Train IT Hálózatok Almási Béla, Gál Zoltán Debreceni Egyetem 1
I. - Számítógép-hálózatok alapfogalmai 2
Számítógép-hálózat Számítógép-hálózat: Számítógéprendszerek valamilyen információátvitellel megvalósítható cél érdekében történő (hardveres és szoftveres) összekapcsolása. Célok: Erőforrás megosztás. Megbízhatóság növelése. Sebességnövelés. Emberi kommunikáció. 3
Számítógép-hálózatok osztályozása méretük szerint Kiterjedés < 1m 1 km 10 km 100 km < Megnevezés Multicomputer Helyi hálózat (LAN) Városi hálózat (MAN) Nagy kiterjedésű hálózat (WAN) 4
LAN-ok összetevői, alkotóelemei Számítógépek Hálózati kártyák Perifériás készülékek Hálózati átviteli közeg Hálózati készülékek 5
A WAN-ok feladatai 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 6
Hálózatok hozzáférhetősége Publikus hálózat: Széles körben (bárki) számára hozzáférhető hálózat (pl. Internet). Magán/Privát hálózat: Csak a tulajdonos intézmény számára hozzáférhető hálózat (nagy méretekben drága). Virtuális magánhálózat (VPN): olyan magánhálózat, amely nyilvános infrastruktúrán keresztül (például a világméretű interneten) privát típusú hozzáférést és adatátvitelt biztosít. 7
Számítógép-hálózati csomópont Csomópont (node): Önálló kommunikációra képes, saját hálózati címmel rendelkező eszköz (Pl. számítógép, nyomtató, forgalom-irányító). Egy kommunikációban egy csomópont működhet adó (forrás) illetve vevő (nyelő) funkcióval. A hálózati készülékek ill. eszközök csoportosítása: végfelhasználói csomópont: a számítógép, a nyomtató, a lapolvasó és minden más készülék, amely közvetlenül a felhasználónak nyújt szolgáltatásokat hálózati összekötő/összekapcsoló eszközök: olyan készülékek, amelyek a végfelhasználói csomópontokat összekapcsolva kommunikációra adnak módot 8
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: Analóg vivőjelre történő leképezés. A csatornába kerülő (modulált) jel előállítása a forrásból érkező modulálójelből és az analóg vivőjelből. Inverz folyamata a demoduláció. A modem a modulációt és demodulációt végző berendezés. 9
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 továbbítására 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. 10
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 Gbps = 1000 Mbps 11
Információátviteli kapcsolatok Pont-pont kapcsolat: Ha az információközlés csak két pont (egy adó és egy vevő) között zajlik, akkor pont-pont kapcsolatról beszélünk. Többpontos kapcsolat, üzenetszórás: Többpontos kapcsolatról 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). 12
Információátvitel irányítottság Egyirányú (szimplex) összeköttetés: Ha két kommunikációs pont között az információközlés csak egy irányban lehetséges, akkor egyirányú (szimplex) összeköttetésről beszélünk (pl. rádiós műsorszórás). Váltakozó irányú (halfduplex) 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). 13
Címzési alapfogalmak Egyedi cím (Unicast): Egy csomópont egy hálózati csatlakozójára (interfészére) vonatkozó azonosító. Mindenki cím (Broadcast): Egy tartományon (ún. broadcast domain) belül elhelyezkedő valamennyi csomópontot (ill. csomópontok interfészét) azonosító cím. 14
Számítógép-hálózati protokoll Protokoll: Szabályok és konvenciók összességének egy formális leírása, mellyel meghatározzák a hálózati eszközök (csomópontok) kommunikációját (kommunikációs szabályok halmaza). 15
Szerver-kliens architektúra 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. 16
Rétegelt hálózati architektúra 17
Rétegek (szintek), protokollok, interfészek 4/5 réteg interfész 3/4 réteg interfész 2/3 réteg interfész 1/2 réteg interfész 1. gép 5. réteg 4. réteg 3. réteg 2. réteg 1. réteg 5. réteg protokoll 4. réteg protokoll 3. réteg protokoll 2. réteg protokoll 1. réteg protokoll 2. gép 5. réteg 4. réteg 3. réteg 2. réteg 1. réteg Adatátviteli közeg 18
Rétegelt hálózati architektúra - fogalmak 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. N. réteg szolgáltatása: Azon művelethalmaz (szolgáltatás), melyet az N. réteg nyújt az N+1. Réteg számára (az interfészen keresztül). 19
Hálózati kommunikáció vázlata Réteg Forrás 5 M 5. réteg protokoll M Cél 4 H4 M 4. réteg protokoll H4 M 3 H3 H4 M1 H3 H4 M2 3. réteg protokoll H3 H4 M1 H3 H4 M2 2 H2 H3 H4 M1 T2 H2 H3 H4 M2 T2 2. réteg pr. H2 H3 H4 M1 T2 H2 H3 H4 M2 T2 1 20
Hálózati kommunikáció - fogalmak 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.) 21
Beágyazás - példa Adattá alakítják a képeket és a szövegeket. Szegmensekbe csomagolják az adatokat. A forrás- és a célállomás címét (IP cím) tartalmazó csomagba ágyazzák az adatszegmenst. A következő közvetlenül csatlakozó készülék fizikai kártyacímét (Ethernet-címét) tartalmazó keretbe ágyazzák a csomagot. Átalakítják a keretet az átviteli közegen továbbítható egyesek és nullák (bitek) sorozatává. 22
OSI referenciamodell Réteg 7 6 5 4 3 2 1 Applikációs réteg Prezentációs réteg Session réteg Transzport réteg Hálózati réteg Adatkapcsolati réteg Fizikai réteg PDU megnevezés APDU PPDU SPDU TPDU, Szegmens Csomag Keret Bit 23
TCP/IP - OSI modell leképezése 7 OSI Rétegek Applikációs réteg TCP/IP Rétegek Applikációs réteg 6 5 Prezentációs réteg Session réteg Nincs jelen a TCP/IP modellben 4 3 2 1 Transzport réteg Hálózati réteg Adatkapcsolati réteg Fizikai réteg Transzport réteg Hálózati réteg Hálózat elérési réteg 24
Hibrid referenciamodell 5 4 3 2 1 Applikációs réteg Transzport réteg Hálózati réteg Adatkapcsolati réteg Fizikai réteg 25
Hálózati kapcsolóelemek 26
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. 27
Hálózati kapcsolóelemek A részhálózatok - a kapcsolóelem működése alapján - különböző OSI rétegekben kapcsolhatók össze: OSI réteg Transzport réteg felett Kapcsolóelem Átjáró (gateway) Hálózati réteg Adatkapcsolati réteg Fizikai réteg Forgalomirányító (router) Híd (bridge) Jelismétlő (repeater) 28
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 összekapcsolást 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. 29
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). 30
Topológiák 31
Topológiák Fizikai topológia: A csomópontok térbeli elhelyezési, összeköttetési lehetőségeit vizsgálja. (Kábelezési topológia). Logikai topológia: A csomópontok logikai egymás utáni rendezettségét, sorrendjét vizsgálja. 32
Fizikai Topológiák Csillag (kiterjesztett csillag) Gyűrű 33
Fizikai Topológiák 34
Fizikai Topológiák Fa 35
II. - Fizikai Réteg 36
