Počítačové sítě Protokoly, architektura • Normalizace ... - eAMOS
Počítačové sítě Protokoly, architektura • Normalizace ... - eAMOS
Počítačové sítě Protokoly, architektura • Normalizace ... - eAMOS
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong>, <strong>architektura</strong><br />
<strong>•</strong> <strong>Normalizace</strong> architektury „otevřených systémů“<br />
<strong>•</strong> Referenční model OSI standard ISO 7498 – r. 1983<br />
7. Aplikační vrstva – přístup ke komunikačnímu systému, k<br />
síťovým službám<br />
6. Prezentační vrstva – transformace syntaxe dat<br />
5. Relační vrstva - správa dialogu, předání příznaku pověření<br />
4. Transportní vrstva – zajištění komunikace mezi koncovými<br />
uživateli (end-to-end), - vytvoření virtuálního spojení,<br />
přenos dat (řízený), ukončení virtuálního spojení<br />
3. Síťová vrstva – určení způsobu přenosu dat – směrování –<br />
adresování – fragmentace a defragmentace<br />
2. Vrstva datového spoje<br />
1. Vrstva fyzická<br />
1
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong>, <strong>architektura</strong><br />
<strong>•</strong> K čemu je „OSI model“ určen<br />
– umožní srovnat strukturu různých síťových<br />
architektur<br />
– definuje funkce vytvářející komunikační proces<br />
– u přenosových technologií lze určit, které funkční<br />
vrstvy síťové architektury pokrývají (pro<br />
jednoznačné vymezení rozhraní, na která mohou<br />
navázat jiné technologie)<br />
– Ze standardizovaných protokolů OSI jsou<br />
derivovány protokoly reálných technologií<br />
<strong>•</strong> K čemu není „OSI model“ určen<br />
– ke specifikaci technologie implementující určitou<br />
funkci – je technologicky neutrální<br />
2
Koncový<br />
systém<br />
Aplikační<br />
vrstva<br />
Prezentační<br />
vrstva<br />
Relační vrstva<br />
Transportní<br />
vrstva<br />
Síťová vrstva<br />
Vrstvová záhlaví<br />
Vrstva<br />
datových spojů<br />
Data<br />
Fyzická vrstva Signál<br />
Data<br />
Data<br />
Data<br />
Data<br />
Data<br />
Data<br />
3
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong>, <strong>architektura</strong><br />
Virtuální spoje „protocol-to-protocol“<br />
na jednotlivých vrstvách<br />
4
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong>, <strong>architektura</strong><br />
<strong>•</strong> Entity ve stejnolehlých vrstvách partnerských<br />
systému spolu komunikují prostřednictvím<br />
protokolů po virtuálních spojích<br />
<strong>•</strong> Virtuální spoje<br />
– jsou jednosměrné a po předání zprávy se ukončí<br />
(pro služby nespojované)<br />
– jsou obousměrné a řízené (pro služby spojované)<br />
<strong>•</strong> u mezilehlých zařízení, kterými zprávy sítí<br />
procházejí (směrovače), nejsou implementovány<br />
vyšší vrstvy (transportní, relační, prezentační,<br />
aplikační)<br />
5
7<br />
Aplikační<br />
6<br />
Prezentační<br />
5<br />
Relační<br />
4<br />
Transportní<br />
3<br />
Síťová<br />
2<br />
Spojová<br />
1<br />
Fyzická<br />
Eth. ,<br />
IEEE<br />
802.3<br />
Přenosové technologie a referenční model OSI<br />
Sítě internet<br />
(Internet, intranet,<br />
extranet)<br />
Transportní<br />
TR,<br />
IEEE<br />
802.5<br />
IP<br />
LLC<br />
IEEE 802.2<br />
FDDI ……….<br />
.<br />
RFC<br />
