11 - hálózatok illesztése az adatkapcsolati rétegben (24 oldal)

8/9/2019 11 - Hlzatok illesztse az adatkapcsolati rtegben (24 oldal)

1/24

- H04_1 -

Hlzatok illesztse az adatkapcsolati rtegben

Kvetelmnyek:Sok gp hlzatba kapcsolsa,LAN-ok kiterjedse n,

LAN szegmensek sszekapcsolsa,Nagy svszlessg

sszekttetsi mdok:LAN-ok a trgyalt topolgikkalsszekttets a fizikai rtegben: jelismtlk (repeater): csak a jelek

regenerlst s tovbbtst vgzik a portok kztt. Ameghibsodott szegmenseket esetleg lekapcsoljk. Brmelyszegmensben tovbbtott keret az sszes szegmensretterjed mg akkor is, ha nem egy msik szegmensen lvmunkallomsnak cmeztk. Ez feleslegesen terheli a hlzatot.

A LAN-okat hidakkal (bridge) sszektve a fenti problma megolddik. Ezesetben az illeszts az adatkapcsolati rtegben trtnik.


2/24

- H04_2 -

Hidak kt vagy tbb szegmenst kthetnek ssze (multiport bridges).A hidakat gyakran hasznljk gerinchlzatokban. Ekkor ltalban nem kapcsolnakgpeket a gerinchlzatra (kivve szerverek). A gerinc a szegmenskzi forgalmat

bonyolltja le. Az sszekapcsolt szegmensek ltalban azonos tpusak: CSMA/CD,

token bus vagy token ring.Ha a szegmenskzi forgalom meghaladja a LAN-ok svszlessgt,nagy sebessg technolgit hasznlnak: FDDI, DQDB. Ekkor azsszekapcsolt szegmensek nagyobb terleten helyezkedhetnek el.

Hidak (Bridge)

802.x LAN-okat ktnek ssze. Az adatkapcsolati rtegben (MACalrteg) mkdnek.Hasznlatnak okai:

klnbz LAN-ok sszekapcsolsatvoli LAN-ok sszektse (pl. pletek kztt infravrs fny tvitele)szegmens-terhelsek cskkentsenagy tvolsg (pl. Ethernet esetn, ha tllpjk a 2.5 km-t)megbzhatsg (hibs llomsok kiszrse)biztonsg (rzkeny forgalom kiszrhet)


3/24

- H04_3 -

P H Y

M A C

L L C

N _ L

T _ L

P H Y

M A C

L L C

N _ L

T _ L

M u n k a l l o m sM u n k a l l o m s

R e p e a t e r R e p e a t e r

L A N s z e g m e n s L A N s z e g m e n sL A N s z e g m e n s

a .

P H Y

M A C

L L C

N _ L

T _ L

P H Y '

M A C '

L L C

N _ L

T _ L

M u n k a l l o m sM u n k a l l o m sH d

L A N s z e g m e n sL A N s z e g m e n s

b .

P H Y P H Y '

M A C M A C 'R e l

L A N - o k s s z e k a p c s o l s a :a . i s m t l ( r e p e a t e r )b . h d ( b r i d g e )

A hidak alkalmazsnl fellp problmk:

E l t a g

A z I E E E 8 0 2 k e r e t f o r m t u m a i :a . 8 0 2 . 3 , b . 8 0 2 . 4 , c . 8 0 2 . 5

c .

b .

a .

K e z d e th a t r o l K e r e t

v e z r l s

C l sf o r r sc m e k H o s s z A d a t P A D

E l l e n r z s s z e g V gh a t r o l H o z z f r sv e z r l s


4/24

- H04_4 -

Az egyes LAN-oknl klnbzhetneka keretformtumok, j CRC-t is kpezni kell, stb.az adatsebessgek,a max. csomagmret (ez a legslyosabb problma)

802.3 1518 byte802.4 8191 byte802.5 max 10ms (500 byte)

Keret darabols nem lehetsges, mert a 802-es protokoll eztnem teszi lehetv.

A 802.x - 802.y hidak sszekapcsolsnak 9 klnbz vltozatalehetsges:

802.3 - 802.3,802.3 - 802.4,802.3 - 802.5,

802.4 - 802.4,802.4 - 802.5,802.5 - 802.5,802.4 - 802.3,802.5 - 802.3,802.5 - 802.4

Ennyifle konverzit kell megoldani.