Az elektromosság az elektronok szabad áramlása. Az elektronok mozgását erősen korlátozó anyagokat szigetelőknek, a kevésbé korlátozó (ellenállásmentes) anyagokat vezetőknek nevezzük. A félvezetők olyan anyagok, melyek képesek az általuk vezetett elektromosság pontos szabályozására. Az ellenállás jele: R, mértékegysége az ohm, (Ω) Az áramerősség az áramkörön másodpercenként áthaladó töltésmennyiséget adja meg. Jele: I, mértékegysége: amper (A) A feszültség elektromos erő vagy nyomás, amely az elektronok és a protonok szétválasztásakor keletkezik. Jele: U, mértékegysége a volt (V) Ohm törvénye: U=I*R Elektromosság - alapismeretek 37
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. 38
Vezetékes médiumok csillapítása Csillapítás (db/km) 30 10 3 1 csavart érpár 3/8 koaxiális kábel Optikai szál 0,3 1 khz 1 MHz 1 GHz 1 THz 1000 THz Frekvencia 39
Csavart érpár Több csavart érpárt (4) fognak össze, és külső szigeteléssel látnak el. Az összefogott érpárokat árnyékolhatják (Shielded twisted pair, STP), vagy árnyékolás nélkül használják (UTP). 40
Csavart érpár fizikai jellemzők A legolcsóbb, legelterjedtebben használt átviteli közeg. Két szigetelt rézvezetéket szabályos minta szerint összecsavarnak. Többnyire néhány csavart érpárt (UTP esetén 4 db-ot) kötegelnek és védőszigeteléssel vonnak be. A csavarás csökkenti az áthallást az érpárok között és zajvédelmet biztosít. A csavarás hossza kicsit különbözhet az egyes érpárokban, hogy csökkenjen az áthallás. A huzal átmérője 0.4-0.9 mm. A legolcsóbb médium, a legkönnyebb vele dolgozni, de az adatátviteli sebessége és az áthidalható távolság erősen korlátozott. 41
Csavart érpár UTP Unshielded Twisted Pair (fotohal.hu) STP Shielded TP (www.rieztoshare.com) FTP Foiled TP (http://www.ostelsat.hu/) SFTP / FSTP Shielded Foiled / Fully Shielded TP (hyperlinesystems.com) 42
Csavart érpár átviteli jellemzők Átviteli jellemzők A csavart érpár csillapítása erősen függ a frekvenciától. Érzékeny az interferenciára és a zajra. Például a párhuzamosan futó AC hálózatból könnyen fölveszi az 50Hz energiát. A zavarások csökkentésére árnyékolást alkalmazhatnak (STP, FTP). Különböző csavarási hosszak használata a szomszédos érpárok közötti áthallást (crosstalk) csökkenti. Pont-pont analóg jelzéssel (néhányszor) 100KHz sávszélesség is elérhető (több hangcsatorna átvitele). Rövid távolságra (néhányszor) 100 Mbps sebesség is elérhető. 43
Csavart érpár típusok Category 5. UTP kábel és csatlakozók 100 MHz átvitelre. Korlátozott távolságra (100 méter) 100 Mbps sebességű átvitelt tesz lehetővé. Az új épületeket gyakran ezzel a kábellel huzalozzák be. Új szabványok: Cat5e a 4 érpár együttes használatát teszi lehetővé, Cat6: ~250MHz; Cat7 STP: ~600MHz.) STP: A csavart érpárakat külön-külön árnyékoló burkolattal vonják be. FTP: A csavart érpárokat egy közös árnyékoló burkolattal (fóliával) vonják be. (Olcsóbb, mint az STP, jobb mint az UTP.) 44
Csavart érpár RJ-45 végződtetés 45
RJ-45 csatlakozók érintkező kiosztása Egyenes RJ-45 aljzat (PC, router): Tx+ Tx- Rv+ Rv- 1 2 3 4 5 6 7 8 Kereszt RJ-45 aljzat (Switch, Hub): Rv+ Rv- Tx+ Tx- 1 2 3 4 5 6 7 8 Az azonos kiosztású RJ-45 aljzatokat (pl. pc-pc, hub-hub) keresztkábellel (568A 568B) kötjük össze. A különböző RJ-45 aljzatokat (pl. pc-hub, pc-switch, router-switch) egyenes kábellel (568A 568A, vagy 568B 568B) kötjük össze. Egyes eszközök érzékelni tudják a másik oldalon alkalmazott RJ-45 aljzat kiosztását, s ahhoz automatikusan alkalmazkodni képesek (auto sense). 46
Koaxiális kábel fizikai jellemzők Fizikai jellemzők Külső vezető Külső bevonat Belső vezető Szigetelés Koaxiális kábel keresztmetszete A kábel átmérője: 5-25 mm. A koncentrikus felépítés miatt kevésbé érzékeny a zavarokra és az áthallásra, mint a csavart érpár. Nagyobb távolságra használható és többpontos alkalmazásban több állomást támogat a csavart érpárnál. 47
Koaxiális kábel fizikai jellemzők Koax kábel külső köpeny belső vezeték szigetelés árnyékolás + külső vezeték A kábel átmérője: 5-25 mm. A koncentrikus felépítés miatt kevésbé érzékeny a zavarokra és az áthallásra, mint a csavart érpár. Nagyobb távolságra használható és többpontos alkalmazásban több állomást támogat a csavart érpárnál. 48
Koaxiális kábel Alkalmazásai Televízió adás továbbítása. Nagy távolságú telefon átvitel. Számítógépek összekapcsolása Helyi hálózatok. Átviteli jellemzők Analóg átvitel esetén néhány km-enként szükséges erősítés. Mintegy 400 MHz-ig használható. Digitális átvitel esetén km-enként szükséges jelismétlő használata. 49
Optikai szál 50
Optikai szál fizikai jellemzők Fizikai jellemzők Mag Burkolat Védőbevonat Optikai szál A kritikus szögnél kisebb szögben becsapódó fénysugarat elnyeli a bevonat Beesési szög Visszaverődési szög 51
Optikai szál fizikai jellemzők Fizikai jellemzők 2-125 μm átmérőjű hajlékony optikai szál fénysugár továbbítására képes. Optikai szálat üvegből és műanyagból is készítenek. A védőbevonat szintén üveg vagy műanyag, más optikai tulajdonságokkal rendelkezik, mint a mag. A külső műanyag burkolat a szennyeződés, kopás és egyéb külső hatások ellen nyújt védelmet. 52
Optikai szál - előnyök Alkalmazásai (pozitívumok): Nagyobb kapacitás Nagy adatátviteli sebesség érhető el (2 Gbps több 10 km-en). Kisebb méret és súly Kisebb csillapítás A csillapítás kisebb, és széles frekvencia tartományban állandó. Elektromágneses izoláltság Külső elektromágneses hatásokra nem érzékeny, nincs áthallás. Nem sugároz energiát, ezért nem hallgatható le. Nehéz az üvegszálat megcsapolni. Nagyobb ismétlési távolság Kevesebb ismétlő kevesebb hibalehetőséggel és alacsonyabb költséggel jár. A technológia egyre fejlődik: pl. 3,5 Gbps adatátviteli sebesség 318 km távolságra ismétlés nélkül (AT&T, 1990). 53
Optikai szál Alkalmazásai Nagyvárosi fővonalak Vidéki nagytávolságú fővonalak (trunk) Telefonközpontok fővonalai Előfizetői hurkok Helyi hálózatok Átviteli jellemzők 10 14-10 15 Hz (infravörös) tartományban működik. 3 változatát használják: több módusú (multi mode) egy módusú (single mode) több módusú, emelkedő törésmutatójú (multi mode graded index) Fényforrás lehet: LED Lézer dióda. 54
Optikai szál típusok Átviteli jellemzők Több módusú szál A fényforrásból különböző szögben kilépő fénysugarak különböző szögben verődnek vissza a két optikai közeg határáról, ezért különböző utat tesznek meg különböző idő alatt. Ezért a fényimpulzusok torzulnak. Emiatt az adatátviteli sebesség csökken. Egy módusú szál A mag átmérőjét csökkentve a hullámhossz méretére, csak a tengely irányú fénysugár jut át. A fényimpulzusok nem torzulnak, nagyobb adatátviteli sebesség érhető el. Több módusú, emelkedő törésmutatójú szál A mag anyagának törésmutatója a tengelytől távolodva növekszik. Ez mintegy fókuszálja a fényt. E típus tulajdonságai az előző kettő közé tehetők. 55
