raČunalne mreŽe -...

RAČUNALNE MREŽE

UvodArhitektura računalnih mreža

Fizička razinaPodatkovna razina

Mrežna razinaPrijenosna razina

RAČUNALNE MREŽE Mrežna razina

• Uvod• Algoritmi usmjeravanja• Paketne mreže po preporuci ITU-T X25• Mrežna razina interneta

Mrežna razina

Mrežna razina Zašto routati?

Mrežna razina osigurava prijenos poruke s kraja na kraj

mreže primarni problemi ovog sloja su

adresiranje usmjeravanje prometa kroz mrežu kontrola pogrješke i kontrole zagušenja (neke

mreže) problemi se nastoje riješiti kao kompromis

između rješenja optimalnog za korisnika (da podaci stižu

sa minimalnim kašnjenjem i s najvećom mogućom točnošću)

rješenja optimalnog za mrežu (nastojanje da se izbjegnu zagušenja, a da se maksimalno iskoristi mreža).

Mrežna razina Paket

jedinica informacije (PDU) pakete je moguće prosljeđivati

Zasebno (svaki paket mora nositi globalnu adresu odredišta)

virtualnim kanalom samo prvi paket toka mora nositi globalnu adresu ostali paketi toka prosljeđuju se istim putom nose samo kratki identifikator virtualnog kanala

Mrežna razina Kontrola pogrješki i usmjeravanje

na mrežnoj razini nalazimo spojevne ili bespojne protokole

Internet mreža koristi zasebno prosljeđivanje bespojni protokol

X.25: primjer mreže koristi prosljeđivanje virtualnim kanalom i spojevni protokol

ATM s AAL5: mreža koja koristi prosljeđivanje virtualnim kanalom bespojni protokol (ATM je svrstan pod podatkovnu razinu, ali ako se izgradi

globalna ATM mreža imat će funkcije usmjeravanja i prosljeđivanja).

Mrežna razina Kontrola toka na mrežnoj razini

moguće je znatno kašnjenje nije moguća neposredna kontrola toka tipa

"uključi - isključi” trebalo bi koristiti prozorsku kontrolu, kontrolu

brzine ili kombinirano kod značajnih mreža

X.25 koristi upravo neposrednu kontrolu IP protokol Interneta ne predviđa kontrolu toka

(ona se obavlja na prijenosnoj razini - TCP protokol)

Mrežna razina Algoritmi usmjeravanja

Deterministički algoritmi Stohastički algoritmi

Mrežna razina Algoritmi usmjeravanja

Usmjeravanje prometa ostupak otkrivanja optimalnog puta između izvorišta i

odredišta toka podataka kriterij optimalnosti je minimalno kašnjenje koje ovisi

o izravnosti izabranog puta stanju zagušenja na mreži

usmjeravanjem prometa može se utjecati na stanje zagušenja u mreži

Mrežna razina Algoritmi usmjeravanja

U praksi određivanje optimalnog puta je vrlo kompleksan posao obavlja se samo povremeno period preračunavanja tablica usmjeravanja na globalnim

mrežama (Internet) iznosi i do desetak minuta Koriste se tablice usmjeravanja obzirom na kašnjenje i period izračunavanja

postiže se samo dostupnost s kraja na kraj mreže usmjeravanje je samo pomoćna metoda kontrole zagušenja

Mrežna razina Algoritmi usmjeravanja

Tablice izračunavaju se korištenjem algoritama usmjeravanja oni mogu biti

deterministički - odluka usmjeravanja donosi se na osnovu čvrstih pravila

algoritam poplave algoritam stalnog usmjeravanja algoritam razdvojenog prometa algoritam idealnog opažača

stohastički - uz pravila dozvoljavaju se i određene slučajnosti algoritam nasumičnog usmjeravanja algoritam izoliranog usmjeravanja algoritam raspodijeljenog prometa