A hidak mkdse

Transzparens hidak: a kommunikl llomsok szmra lthatatlan(transzparens).


5/24

- H04_5 -

H d

A d a t t o v b b t sa d a t b z i s a

H dp r o t o k o l l

M e m r i ap u f f e r

M u n k a l l o m s o k M u n k a l l o m s o k

M A Cc h i p s e t

1 . h d p o r t 2 . h d p o r t

M A Cc h i p s e t

P o r tk e z e l

s z o f t v e r

l l o m sc m

P o r ts z m

" A " L A N s z e g m e n s " B " L A N s z e g m e n s

l l o m sc m

112 13 24 25 26

1 . h d1 . p o r t 2 . p o r t

2

P o r ts z m

1 2 3 4

l l o m sc m

112 13 14 15 26

2 . h d1 . p o r t 2 . p o r t

2

P o r ts z m

5 6

a . A h d f e l p t s e

b . m k d s i p l d a

Kezdetben a hidak cmtblja res. Bejv csomag esetn a hdminden kimenetn kimegy a csomag (elraszts). A hidak abejv keretek cmbl tanuljk meg, hogy melyik lloms, ahd melyik portjn lv LAN-on helyezkedik el. A tblzatbanfeljegyzi a gp cmt (MAC szmt, pl. Ethernet cmt) s abejegyzs idpontjt. j keret rkezsekor ezt az idpontot

frissti. Nhny percnl rgebbi bejegyzsek trldnek, hogy azesetleges topolgia vltozsokat kvetni lehessen (dinamikus


6/24

- H04_6 -

topolgia kvets!).Ha a hlzatban hurok van, a keretek vg nlkl keringenek a hlaztban. Eztkszblik ki a Spanning tree algoritmussal. A hiadak a bridge protokollsegtsgvel olyan tblkat ptenek, hogy brmely kt lloms kztt csakegyetlen tvonal legyen.

A forrs ltal forgalomirnytott hidak (source routing bridges) mselven mkdnek: a csomagok tartalmazzk a kvetendtvonalat is.

A hidak htrnyi:trol - tovbbt elven mkdik (store and forward), a

kereteket puffereli, ami ksleltetst okoz.adattovbbts vezrls (flow control) nem lehetsges a MAC

rtegben. Nagy forgalom esetn tlterheldik

A klnbz kerethosszakbl ered problmt gy kszblikki, hogy a forrs lloms ismeri a legrvidebb kerethosszt sennl hosszabb keretet nem bocst ki.Msik megolds bridge-router (brouter) alkalmazsa. Ez olyaneszkz, amely a MAC s a hlzati rtegben is kpes mkdni.

Internet hasznlata (internetworking)

Az egyttmkd szmtgpek kapcsoldhatnak kizrlag LAN-hoz,

kizrlag WAN-hoz, vagy LAN-ok s WAN-ok egytteshez. LAN-oks WAN-ok sszekapcsolst nevezik internet-nek, az ilyen mdonegyttmkd szmtgpes alkalmazsokat internetworking-nek.

A hlzatokat sszekapcsol eszkzk: Intermediate System (IS)(kzbens rendszer).

A legfontosabb funkcijuk miatt router-nek vagy gateway-nek ishvjk ezeket. A router az egyes port-jain klnbz hlzatiprotokollokkal rendelkezhet, mivel teljesen eltr hlzatokatkapcsolhat szze.

Az IS-t protokoll konverternek nevezik akkor, amikor olyanhlzatokat kapcsolnak ssze, amelyek teljesen eltr protokollkszlettel (protocol stack) rendelkeznek. Az eltr hlzatiprotokollokon kvl a hlzatfggetlen protokoll rtegek isteljesen klnbzk lehetnek. pl. elektronikus levl talaktsa.


7/24

- H04_7 -


R o u t e r / g a t e w a y

N e t w o r k 1 . N e t w o r k 2 .

