Föreläsning 4 Mål: Förstå hur man bygger upp telekommunikationsnätverk Förstå begreppet topologi Känna till de allmännaste nätverkstopologierna Känna till de olika förmedlingsteknikerna Känna till bakgrunden till Internet (TCP/IP) Förstå grundprinciperna bakom TCP/IP Föreläsning 4 Mål (forts.) Känna till Internet-protokollens skikt Känna till basprotokollen in TCP/IP Förstå länkskiktets uppgifter och känna till länkskiktets protokoll Förstå nätskiktets funktioner Förstå adresseringen Behandla IPv4 Från länk till nät Enklaste formen av kommunikation: kommunikation mellan en sändare och en mottagare kopplade till varandra Varför inte alltid koppla två noder direkt till varandra med en länk? Om noderna ligger fysiskt långt ifrån varandra blir det dyrt När antalet noder ökar, är det opraktiskt och dyrt att koppla varje nodpar direkt till varandra 1
Nätverk Koppla en station till ett kommunicerande nätverk Kan byggas upp så att transmissionskostnaderna minimeras full konnektivitet förses Klassificering av nät Broadcast nät LAN (Local Area Networks) MAN (Metropolitan Area Networks) ofta en länk Nät med flera länkar kräver omkomppling (växling) Förmedlande nätverk (switched networks) Förbindelseförmedling (circuit switching) datapaketförmedling (packet switching) Topologi Beskrivning av hur länkarna i ett nät hänger ihop läran om terrängformer ring (slinga) buss träd generalisering av bussen stjärna större nät svåra att klassificera kan innehålla delnät med olika topologier 2
Nätstyrning Nätet kräver styrfunktioner för att fungera optimalt vägvalsbeslut trafikstyrning kommunikation av styrningsinformation kallas för signalering Förbindelseförmedling Circuit Switching (kretskoppling) en förbindelse etableras mellan två noder tre faser: uppkoppling, dataöverföring, avsluta förbindelsen för uppkopplingen krävs kommunikation mellan noderna signalering exempel: telefoni (dominerande i röstförmedling) Datapaketförmedling (1/2) Packet Switching förbindelsefri överföring (datagramöverföring) datagram: paket som innehåller en globalt unik adress paketen bibehåller inte nödvändigtvis sin inbördes ordning ett vägvalsbeslut görs i varje nod för varje paket och oberoende av de tidigare paketen paket kan förintas felaktig konfiguration kan leda till loopar exempel: TCP/IP 3
Datapaketförmedling (2/2) virtuell förbindelseförmedling (virtuell kretskoppling, virtual circuit): det sker en uppkoppling för att etablera en förbindelse genom nätet innan överföringen påbörjas alla paket går samma väg inget vägvalsbeslut behöver göras i mellannoderna (till skillnad från datagramöverföring) skillnad till förbindelseförmedling: ingen fast resurs, paketen hamnar i kö tillsammans med andra paket i noden exempel: ATM Nät: exempel A 1 2 3 C B 5 4 D Växlingstekniker Fast bittakt Variabel bittakt Enkelhet Komplexitet Circuit switching Multirate circuit switching Cell Relay (ATM) Frame relay Packet switching 4
Jämförelse av förmedlingstekniker Förbindelse och virtuell förbindelse kräver uppkoppling virtuell förbindelse kan orsaka mer fördöjning i noderna än förbindelse då paketen kan hamna i kö i noderna datagramförmedling effektivare vid en överföring av en liten mängd datadå ingen uppkoppling behövs vid förbindelse kan vi få spärrning vid mycket trafik datapaketförmedling leder till fördröjning vid mycket trafik kapaciteten utnyttjas effektivare i datapaketförmedling datagramförmedling mera flexibel än de övriga Kort om Internets Historia ARPANET föregångare till Internet US Department of Defense (DOD) Defense Advanced Research projects Agency (DARPA) Internet anses ha skapats 1969 mål: att bygga ett decentraliserat nätverk som överlever kärnvapenattacker eller andra stora katastrofer (nätverket funderar trots att en del av nätverket förstörs) 1988: Finnish University Network (FUNET) kopplas till Internet 1991: World Wide Web (WWW), första implementationen från CERN Grundprinciper End-to-End principen flödes- och felkontroll i ändpunkterna, inte i själva nätet klienterna sköter styrningen, nätverket ansvarar för växling IP over Everything IP körs över Ethernet, pollettring, osv. annat sätt att koppla nätverk: translation (konvertering från en teknik till annan) Connectivity is its own reward mervärde av att koppla sig till ett globalt nätverk, som är väl utbyggt och där man kan komma åt många tjänster och nå många personer snöbollseffekt 5