Optikai szál típusok 56
Vezeték nélküli hálózati technológiák 57
Vezeték nélküli kommunikáció alapfogalmak Hullám: Olyan változás, mely pontról-pontra (ciklikus jellegű) energiaátvitelt eredményez. Amplitúdó: A nulla és a maximális jelmagasság közötti távolság. Frekvencia (F): Egy másodperc alatt bekövetkező ciklusok száma. Periódusidő (T): Egy ciklus ideje T = 1/F. Hullámhossz (λ): Két azonos jelmagasság-érték távolsága. C = Fλ = 300 000 m/s (fénysebesség) 58
Vezeték nélküli átvitel Az elektromágneses jelek átvitelét és érzékelését antennák végzik. Három frekvencia-tartomány jöhet szóba vezetéknélküli átvitelre: 2 GHz - 40 GHz (mikrohullámú átvitel) (irányított) 30 MHz - 1 GHz (rádiófrekvencia) (mindenirányú) 3 10 11-2 10 14 Hz (infravörös) A nagyobb frekvenciájú jelek jobban fókuszálhatók. A sugárzásnak két módja van: Irányított Mindenirányú (irányítatlan) Irányított esetben az antenna fókuszált elektromágneses sugarat bocsát ki, a vevő antennát pontosan kell pozícionálni. Mindenirányú sugárzás sok antennával vehető. 59
Vezeték nélküli technológiák Helyi hálózati technológiák (WLAN, Wi-Fi): Egy intézményi LAN hálózat vezeték nélküli kiterjesztése. Szabadon használható frekvenciák (2.4 GHz, 5 GHz). Fényszerű terjedés. 2.4 GHz a víz rezonancia-frekvencia közelében! Mobilitás biztosítása az intézményi adatkommunikációs hálózaton. Nagy távolságú összeköttetés biztosítása (GPRS, EDGE, UMTS). Globális hálózati hozzáférést biztosít. A mobiltelefonos technológia kiterjesztése adatátviteli célokra. Használati (átviteli) díj fizetés. 60
WLAN eszközök Bázisállomás (Access Point, AP): A kliensek (mobil eszközök) számára biztosítja a vezetékes hálózathoz (Internet) való hozzáférést. Híd (Bridge): Két vezetékes LAN összekapcsolására szolgáló eszköz. Az összekapcsolás adatkapcsolati rétegben történhet. Kliens adapter: Hálózati csatlakozókártya a vezeték nélküli hálózathoz. RF eszközök: antennák, kábelek, csatlakozók. Wi-Fi Certification! 61
Antennák Antenna: A RF jel kibocsátására ill. vételére kifejlesztett eszköz. Az antenna jelkibocsátásának erőssége lehet irányítatlan vagy irányított. Antenna nyereség (gain): Az izotrópikus (elméletben létező, pontszerű gömbsugárzó) antennához képest viszonyított térerősség (teljesítmény) változás. A nyereség azt méri, hogy az antenna milyen jól fókuszálja a kibocsátott RF energiát. (mértékegysége: dbi) 62
Irányítatlan Antennák Izotrópikus antenna: Elméletben létező gömbsugárzó (0 dbi). Dipol antenna: Rúd formájú körsugárzó antenna (2.2 dbi). 63
Irányított Antennák Yagi antenna: RF Tükrökkel és irányítást adó elemekkel felszerelt antenna (12 dbi). 64
Irányított Antennák Yagi antenna: RF Tükrökkel és irányítást adó elemekkel felszerelt antenna (12 dbi). Parabola antenna: Parabolatükörrel, s a fókuszpontba tett fejjel felszerelt antenna (22 dbi). 65
WLAN üzemmódok Infrastruktúra: A mobil eszközök az intézményi (vezetékes) hálózathoz kapcsolódnak egy rádiós hozzáférési ponton keresztül (Access Point, AP). A mobil eszközök egymással közvetlen rádiós kommunikációt nem folytatnak. Ad-hoc: A mobil eszközök közvetlenül egymáshoz kapcsolódnak a rádiós interfészükön keresztül. Sok gép esetén nem hatékony. 66
WLAN logikai architektúrák BSS (Basic Service Set): Egy rádiós interfész (AP) hatósugarában működő hálózati környezet. A hálózati környezet azonosítására egy szöveges azonosítót (SSID) használnak. IBSS (Independent BSS): Több, egymástól függetlenül működő BSS. Tipikusan Ad-hoc hálózatoknál elterjedt a használata. DS (Distributed Systam): Több BSS összekötése (rádiós vagy vezetékes infrastriktúrán keresztül). ESS (Extended Service Set): Több BSS (DS összeköttetéssel). A BSS-ek között átjárás lehetséges hálózati kapcsolatvesztés nélkül (Roaming). 67
802.11 802.11b: 2.4 GHz-en 13 db 5 MHz sávszélességű (átfedő) csatorna (EU). Négy különböző kódolási és modulációs technológiával négy különböző adatátviteli sebesség: - 11 Mbps (legkisebb hatókör) - 5.5 Mbps - 2 Mbps - 1 Mbps (legnagyobb hatókör) 802.11g: 2.4 GHz-en új kódolási és modulációs technológia (PBCC, OFDM). 54 Mbps adatátviteli sebesség. A frekvencia (2.4 GHz) megtartása visszafelé kompatibilitási lehetőséget kínál a 802.11b rendszerekhez 68
802.11 802.11n: 2.4GHz/5 GHz-en is működő technológia 600 Mbps adatátviteli sebesség. Kétszeres hatótávolság a g-hez képest. 802.11a: 5 GHz-en működő technológia (erősen fényszerű terjedés). 54 Mbps adatátviteli sebesség. Külön RF egységet (5 GHz) igényel. 69
Wireless Security SSID: Nem védelmi tényező (csak azonosító, lehallgatható). WEP (Wired Equivalent Privacy): RC4 titkosítás, a szabványban 64 bites kulcs, egyes gyártó implementációkban 128 bites kulcs (is) használható. Ma már nem biztonságos, free szoftverekkel a kulcs (128 bites is!) kikereshető a forgalom elemzésével. MAC address filtering: A kliensek MAC címe alapján engedélyezhető, vagy tiltható a csatlakozás. 802.11 nem specifikálja. WPA (Wi-Fi Protected Access): A 802.11i (második generációs) biztonsági elemeit (részben) tartalmazó rendszer (Extensible Authentication Protocol, EAP; Temporary Key Integrity Protocol, TKIP). 70
Vezeték nélküli, mobil eszközök 71
PDA (Personal Digital Assistant) Miniszámítógép, a napi használatban legfontosabb applikációkat tartalmazza (Naptár, Határidőnapló, Címlista, Számológép, Web-böngésző, Játékok). Érintőképernyős kijelzővel tervezték. Virtuális billentyűzet. PC-s szinkronizáció (Speciális kábel vagy Bluetooth kapcsolat, ActiveSync szoftver). Memóriakártyás (SD,CF) bővíthetőség. Új alkalmazási lehetőségek (kamera, GPSnavigáció). 72
BlackBerry Kézi kommunikációs eszköz, képernyővel, billentyűzettel, e-mail és WAP kezelésre. Általában e-mail bárhol funkcionalitásban használják. ( Blackberry-s Imádkozók ) Új modellek: Mobiltelefonos szolgáltatások kiegészítése fax, e-mail, (és esetleg más Internet kliens) felületekkel. Nem érintőképernyős kijelzővel tervezték. 73
MDA A High Tech Computer Corporation, HTC Wizard készüléke. Mobiltelefon + PDA + Billentyűzet Számos szolgáltatás, applikáció. Érintőképernyős kijelző. 74
Wifi + 3G Egyesíti a korábbi funkciókat Alkalmazások Felhő alapú szolgáltatások smartphone, tablet, phablet Forrás: http://www.xperia-z.net 75
