BME Gazdaság- és Társadalomtudományi Kar Műszaki menedzser alapszak (BSc) INFOKOMMUNIKÁCIÓS RENDSZEREK MENEDZSMENTJE Internet Baumann Ferenc mestertanár BME Távközlési és Médiainformatikai Tanszék Budapest, 2014. ArpaNet: az Internet őse A csomagkapcsolt technológiák kifejlesztése már 1960 körül megkezdődött. Az ArpaNet hálózat fejlesztését 1968-tól az Egyesült Államokban a Védelmi Minisztérium kutatási részlege, a DARPA (Defense Advanced Research Project Agency) végezte katonai céllal. A fejlesztés fő célkitűzése az volt, hogy a számítógéphálózat működőképes maradjon katasztrófa-helyzet, pl. atomtámadás esetén is. Emiatt elosztott hálózati struktúra kialakítása mellett döntöttek (c). IKRM - Internet 2 Baumann Ferenc
ARPANET: AZ INTERNET ŐSE 1968: az ArpaNet hálózat kiépítésének megkezdése 1969: négy számítógép összekapcsolása (UCLA, Stanford Res, UCSB, Univ. Utah) A hálózaton a csomagkapcsolást és az adatkommunikációt tesztelték Az ArpaNet vezérlő programja, az NCP (Network Control Program) lehetővé tette üzenetek küldését és fogadását IKRM - Internet 3 Baumann Ferenc AZ ARPANET FEJLŐDÉSE Az ArpaNet 1971-ben (logikai terv) IMP Interface Message Processor IKRM - Internet 4 Baumann Ferenc
AZ ARPANET FEJLŐDÉSE Az ArpaNet 1977-ben (logikai terv) IKRM - Internet 5 Baumann Ferenc AZ INTERNET SZÜLETÉSE 1983. jan. 1. Az ArpaNet az új TCP/IP protokoll felett működik (ettől kezdve tekintjük Internetnek) IKRM - Internet 6 Baumann Ferenc
Hagyományos Internet szolgáltatások Elektronikus levelezés (e-mail) Távoli hozzáférés (telnet) File-átvitel (ftp: File Transfer Protocol), főként szöveg Információkeresés, összegyűjtés, letöltés (gopher) (hörcsög) telnet e-mail modem távoli hozzáférés Internet központ ftp IP router (útválasztó) Internet központ közvetlen hozzáférés Internet központ IP hálózat Internet központ IKRM - Internet 7 Baumann Ferenc TCP/IP A TCP/IP protokoll két rétege: IP címzés és csomagtovábbítás TCP szolgáltatási jelleget kapott: Folyam vezérlés Hibák kezelése/javítása User Datagram Protocol (UDP) Egyszerűbb működés folyam (stream) jellegű adatok továbbítására TCP/IP TCP UDP IP IKRM - Internet 8 Baumann Ferenc
TCP/IP protokoll család Lehetővé teszi Bármilyen kapacitású, méretű, Bármilyen gyártótól származó, Bármilyen operációs rendszerű számítógépek kommunikációját egymással Rétegezett A protokollok funkciói szerint Rétegekbe rendezettek Egymásra épülnek 4 rétegű protokollszerkezete van IKRM - Internet 9 Baumann Ferenc TCP/IP, ISO-OSI hivatkozási modell Alkalmazási 7. Alkalmazási felhasználói programok (chat, web-rádió) 6. Megjelenítési szöveg, kép, hang Szállítási (TCP) 5. Viszony kapcsolat kezelés 4. Szállítási végpont-végpont kommunikáció, hiba kezelés Hálózati (IP) Adatkapcsolati, Hálózati interfész 3. Hálózati hálózati szintű címzés útválasztás 2. Adatkapcsolati - pont-pont kommunikációs protokoll 1. Fizikai vezetékek, kódolás IKRM - Internet 10 Baumann Ferenc
Rétegek feladata (TCP/IP) Adatkapcsolati/Hálózati interfész Operációs rendszer hálózati illesztő programja Hálózati interfész kártya, NIC Kezeli az összes hardverrel kapcsolatos feladatot Hálózati (IP) Csomagok továbbítása, útválasztás Szállítási (TCP/UDP) (megbízható) adatfolyamok kezelése két hoszt között Alkalmazási Felhasználói programok IKRM - Internet 11 Baumann Ferenc Kommunikáció FTP kliens TCP FTP protokoll TCP protokoll FTP szerver TCP h: header - fejléc t: trailer - lábléc Alkalm h. Felhasználói adat Felhasználói adat IP IP protokoll IP TCP h. Alkalmazás adat Ethernet illesztő Ethernet protokoll Ethernet Ethernet illesztő 20 IP h. TCP szegmens Eth h IP datagram Eth t Ethernet keret IKRM - Internet 12 Baumann Ferenc