I n t e r m e d i a t e s y s t e m ( I S ) : r o u t e r / g a t e w a y

N _ L

S _ L

P _ L

A _ L

A l k a l m a z ip r o c e s s z

D _ L

T _ L

P H Y

N _ L '

S _ L

P _ L

A _ L


D _ L '

T _ L

P H Y 'P H Y '

N _ L N _ L '

D _ L D _ L '

P H Y

R e l a y

I S


8/24

- H04_8 -


P r o t o k o l l k o n v e r t e rI S

N e t w o r k 1 . N e t w o r k 2 .

I n t e r m e d i a t e s y s t e m ( I S ) : p r o t o k o l l k o n v e r t e r


N _ L

S _ L

P _ L

A _ L

D _ L

T _ L

P H Y


N _ L '

S _ L '

P _ L '

A _ L '

D _ L '

T _ L '

P H Y '

N _ L

S _ L

P _ L

A _ L

D _ L

T _ L

P H Y

N _ L '

S _ L '

P _ L '

A _ L '

D _ L '

T _ L '

P H Y '

R e l a y


9/24

- H04_9 -

Internetwork architektrk


10/24

- H04_10 -

Az Internetworking albbi tmit trgyaljuk:

Hlzati szolgltats (Network service)Cmzs (Addressing)Forgalomirnyts (Routing)

A szolgltats minsge (Quality of Service: QoS)Maximlis csomagmretAdattovbbts s torlds vezrls (Flow and congestion control)Hibajelzs (Error reporting)

A tbb s esetleg klnbz sszekapcsolt hlzat ellenre azegyttes hlzatnak a host-okon egysges hlzati szolgltatst kellnyjtania, minhta tiszta LAN vagy WAN lenne.

Hlzati szolgltats (Network service)

Feladata: csomagok eljuttatsa forrsbl clba, mikzben tbb csomponton kellkeresztl haladniuk.

A hlzati rteg szolglatainak (feladatainak) meghatrozsnl az albbi clokatveszik figyelembe:

A szolglatok fggetlenek legyenek az alhlzat technikjtl.A szlltsi rteg ell el kell takarni a jelenlv alhlzatok

szmt, tpust s topolgijt.

A szlltsi rteg szmra hozzfrhet hlzati cmeknekegysges szmozsi rendszert kell alkotniuk (LAN-okon sWAN-okon egyarnt)

Kt f megolds ltezik: sszekttets alap ssszekttetsmentes

1. sszekttets alap kapcsolat.

A telefon kapcsolatot lehet analgiaknt tekinteni: hvs felpts, beszlgets,bonts. ltalban WAN-oknl hasznljk s kzszolgltatst vesz ignybe (pl.

X.25). A viszonylag nagy ksleltets s a gyakori tviteli hibkmiatt sszekttets alap kapcsolattal mkdik.

Feladatok: kapcsolat felptse, kt irny kommunikci, csomagokkzbestse hibtlanul s sorrend-helyesen (FIFO). A forgalom szablyozseleve biztostott.Az alhlzat bonyolult, a hoszt egyszer.

2. sszekttetsmentes kapcsolat.

Analgia a levl kzbests: az egymsutn feladott leveleketklnbz tvonalon tovbbthatjk, s nem biztos, hogy afelads sorrendjben rkeznek meg. Ilyen hlzat az Internet.


11/24

- H04_11 -

A LAN-oknl sszekttetsmentes kapcsolatot hasznlnak,mivel az tviteli ksleltets alacsony s kicsi a hibavalsznsge.

Az alhlzat az sszekttets nlkli kapcsolat miatt megbzhatatlan, a

hibavdelmet s a forgalomszablyozst a hosztok oldjk meg (a kt vgpont).Csak csomagklds s fogads van. Minden egyes csomag hordozza a teljescmet, mivel a csomagok kldse egymstl fggetlen.Az alhlzat egyszer, a hoszt bonyolult.

Az ISO mindkt tpus szolglatot tartalmazza.

Cmzs (Addressing)

A hlzati rtegben hasznlt cmnek a teljes hlzaton azonostania kell a

szmtgpet.A MAC cmek nem hasznlhatk a teljes hlzat cmzsre. A hlzati cmet s aMAC cmet egyttesen alkalmazzk. A kzeghozzfrshez a MAC cmet (pl.Ethernet cm), a teljes hlzati cmzsre a hlzati cmet (pl. IP cm) hasznljk. AzIS-nek (pl. router), mivel tbb hlzatra is csatlakozik, minden portjra rendelkezniekell MAC cmmel.