WAN kábelezési technológiák Otthoni hozzáférés betárcsázó (dial-up) modem 56kb/s, lefoglalja a telefonvonalat, lassú, már meglévő telefonvonalon működik DSL (Digital Subscriber Line): Telefontársaságok szolgáltatják a már meglévő vezetéken. FDM (frekvenciaosztásos multiplexelés) (1,544-2,048 Mbit/s) HFC (hybrid fiber-coaxial cable): jellemzően a kábeltv hálózat kiterjesztése. Osztott adatszóró közeg, TDM (időosztásos multiplexelés) Vállalati hozzáférés Jellemzően helyi alhálózatokat alakítanak ki csillag topológiával, melyet egészében kapcsolnak az útvonalválasztóhoz. Debrecen FDDI - Fiber Distributed Data Interface Vezeték nélküli hozzáférés Jellemzően két fajtája van: WiFi, mobilinternet 3G (3. generációs mobilinternet), 4G WiMax (telefonhálózattól független nagysebességű hozzáférés) 76
III. - Adatkapcsolati Réteg LAN Adatkapcsolati réteg megoldások 77
Kódolások NRZ Non Return to Zero NRZ, NRZI Az 1 jel teljes idejében alacsony feszültségszint A 0 jel teljes idejében magas feszültségszint NRZI Non Return to Zero Inverted Az 1 jel esetén történjen feszültségváltás A 0 jel esetén ne történjen semmi 78
Kódolások RZ RZ Return to Zero Az 1 jel esetén történjen feszültségváltás lefelé A 0 jel esetén ne történjen semmi 79
Kódolások Manchester code / PE PE Phase Encode Az 1 jel esetén történjen feszültségváltás lefelé A 0 jel esetén történjen feszültségváltás felfelé 80
ALOHA Közegelérés: Réselt ALOHA Az átviteli közeg elérési idejét résekre osztjuk. Ha küldendő keret van, a következő időrésben kiküldjük Ha ütközés volt, akkor a következő résben p valószínűséggel újraküldjük, amíg végül sikeres nem lesz a küldés Egyszerű ALOHA Nincsenek rések, ha küldendő keret van rögtön továbbítjuk Ha ütközés volt,a keret küldése után p valószínűséggel újrküldünk És 1-p valószínűséggel várunk még egy keretidőt 81
CSMA(/CD) Közegelérés: CSMA Carrier Sense Multiple Access Adás előtt belehallgatunk a csatornába, hogy szabad-e Ha igen, megkezdjük az adást Ha nem, véletlen ideig várunk CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection Ha valaki velem azonos időben kezd adni, elhallgatok és véletlen ideig várok 82
Fizikai cím Egyedi eszközazonosító, kiosztását az IEEE felügyeli Formája: xx:xx:xx:xx:xx:xx ahol x hexa számjegy Azonos gyártótól származó eszközök fizikai címének első három bájtja azonos Kérdés: Az alábbi karaktersorozatok közül melyek lehetnek fizikai címek? A lehetséges fizikai címek közül melyek tartoznak azonos gyártóhoz? F1:19:63:DC:95:24 D9:14:FF:34:A5:BB F1:19:53:BA:5C:11 F1:19:63:34:A5:BB F1:19:63:H5:54:C4 D9:14:FF:DC:95:24 A1:19:55:CD:0F
IEEE LAN szabványok Hálózati réteg IEEE 802 Logical Link Control Medium Access Control Physical 802.2 802.3 802.4 802.5 Adatkapcsolati réteg Fizikai réteg ISO referencia modell Átviteli közeg 802.2 = Logical Link Control Protocol 802.3 = CSMA/CD 802.4 = Token bus Közeghozzáférési 802.5 = Token ring protokollok Az IEEE 802 protokoll család 84
Ethernet (CSMA/CD) 85
Ethernet fizikai technológiák 10BASE-T: átviteli sebesség 10 Mbit/s, az átvitel típusa digitális, a T a csavart érpár (twisted pair) használatára utal. Max. kábelhossz 100m. 10BASE-2: átviteli sebesség 10 Mbit/s, az átvitel típusa digitális, a 2-es szám arra utal, hogy a maximális szegmensméret 200 méter. Egy 10BASE2 szegmensen legfeljebb 30 állomás lehet. 10BASE-5: átviteli sebesség 10 Mbit/s, az átvitel típusa digitális, az 5-ös szám arra utal, hogy a jeleket 500 méteres távolságra lehet eljuttatni. 5-4-3-2-1 szabály (milyen mélységig köthetők egymás alá HUB-ok): Öt szegmensnyi átviteli közeg (max. 2500 méter). Négy ismétlő vagy hub. Három állomások csatlakoztatására használható szegmens. Két állomások nélküli összekapcsoló szegmens. Egyetlen nagyméretű ütközési tartomány. 86
Ethernet keretformátum Átvitel iránya Előtag Keret kezdet határoló Cél állomás címe Küldő állomás címe Hossz/Típus 7 byte: 7 x 10101010 (Szinkronizáció) 1 byte: 10101011 6 byte: 1-3 byte a gyártó azonosítója, 4-6 byte a sorszám 6 byte: 1-3 oktet a gyártó azonosítója, 4-6 sorszám 2 byte Adat 0-1500 byte Töltelék (ha kell) CRC 0-46 byte: A kerethossz nem lehet kisebb, mint 64 byte 4 byte IEEE 802.3 / Ethernet keret formátum 87
Ethernet Működési paraméterek Átviteli sebesség Résidő 10 Mbps (Manchester kódolás) 512 bit-idő Keretek közti idő 9,6 µs Átviteli kísérletek max. száma 16 Zavaró bitek száma (jam size) Legnagyobb kerethossz Legrövidebb kerethossz 32 bit 1518 byte 512 bit (64 byte) Célcím lehet Egy állomás pontos címe Csupa 1 bit: üzenetszórás (broadcast), az üzenetet minden állomás veszi. A küldő állomás címe nem lehet többes cím! 88
Ethernet kerettovábbítás (CSMA/CD) Várakozás továbbítandó keretre. Keret formázása. I Csatorna foglalt? N Keretek közötti idő kivárása. Átvitel elindítása Van ütközés? I N Átvitel befejezése. Átvitel befejezésének jelzése. Kísérletek max. száma elérésének jelzése. MAC alréteg működése: keret továbbítás I Zavaró jelek küldése. Kísérletek számának növelése. Elértük a max. kísérlet számot(16)? N Késleltetés kiszámítása, s a véletlen idő kivárása. 89
Ethernet kerettovábbítás A keret ismételt továbbítása idejének meghatározása: A résidő vagy körbejárási késleltetés az az idő amennyi idő alatt a keret első bitje a két legtávolabbi állomás között kétszer megfordul. Ennyi idő alatt az állomások biztonsággal észlelik az ütközést. (Kábel késleltetés: ~5μs/1000m.) Résidő = 2 * (kábelkésleltetés + ismétlők késleltetése )+ tartalék idő Résidő = 51.2 μs (2 * (2.5 km + 4 ismétlő késleltetése), 512 bit átvitelének ideje) A várakozási idő a résidő véletlen számú többszöröse, amely az átviteli kísérletek számának függvénye: 1. ütközés 0 vagy 1 résidőnyi várakozás véletlenszerűen 2. ütközés 0, 1, 2 vagy 3 résidőnyi várakozás véletlenszerűen 3. ütközés 0, 1, 2 7 résidőnyi várakozás véletlenszerűen. 10. ütközés 0 (2 10-1) résidőnyi várakozás véletlenszerűen 11. ütközés - -. - - 15. ütközés - - 16. ütközés után nem az interfész kártya nem próbálkozik tovább, jelzi az átvitel sikertelenségét. 90
Ethernet keret fogadás N Van bejövő jel? Csatorna foglaltságának jelzése. Bit szinkronizálás, várakozás a keret-kezdet határolóra. Keret beolvasása. I CRC és kerethossz OK? N Cél-cím = saját cím vagy broadcast cím? Keret továbbítása a felsőbb protokoll rétegnek feldolgozásra. I I N Keret eldobása. MAC alréteg működése: keret fogadás 91