1577<br />
ATM<br />
SDH<br />
SONET<br />
SLIP<br />
PPP<br />
V.24<br />
B-ISDN ISDN<br />
ATM<br />
ISDN<br />
OSI LAN WAN<br />
Frame<br />
Relay<br />
6<br />
X.25<br />
L3<br />
HDLC<br />
LAPB<br />
X.21
Emulátor<br />
NETBIOS<br />
SAP<br />
Aplikace<br />
NetWare<br />
shell<br />
Klient<br />
Síťové architektury a referenční model OSI<br />
SPX<br />
IPX<br />
NetWare<br />
Core<br />
Protocol<br />
NCP<br />
RPC<br />
aplikace<br />
RPC<br />
7<br />
Aplikační<br />
6<br />
Prezentační<br />
5<br />
Relační<br />
4<br />
Transportní<br />
3<br />
Síťová<br />
2<br />
Spojová<br />
1<br />
Fyzická<br />
Aplikační vrstva<br />
Sada aplikačních protokolů<br />
Transportní vrstva<br />
TCP UDP<br />
Síťová vrstva (IP vrstva)<br />
ICMP IGMP OSPF AR RARP IP<br />
Architektura NetWare Architektura TCP/IP<br />
SAP – Service Advertisement Protocol<br />
SPX – Sequenced Packet Exchange<br />
IPX – Internet Packet Exchange<br />
7
Služby<br />
Pro<br />
aplikační<br />
program<br />
Pro<br />
transport<br />
dat<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
Implementace vrstev RM OSI<br />
Technologická složka Typ SW Typ zařízení<br />
aplikace<br />
HW<br />
SW<br />
aplikace<br />
OS<br />
User end (servery,<br />
PC…)<br />
směrovače<br />
přepínače<br />
zesilovače/tvarovače<br />
8
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong>, <strong>architektura</strong><br />
Otevřené systémy<br />
<strong>•</strong> Otevřené pro další standardizaci<br />
<strong>•</strong> Definují širší kategorie funkcí pro každou úroveň<br />
<strong>•</strong> Nedefinují způsob implementace funkcí (jsou<br />
technologicky neutrální)<br />
Pojmy<br />
<strong>•</strong> Logická síť– zpravidla implementovaná na jednom<br />
datovém sdíleném spoji nebo na skupině přepínaných<br />
datových spojů<br />
<strong>•</strong> Síťový uzel<br />
<strong>•</strong> Síťová adresa (logická) identifikátor <strong>sítě</strong><br />
identifikátor uzlu<br />
(na síti)<br />
9
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong>, <strong>architektura</strong><br />
<strong>•</strong> Síťová adresa (vrstva síťová) – logická adresa<br />
(konfigurovaná - SW)<br />
<strong>•</strong> Adresa MAC – Media Access Control (vrstva<br />
datového spoje) – adresa síťového rozhraní (fyzická -<br />
HW)<br />
<strong>•</strong> Směrování – určení přenosové cesty pro paket<br />
(protokolové jednotky síťové vrstvy) mezi<br />
směrovacími zařízeními na základě logické síťové<br />
adresy cílového uzlu<br />
<strong>•</strong> Distribuční (přenosové) technologie – zajišťují<br />
distribuci signálu ( rámců) mezi propojovacími<br />
zařízeními na základě adresy fyzického rozhraní<br />
10
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong>, <strong>architektura</strong><br />
<strong>•</strong> Adresa MAC – adresa fyzického síťového rozhraní<br />
<strong>•</strong> 48 bitů – vyjádření obvykle v šestnáctkovém tvaru (např.<br />
02:60:60:EE:54:01)<br />
<strong>•</strong> první bit adresy X určuje<br />
– MAC individuální adresu (X=0)<br />
– MAC skupinovou adresu (X=1) – MAC multicast<br />
<strong>•</strong> MAC broadcast adresa FF:FF:FF:FF:FF:FF – adresa všech<br />
síťových rozhraní na spoji<br />
<strong>•</strong> MAC nulová adresa 00:00:00:00:00:00 – rezervována pro cílové<br />