Forgalomirnyts (Routing)

Ha az egyttmkd gpek ugyanazon a hlzaton vannak,elegend a MAC cmek hasznlata. Ellenkez esetben a hlzati cmazonostja a partner szmtgpet egy msik hlzaton. A hlzaticsomagok route-olsrl kell gondoskodni. A hlzati cmnmagban nem elegend a csomag route-olsra. A tovbbtandcsomagot a cllloms hlzati cmvel egytt el kell kldeni azugyanazon a hlzaton lv router MAC cmre. A router-nek pedigvagy a clllloms MAC cmre, vagy egy msik router MAC cmrekell tovbbtania a kzbestend csomagot. Az albbi pldban az 1. hlzat1. gpe kld csomagot a 4. hlzat 1. gpnek. A plda topolgijt szemllve azalbbi krdsek merlnek fel:

Honnan tudja meg a host a hlzatra kapcsolt router-(ek) MAC cmt?Hogyan hatrozza meg egy router a hlzatra kapcsolt host-ok MAC cmt?Hogyan vlasztja ki a host azt a router-t, amelyiknek a csomagot elkldi?Hogyan hatrozza meg egy router az ugyanarra hlzatra kapcsolt router-ek MAC

cmt?Hogyan vlasztja ki a router, hogy melyik msik router-nek tovbbtja egy host-nak

szl csomagot?

Az internet routing-nak vlaszt kell adnia ezekre a krdsekre.


12/24

- H04_12 -

A szolgltats minsge (Quality of Service: QoS)

Paramterek sszessge, amelyek lerjk a szolgltats teljestmnyt, jsgt,amelyet a hlzatot hasznl elvr a szolgltattl. Ezek:csomag ksleltets,az illetktelen megfigyelssel vagy beavatkozssal szembeni vdelem szintje,a tovbbts kltsge,az tviteli hiba valsznsge,a relatv priorits

sszekttets alap hlzatnl a kapcsolat ltestsnl a kt


13/24

- H04_13 -

hlzati felhasznl megbeszli a QoS paramtereket.sszekttets nlkli hlzatnl a kapcsolat kezdemnyezjnekismernie kell a szolgltats QoS paramtereit.

Maximlis csomagmret

A max. csomagmret klnbz az egyes hlzat tpusokban. Amax. csomagmretet az albbi tnyezk befolysoljk:a hiba arny,az tviteli ksleltets,a puffer mret igny saz overhead (a hasznos adatot ksr egyb informci mennyisge:

cmek, CRC, stb.)

A szlltsi rteg szksg szerint fregmentlja az tviend adatokata hlzati rteg szmra tovbbtsra. A hlzati rteg a klnbzalhlzatokon trtn tovbbts sorn tovbb trdeli, majd a vtelhelyn jra sszelltja a csomagokat.

Adattovbbts s torlds vezrls (Flow and congestion control)

Flow control mechanizmus szablyozza a klnbz sebessg sleterheltsg vgllomsok kztti adatforgalmat. A congestioncontrol az adatok hlzaton belli torldsnak feloldst jelenti.

Az sszektetts alap hlzatok esetn a keretek nyugtzsa biztostja a flowcontrol-t. A felad nem kld addig jabb keretet, amg bizonyos szm feladott keretnyugtzsa meg nem trtnik.Az sszektetts nlkli hlzatoknl a flow control-t a szlltsi rteg oldja meg.

Hibajelzs (Error reporting)

A hibk jelzsnek mdja hlzatonknt eltr. Tbb sszekapcsolts eltr tpus hlzat esetn a megfelel hibajelzsrlgondoskodni kell.

Internet protokoll szabvnyok

ARPANET hlzatbl fejldtt ki az Internet. Az internet protokoll egyteljes protokoll kszlet (stack): TCP/IP. Szlltsi s alkalmaziprotokollokat egyarnt tartalmaz. A specifikci nyilvnos (RFC-k).Ma ez a legltalnosabban hasznlt nylt szabvny.A TCP/IP kszlet llandan fejldik s bvl, de van egy magja,amelyik minden implementcinak rsze.