Fast Ethernet (802.3u) Kifejlesztésének célja: 10 Base T Ethernet-hez (IEEE 802.3) 10-szeres átviteli sebesség elérése, Kábelezési rendszer megőrzése, MAC módszer és keret formátum megtartása. A 10 Base T hálózatok nagy része 100 m-nél rövidebb kábelekkel csatlakozott az ismétlőhöz. Két állomás távolsága legfeljebb 200 m. 100 Mbps átviteli sebesség esetén 512 bit átviteli ideje alatt a legtávolabbi állomások is érzékelik az ütközést. Így a maximális hosszak lerövidítésével a CSMA/CD MAC módszer megtartható. A szabvány: 100BASE-TX fél-duplex módban 100 Mbit/s, duplex módban pedig 200 Mbit/s sebességű adatátvitelre képes. 100BASE-FX különálló adási (Transmit, Tx) és vételi (Receive, Rx) útvonalai összesen 200 Mbit/s sebességű átvitelt tesznek lehetővé. 92
100 Base X (100BaseTX, 100BaseFX) Különböző médiumokra (X) tervezték: Category 5 árnyékolatlan (UTP) kábel, Category 5 árnyékolt (STP) kábel, Optikai szál Fast Ethernet (802.3u) Az FDDI hálózatra kifejlesztett 4B5B (4B/5B) bit kódolást adaptálták a 100 Base X-re. Az adat minden 4 bitjét (nibble) 5 biten kódolnak. Csak olyan 5 bites szimbólumokat használnak, amelyben legfeljebb két 0 bit van egymás mellett. A garantált 2 bitenkénti jel átmenet jó bit szinkronizálást biztosít. A 100BASE-TX változat 4B/5B kódolást használ, amely után összekeverést és többszintű átvitel (Multi-Level Transmit, MLT-3) kódolást végez. 93
4B/5B bitkódolás Adat szimbólumok 4 bites adatcsoport 5 bites szimbólum 0000 11110 0001 01001 0010 10100 0011 10101 0100 01010 0101 01011 0110 01110 0111 01111 1000 10010 1001 10011 1010 10110 1011 10111 1100 11010 1101 11011 1110 11100 1111 11101 Vezérlő szimbólumok IDLE 11111 J 11000 K 10001 T 01101 R 00111 S 11001 QUIET 00000 HALT 00100 4B5B kódok 94
Gigabit Ethernet (802.3ab, 802.3z) 1000BASE-TX: Cat5e UTP kábelre (802.3ab). A Cat5e kábelek megbízhatóan legfeljebb 125 Mbit/s sebességre képesek. A Gigabites sávszélesség biztosítására mind a négy érpárt használatba vették Egyetlen érpáron is duplex átvitelt lehetővé tévő áramkörökre (ún. hibrid áramkörökre) van szükség; segítségükkel a sávszélesség 250 Mbit/s-ra nőtt. A négy érpár alkalmazásával elérhetővé vált a kívánt 1000 Mbit/s sebesség. 1000BASE-SX: 850 nm-es lézer vagy LED-es fényforrás többmódusú optikai szálon Olcsóbb, kisebb távolságok áthidalására alkalmas. 1000BASE-LX: 1310 nm-es lézerforrások egy- vagy többmódusú optikai szálon. Az egymódusú optikai szálakon lézert használva akár 5000 méteres távolságra is továbbíthatók a jelek. Az adásra (transmit, Tx) és a vételre (receive, Rx) külön optikai szál szolgál, az összeköttetés eleve duplex jellegű 95
Ethernet összefoglalás 96
Ethernet - Időzítések Ethernet átviteleknél egy-egy átvitel nem lehet rövidebb egy résidőnél A résidőket a legnagyobb szabályos hálózati architektúra és a leghosszabb megengedett kábelszakaszok alapján lehet kiszámítani 10 és 100 Mbit/s sebességű Ethernetnél a résidő 512 bit vagyis 64 oktett 1000 Mbit/s sebességű Ethernetnél a szeletidő 4096 bit, vagyis 512 oktett Ütközések észlelésekor 32 bites torlódási jelet kell használni A két nem ütköző keret közötti minimális kihagyást kerettérköznek nevezzük Egy-egy keret elküldése után a 10 Mbit/s sebességű Ethernet hálózatokban minden állomásnak legalább 96 bitnyi ideig (9,6 mikroszekundum) várnia kell Ha ütközés történik, minden állomás a kerettérköz lejárására várva szabadon hagyja a kábelt 97
Ethernet kapcsolás 98
Ethernet - szegmentálás Ütközési tartomány akkor jön létre, ha több számítógép is csatlakozik ugyanahhoz a megosztott átviteli közeghez, médiához. A második rétegbeli készülékek felosztják az ütközési tartományokat. Ezek az Ethernet készülékekhez rendelt MAC-címek alapján szabályozzák a keretek továbbítását. Második rétegbeli készüléknek a hidak és a kapcsolók számítanak. A második és harmadik rétegbeli készülékek az ütközéseket nem továbbítják. Az ütközési tartományokat a harmadik rétegbeli készülékek is kisebb tartományokra osztják. 99
Ethernet kapcsolók (switch-ek) A kapcsoló lényegében egy gyors működésű, többportos (2. rétegbeli) híd. Mindegyik port külön ütközési tartományt hoz létre. (Pl. egy 24 portos kapcsoló 24 különálló ütközési tartományt hoz létre.). A kapcsolók minden portjukhoz egy táblázatban (ún. kapcsolási táblában) tárolják le az adott porton elérhető gépek Ethernet címét (vagy más néven MAC címét). A kapcsolók dinamikusan töltik fel és tartják karban kapcsolási táblájukat (az érkező keretek forráscíme alapján). A kapcsolási táblát egy ún. tartalom szerint címezhető memóriában tárolják (content-addressable memory, CAM). A CAM olyan memória, amely a hagyományos memóriákhoz képest fordítottan működik: ha valamilyen adatot táplálunk be (Ethernet cím), a hozzá tartozó memóriacímet adja kimenetként. A CAM révén a kapcsolók kereső algoritmus futtatása nélkül is meg tudják találni az adott MAC-címhez tartozó portot. 100
Ethernet kapcsolás A kapcsoló a beérkező Ethernet keret célcímét keresi a kapcsolási táblájában: Ha a célcím üzenetszórási cím (48 db 1-es bit érték), akkor a keretet a kapcsoló valamennyi portján továbbítja (kivéve az érkezési portot). Ha a célcím nem található meg a kapcsolási táblában, akkor valamennyi portján továbbítja a keretet (kivéve az érkezési portot). Ha a célcím megtalálható a kapcsolási táblában, akkor a hozzá tartozó porton továbbítja a keretet (feltéve, hogy az nem azonos a keret érkezési portjával). 101
Ethernet kapcsolás Kapcsolási módszerek: Tárol és továbbít: A keret továbbítása a teljes keret megérkezése után kezdődik meg. A kapcsoló újraszámítja a keretellenőrző összeget (FCS), s ha a keret hibás eldobja. Közvetlen kapcsolás: A célcím (6 byte) megérkezése után azonnal megkezdődik a keret továbbítása a kimeneti porton. Töredékmentes kapcsolás: A minimális keretméret (64 byte) megérkezése után kezdődik a keret továbbítása a kimeneti porton. (Esetlegesen ütköző keret nem kerül továbbításra.) 102
IV. - Hálózati réteg 103
Az IP hálózati protokoll IP (Internet Protocol) RFC 791 A TCP/IP referenciamodell hálózati réteg protokollja. Széles körben használt, az Internet alapeleme. Legfontosabb jellemzői: IP fejrész szerkezete.» 32 bites szavakból áll.» Minimum 5, maximum 15 szó hosszú. IP címzés, címosztályok. Darabolás (fragment) támogatás. Összeköttetés mentes (datagram) szolgáltatás a transzport réteg felé. Ethernet keret típus értéke: 0x0800. 104