adresy zkušebních a prázdných rámců<br />
<strong>•</strong> První polovina MAC adresy (3 oktety) je pevně přidělena<br />
výrobci – kód výrobce – OUI (Organization Unique Identifier) –<br />
např. 3COM – 3C:00:00, Sun – 08:00:20<br />
11
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong>, <strong>architektura</strong><br />
<strong>•</strong> Různé síťové architektury používají stejné distribuční<br />
technologie (např. technologii IEEE 802.3 používají<br />
architektury TCP/IP, NetWare, AppleTalk…) – hybridní<br />
<strong>sítě</strong> – multiprotokolové směrovače, přepínače<br />
TCP/IP NetWare AppleTalk<br />
IEEE 802.3<br />
12
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong>, <strong>architektura</strong><br />
<strong>•</strong> Jedna síťová <strong>architektura</strong> může využívat různé<br />
přenosové technologie pro distribuční služby (TCP/IP<br />
využívá IEEE 802.3, IEEE 802.11, SONET…)<br />
TCP/IP<br />
IEEE 802.3 IEEE 802.11 SONET<br />
13
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong>, <strong>architektura</strong><br />
Techniky přenosů<br />
<strong>•</strong> Přepínání spojů – komutovaný spojení (dial-up)<br />
<strong>•</strong> Přepínání paketů<br />
– Virtuální spoje – vytvoření virtuálního přenosového<br />
kanálu (na fyzické infrastruktuře) – umožní spojovanou<br />
potvrzovanou službu – virtuální full-duplex – zajištění<br />
spolehlivého přenosu s QoS – Quality of Service<br />
(obvyklé u vysokorychlostních spojů)<br />
– Datagramová služba – reálná přenosová cesta není<br />
předem známá, každý paket (datagram) je označen<br />
cílovou adresou, nezajištěna sekvenčnost a potvrzování<br />
správnosti příjmu – sestavení zprávy ze segmentů v<br />
cílovém uzlu<br />
14
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong>, <strong>architektura</strong><br />
<strong>•</strong> Směrování – 3. vrstva RM OSI – síťové pakety –<br />
směrovače - minimálně 2 síťová rozhraní (stejné nebo<br />
různé přenosové technologie<br />
<strong>•</strong> Přepínání – 2. vrstva RM OSI – datové rámce – konverze<br />
rámců přenos. technologie<br />
N3<br />
N1<br />
A<br />
R1<br />
B<br />
R2<br />
N4 N5<br />
C<br />
N2<br />
15
7<br />
N1 N2<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
DATA<br />
A PDU DATA<br />
2 2<br />
1 1<br />
záhlaví vnořených protokolů……<br />
……… …………….. …………….<br />
3<br />
2 2<br />
1 1<br />
A B<br />
C<br />
3<br />
B PDU DATA C PDU DATA<br />
DATA<br />
A<br />
B<br />
C<br />
DATA<br />
přenosové<br />
technologie<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
16
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong> LAN a WAN<br />
<strong>•</strong> <strong>Protokoly</strong> WAN (point-to-point) pro služby vrstvy<br />
datového spoje:<br />
– Se spojením – řízený přenos rámců<br />
– Bez spojení – jednosměrné předání rámců<br />
<strong>•</strong> Protokol HDLC<br />
<strong>•</strong> Sada protokolů LAP<br />
<strong>•</strong> Protokol PPP<br />
<strong>•</strong> Specifikace ATM – ATM rámec („cell“ – buňka)<br />
<strong>•</strong> Frame Relay<br />
<strong>•</strong> ISDN<br />
17
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong> LAN a WAN<br />
<strong>Protokoly</strong> LAN vrstvy datových spojů (násobný přístup k<br />
