbittel rendelkezik (2 24 elvi végpont). B osztály: első két bit 10 állapotú, 128.0.0.0 és 191.255.255.255 közti értékek, 16384 darab hálózat, mindegyik 16 hostbittel rendelkezik (2 16 elvi végpont). C osztály: első három bit 110 állapotú, 192.0.0.0 és 223.255.255.255 közti értékek, 2 21 darab hálózat, mindegyik 8 hostbittel rendelkezik (2 8 elvi végpont).

IPv4 címosztályok 2. D osztály: első négy bit 1110 állapotú, 224.0.0.0 és 239.255.255.255 közti értékek. Speciális címek, IP multicast célokra. E osztály: első négy bit 1111 állapotú, 239.0.0.0 és 255.255.255.255 közti értékek. Nem kiosztható, speciális címek.

Classless IP Egy külön jelölő adat segítségével adható meg az IP címen belül a net és hostbitek halmaza. Hálózati maszk (netmask): 32 bites érték, azokon a helyeken 1 az értéke, ahol az IP cím a hálózati biteket tartalmazza, míg a végpont bitek helyén 0. Megadása hasonló az IP címekéhez, például a C címosztály alapértelmezett maszkja: 255.255.255.0

Hálózati cím számítása Az IP cím és a hálózati maszk bitenkénti ÉS műveletének eredménye az összes hostbitet 0 értékre állítja, míg a net bitek változatlanok maradnak. Maszk bit Cím bit Eredmény 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Az ÉS függvény igazságtáblázata.

Hálózati cím számítási példa Legyen az IP cím: 192.168.13.23, binárisan: 11000000101010000000110100010111 A hálózati maszk: 255.255.255.0, binárisan: 11111111 11111111 11111111 00000000 A bináris ÉS művelet: 11000000 10101000 00001101 00010111 &11111111 11111111 11111111 00000000 11000000 10101000 00001101 00000000 vagyis: 192.168.13.0.

Hálózati cím, üzenetszórási cím A hálózati cím amelynek hostbitjei 0 értékűek - a hálózaton belül nem osztható ki. IP alhálózaton belül is lehetséges az üzenetszórás (broadcast). Ez egy speciális címre küldött üzenettel lehetséges. A broadcastcímben a végpontbitek értéke 1. Ez a cím sem osztható ki működő végpont számára. Emiatt egy IP alhálózatban a lehetségesnél mindig kettővel kevesebb cím osztható ki.

Subnetting, supernetting Hálózati maszkkal lehetséges egy IP hálózatot alhálózatokra bontani. Például a 192.168.1.0 hálózat a 255.255.255.0 maszkkal 256-2=254 elemű. Ezt a hálózatot fel lehet osztani kisebb részekre: 255.255.255.192 maszkkal 4 darab 64-2=62 elemű alhálózatra (subnetting). Több, egybefüggő IP alhálózatot össze lehet fogni nagyobb hálózatra: 255.255.254.0 maszkkal 2 darab 256 elemű hálózatot egy 512-2=510 eleműre.

Subnet példa Legyen az IP cím: 192.168.13.23, binárisan: 11000000101010000000110100010111 A hálózati maszk: 255.255.255.248, binárisan: 11111111 11111111 11111111 11111000 A bináris ÉS művelet: 11000000 10101000 00001101 00010111 &11111111 11111111 11111111 11111000 11000000 10101000 00001101 00010000 vagyis: 192.168.13.16.

Subnet példa (folytatás) A 192.168.13.23 IP cím a 255.255.255.0 maszkkal a 192.168.13.0 hálózat egyik (23-as végpont azonosítóval rendelkező tagja). Ugyanez az IP cím a 255.255.255.248 maszkkal már a 192.168.13.16 alhálózat 7-es azonosítóval rendelkező tagja lenne. A 3 hostbit 111 állapotú: ez a 192.168.13.16 alhálózat üzenetszórási címe!

Útválasztás A helyi hálózatokat az útválasztók (router) kötik össze más hálózatokkal. A routerakülső hálózatokból kapott csomagokat a helyi hálózatba, a helyi hálózatból kapott (külső irányba szánt) csomagokat a szomszédos hálózatok irányába küldi. Minden routerrendelkezik egy irányítási táblával (routing table), amely tartalmazza azt, hogy a külső hálózatokat milyen interface irányban találja. Forrás:www.ssfnet.org

Routing table Hálózati cím/hálózati maszk (az ábrán Destination/Genmask): a célhálózat azonosítója. Metric: az adott irány értéke (azonos irányoknál döntő). Interface: a hálózat ebben az interfaceirányban található.