Internet fejrész szerkezete Verzió IHL Szolgáltatás típusa Teljes hossz Azonosító D F M F Fragment offset TTL Transzport réteg protokoll Fejrész ellenőrző összeg Feladó (forrás) IP címe Címzett (cél) IP címe Opcionális mező(k) 105
IP címek A csomópont hálózati rétegbeli azonosítója. Pontozott decimális megjelenítés pl. 157.45.190.57 Az azonosítók kezelése InterNIC, IANA. Nem egyedi címeket, hanem címtartományokat (hálózat azonosítókat) osztanak ki az intézményeknek. Az IP cím eleje a hálózat azonosítója, a vége a csomópont azonosítója (a hálózaton belül). Az IP forgalomirányítás a hálózati azonosítókra épül. Hány bit hosszú legyen a hálózat azonosítója? Ha túl kicsi, akkor a nagy tartományok kihasználatlanok. Ha túl nagy, akkor csak kis alhálózatok kezelhetők. 106
IP címek IP cím: hierarchikus logikai azonosító. A hálózaton minden csomópontnak rendelkeznie kell legalább egy IP-címmel. Felépítése: 4 bájtos azonosító pontozott decimális formában (8 bitenként) 1 bájt átváltása decimális számmá: 1 0 0 1 1 0 1 1 128 64 32 16 8 4 2 1 128+16+8+2+1 = 155 Feladat: Alakítsd át a 11000000 10101000 00000000 11111010 IP címet pontozott decimális formájúra Megoldás: 192.168.0.250 107
Pontozott decimális formájú IP cím visszaalakítása bináris formára Példa: 193.6.181.75 Bájtonként kell átalakítani IP címek 193?>= 128 193-128= 65?>= 64 65-64= 1?>= 32 1?>= 16 1?>= 8 1?>= 4 1?>= 2 1?>= 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 01 10 1 0 1 1 01 01 0 1 0 0 10 11 Megoldás: 11000001 00000110 10110101 01001011 108
Hálózati maszk (netmaszk) Olyan 32 tagú bitsorozat, melyben 1 értékkel helyettesítettük a kapcsolódó IP-cím hálózati azonosító bitjeit és 0-val a csomópont azonosító biteket. Prefix hossz: a netmaszk elején elhelyezkedő 1-ek száma Példa: 17 prefix hosszú netmaszk: 11111111 11111111 10000000 0000000 Szokás az ip után / jellel elválasztva megadni (129.6.181.75/17) vagy pontozott decimális alakban: 255. 255. 128. 0 Hálózat azonosító = IP & netmaszk 129.6.181.75 10000001 00000110 10110101 01001011 255.255.128.0 11111111 11111111 100000001 00000000 & 10000001 00000110 100000001 00000000 HA 129. 6. 128. 0 Feladat: Mi a hálózat azonosítója a 129.6.231.132 IP című hosztnak 16 és 26 prefix hosszúságú netmaszk esetén? Megoldás: (129.6.0.0; 129.6.231.128) 109
Hálózati maszk (netmaszk) Csomópont azonosító = IP &!netmaszk 129.6.181.75 10000001 00000110 10110101 01001011 255.255.128.0 00000000 00000000 011111110 11111111 & 00000000 00000000 001101010 0110101 01001011 CSA 0. 0. 53. 75 Feladat: Mi a csomópontazonosítója a 129.6.231.132 IP című hosztnak 16 és 26 prefix hosszúságú netmaszk esetén? Megoldás: (0.0.231.132; 0.0.0.4) Példa feladat: Adott a 172.19.135.44/22 IP cím - add meg a hozzá tartozó netmaszkot pontozott decimális alakban - határozd meg a fentiekből a hálózati azonosítót pontozott decimális alakban - határozd meg a csomópontazonosítót pontozott decimális alakban 110
IP címosztályok Bit# 1 7 24 A osztály 0 Network # Host # Bit# 1 1 14 16 B osztály 1 0 Network # Host # Bit# 1 1 1 21 8 C osztály 1 1 0 Network # Host # 111
Első bájt szabály Kezdőbit(ek) 1. Bájt értéke Osztály 0 0-127 A 10 128-191 B 110 192-223 C 112
Alapértelmezett hálózati maszkok Az egyes osztályokhoz tartozó hálózati maszkok: A osztály: B osztály: C osztály: Hálózati maszk: 255.0.0.0 Prefix hossz: 8. Hálózati maszk: 255.255.0.0 Prefix hossz: 16. Hálózati maszk: 255.255.255.0 Prefix hossz: 24. 113
Speciális IP címek 00000000.00000000.00000000.00000000 Nem specifikált host. 11111111.11111111.11111111.11111111 Broadcast az aktuális hálózaton. Network 00000000.00000000 Network 11111111.11111111 A megadott hálózat azonosítója. Broadcast a megadott hálózaton. 01111111 Bármi Loopback 114
Kiosztható IP címek Egy adott hálózatban a címtartomány a hálózati azonosítótól (HA 0...0) az adott hálón értelmezett üzenetszórási címig terjed (HA 1...1) Ugyanezen hálózaton a kiosztható címek halmaza a címtartomány, kivéve a hálóazonosítót és az üzenetszórási címet Feladat: Határozzuk meg a 150.6.128.0/18 hálózatban a címtartományt, a legkisebb és a legnagyobb kiosztható címet Megoldás: Címtartomány 150.6.128.0 150.6.191 191.255 Legkisebb cím 150.6.128.1 Legnagyobb cím 150.6.191 191.254 115
Kiosztható IP címek Netmaszk: 255.255.192.0 11111111 11111111 11000000 00000000 Hálózati azonosító: 150.6.128.0 10010110 00000110 10000000 00000000 Legkisebb cím: Legnagyobb cím: 11000001 00000110 10000000 00000001 150. 6. 128. 1 11000001 00000110 10111111 111111 11111110 150. 6. 191. 254 Megoldás: Címtartomány 150.6.128.0 150.6.191 191.255 Legkisebb cím 150.6.128.1 Legnagyobb cím 150.6.191 191.254 116
A Kettős címrendszer problémái 117
A kettős címrendszer problémái A hálózati és az adatkapcsolati rétegben két független címrendszert (IP címek rendszere, Ethernet címek rendszere) kezelünk. Az adatkapcsolati réteg enkapszulációjához (az Ethernet keret összeállításához) meg kell határozni az IP címhez tartozó fizikai címet (MAC címet). Bizonyos helyzetekben (pl. Hálózati boot esetén, központi IP címkiosztás esetén) szükség lehet arra, hogy az Ethernet cím alapján határozzák meg az IP címet. 118
Hálózati cím > Fizikai cím (ARP) ARP (Address Resolution Protocol) RFC 826 Minden node egy táblázatban (ARP táblázat) tartja nyilván a hálózati címekhez tartozó fizikai címeket. Hogyan kerül be egy új adat (címpár) a táblázatba? 1. ARP kérdés: Ki tudja az X hálózati cím fizikai címét? 2. A kérdés keretét üzenetszórásos küldéssel az alhálózat valamennyi csomópontja megkapja és feldolgozza. 3. Ha valamely csomópont magára ismer az X hálózati címben, akkor a saját fizikai címével megválaszolja az ARP kérdést. 119
ARP keret szerkezete Hardver típusa Protokoll típusa Fiz. cím hossza Hál. cím hossza Feladó fizikai címe Művelet kód Feladó fizikai címe Feladó IP címe Feladó IP címe Cél fizikai címe Cél fizikai címe Cél IP címe 1.-2. szó: Általános ARP fej. 3.-6. szó: IPv4/Ethernet specifikus adatrész. Az Ethernet keret típus értéke: 0x0806 120
Fizikai cím > Hálózati cím (RARP) RARP (Reverse Address Resolution Protocol) RFC 903 Csak speciális esetekben szükséges (pl. hálózati boot). Egy (vagy több) RARP szerver táblázatban (RARP táblázat) tartja nyilván a fizikai címekhez tartozó hálózati címeket. A táblázatot a rendszeradminisztrátor tartja karban. A fizikai cím - hálózati cím összerendelés statikus. Több RARP szerver esetén egy fizikai címhez minden RARP szerveren ugyan azt a hálózati címet kell rendelni (nem függhet a szervertől az összerendelés). 121
