8M. Tétel: Hálózatok

Számítógép-hálózatok osztályozási szempontjai.

• Számítógép-hálózat:
  • Számítógépek és egyéb eszközök kommunikációs csatornával történő összekapcsolása, mely lehetővé teszi a felhasználók egymás közötti kommunikációját, valamint információk és erőforrások megosztását.
• Csomópont:
  • Önálló kommunikációra képes, saját hálózati címmel rendelkező eszköz.
• Lefedett fizikai terület mérete szerint:
  • BAN
    • Body area net
    • Hálózat az emberi testen
  • PAN
    • Personal area network
    • Személyes hálózat
  • SOHO
    • Small office / home office
    • Otthoni, kiscéges
  • LAN
    • Local area network
    • Helyi hálózat
    • Egymással adatkommunikációs kapcsolatban lévő számítógépek együttese.
    • Kiterjedésük kicsi néhány négyzetkilométer
    • Állandó hozzáférés a hálózati szolgáltatásokhoz
    • LAN kiépítését az intézmény végzi.
    • Átviteli sebessége viszonylag nagy lehet a rövid távolságok miatt.
    • Adatátvitel biztonsága a rövid távolságok és a technológia miatt magas
    • Típusai:
      • Összeköttetéssel működő
        • Pl: koaxiális, optikai
      • Összeköttetés nélküli
        • Pl: rádióhullámok
    • Összetevői:
      • Számítógépek
      • Hálózati média
        • Kábelek, hullámok
      • Hálózati eszközök
        • hub, bridge, switch, router
  • MAN
    • Metropolitan area network
    • Városi / területi hálózat
    • Két vagy több LAN-t kapcsolnak össze
    • Technológiájuk leggyakrabban a LAN-okéval azonos
  • WAN
    • Wide area network
    • Nagyterületi hálózat
    • Felhasználók együttműködhetnek a valós idejű alkalmazásokban
    • Távoli erőforrások használata
    • Pl: Email, WWW, fájlátvitel
  • GAN
    • Global area network
    • Globális hálózat
• Adatátviteli ráta szerint:
  • Klasszikus hálózatok: kbps, mbps
  • Nagysebességű hálózatok: 100 Mbps.. Tbps
• Tulajdonjog szerint:
  • Magán hálózat
    • Private network
  • Nyilvános hálózat
    • Public network
• Mobilitás szerint:
  • Rögzített
    • Fixed network
  • Mobil
    • Mobile network

Hálózati rétegmodellek.

• Protokoll:
  • Szabályok és konvenciók összességének egy formális leírása, mellyel meghatározzák a hálózati entitások kommunikációját.
• ISO/OSI
  • A nemzeti szabványügyi hivatal (ISO) által elfogadott hét rétegű modellje.
  • Rétegek (fentről lefelé): - Alkalmazási réteg - Megjelenítési réteg - Viszony réteg - Szállítási réteg - Hálózati réteg - Adatkapcsolati réteg - Fizikai réteg
  • Fizikai réteg:
    • Feladata a jeltovábbítás.
  • Adatkapcsolati réteg:
    • Megbízható adatátvitelt biztosít egy fizikai összeköttetésen keresztül.
    • Feladata a fizikai címzés, hálózati topológia közeghozzáférés, fizikai átvitel hibajelzése és a keretek sorrendhelyes kézbesítése.
  • Hálózati réteg:
    • Összeköttetést és útvonalválasztást biztosít két hálózati csomópont között.
    • Ide tartozik a hálózati címzés és az útvonalválasztás (routing).
  • Szállítási réteg:
    • Megbízható hálózati összeköttetést létesít két csomópont között.
    • Feladatkörébe tartozik az átviteli hibák felismerése és az áramlásszabályozás, virtuális áramkörök kezelése.
  • Viszony réteg:
    • Ez a réteg építi ki, kezeli és fejezi be az applikációk közötti dialógusokat.
  • Megjelenítési réteg:
    • Feladata a különböző csomópontokon használt különböző adatstruktúrákból eredő információ-értelmezési problémák feloldása.
  • Applikációs (alkalmazási) réteg:
    • Az alkalmazások működéséhez nélkülözhetetlen szolgáltatásokat biztosítja.
      • Pl: fájlátvitel

• TCP/IP:
  • Hétköznapi életben a leginkább elterjedt protokollrendszerre épülő hálózat (internet).
  • Modellszemlélete eltér az OSI modelltől.
  • Részei:
    • Gép a hálózathoz réteg
    • Hálózati réteg
    • Szállítási réteg
    • Alkalmazási réteg

IP technológia címzési rendszere, és vezérlése.