Mrežna razina Algoritmi usmjeravanja

deterministički - odluka usmjeravanja donosi se na osnovu čvrstih pravila

algoritam poplave primljeni paket se šalje na sve kanale osim na onaj s kojeg je

došao (postoji i verzija s odabranim kanalima) Neefikasan, pogodan za mreže sa brzim promjenama

algoritam stalnog usmjeravanja postoje unaprijed određeni putovi na osnovu adresa

algoritam razdvojenog prometa promet se prema istom odredištu šalje po više kanala unaprijed se odredi koji će postotak ići kojim kanalom

algoritam idealnog opažača pretpostavlja da svako čvorište u trenutku usmjeravanja

ima sve informacije o stanju mreže (u praksi nemoguće) Trenutni odziv mreže na promjene nije dobar (trendovi,

predviđanja)

Mrežna razina Algoritmi usmjeravanja

stohastički - uz pravila dozvoljavaju se i određene slučajnosti algoritam nasumičnog usmjeravanja

čvorište otprilike zna odakle je paket došao pošalje ga nasumce otprilike u smjeru odredišta

algoritam izoliranog usmjeravanja pojedini čvor nema informaciju o stanju na mreži na osnovu opterećenja na izlaznim kanalima donosi odluku o

usmjeravanju (na osnovu dužine reda čekanja) algoritam raspodijeljenog prometa

povezuje algoritam razdvojenog prometa (deterministički) s algoritmom izoliranog usmjeravanja

imamo informaciju o strukturi mreže od mogućih putova prema lokalnoj procjeni biramo optimalan

put pojedinim smjerovima dodijelimo težine (broja paketa u redu) težina se pribraja stvarnom broju paketa u redu za taj smjer

Mrežna razina Paketne mreže po preporuci ITU-T

X25 definira X.25 terminal, DCE i sučelje između

njih

Mrežna razina Paketne mreže po preporuci ITU-T X25

X.25 mrežni protokol spojevni protokol uspostavlja numeraciju PDU i oporavak od pogrješki

ponovnim slanjem (retransmisijom) paketi se prosljeđuju po virtualnom kanalu

adresa je potrebna samo u fazi njegove uspostave nosi je samo prvi paket ostali paketi koriste 12-bitni identifikator virtualnog kanala

identifikator virtualnog kanala nije jedinstven mijenja se od čvora do čvora prema tablicama virtualnog

kanala

Mrežna razina X.25 interface

Mrežna razina X.25 link level

•Link Access Protocol,Balanced (LAPB) is derived from HDLC and is the most commonly used. It enables to form a logical link connection besides all the other characteristics of HDLC. •Link Access Protocol (LAP) is an earlier version of LAPB and is seldom used today. •Link Access Procedure,D Channel (LAPD) is derived from LAPB and it is used for Integrated Services Digital Networks (ISDN) i.e. it enables data transmission between DTEs through D channel, especially between a DTE and an ISDN node. •Logical Link Control (LLC) is an IEEE 802 Local Area Network (LAN) protocol which enables X.25 packets to be transmitted through a LAN channel.

Mrežna razina X.25 link level

The LAPB protocol uses the following frame structure:

•The Flag fields indicate the start and end of the frame. •The Address field contain the address of the DTE/DCE, it is most important in multidrop lines, where it is used to identify one of the terminals. •The Control field contains sequence numbers, commands and responses for controlling the data flow between the DTE and the DCE. •The Checksum field indicates whether or not errors occur in the transmission. It is a variation of the Cyclic Redundancy Code (CRC).

Mrežna razina X.25 Mrežne razina

Mrežna razina X.25 Mrežne razina

•The CALL ACCEPTED packet is sent by the callee DTE if it accepts the call. •The CLEAR REQUEST is sent due to various reasons,the fourth byte of the packet tells why the connection is being cleared. It is acknowledged by a CLEAR REQUEST CONFIRMATION packet. •The INTERRUPT packet allows a short (32 bytes) signal to be sent out of sequence. It is acknowledged by INTERRUPT CONFIRMATION packet. •The RECEIVE READY (RR) packet is used to send separate acknowledgments where there is no reverse traffic. The ppp field (three first bits of the type field) tells which packet is expected next. •The RECEIVE NOT READY (RNR) packet allows a DTE to tell the other side to stop sending packets to it for a while. •The REJECT packet allows a DTE to request retransmission of a series of packets. The ppp field gives the first sequence number desired. •The RESET and RESTART packets are used to recover from varying degrees of trouble. Both are acknowledged by RESET CONFIRMATION and RESTART CONFIRMATION respectively. •The DIAGNOSTIC packet is also provided, to allow the network to inform the user of problems.