Adatkapcsolati/Hálózati interfész réteg IKRM - Internet 13 Baumann Ferenc TCP hivatkozási modell, összes protokoll IKRM - Internet 14 Baumann Ferenc
Ethernet szabványok 10Base5 vastag koax 500 m Eredeti kábel 10Base2 vékony koax 185 m Nincs szükség elosztóra 10Base-T sodrott érpár 100 m A legolcsóbb rendszer 10Base-F optikai 2000 m Épületek között 100Base-T4 sodrott érpár 100 m UTP3 100Base-TX sodrott érpár 100 m UTP5 (Duplex 100Mb/s) 100Base-FX optikai 2000 m 1000Base-SX optikai 550 m Többmódusú 1000Base-LX optikai 5000 m Egy- vagy többmódusú 1000Base-CX 2 pár STP 25 m Árnyékolt, sodrott érpár 1000Base-T 4 pár UTP 100 m UTP5 IKRM - Internet 15 Baumann Ferenc IP datagrammok enkapszulációja Szabványok: Ethernet hálózatokhoz: RFC 894 IEEE 802 hálózatokhoz: RFC 1042 A hosztokra vonatkozó előírások: Minden Internetre csatlakozó hoszt 10 Mbit/s Ethernet vezetékkel legyen csatlakoztatva Képes legyen küldeni és fogadni RFC 894 enkapszulációjú csomagokat Tudjon fogadni RFC 1042, RFC 894 típusú csomagokat Lehetőség szerint képes lehet RFC 1042 típusú csomagokat küldeni Ha mindkettőt képes kezelni az alapértelmezett az RFC 894 csomagtípus legyen IKRM - Internet 16 Baumann Ferenc
Ethernet encapsulation Destination Addr. Source Addr. Type Data CRC 6 6 2 46-1500 bytes 4 Type 0800 IP datagram 2 46-1500 bytes Type 0806 ARP request/reply PAD 2 28 bytes 18 Type 8035 RARP request/reply PAD 2 28 bytes 18 IKRM - Internet 17 Baumann Ferenc Maximum Transmission Unit Rövidítve: MTU Az adott hálózati technológián megengedhető maximális keretméret Ethernet: 1500 bájt adat 802.3: 1492 bájt adat Ha az IP datagramm mérete nagyobb, mint az MTU Fregmentáció, darabolás lép fel (általában) IP fejlécben jelzi, hogy az egyes fregmentumok hanyadik bájttól kezdődnek. IKRM - Internet 18 Baumann Ferenc
Példa 1501 bájtos IP datagramm Etherneten IP datagramm IP fejléc IP adat 20 bájt 1500 bájt 1 bájt IP fejléc UDP fejléc 1480 bájt adat IP fejléc 1 bájt adat Fragment Offset = 0 Fragment Offset = 1480 IKRM - Internet 19 Baumann Ferenc IP hálózati eszközök Hosts Ethernet Hub Ethernet Hub Hosts Bridge Router Tokenring Gateway X.25 Network IKRM - Internet 20 Baumann Ferenc
Hub Végpontok egy hálózaton belüli összekötetésére szolgál (Repeater) A csomagok között ütközések lehetségesek IKRM - Internet 21 Baumann Ferenc Bridge/Switch A bridge és a switch két v. több fizikai hálózat között hoz létre kapcsolatot és a csomagokat továbbítja ezek között bridge/switch az adatkapcsolati rétegen dolgozik IKRM - Internet 22 Baumann Ferenc
Ethernet Hub / Ethernet Switch Ethernet switch egy csomagkapcsoló Buffereli a csomagokat, hogy megelőzze az ütközéseket Minden portja elkülönül, ütközések egy porton belül lehetségesek Az Ethernet Hub nem bufferel: Ha két csomag egyszerre érkezik, akkor ütközés Hub Switch HighSpeed Backplane Input Buffers Output Buffers IKRM - Internet 23 Baumann Ferenc Router Routerek a Hálózati rétegben működnek IP hálózatokat kapcsolnak össze IKRM - Internet 24 Baumann Ferenc