přenosovému médiu) :<br />
<strong>•</strong> Implementace všesměrového vysílání (broadcasting)<br />
<strong>•</strong> Implementace promiskuitního režimu (příjem všech<br />
vysílaných rámců)<br />
<strong>•</strong> Multiplexing – služby protokolů vrstvy datových spojů<br />
sdílí více uživatelů (entit síťové vrstvy) různých<br />
architektur<br />
– Adresová filtrace – příjem pouze určitých rámců<br />
– Protokolová filtrace – příjem pouze těch rámců,<br />
které obsahují PDU určitých protokolů síťové vrstvy<br />
<strong>•</strong> Podpora skupinového vysílání – MAC multicasting<br />
(implementace skupinové MAC adresy)<br />
18
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong> LAN a WAN<br />
<strong>•</strong> Protocol HDLC (High-Level Data Link Control) –<br />
normalizovaný protokol ISO – základ dalších protokolů<br />
(„příbuzné protokoly“ používají obdobný formát rámce)<br />
<strong>•</strong> HDLC definuje pro spoje half-duplex a full-duplex<br />
<strong>•</strong> 3 typy komunikujících stanic<br />
– primární – řídící stanice (master) – vysílá rámce<br />
„příkaz“<br />
– sekundární – řízená stanice (slave) – vysílá rámce<br />
„odpověď“<br />
– kombinovaná – vysílá „příkazy“ i „odpovědi“<br />
19
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong> LAN a WAN<br />
<strong>•</strong> 2 typy konfigurace datového spoje<br />
– vyvážená konfigurace (dvě kombinované stanice pro přenosy<br />
half-duplex i full-duplex)<br />
– nevyvážená konfigurace (jedna primární a jedna nebo více<br />
sekundárních stanic pro přenosy half-duplex i full-duplex)<br />
<strong>•</strong> 3 režimy přenosu dat<br />
– NRM (Normal response mode) – v nevyvážené konfiguraci<br />
pouze primární stanice zahajuje přenos dat<br />
– ARM (Asynchronous response mode) – v nevyvážené<br />
konfiguraci přenos dat může zahájit i sekundární stanice<br />
– ABM (Asynchronous balanced mode) – vyvážená konfigurace<br />
s kombinovanými stanicemi<br />
20
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong> LAN a WAN<br />
<strong>•</strong> 2 typy rámců<br />
– číslovaný (obsahuje pořadové číslo rámce)<br />
<strong>•</strong> datový – obsahuje uživatelská data<br />
<strong>•</strong> nedatový – řízení spoje – pole „type“ (3 bity)<br />
– 0 – Receive and Ready<br />
– 1 – Reject<br />
– 2 – Receive Not Ready<br />
– 3 – Selective Reject<br />
– nečíslovaný (bez pořadového čísla rámce) – režijní<br />
rámec pro navázání a ukončení spojení a nastavení<br />
přenosového režimu (neobsahuje uživatelská data)<br />
21
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong> LAN a WAN<br />
<strong>•</strong> Formát rámce HDLC<br />
Flag<br />
Adresa Řízení DATA<br />
FCS<br />
Flag<br />
8 b. 8 b. 8 b. proměnlivá délka 16 b. 8 b.<br />
Flag – příznak začátku a konce rámce – „01111110“<br />
<strong>•</strong> Další protokoly vrstvy datových spojů – WAN<br />
– protokoly LAP<br />
– protokol PPP<br />
– ATM<br />
22
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong> LAN a WAN<br />
<strong>•</strong> <strong>Protokoly</strong> skupiny LAP (Link Access Protocol)<br />
– LAPD – pro řízení spoje (na D-kanálu) v<br />
uživatelském rozhraní sítí ISDN (Integrated<br />
Services Digital Network)<br />