Mrežna razina X.25 Mrežne razina – data paket

Mrežna razina Internet

bespojna mreža usmjeravanje i prosljeđivanje se obavlja za

svaki paket zasebno Protokol mrežne razine je IP (Internet Protocol) IP rješava

adresiranje i dostupnost do svakog računala prisutnog na Internetu

fragmentiranje paketa specifikaciju vrste usluge

Mrežna razina IP paket

0 1 2 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

VER IHL Vrsta usluge Ukupna duljinaIdentifikacija paketa Indikatori Pomak fragmenta

TTL Protokol Zaštitni znak zaglavljaIzvorišna IP adresa

Odredišna IP adresaOpcije Nadopuna

Mrežna razina IP paket

Vrsta usluge(Type Of Service, TOS)

Indikatori (Flags)

PPP D T R 0 0

∗ P (Priority) - bitovi prioriteta;∗ D (Delay) - definira prijenos

maksimalnom brzinom∗ T (Throughput) - definira prijenos

s minimalnim kašnjenjem;∗ R (Reliability) - definira prijenos s

najvećom sigurnošću, da se paketne odbaci ako u čvorištu dođe dozagušenja.

0 D MF F

∗ DF (Don’t Fragment) - ne fragmentirati. Akose mora fragmentirati, paket se odbacuje;

Mrežna razina

Mrežna razina Adrese IP protokola

duljine 32 bita sastoje se od

mrežne adrese adrese računala (zapravo, mrežnog priključka)

broj bita adrese podmreže i adrese računala određuje klasa

specificirane su 3 korisničke klase adresa (A, B i C)

klasa D rezervirana je za grupne adrese klasa E rezervirana je za proširenja

Mrežna razina ploče Adrese IP protokola

Klasa A

126 (27-2) mreža i 16.8∗106 (224-2) računala Klasa B

16382 (214-2) mreža i 65534 (216-2) računala Klasa C

2.1∗106 (221-2) mreža i 254 (28-2) računala

Mrežna razina Adrese IP protokola

Mrežna razina Adrese IP protokola

Pretvaranje dekatske u binarnu adresu

Mrežna razina Adrese IP protokola

Kako usmjernik prepoznaje koje adrese treba proslijediti?

Mrežna razina Adrese IP protokola

IP adresa i maska

Mrežna razina Adrese IP protokola

IP adresa i maska

Mrežna razina Adrese IP protokola

Prednosti IP adresiranja usmjeravanje se kroz mrežu obavlja na osnovu

adrese mreže (prema klasi adresa) tek na lokalnoj mreži koristi se adresa krajnjeg

računala administriranje adrese mreže obavlja se globalno administriranje adrese računala obavlja se lokalno

Mrežna razina Adrese IP protokola

Nedostatak IP adresiranja fiksna podjele adresa na mrežni i računalni

dio za određenu mrežu najčešće nisu iskorištene

sve adrese mnogo adresa računala ostaje neiskorišteno pojavljuje se problem nedostatka adresa

(klasa) – djelomično rješavanje podklasama

Mrežna razina Adrese IP protokola

IP postavke radnih stanica

Mrežna razina IPv6 protokol

Mnogo veći adresni prostor Nove mogućnosti usmjeravanja Definniranje kvalitete usluge Otvorene mogućnosi u budućnosti Jednostavnost

Nema fragmentacije Nema opcija Nema provjere ispravnosti paketa

Mrežna razina IPv6 protokolVERS HL

Fragment Offset

Fragment LengthService

Datagram ID FLAG

TTL Protocol Header Checksum

Source Address

Destination Address

Options (if any)