Hálózati réteg IKRM - Internet 25 Baumann Ferenc TCP hivatkozási modell, összes protokoll IKRM - Internet 26 Baumann Ferenc
IP címek 193.160.1.5 193.160.1.1 193.160.2.1 Bináris formátum IP cím 32 bit hosszú 10-es számrendszerben, 4-es csoportba szedve: 1 IP cím 4 oktetből áll Minden hálózati interfész önálló címmel rendelkezik 193.160.2.83 11000001 10100000 00000001 00000101 193.160.1.5 IKRM - Internet 27 Baumann Ferenc Tradícionális IP címosztályok Az IP címek csoportokra osztottak: 5 osztály (A,B,C,D,E) Hálózat/hoszt azonosító hossza változik Általános célú címek: A,B,C osztályok Előző példa: C osztályú cím: Címosztály azonosítója Bináris formátum IP cím 11000001 10100000 00000001 00000000 193.160.1.0 IKRM - Internet 28 Baumann Ferenc
IP címek részei -példa 193.160.1.5 193.160.1.1 193.160.2.1 193.160.2.83 193.160.1.0 hálózat 193.160.2.0 hálózat 193.160.1.0 hálózat: Hosztok: 192.160.1.1... 192.160.1.254-ig Az első 24 bit: hálózat azonosító Bináris formátum IP cím 11000001 10100000 00000001 00000000 193.160.1.0 IKRM - Internet 29 Baumann Ferenc Hálózati maszk Net Mask A maszkkal a teljes IP címből kinyerhető a(z) (al)hálózati azonosító Meghatározza egy célcím esetén, hogy a célállomás az adott helyi hálózaton van-e, vagy azon kívül Használat: A forrás IP címét bitenként ÉSeljük a saját maszkkal. A cél IP címét szintén bitenként ÉSeljük ugyanezzel a maszkkal. Ha az eredmény egyező Egy hálózaton van a forrás és a cél IKRM - Internet 30 Baumann Ferenc
Net Mask példa 160.30.20.10 és a 160.30.20.100 egy hálózaton vannak, ha a maszk 255.255.255.0 IP Address 160.30.20.10 10100000 00011110 00010100 00001010 Subnet Mask 255.255.255.0 11111111 11111111 11111111 00000000 Result 160.30.20.0 10100000 00011110 00010100 00000000 IP Address 160.30.20.100 10100000 00011110 11001000 01100100 Subnet Mask 255.255.255.0 11111111 11111111 11111111 00000000 Result 160.30.20.0 10100000 00011110 00010100 00000000 IKRM - Internet 31 Baumann Ferenc Magán IP címek többszörös használata A magán IP címek az Internet felől nem látszanak Címfordítás (az átjáróban) 192.168.0.3 12.111.253.4 dfdslfsdflmsdf sdlfnsdlfnsdlfn sdlfsdfksdlfskf msdslfmsdflkf 192.168.0.1 12.111.253.4 154.161.34.2 154.161.34.2 Sflkslgnngvks kvnfvlndrfgvn alsrnfvlafnvk; wnsav;klwaml 154.161.34.2 12.111.253.4 12.111.253.4 192.168.0.3 Sflkslgnngvks kvnfvlndrfgvn alsrnfvlafnvk; wnsav;klwaml 192.168.0.2 dfdslfsdflmsdf sdlfnsdlfnsdlfn sdlfsdfksdlfskf msdslfmsdflkf WWW szerver 12.111.253.4 192.168.0.3 IKRM - Internet 32 Baumann Ferenc
Magán IP cím típusok 1 db Class A hálózat: 10.0.0.0-10.255.255.255 16 db Class B hálózat: 172.16.0.0-172.31.255.255 256 db Class C hálózat: 192.168.0.0-192.168.255.255 IKRM - Internet 33 Baumann Ferenc Alhálózatok - Subnet Alhálózatok kialakítása: Az címosztályok adta hálózatokon belül Alhálózatok kialakítása Kevesebb hoszttal Pl. Class A címek népszerűsítése: (Túl sok hoszt egy hálózaton) CLASS A 0 NET ID Eredeti HOST ID SUBNET ID 126 hálózat 254 alhálózat/hálózat 65534 hoszt/alhálózat HOST ID IKRM - Internet 34 Baumann Ferenc