• Az IP a TCP/IP referenciamodell általános adatszállításra szolgáló hálózati réteg protokollja.
• Összeköttetés mentes (datagram) szolgáltatást nyújt a szállítási réteg felé.
• Datagram:
  • Önálló adatcsomag, amely az azonosításhoz és a kézbesítéshez szükséges összes elemet tartalmazza.
• IP csomag: fejrész (Header) + rakrész (Payload)
  • Header:
    • A datagram kézbesítéséhez szükséges információk
      • címek , vezérlő, ellenőrző mezők
    • 4 bájtos szavakból áll
  • Payload:
    • Szállítási réteg adatelemét foglalja magába
    • Max méret: 64kB
• IP csomag darabolás és összerakás:
  • Adatkapcsolati réteg technológiával továbbítódik
  • Enkapszuláció előtt a túl nagy IP csomagot darabolni és a darabokat sorszámozni kell.
  • Fogadó csomópontnál a dekapszuláció után pontosan össze kell rakni részekből a nagy IP csomagot.
  • Darabolást végző csomópont:
  • forrás vagy köztes (útválasztó).
  • Darabolás engedélyezés hatáskör:
  • Forrás csomópont, csomagonként.
• IP címzési rendszer:
  • A hálózati rétegben logikai azonosításként működik.
  • A logikai cím egy hálózati interfészt egyértelműen azonosít.
  • Az egyetlen interfésze csomópontnál ez ,,host cím” megnevezéssel használatos.
  • IP címmel azonosított interfészek:
    • A végfelhasználói (host) csomópontnál,
    • Az L3 típusú köztes (router) csomópontnál.
  • Az azonosítók nyilvántartását nemzetközi szervezetek látják el:
    • Pl: IANA
  • Az IP cím kódoltan azonosítja az üzenetszórási tartományt és a host címet is.
  • IP címek használata:
    • Szervezet vagy internet szolgáltató
      • IP tartományo(k) vagy hálózati azonosító(k)
    • Előfizető gép
      • IP host azonosító
  • IP cím:
    • Hierarchikus logikai azonosító.
    • A hálózaton minden csomópontnak rendelkeznie kell legalább egy IP-címmel.
    • Ez egy 4 bájtost azonosító.
    • Pl: 192.168.0.250
  • IP címek hossza:
    • Bájtok 4k típusú többszöröse:
      • IPv4: k = 1
      • IPv6: k = 2
  • IP címek formátuma:
    • IPv4: decimálisan reprezentált bájtok, ponttal elválasztva
    • IPv6: hexadecimálisan reprezentált
  • IP címkezelés:
    • Használt kódolási módszer a maszkolás
    • Célja a hálózati cím meghatározása
    • Maszk:
      • Hossza megegyezik az IP cím méretével.
      • Bitpoziciónkénti ÉS művelet
      • Formája:
        • 1111…1100…0= ,,N(1)” ,,H(0)”
          • N:
            • Hálózat (halmaz) azonosító rész
          • H:
            • Host (interfész) azonosító rész
      • Szabályok:
        • ,,0” bit után csak ,,0” bit lehet,
        • ,,1” bit után bármi lehet.
      • Jelölések:
        • Bináris:
          • 1111111111111111111100000000
        • Decimális:
          • 255.255.255.0
        • Prefix:
          • /24 (N: 24 db bit, H: 32-24 = 8 bit)
          • A netmaszk elején elhelyezkedő 1-ek száma.
      • Speciális host címek:
        • IP üzenetszórás (broadcast):
          • Csupa bináris 1
        • IP hálózat azonosító:
          • Csupa bináris 0
      • Kiosztható címek száma:
        • Broadcast - N - 1

Forgalomirányítás elve és az útválasztási kategóriák jellemzése.