Data

1 byte1 byte 1 byte 1 byte

4 for IPv4

Mrežna razina

VERS PRIO

Hop Limit

Flow Label

Payload Length Next Header

1 byte1 byte 1 byte 1 byte

6 for IPv6

Source Address (128 bits - 16 bytes)

Dest. Address (128 bits - 16 bytes)

Mrežna razina IPv6 zaglavlje

Priority: kontrola zagušenja Flow label: experimentalno-pošiljatelj

šalje identifikatore toka Payload length: količina podataka iza

zaglavlja Next header – protocol ID Hop Limit – TTL

Mrežna razina Usmjeravanje na lokalnoj mreži

terminal (računalo) na osnovu usporedbe adrese odredišta s vlastitom adresom zna da li komunicira s računalom na istoj ili nekoj drugoj mreži

ako je korespondentna stanica na istoj mreži koristi se ARP (Address Resolution Protocol) protokol

za prevođenje IP adrese na MAC adresu lokalne mreže

IP paket se umetne (enkapsulira) u okvir podatkovne razine

okvir se pošalje lokalnom mrežom direktno odredištu ako korespondentna stanica nije na istoj mreži

koristi se ARP (Address Resolution Protocol) protokolza prevođenje IP adrese na MAC adresu lokalne mreže

paket se šalje usmjerniku (default gateway) isto kao gore

put paketa se dalje određuje prema tablicama usmjeravanja

Mrežna razina ARP (Address Resolution Protocol)

Mrežna razina ARP (Address Resolution Protocol)

Mrežna razina ARP (Address Resolution Protocol)

Mrežna razina ARP (Address Resolution Protocol)

Mrežna razina ARP (Address Resolution Protocol)

Mrežna razina ARP (Address Resolution Protocol)

Ako trebamo pristupiti adresi izvan lokalne mreže

Računalo traži arp za ip adresu usmjernika Prosljeđuje paket na MAC adresu

usmjernika, dok destination ip address ostaje nepromijenjena

Mrežna razina Usmjeravanje

primarno osigurava dostupnost od izvorišta do odredišta toka podataka

sekundarno, utječe na optimalno iskorištenje mreže i kvalitetu usluge

te funkcije ostvaruju usmjernici Interneta (IP usmjernici)

Mrežna razina Razvoj usmjeravanja na Internetu

prvobitna organizacija usmjeravanja je bila hijerarhijska

to je bilo naslijeđe ARPANET arhitekture postojao je centralni sustav (jezgra) mreže kroz usmjernike jezgre (core gateways)

usmjeravane su informacije među svim mrežama Interneta

rastom Interneta naglo je rasla i količina usmjerivačkih informacija koje

je jezgra trebala obraditi to je postao glavni nedostatak hijerarhijskog modela

Mrežna razina Novi model usmjeravanja

zasniva se na ravnopravnim nezavisnim (autonomnim) sustavima

svaki nezavisni sustav sastoji se od grupe mreža koje su pod istom administrativnom upravom

obzirom na takvu podjelu razlikujemo različite vrste usmjernika i različite dijelove mreže (različite podmreže)

Mrežna razina Novi model usmjeravanja

Vanjski usmjernici obavljaju usmjeravanje prometa između različitih

nezavisnih sustava koriste vanjske usmjerivačke protokole

(npr. BGP-Border Gateway Protocol) Unutrašnji usmjernici

usmjeravaju pakete unutar nezavisnih sustava koriste unutrašnje usmjerivačke protokole