14/24

- H04_14 -

Internet IP

A hlzati protokoll neve: Internet protocol (IP). sszekttetsmentes protokoll.Adatgarammk mennek a forstl a clig, nem felttlenl megbzhat mdon,tbb hlzaton keresztl. A megbzhatsgi mechanizmust aszlltsi rtegbe helyeztk, ahol megbzhat end-to-endsszekttets ltesthet megbzhatatlan hlzaton keresztl.

Cmzs

A cm 32 bites. Hogy klnbz mret hlzatokat lehessenkialaktani, 3 alap osztlyt hoztak ltre: A, B s C.A cm 2 rszbl ll:

hlzati cm

host cm


15/24

- H04_15 -

Pl.A osztly cm: 10.0.0.0 (hlzati cm: 10, host cm: 0.0.0)B osztly cm: 128.3.2.3 (hlzati cm: 128.3, host cm: 2.3)C osztly cm: 192.190.173.44 (hlzati cm: 192.190.173, host cm: 44)

C osztly hlzatban 254 host gp helyezhet el.Lehetsg van n. subnet-ek kialaktsra a hlzaton bell gy,

hogy az osztly cmtartomnyt feldaraboljuk. A hostok jellsreszolgl bit-csoport egy rszt a hlzat jellsre szolgl bit-csoporthoz csatoljuk (lsd az bra b. pontjt). A subnet-cm hatra nemmerev, ezt a router-ekben s a host-okban egy n. address mask-kal adjuk meg.A maszk hlzati cmnek megfelel bit helyeire 1-est runk, a hostcmnek megfelel helyekre pedig 0-t.


16/24

- H04_16 -

A plda B cmnek osztly subnet mask-ja: 255.255.255.0 (a szoksos decimlislerssal).

Ezzel a B osztly hlzatunkban 256 subnet-et (alhlzatot)alakthatunk ki, amelyek kztt ugyangy route-olhatunk mint

klnbz hlzatok kztt.

Az IP cmeknek egyedieknek kell lennik. A hlzati cmeket az Internet kzpontihatsga a Network Information Center (NIC) vagy egy nemzeti meghatalmazottintzmny adja ki. A host cmeket pedig a hlzatot zemeltetintzmny rendeli az egyes gpekhez.


17/24

- H04_17 -

IP adatgramma

A hlzati protokoll neve: Internet protocol (IP).sszekttetsmentes protokoll. Adatgarammk mennek a forstl aclig, nem felttlenl megbzhat mdon, tbb hlzaton keresztl.A megbzhatsgi mechanizmust a szlltsi rtegbe helyeztk, aholmegbzhat end-to-end sszekttets ltesthet megbzhatatlanhlzaton keresztl.

Az IP mkdse:A szlltsi rteg a felsbb rtegtl kapott zeneteket max. 64KB-osmret adatgrammkra trdeli. (Lehet, hogy ezek tjuk sorn mgkisebb darabokra lesznek trdelve). A vtel helyn, az sszes

adatgramma megrkezse utn a szlltsi rteg jra sszerakja azeredeti zenetet.


18/24

- H04_18 -

Routing (forgalomirnyts)

A forgalomirnyts mdja lehet kzpontostott (centralized) vagy elosztott(distributed).

Elosztott forgalomirnyts.A host-ok s a router-ek kooperlnak, hogy az sszes eszkzben rendelkezsre llrouting informci mindig aktulis s konzisztens legyen. A routing informcit arendszerek tblzatokban troljk. A routing eljrs kiveszi a tovbbtand csomagbla cl-IP cmet, majd a tblzataibl kikeresi a host vagy router MAC cmt, amelyneka csomagot tovbbtani kell.

Az Internet nem ms, mint kln-kln menedzselt internetek sszessge. Ezeketautonm rendszereknek nevezzk, s sajt bels routing algoritmussals menedzsment szervezettel rendelkeznek. Az egyestett Internetet egymag gerinc hlzatnak tekintjk, amelyhez az autonm rendszerek csatlakoznak.