Fizikai cím > Hálózati cím (RARP) RARP (Reverse Address Resolution Protocol) RFC 903 Működési vázlata: 1. RARP kérdés: Ki tudja az X fizikai cím hálózati címét? 2. A kérdés keretét üzenetszórásos küldéssel az alhálózat valamennyi csomópontja megkapja. 3. A RARP szerverek feldolgozzák a kérdést: Ha megtalálják a táblázatukban az X fizikai címet, akkor a táblázatban található hálózati címmel megválaszolják a RARP kérdést. 122
Fizikai cím > Hálózati cím (BOOTP) BOOTP (BOOTstrap Protocol) RFC 951 A RARP csak egy üzenetszórási tartományon belül működik. A BOOTP egy IP/UDP alapú protokoll, ahol a kliens és a szerver külön üzenetszórási tartományban lehet. A BOOTP alapú boot folyamat fázisai: IP szám meghatározás. Boot állomány letöltése (nem vizsgáljuk). Működési váza azonos a RARP-éval. BOOTP agent - routeren keresztüli boot támogatás. 123
Fizikai cím > Hálózati cím (DHCP) DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) RFC 1531 Egy IP címtartomány dinamikus kiosztását teszi lehetővé. Több DHCP szerver működése esetén a szerverek által kezelt címtartományok (alaphelyzetben) nem fedhetik át egymást. BOOTP-hez hasonló csomagszerkezet. A kliensek egy (megújítható) időszakra kapják az IP címet. 124
Fizikai cím > Hálózati cím (DHCP) DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) működési vázlata: 1. DHCP kérdés: Ki tud adni egy IP címet? (DHCPDISCOVER) 2. A kérdés keretét üzenetszórásos küldéssel az alhálózat valamennyi csomópontja megkapja (DHCP relay agent). 3. A DHCP szerverek feldolgozzák a kérdést: Ha a kezelt címtartományukban még van szabad IP cím, akkor azzal megválaszolják a DHCP kérdést. (DHCPOFFER) 4. A kliens a hozzá érkező DHCP válaszokból választ egyet, s visszajelzi a választását a megfelelő DHCP szervernek. (DHCPREQUEST) 5. A DHCP szerver könyveli a címválasztást (foglalt lett a cím), s a könyvelésről megerősítést küld a kliensnek. (DHCPACK/DHCPNAK) DHCPDECLINE: A szervertől kapott IP cím érvénytelen (használt). DHCPRELEASE: A kliensnek nincs tovább szüksége az IP címre. 125
IP hálózati problémák a 90 -es években 126
Az Internet növekedése 90 Január 90 Április 90 Július 90 Október 91 Január 91 Április 91 Július 91 Október 92 Január 927 1525 1727 2063 2338 2622 3086 3556 4526 IP Gerinchálózati routing tábla méretek 127
Internet címkimerülés Osztályos IP címek kiosztási helyzete 1992-ben (RFC 1466): Összes Kiosztott Kiosztott (%) Class A 126 49 38% Class B 16383 7354 45% Class C 2097151 44014 2% 128
IP címosztály problémák - CIDR A megoldás: CIDR (Classless Inter-Domain Routing) RFC 1519. Folytonos C osztályú címek kiosztása ( B helyett). A hálózat-gép határ változó hosszúságú hálózati maszk segítségével tetszőleges bitszámmal balra (supernetting) illetve jobbra (subnetting) tolható. Területi elrendeződés szerinti címtartomány-zónák kialakítása. Összevont forgalomirányítási információk a hálózati maszkok segítségével. A hálózati címek reprezentációjában kötelező a maszk megadása: <Hálózat IP szám, Hálózati maszk> 129
Kontinensek IP címtartományai A C osztályú IP címtartományokat kontinentális alapon osztják ki (router táblák mérete jelentősen csökkenthető) RFC 1366,1466: Kontinens Európa Észak-Amerika Közép- Dél-Amerika Ázsia, Ausztrália Címtartomány 194.0.0.0-195.255.255.255 198.0.0.0-199.255.255.255 200.0.0.0-201.255.255.255 202.0.0.0-203.255.255.255 130
IP Alhálózatok 131
IP alhálózatok Miért van szükség alhálózatok létrehozására? Az intézmény logikai működése, felépítése, térbeli elhelyezkedése indokolja. Egy IP hálózaton több (tipikusan azonos méretű) üzenetszórási (broadcast) tartományt kell létrehozni. Hogyan hozunk létre alhálózatokat? Az IP cím host részének legmagasabb helyiértékű bitjeiből néhányat az alhálózat (subnet) azonosítására használunk. Az új hálózat-csomópont határt a hálózati maszk (netmask) értékkel jelöljük (hosszabb prefix-et alkalmazunk). 132
Alhálózatok - példa Minta kérdések: - Hány bit szükséges 7 alhálózat azonosítására? - Hány bit szüséges 1500 csomópont megcímzéséhez? - Hány csomópontnak adhatunk címet 11 biten? A 192.168.0.0 / 24 hálózatot osszuk fel 6 alhálózatra! 11000000 10101000 00000000 00000000 11000000 10101000 00000000 00000000 192.168.0.0 11000000 10101000 00000000 00100000 00000 192.168.0.32 11000000 10101000 00000000 01000000 00000 192.168.0.64 11000000 10101000 00000000 01100000 00000 192.168.0.96 11000000 10101000 00000000 10000000 192.168.0.128 11000000 10101000 00000000 10100000 00000 192.168.0.160 11000000 10101000 00000000 11000000 192.168.0.192 11000000 10101000 00000000 11100000 192.168.0.224 133
Alhálózatok - példa Feladat: Határozzuk meg a kapott hálózatok címtartományát. 11000000 10101000 00000000 00000000 192.168.0.0 11000000 10101000 00000000 00100000 00000 192.168.0.32 11000000 10101000 00000000 01000000 00000 192.168.0.64 11000000 10101000 00000000 01100000 00000 192.168.0.96 11000000 10101000 00000000 10000000 192.168.0.128 11000000 10101000 00000000 10100000 00000 192.168.0.160 LK LN 00000000 00011111 0-31 1 30 00100000 00000 00111111 32-63 33 62 01000000 00000 01011111 11111 64-95 65 94 01100000 00000 01111111 96-127 97 126 10000000 10011111 11111 128-159 129 158 10100000 00000 10111111 11111 160-191 161 190 134
CIDR A kiszolgálóhoz (150.60.0.0/16) 4000, 900, 8000 és 2000 csomópont címzésére alkalmas címtartomány-igény érkezik kis időkülönbséggel. Melyek lesznek az egyes tartományok? xxxxxxxx xxxxxxxx 0xxxxxxx xxxxxxxx 1xxxxxxx xxxxxxxx 00xxxxxx xxxxxxxx 01xxxxxx xxxxxxxx 135
CIDR A kiszolgálóhoz (150.60.0.0/16) 4000, 900, 8000 és 2000 csomópont címzésére alkalmas címtartomány-igény érkezik kis időkülönbséggel. Melyek lesznek az egyes tartományok 2000, 4000, 900, 8000 8000, 4000, 2000, 900 8000 < 2 13 4000 < 2 12 2000 < 2 11 900 < 2 10 (IP hossza prefix hossz) CS.A. bitek száma 000xxxxx xxxxxxxx (32-16) -13 = 3 bit hálóazonosító 000 (32-16) -12 = 4 bit hálóazonosító 0010 (32-16) -11 = 5 bit hálóazonosító 00110 (32-16) -10 = 6 bit hálóazonosító 001110 001xxxxx xxxxxxxx 0010xxxx xxxxxxxx 00110xxx xxxxxxxx 0011xxxx xxxxxxxx 00111xxx xxxxxxxx 001110xx xxxxxxxx 001111xx xxxxxxxx oooooooooooo oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo 136