Begrepp MTU (Maximum Transmission Unit) största möjliga paket som kan skickas över en länk klient-server-modellen (client-server model) Klienten begär någon tjänst (request) En server svarar på (uppfyller) klientens begäran (reply) iterativa och parallella (concurrent) servers socketar - Application Programming Interface (API) till TCP/IP datagram: benämnig för paketen som skickas i Internet (analogi telegram) oberoende av andra paket innehåller tillräckligt med information för växling Internetmodellen Tillämpning DNS E-post (SMTP) Filöverföring (FTP, SFTP) Fjärrförbindelse (telnet, rlogin, rsh, ssh) WWW (http) Transport TCP UDP ICMP Nät IP Länk Datalänkprotokol (t. ex Ethernet) ARP RARP Medium t ex parledare Länkskiktet Uppgifter: skicka och ta emot IP datagram skicka och ta emot ARP paket Address Resolution Protocol protokoll för att finna hårdvaru-adressen som motsvarar en IP address skicka och ta emot RARP paket Reverse address resolution protocol protokolla för att finna IP adressen som motsvarar en hårdvaru-adress 6
Nätverkskiktet (1/3) Internet Protocol (IP) förflytta datagram genom en mängd nätverk kopplade till varandra otillförlitlig datapaketförmedling arbetshästen i nätet Globalt unika adresser identifierar ett nätverksgränssnitt 32 bitar för närvarande i IP version 4 10000000 01000000 00100000 00010000 skrivs som 127.64.32.16 128 bitar i kommande IP version 6 skivs hexadecimal i sextonbitars grupper: 891A:F23:19AB:0:0:0:0:3C en sträng av nollor kan ersättas av :: 891A:F23:19AB::3C IPv4 adresser skivs efter förleden ::FFFF: eller :: Nätverkskiktet (2/3) Adressen består av två delar Mest signifikanta bitar: nätidentitet används för att välja väg för datagrammet från nät till nät Minst signifikanta bitar: värddator identitet används för att peka ut mottagardator på destinationsnätet IP adresserna delas traditionellt in i klasser (hierarkisk adressrymd) Nätverkskiktet (3/3) Unicast: sändning till en address Broadcast: sändning till alla mottagare på en länk multicast: sändning till flera mottagare 7
Addressklasserna Klass nätid värd bitar bitar första oktetten första biten användning A B 7 14 24 16 0-127 128-191 0 10 stora organizationer mellanstora organisationer C D E 21 28 27 8 0 0 192-223 224-239 240-247 110 1110 11110 små organisationer multicast addresser reserverade CIDR (Classless Inter Domain Routing) Idag används CIDR i stället för klasserna möjliggör en effektivare allokering av adresser en nätmask används för att indikera hur många bitar används för nätid t. ex. ett C klass nät kan delas i flera undernät exempel: 193.193.193.0/27, nätmask 255.255.255.224 1/8 av ett klass C nätverk, 32 adresser Specialadresser loopbackaddressen: 127 följt av värd id, t. ex. 127.0.0.1 privata adresser (t. ex nät 10) för intern användning, bör inte synas i publika Internet 0.0.0.0 is använd för "any" eller "no" IP adress i princip den lokala värddatorn 255.255.255.255 is lokal broadcast adress nätid följd av enbart nollor ger nätverksadressen nätid följd av enbart ettor ger broadcast adressen för nätverket 8
20 oktetter Paketformat (1/2) 0 4 8 16 19 31 Vers. HL Tjänstetyp Identifikation Flg Längd Fragment position Livstid Protokoll Sändaradress Kontrollsumma Mottagaradress Optioner Fyllning Paketformat (2/2) Huvud består av: versionsnummer (4 för IPv4) längd på huvudet (anger antalet ord på 32 bitar) tjänstetyp: minimera fördöjning, maximal kapacitet, maximal pålitlighet, minimera kostnaden paketets totala längd (maximalt 65535) Identifikation Flaggor och Fragment Position: används för fragmentering Livstid (Time-To-Live, TTL) Protokoll: definierar transportprotokoll kontrollsumma för huvudet adresser Network byte order = Big Endian Fragmentering Om paketet är större än MTU på någon länk, måste datagrammet delas Paketet sätts ihop i ändpunkten Identifikationen samma i varje fragment flaggorna berättar om det kommer flera fragment Fragment positionen berättar positionen för fragmentet i det ursprungliga datagrammet 9
IPv6 (1/2) utgånsgpunkt: IPv4 har fungerat bra, IPv6 bör byggas enligt samma filosofi de största ändringarna: ökad adressrymd 128 bitar långa adresser anycast adresser enklare huvud minska processeringskostnaden för elementära IP paket begränsa huvudets bandbreddskostnad IPv6 (2/2) bättre stöd för optioner och extensioner all extra processering sker medelst extensioner effektivare fortskickning (forwarding) mindre krav på längden för optioner flexibilitet: lättare att introducera nya optioner 64-bit inpassning detta tillsammans med förutsägbara huvudlänger gör växlingen mer effektiv datasäkerhet IPsec obligatoriskt att implementera stöd för flöden paket som hör till ett visst flöde märks ämnat för realtidstrafik Sammankoppling av nät nätnav (hub) man drar kablar till en central knutpunkt kopierar ett paket till alla portar Gateway utrustning som kopplar samman två eller flera nät signalregenerator (repeater) brygga kopplar ihop flera länkar väljare kopplar ihop likadana eller olika typer av nät växel - telefoni router - datakommunikation (dirigering, routning, vägval) 10