IPv4 csomagok Az IP-t az RFC791 írja le. Minden csomag előtt fejléc.

IPv4 fejléc 1. Minden IP csomag előtt egy fejléc található, amely a célbajuttatáshoz szükséges mezőket tartalmaz. Fontosabb mezők: Version: 4 bit, az IP verziószáma (4 vagy 6). Headerlength: a fejléc hossza 32 bites egységekben (például az 5 érték valójában 20 byte hosszúságot jelent). Total length: az IP csomag teljes hossza. Time tolive: a csomag maximális élettartama másodpercben vagy ugrásszámban.

IPv4 fejléc 2. Protocol: az IP csomagban szállított adat értelmezéséhez szükséges protokoll kódja. Headerchecksum: a fejléc ellenőrző összege. Az IP csak a fejléc hibamentességét ellenőrzi, ugyanis ezt az értéket minden útválasztónak újra kell számolnia a TTL mező változása miatt. Source: a feladó IP címe. Destination: a címzett IP címe.

TCP 1. Szállítási réteg protokoll. Egy végponton több szolgáltatás is működhet párhuzamosan, mindegyik szolgáltatást a port címe azonosít (16 bit). Külön port cím a távoli, külön port cím a helyi szolgáltatás számára. Átvitelvezérlést biztosít.

TCP 2. A csomagok hibamentes átvitelét ellenőrző összeg és újraküldési mechanizmus teszi lehetővé. Minden átvitt byte sorszámozott (Sequence Number), így a csomagvesztés kiküszöbölhető, és a sorrendhelyesség is biztosítható. Virtuális összeköttetés kialakítása a kapcsolatfelvétel során.

TCP datagramok A TCP-taz RFC 793 írja le. Minden datagramelőtt fejléc (egy TCP datagram az IP csomagokba ágyazódnak). A TCP virtuális összeköttetésre az úgynevezett háromutas kézfogás (threeway handshake) szolgál. A legtöbb szolgáltatás TCP-re épül.

Portok Egy távoli szolgáltatás eléréséhez szükséges ismerni az adott szolgáltatás portcímét. Ezt a távoli végpont adminisztrátora rendeli hozzá, emiatt a kapcsolódás nehézségeket okoz. A gyakoribb szolgáltatások egyszerűbb használata érdekében ezekhez mindenki által ismert címeket rendeltek: well-known ports.

Jól ismert portcímek Az IANA (Internet AssignedNumberAuthority) osztja ki. Néhány ilyen cím: 20, 21: File Transfer Protocol(FTP). 22: Secure Shell (SSH). 23: Telnet. 25: Simple Mail Transfer Protocol(SMTP). 80: Hypertext Transfer Protocol(HTTP). 110: Post Office Protocolv. 3 (POP3). 143: Internet Message Access Protocol v. 4 (IMAP4). 443: Hypertext Transfer Protocol over SSL (HTTPS).

TCP fejléc

TCP fejléc fontosabb mezői Sourceport: a feladó által a kapcsolattartásra használt port címe. Destinationport: a távoli végponton futó szolgáltatás port címe. Sequencenumber: a TCP datagrambanszállított adathalmaz első oktetjének sorszáma. Acknowledgementnumber: a másik féltől fogadott adatblokk sorszámának visszaigazolása. Flags: a kapcsolat vezérlésére használt bitek.

TCP háromutas kézfogás A kapcsolatot kezdeményező kliens egy TCP üzenetet küld a másik félnek (szerver), amelyben a SYN bit beállított ( 1 ) értékű. A szerver feljegyzi a kapcsolat adatait, majd egy TCP üzenetben az ACK bit 1 állapotával nyugtázza, egyidejűleg egy SYN üzenetet is küld (ez egy üzenetben lehetséges). A kliens ACK üzenettel nyugtázza, a kapcsolat létrejön. Az üzenetváltásban megállapodnak a SEQUENCE NUMBER értékekről is.