CIDR A kiszolgálóhoz (150.60.0.0/16) 4000, 900, 8000 és 2000 csomópont címzésére alkalmas címtartomány-igény érkezik kis időkülönbséggel. Melyek lesznek az egyes tartományok 8000 000 150.60.00000000 2.0 150.60.0.0/19 4000 0010 150.60.00100000 2.0 150.60.32.0/20 2000 00110 150.60.00110000 2.0 150.60.48.0/21 900 001110 150.60.00111000 2.0 150.60.56.0/22 Oszd fel a 150.60.56.0/22 hálót 8 további alhálózatra. 150.60.00111000 2.00000000 2 150.60.56.0/25 150.60.00111000 2.10000000 2 150.60.56.128/25 150.60.00111001 2.00000000 2 150.60.57.0/25 150.60.00111001 2.10000000 2 150.60.57.128/25 150.60.00111010 2.00000000 2 150.60.58.0/25 150.60.00111010 2.10000000 2 150.60.58.128/25 150.60.00111011 2.00000000 2 150.60.59.0/25 150.60.00111011 2.10000000 2 150.60.59.128/25 137
CIDR A kiszolgálóhoz (150.60.0.0/16) 4000, 900, 2000 és 8000 csomópont címzésére alkalmas címtartomány-igény érkezik nagy időkülönbséggel. Melyek lesznek az egyes tartományok 4000 < 2 12 900 < 2 10 2000 < 2 11 8000 < 2 13 (32-16) -12 = 4 bit hálóazonosító 0000 (32-16) -10 = 6 bit hálóazonosító 000100 (32-16) -11 = 5 bit hálóazonosító 00011 (32-16) -13 = 3 bit hálóazonosító 001 000xxxxx xxxxxxxx 001xxxxx xxxxxxxx 0000xxxx xxxxxxxx 0001xxxx xxxxxxxx 00010xxx xxxxxxxx 00011xxx xxxxxxxx 000100xx xxxxxxxx 000101xx xxxxxxxx oooooooo oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo 138
CIDR A kiszolgálóhoz (150.60.0.0/16) 4000, 900, 2000 és 8000 csomópont címzésére alkalmas címtartomány-igény érkezik nagy időkülönbséggel. Melyek lesznek az egyes tartományok 4000 0000 150.60.00000000 2.0 150.60.0.0/20 900 000100 150.60.00010000 2.0 150.60.16.0/22 2000 00011 150.60.00011000 2.0 150.60.24.0/21 8000 001 150.60.00100000 2.0 150.60.32.0/19 150.60.00000000 2.0 150.60.0.0 150.60.15.255 150.60.00010000 2.0 150.60.16.0 150.60.19.255 150.60.00011000 2.0 150.60.24.0 150.60.31.255 150.60.00100000 2.0 150.60.32.0 150.60.63.255 139
IP - Forgalomirányítás 140
Forgalomirányítási alapfogalmak Forgalomirányítás (routing): Csomagok (IP datagramok) továbbítási irányának meghatározásával kapcsolatos döntések meghozatala. Forgalomirányítási táblázat (routing table): A forgalomirányításhoz szükséges információkat tartalmazó táblázat. Tipikus (legfontosabb) mezők: Célhálózat Netmask Kimenő interfész Következő hop Metrika 141
Forgalomirányítási alapfogalmak Forgalomirányított protokoll (routed protocol): Olyan hálózati réteghez kötődő általános adatszállító protokoll, melyet a forgalomirányító (router) irányítani képes (pl. IP). Forgalomirányítási protokoll (routing protocol): A forgalomirányítási táblázat(ok) felépítéséhez szükséges információk továbbítását (routerek közötti cseréjét) leíró protokoll (pl. RIP, OSPF, BGP). 142
Forgalomirányítási alapfogalmak Autonóm rendszer (AS): Hálózatok forgalomirányítási adminisztrációs egysége, amelyben egy közös forgalomirányítási stratégia (routing protocol) érvényesül. Metrika: Egy adott forgalomirányítás eredményeként előálló útvonal minőségének mérési módja, alapvetően két (egymásba transzformálható) kategória: Távolság alapú (költség alapú) metrika. Jóság alapú metrika. 143
Forgalomirányítók alapvető működése IP cím illesztés 1./ A routing tábla sorait prefix hossz szerint csökkenő sorrendbe rendezzük. N=1. Ezzel biztosítjuk, hogy több illeszkedő sor esetén a leghosszabb prefix sorát fogjuk eredményként kapni. 2./ Ha nem létezik a táblázatban az N. sor, akkor nincs illeszkedő sor A router a csomagot eldobja. Az algoritmus befejeződik. 3./ A csomag célcíme és az N. sor hálózati maszkja között bitenkénti AND műveletet hajtunk végre. 4./ Ha a bitenkénti AND művelet eredménye megegyezik az N. sor célhálózat értékével, akkor a cím az N. sorra illeszkedik. A router a csomagot az N. sorban szereplő irányba továbbítja. Az alg. vége. 5./ N=N+1, és folytassuk a 2. pontnál. 144
Alhálózati routing E2 192.168.0.96 E0 E1 192.168.0.32 192.168.0.64 Cél IP cím: 192.168.0.35 Routing tábla: Cél Netmask Int. Next hop Metrika 192.168.0.32 255.255.255.224 E0 0.0.0.0 0 192.168.0.64 255.255.255.224 E1 0.0.0.0 0 192.168.0.96 255.255.255.224 E2 0.0.0.0 0 145
Alhálózati routing 192.168.0.96 192.168.0.32 192.168.0.64 Cél IP cím: Hálózati maszk: 192.168.0.35 255.255.255.224 & 192.168.0.32 146
Alhálózati routing Feladat: A routing tábla alapján merre kell haladniuk a 184.93.146.5, a 184.93.145.70, és a 193.6.138.45 IP címnek szóló csomagoknak? célhálózat átjáró netmask interfész 194.93.0.0 184.93.146.3 255.255.255.192 eth1 184.93.145.128 0.0.0.0 255.255.255.128 eth0 184.93.146.0 0.0.0.0 255.255.255.0 eth1 184.93.128.0 0.0.0.0 255.255.128.0 eth2 184.92.0.0 0.0.0.0 255.255.0.0 eth3 0.0.0.0 184.92.192.1 0.0.0.0 eth3 147
Forgalomirányítási konfigurációk osztályozása Minimális routing: Teljesen izolált (router nélküli) hálózati konfiguráció (pl. IP cím és hálózati maszk megadása). Statikus routing: A forgalomirányítási táblázatot a rendszeradminisztrátor tartja karban (pl. alapértelmezett átjáró megadása). Dinamikus routing: A forgalomirányítási táblázat(ok) valamilyen routing protokoll segítségével kerülnek karbantartásra. Belső forgalomirányítási protokollok (Interior Gateway Protocol - Pl. RIP, OSPF).» Legfőbb alapelv a legjobb útvonal meghatározása ún. távolságvektor alapú vagy link állapot alapú módszerrel. Külső forgalomirányítási protokollok (Exterior Gateway Protocol - Pl. EGP, BGP).» Nem feltétlenül a legjobb útvonal meghatározása a cél (politika alapú forgalomirányítás - BGP). 148
Távolságvektor alapú forgalomirányítás (Distance Vector Routing) 149
Távolságvektor alapú forgalomirányítás Működési alapelv: A routerek minden elérhető célra (gép vagy hálózat) nyilvántartják, hogy a legjobb úton milyen irányban milyen távolsággal érhető el az adott cél (távolságvektor). A forgalomirányítók ezen információkat meghatározott időközönként kicserélik egymással. Az új információk birtokában a routerek ellenőrzik, hogy szükséges-e változás valamelyik eddig ismert legjobb úttal kapcsolatban. 150
Távolságvektor - routing tábla problémák Túl kicsi kezdőérték probléma: Ha az optimális út megsérül nagyobb költségű (hosszabb) út nem léphet helyébe. Megoldás: Az optimális út irányából érkező nagyobb költség felülírja a (kisebb) költséget. Végtelenig számlálás (Count to infinity) probléma: Az eljárás bizonyos esetekben igen lassan reagál a topológia változására. 151
Végtelenig számlálás - példa C 1 10 A 1 D Tekintsük a D -be irányuló forgalomirányítást. Kiinduló forgalomirányítási bejegyzések (optimális irányok D-be): A: B,2 B: D,1 C: B,2 1 B 1 152
Végtelenig számlálás - példa C 1 10 A 1 D 1 B Tekintsük a routing táblák alakulását a B-D link sérülése esetén C 153
Végtelenig számlálás - példa C 1 10 A 1 D 1 B Tekintsük a routing táblák alakulását a B-D link sérülése esetén C 154