• Forgalomirányítás (routing):
  • Csomagok (IP datagrammok) továbbítási irányának meghatározásával kapcsolatos döntések meghozatala.
  • Ez megvalósul host (saját csomagok) és router (saját és mástól való csomagok) szinten is.
• Forgalomirányítási táblázat (routing table):
  • A forgalomirányításhoz szükséges információkat tartalmazó táblázat.
• Megfontolások:
  • Útválasztás szükséges úgy a végpontokon, mint a köztes csomópontokon.
  • Host csak saját csomagjai számára végez útválasztást.
  • Útválasztó (router) idegen és saját csomagjai számára is végez útválasztást.
  • Útválasztás szükséges eszköze a routing tábla, amibe bejegyzések kerülnek.
  • Dinamikus routing üzenet hitelessége a hálózatbiztonsági szempont.
• Forgalomirányítási osztályok:
  • Minimális routing:
    • Teljesen izolált, router nélküli megoldás.
  • Statikus routing:
    • A forgalomirányítási táblázat manuális feltöltése a rendszergazda által.
    • Pl: default router beállítása
  • Dinamikus routing:
    • A forgalomirányítási táblázat(ok) bejegyzéseit valamilyen routing protokoll végzi.
    • Belső forgalomirányítás:
      • Egy autonóm rendszeren belül a legelőnyösebb útvonal meghatározása speciális algoritmusokkal: távolságvektor vagy link-állapot alapon.
    • Külső forgalomirányítás:
      • Autonóm rendszerek közötti útvonal meghatározása útvonalvektor (üzemeltetési politika) alapján.
• Távolságvektor alapú forgalomirányítás:
  • A routerek minden elérhető célra (gép vagy hálózat) nyilvántartják, hogy a legjobb úton milyen irányban milyen távolsággal érhető el az adott cél.
  • A szomszédos forgalomirányítók ezen információkat meghatározott időközönként kicserélik egymással.
  • Az új információk birtokában a routerek ellenőrzik, hogy szükséges-e változás valamelyik eddig ismert legjobb úttal kapcsolatban (található-e jobb útvonal az eddiginél)
• Link-állapot alapú forgalomirányítás:
  • Szomszédok felfedezése
  • Szomszédok felé vezető kapcsolat (link) költségének mérése.
  • Csomagkészítés a mérési eredményekről.
  • A készített csomag küldése a hálózati forgalomirányítási egység össze útválasztójának.
  • Minden router ismeri a teljes hálózati topológiát, s ki tudja számítani (pl: Dijkstra algoritmussal) a többi routerhez vezető optimális utat.

TCP és UDP mechanizmusok.

• TCP:

  • Transmission control protocol
  • Összeköttetés alapú szállítási réteg protokoll
  • Megbízható, nyugtázott kapcsolat
  • Olyan rendszerekhez lett tervezve, ahol fontos az, hogy minden adat az adott sorrendben érkezzen meg
    • Pl: képek küldése, adatfájlok
  • Minden elküldött adatbájtot sorszámoz
  • TCP szegmens: Fejrész + rakrész
  • A küldő és a vevő TCP-entitásokat az adatokat szegmensekben viszik át egymás között.
  • Egy 20 byte-os fejrészből, és 0 vagy több adatbyte-ból áll
    • A forrásport és a célport azonosítják az összeköttetés helyi végpontjait.
      • 16 - 16 bit.
    • A sorszám és a nyugtaszám, ahol a nyugtaszám a következő várt bájt sorszámát tartalmazza.
      • 32 - 32 bit
    • TCP fejrész hossza, mely 4 bites
    • Ellenőrző összeg
    • Opciók
    • Egy csúszóablakos protokoll-változatot használnak dinamikus ablakmérettel.
    • A küldő minden szegmens feladásakor egy időzítőt is elindít.
    • Ha a szegment megérkezik a célhoz, a vevő TCP-entitás visszaküld egy olyan szegments, amely tartalmazza a maradék ablak méretét, és amennyiben a következőnek várt szegmens sorszámával visszaigazolja az adást.
    • Ha a küldő oldalon az időzítő nyugta vétele előtt lejár, akkor a küldőentitás újra elküldi a szegments.

• UDP:

  • User datagram protocol

  • Összeköttetés nélküli protokoll

  • Megbízhatatlan, nyugtázás nélküli kapcsolat

  • Időérzékeny alkalmazásokhoz használják

    • Pl: játékok, streamek, DNS kiszolgálók

  • UDP szegmens: Fejrész + rakrész

    • Egy 8 byte-os fejrészből és további felhasználó adatokból áll
    • Legalább 8 byte hosszúnak lennie kell, ami csak a fejrészt tartalmazza

  • Fejrész:

    • Forrás portszám (16 bit), Cél portszám (16 bit)
    • UDP szegmens hossza (16 bit), Fejrész ellenőrző összeg (16 bit)
    • Rakrész:
      • Tetszőleges tartalom