UDP Szállítási réteg protokollja, olyan szolgáltatások számára, amelyek nem igénylik a TCP megbízható átvitelvezérlő mechanizmusait. Az átvitelvezérlést és a hibajavítást az alkalmazási rétegben kell végezni. Népszerű a real-timealkalmazások körében (hang- és képátvitel).

UDP fejléc Hiányoznak a TCP hibajavító, átvitelvezérlő mechanizmusai. IP kiegészítése portcímekkel.

ARP (Address Resolution Protocol) Helyi, üzenetszórásos hálózaton (például Ethernet, vagy utódai) az adatkapcsolati réteg címe alapján történik az adat célba juttatása. IP használatakor a célállomás külső hálózatok felé az útválasztó -IP címe ismert csak, így szükség van a logikai és a fizikai címek közötti fordításra. Erre szolgál az ARP.

ARP csomag Üzenetváltás: ARP kérés broadcastcímre: keresem a 192.168.1.130 IP cím tulajdonosát. ARP válasz a kérést feladó fizikai címére: én vagyok, mellékelem a fizikai címem.

ICMP (Internet Control Message Protocol) Az IP hálózatok szervizüzeneteit szállítja. Csomagok kézbesíthetetlensége esetén hibaüzenetek (például Destination Unreachable, Time Exceeded). Diagnosztikai célú üzenetek (EchoRequest, Echo Reply). Hordozója az IP csomag (0x01 protokollkód).

ICMP csomag

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) A kliensoldali hálózati konfiguráció bonyolult, összetett, változások esetén sok munkát jelent az új adatok átvezetése. A sok változás szükségszerűen növeli a tévedések lehetőségét, címütközés esetén hálózati problémák jelentkeznek. Megoldás: központi szerveren történik a kiosztott címek nyilvántartása, a kliensek ettől kapják meg a beállítási adatokat. Nem szükséges kliens gépeken az összes IP konfigurációra vonatkozó adatot manuálisan megadni, csak egy DHCP kliensprogramot futtatni.

DHCP (folytatás) A DHCP első definíciója az RFC 1531-ben található, mint a BOOTP protokoll utóda. Az IPv4-re vonatkozó DHCP szabvány: RFC 2131. Gyártó független megoldás, a legtöbb gyártó támogatja, heterogén rendszerek esetén is alkalmazható.

A DHCP működése 1. A kliens és a szerver közti kommunikáció 4 szakaszban történik: Felfedezés (Discover): a kliens broadcastudp üzenettel küldi el a Discover csomagot (ekkor még nem rendelkezik sem IP címmel, sem a DHCP szerver elérhetőségével). Ajánlat (Offer): a hálózaton elérhető DHCP szerverek megvizsgálják az általuk kiosztható címek listáját. Ha van kiajánlható cím, akkor kiválasztanak egyet, és ezt egy Offer csomagban küldik el a kliens számára.

A DHCP működése 2. Kérés (Request): a kliens a megkapott ajánlatok közül kiválasztja a megfelelőt (több ajánlat esetén általában az első beérkezettet), majd az ajánlatot küldő DHCP szerverhez egy Request csomagot juttat el. Visszaigazolás (Acknowledge): az ajánlatot küldő szerver beregisztrálja a klienst saját adatbázisába így lefoglalva a kiosztott címet majd küld egy nyugtát. Ettől a ponttól kezdve a kliens használhatja a kapott beállítási adatokat.

DHCP címkiosztás Háromféle kiosztási módszer: Dinamikus: kérés esetén a szerver a rendelkezésre álló tartományból (pool) választ egy címet. A kliens következő kérésére ugyanígy, a szabad címek közül válogat. Automatikus: hasonló a dinamikus kiosztáshoz, de a szerver feljegyzi a kliens fizikai címét, így a legközelebbi kérés beérkezésekor ugyanazt a címet osztja ki. Statikus: a szerver adatbázisában megadott fizikai címekhez állandó IP címek találhatók, ezért ugyanazon MAC című kliens mindig ugyanazt az IP címet kapja.

DHCP adatok A DHCP szerver nagy mennyiségű beállítási adatot képes küldeni a kliensnek: A kliens IP címe, hálózati maszkja. Az alapértelmezett átjáró. DNS szerver elérhetőségek. NTP szerver elérhetőségek. A bérleti idő (leasetime). A kliensnek egy előre definiált ideig van joga a beállításokat használni, a lejárat előtt meg kell újítania (renewal).