19/24

- H04_19 -

Az autonm rendszereken bell hasznlt router-eket interior gateway-eknek,az autonm rendszereket a mag hlzathoz csatol routereketpedig exterior gateway-eknek nevezzk. A megfelel routingprotokollok pedig: az Interior Gateway Protocol (IGP) s az ExteriorGateway Protocol (EGP). Az egyes autonm rendszerek klnbztpus IGP-vel rendelkezhetnek, az EGP azonban egysges az egsz Internetre.

A host-ok s a router-ek nem trolnak a teljes Internetre vonatkoz routing

informcit. A routing informci trolsa hierarchikus:


20/24

- H04_20 -

a hostok csak annyi routing informcit trolnak, amelyelegend ahhoz, az ugyanahhoz a hlzathaoz csatolt host-ok s interior gateway-ek szmra tovbbthassk acsomagokat,

az interior gateway-ek csak annyi routing informcit trolnak,

amely elegend ahhoz, hogy az ugyanahhoz az autonmrendszerhez csatlakoz host-ok s interior gateway-ek szmratovbbthassk a csomagokat,

az exterior gateway-ek csak annyi routing informcit trolnak,amely elegend ahhoz, hogy egy interior gateway vagy egymsik exterior gateway szmra tovbbthassk acsomagokat.

A fenti feladatokat ellt protokollok:az Address Resolution Protocol (ARP),tbbfle interior gateway protocol (IGP), segy exterior gateway protocol (EGP)


21/24

- H04_21 -

Address Resolution Protocol (ARP)

A host-okban s az IG-kben is implementlt ARP lehetv teszi, hogymegtudjk az ugyanazon a hlzaton lv msik eszkz IP cmnekismeretben annak MAC cmt. Elszr a sajt tblzatukban keresik, hogy felvan-e jegyezve a keresett IP-MAC pr. Ha nincs, akkor egy ARP krst kldenek ahlzatra broadcast formjban. Az az eszkz, amelyik felismeri a sajt IP cmt akrsben, egy ARP vlaszban visszakldi a keresett IP-MAC pradatot. Ezutn acsomag a megfelel MAC cmre tovbbthat.


22/24

- H04_22 -

Interior gateway protocol (IGP)

Tbbfle IGP ltezik.A legltalnosabban hasznlt protokoll az IP routing information protocol (RIP). Ezegy elosztott routing protokoll, amely a tvolsg-vektor algoritmusra (distance-vector

algorithm: DVA) pl. jabb protokoll a link-state open shortest path first (link-stateOFPF) protokoll, amelyet az ISO-IP-ben is alkalmaznak.Itt a TCP/IP -hez kapcsold tvolsg-vektor algoritmust ismertetjk:A tvolsg fogalmat routing metrikaknt hasznljuk a routerek kztt. Ha a metrika ahop (ugrs), akkor ez a szm a kt router kztti hlzatok szmt jelenti. Ha ametrika a ksleltets, akkor ez a szm a kt router kztti tlagos ksleltetst jelenti.Brmilyen metrikt is hasznljunk, a DVA elosztott algoritmusa segtsgvel mindenIG felpt egy tblzatot az autonm rendeszerben, amely tartalmazza a tvolsgokatnmaga s az sszes hlzat kztt.Kezdetben minden gateway csak a kzvetlenl hozzcsatolt hlzatok cmt (IP), s acsatlakoz gateway-ek IP-MAC cm prjait ismeri. A hlzat-cmek a tvoli routing

tblban, az IP-MAC prok pedig a helyi routing tblban vannak.Minden gateway periodikusan elkldi a tvoli routing tbljnak a tartalmt aszomszdos gateway-eknek, amelyek ennek alapjn kiegsztik s felfrisstik a tvolirouting tbljukat.

Nhny iterci utn minden gateway tartalmazni fog egy-egy bejegyzst az autonmrendszer sszes hlzatrl.


23/24

- H04_23 -


24/24

- H04_24 -

Az Internet Control Message Protocol

Az Internet mkdst a router-ek szorosan felgyelik. Hiba esetnaz ICMP (Internet Control Message Protocol) zenettel jelzik a hibt.

Az ICMP zenettpusai:a cl nem elrhet,idtllps,

paramter problma,forrslefojts (sebessg cskkents),jrairnyts,visszhang krsstb.

11 - hálózatok illesztése az adatkapcsolati rétegben (24 oldal)

Documents