– LAPM - pro modemy – podpora procedur pro<br />
automatické opravy chyb<br />
– LAPF – pro řízení spoje v uživatelském rozhraní<br />
sítí Frame Relay<br />
23
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong> LAN a WAN<br />
<strong>•</strong> Protokol PPP (Point-to-Point Protocol) -<br />
normalizovaný protokol je určený<br />
– pro dial-up přístup do internetu (modemy)<br />
– pro řízení datových spojů mezi směrovači<br />
(vysokorychlostní spoje)<br />
<strong>•</strong> PPP specifikuje 2 úrovně protokolů<br />
– pro řízení <strong>sítě</strong> – NCP (network control protocol)<br />
– pro řízení spoje – LCP (link control protocol)<br />
24
<strong>•</strong> Formát rámce PPP<br />
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong> LAN a WAN<br />
1 1 1 2 max. 1500 2 1<br />
Flag<br />
7E<br />
Adresa<br />
FF<br />
řízení<br />
03<br />
protokol DATA FCS<br />
Flag<br />
7E<br />
Pole „protokol“ určuje typ protokolu, jehož PDU je v<br />
rámci zapouzdřeno<br />
<strong>•</strong> NCP – podpora několika síťových architektur<br />
<strong>architektura</strong><br />
TCP/IP<br />
AppleTalk<br />
NetWare<br />
typ protokolu<br />
IP<br />
DDP<br />
IPX<br />
hodnota pole<br />
0x0021<br />
0x0029<br />
0x0026<br />
25
<strong>•</strong> LCP - řízení spoje<br />
LCP<br />
Link Control<br />
Protocol<br />
PAP<br />
Password<br />
Authentication<br />
Protocol<br />
CHAP<br />
Challenge<br />
Authentication<br />
Protocol<br />
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong> LAN a WAN<br />
Navázání, dohod o<br />
konfiguraci, ukončení<br />
„Slabá“ autentizace klienta<br />
(heslo)<br />
„Silná“ autentizace klienta<br />
na výzvu (šifrovaná)<br />
0xC02<br />
1<br />
0xC02<br />
3<br />
0xC22<br />
3<br />
26
<strong>•</strong> Protokol ATM (Asynchronous Transfer Mode)<br />
<strong>•</strong> Charakteristika ATM sítí:<br />
– vysoké přenosové rychlosti 155 – 622 Mbps (full-duplex režim,<br />
komunikace se spojením)<br />
– garance kvality služeb (pro různé typy přenášených informací)<br />
– přenos datových buněk konstantní délky 53B<br />
– virtuální adresace (virtuální cesty s virtuálními kanály)<br />
<strong>•</strong> Formát rámce<br />
4<br />
Generic Flow<br />
Control<br />
GFC<br />
8<br />
Virtual Path<br />
Identifier<br />
VPI<br />
16<br />
Virtual Channel<br />
Identifier<br />
VCI<br />
4<br />
řídící<br />
bity<br />
8<br />
Header Error<br />
Control<br />
HEC<br />
384<br />
DATA<br />
5 Bytů 48 Bytů<br />
27
<strong>•</strong> Architektura ATM<br />
<strong>Počítačové</strong> <strong>sítě</strong><br />
<strong>Protokoly</strong> LAN a WAN<br />
Vyšší protokoly pro přenos obrazu, přenos zvuku, přenos dat<br />
podvrstva konvergence – aplik. služby pro vyšší vrstvy<br />
AAL (ATM Adaptation Layer)<br />
podvrstva sestavování a rozebírání buněk 48bitových<br />
sestavení a směrování rámců<br />
ATM Layer multiplexování virtuálních kanálů (VC)<br />
sdružování VC do virtuálních cest (VP)<br />
zajišťuje dopravu buněk mezi ATM uzly<br />
PHY (ATM Physical Layer) přímým vysíláním do přenosového média nebo<br />
pomocí přenosového systému SONET/SDH<br />
28
ATM síť<br />
VP:VC<br />
přepínač<br />
VP<br />
přepínač<br />
koncový ATM<br />
uzel<br />
virtuální cesty<br />
virtuální<br />
kanály<br />
29