Internet protokoll jellemzői Csomagokat továbbít, darabol és összerak Megbízhatatlan kapcsolatmentes datagramm szolgáltatást nyújt: Megbízhatatlan Nincs garancia a sikeres célbaérésre Legjobb szándékú szolgáltatás (best effort) Ha bármilyen hiba lép fel: Eldobja a datagrammot ICMP üzenet a forráshoz a hibáról kapcsolatmentes Nincs semmilyen állapotinformáció a datagrammokról A datagrammok sorrendje megváltozhat IKRM - Internet 35 Baumann Ferenc IP fejléc formátuma 32 bits (4 Bytes) Version IHL Type of Service Identification Time to Live Protocol Flags Source Address Total Length Fragment Offset Header Checksum IP fejléc hossza általában 20 bájt Destination address Options (variable) Padding DATA (variable) IKRM - Internet 36 Baumann Ferenc
Type Of Service 3 1 1 1 2 PRECEDENCE D T R UNUSED D = Delay, késleltetés T = Throughput, átviteli sebesség R = Reliability, megbízhatóság IKRM - Internet 37 Baumann Ferenc IP fejléc mezők2 Identification (16 bit): datagramm azonosítás Egyedi egy forrás-célcím pár esetén Flags (3 bit) Identification 32 bits (4 Bytes) Flags Fragment Offset More flag ha a datagramm fregmentált, és ez a csomag nem az utolsó fregmentum (még jön több darab is) DF do not fragment, fregmentálás letiltása reserved, foglalt Fragment offset (13 bit) Fregmentálás esetén megadja, hogy az adott fregmentum, az eredeti csomag hányadik bájtjától tartalmaz adatokat IKRM - Internet 38 Baumann Ferenc
Address Resolution Protocol IKRM - Internet 39 Baumann Ferenc TCP hivatkozási modell, összes protokoll IKRM - Internet 40 Baumann Ferenc
Jellemzők Az IP datagrammok közvetlen továbbításához a küldőnek ismernie kell a célállomás hardveres címét is (az IP címen felül) Pl. helyi hálózaton belül Az ARP protokollal lehetséges az IP címek alapján megkapni a hardver címet Helyi broadcast üzenetszórást használ az ARP A megszerzett IP-hardver cím párosokat az ARP gyorstárazza (cache) Legközelebbi küldés esetén nem kell újabb hardver címlekérdezés IKRM - Internet 41 Baumann Ferenc ARP működése Ha az IP címed 160.30.100.10, kérlek küldj egy választ nekem a hardver címeddel! Küldő 160.30.100.20 00-AA-00-12-34-56 Broadcast Unicast Célállomás 160.30.100.10 00-A0-C9-78-9A-BC 160.30.100.10 cím az enyém, a hardver címem pedig: 00-A0-C9-78-9A-BC IKRM - Internet 42 Baumann Ferenc
ARP csomag felépítése 32 bit (4 bájt) Hardware Type Protocol Type HLEN PLEN Operation code Sender s Hardware Address (Octets 0-3) Változó hosszúságú Sender HA (Octets 4-5) Sender IP (Octets 0-1) Sender IP (Octets 2-3) Target HA (Octets 0-1) Target HA (octets 2-5) Target IP (octets 0-3) IKRM - Internet 43 Baumann Ferenc Routing IKRM - Internet 44 Baumann Ferenc
Routing Routing - Router Folyamat, aminek során a hálózati protokollok csomagjai a célállomáshoz jutnak A routing tábla és a megvalósított protokollok szerint a routerek meghatározzák a beérkező csomagok útvonalát A hálózati protokollt nevezzük route-olt protokollnak Pl. IP, IPX, AppleTalk,... Router (optimális) Útvonalválasztást végző csomópont Egymással kommunikálnak A szomszédoktól szerzett információkat gyűjtik és tárolják Útvonalválasztó táblákat hoznak létre és karban tartanak Tartalmuk: <célcím, kimenő interfész> párok IKRM - Internet 45 Baumann Ferenc Egyszerű routing tábla - példa IKRM - Internet 46 Baumann Ferenc
Egyszerű routing tábla - példa Unix típusú rendszerben svr4> netstat -rn Routing tables Destination 140.252.13.65 127.0.0.1 default 140.252.13.32 Gateway 140.252.13.35 127.0.0.1 140.252.13.33 140.252.13.34 Flags UGH UH UG U Refcnt 0 1 0 4 Use 0 0 0 25043 Interface emd0 lo0 emd0 emd0 IKRM - Internet 47 Baumann Ferenc Statikus Routing protokollok osztályozása a routing tábla manuális kitöltése automatikusan soha nem frissítődik Dinamikus: a routerek egymás között kommunikálva a hálózat topológiájának megfelelően állítják elő az útvonalválasztó táblát Egyutas: minden célpont felé csak egy útat tárol Többutas: minden célpont felé több (esetleg minden) utat tárol. Ezek a protokollok képesek load balancingra (terhelés megosztás) IKRM - Internet 48 Baumann Ferenc
Distance vector protokollok csak a szomszédos routerek között kommunikálnak minden router elmondja összes szomszédjának: mekkora költségű utat ismer egy adott célponthoz arról nem szól, hogy az út merre vezet a routerek begyűjtik szomszédaiktól ezeket a hirdetéseket és kiválasztják, hogy ki hirdette a legolcsóbb utat az adott célpontokhoz a megfelelő csomagokat a legkedvezőbb irányba továbbítják saját költségüket a legkedvezőbbekhez hozzáadva ők is hirdetik az adott célponthoz vezető utat IKRM - Internet 49 Baumann Ferenc Link state protokollok 1. feltérképezik a hálózat topológiáját, 2. ebben a gráfban keresik a legrövidebb utat. A routerek egymás között csak saját interfészeik állapotát beszélik meg ezeket az információkat minden, a hálózatban lévő routerrel kicserélik ebből építi fel mindenki a saját (de egymással megegyező) topológiai gráfját IKRM - Internet 50 Baumann Ferenc
Link State Protokollok működése A link-state protokollok működése 2 részből áll: 1. minden állomás felderíti a hálózat topológiáját 2. a kapott gráfban megkeresi a legrövidebb útvonalat és az ahhoz tartozó első állomást Fontos! A routerekben lévő topológia megegyezzen Az optimális út kiválasztása ugyanúgy történjen (ha A router B felé számolja az optimális utat, B meg A router felé hurok!) IKRM - Internet 51 Baumann Ferenc Link State Protokollok működése 2 A hálózat topológiáját és a linkek állapotát leíró rekordok (link state records) terjesztésével tudatják egymással A begyűjtött információkat Link State Database-ban tárolják IKRM - Internet 52 Baumann Ferenc
Link State Database A 6 2 B C 5 2 1 2 G D 2 E 4 F 1 Link state Database A B C D E F G B/6 A/6 B/2 A/2 B/1 C/2 C/5 D/2 C/2 F/2 E/2 D/2 E/4 F/1 E/1 G/5 F/4 G/1 IKRM - Internet 53 Baumann Ferenc IP forgalomirányítás általában Hierarchikus (2 szintű) AS-ek közötti: EGP Exterior Gateway Protocols Tartományok közötti AS-en belüli IGP Interior Gateway Protocols Tartományon belüli AS Autonom System AS AS AS IKRM - Internet 54 Baumann Ferenc
TCP hivatkozási modell, összes protokoll IKRM - Internet 55 Baumann Ferenc Multicast útválasztás Egyazon csomag több címzetthez Multicastinggal hálózati-réteg szintű támogatást kapnak többrésztvevős hálózati alkalmazások Video on demand (VoD) Interaktív játékok stb. A multicast megvalósítható többszörös unicastinggal is Hátrány: sok pont-pont kapcsolat Küldő környékén redundáns többletforgalom IKRM - Internet 56 Baumann Ferenc
Multicast IKRM - Internet 57 Baumann Ferenc Multicast via unicast IKRM - Internet 58 Baumann Ferenc
Multicast protokollok 2 csoport LAN-to-Router IGMP R2R prot Router-to-Router Core Based Trees (CBT) Protocol Independent Multicast (PIM) Dense Mode Sparse Mode Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVRMP) Egyebek (MOSPF,...) IGMP IKRM - Internet 59 Baumann Ferenc