(npr. RIP-Routing Information Protocol). Osnovna mreža (Backbone)

povezuje vanjske usmjernike predstavlja najvišu razinu usmjeravanja

Mrežna razina Vanjski i unutarnji usmjerenici

Mrežna razina Osnovna podmreža (Autonomous system)

raspolaže s jednom ili više adresnih klasa karakterizirana je vlastitom administracijom

adresa dijeli se na podmreže

s fiksnom (klase) mrežnom adresom varijabilnom (adresna maska) mrežnom adresom

najčešće je ostvarena jednostavnom do srednje složenom mrežom

unutrašnjih usmjernika na koje su povezane podmreže

IP paketi se usmjeravaju optimalnim putem do usmjernika preko kojega je dostupna podmreža

odredišta

Mrežna razina Podmreža (Subnetwork)

obuhvaća jednu zonu prostiranja lokalne mreže mrežna IP adresa određena klasom ili mrežnom

maskom podmreža je s osnovnom podmrežom

povezana najčešće sa samo jednim usmjernikom koji za računala podmreže predstavlja osnovni usmjernik

(Default Gateway) pripadnost paketa podmreži

određuje se na osnovu mrežnog dijela IP adrese pretvorba IP adrese odredišta ili usmjernika u MAC

adresu obavlja se korištenjem ARP protokola okvira s univerzalnim adresama (u granicama zone

prostiranja)

Mrežna razina Podmreža (Subnetwork)

pakete koji dolaze na podmrežu osnovni usmjernik pakira u okvire s MAC adresom

odredišta prosljeđuje ih lokalnom mrežom

pakete koji idu van iz podmreže izvorište pakira u okvire s MAC adresom osnovnog

usmjernika koji će ih proslijediti dalje kroz osnovnu podmrežu

paketi kojima je izvorište i odredište na istoj podmreži (unutar granica zone prostiranja)

izvorište pakira u okvir s MAC adresom odredišta i šalje ga direktno odredištu

Mrežna razina Tablice usmjeravanja

olakšavaju traženje optimalnog puta održavaju ih usmjernici sadrže niz informacija potrebnih za

usmjeravanje i odabir najboljeg puta, primjerice:

• parovi "adresa odredišta"-"slijedeći usmjernik" • mrežnu masku za određeno odredište

Mrežna razina Tablice usmjeravanja

Osnovni smjer Osnovni smjer (default route) je

posebna adresa unutar tablice usmjeravanja najčešće je to adresa koja sadrži sve nule (0.0.0.0)

na osnovni smjer šalju se svi paketi za koje se ne može pronaći odredište unutar tablice

usmjeravanja bilo bi nepraktično da svaki usmjernik ima u tablici

usmjeravanja sva moguća odredišta

Mrežna razina RIP (Routing Information Protocol)

se početkom 80-ih godina počeo isporučivati s BSD inačicom UNIX operativnog sustava

danas je to vrlo popularan unutrašnji protokol za usmjeravanje

formalno je definiran RFC 1058 (verzija 1)

Mrežna razina RIP (Routing Information Protocol)

se početkom 80-ih godina počeo isporučivati s BSD inačicom UNIX operativnog sustava

danas je to vrlo popularan unutrašnji protokol za usmjeravanje

formalno je definiran RFC 1058 (verzija 1) Omogućava usmjernicima i radnim stanicama razmjenu

informacije o usmjerivačkim smjerovima unutar Internet mreže

zasniva se na algoritmu "vektora udaljenosti" odabire smjer s najmanjim "brojem koraka" (brojem

usmjernika) koje paket treba proći na putu do odredišta najduži prihvatljivi smjer unutar RIP usmjerivačke tablice

može imati najviše 15 koraka (za veće paketi se odbacuju)

RIP pamti samo najbolji put do odredišta nova informacija sa boljim smjerom (manji broj koraka)

zamjenjuje staru

Mrežna razina RIP prijenos informacija

za prijenos dijelova vlastite usmjerivačke tablice RIP koristi UDP datagrame

svaki usmjernik ili radna stanica koja koristi RIP mora imati usmjerivački proces koji šalje i prima datagrame s UDP priključne točke 520

svaki RIP IP paket može sadržavati do 25 vrijednosti iz tablice

usmjeravanja maksimalna veličina paketa MTU=512

ukoliko računalo nije usmjernik ono isto može motriti ove RIP poruke ne šalje vlastitu tablicu to je tzv. "tihi " RIP proces (silent RIP).

Mrežna razina RIP obnavljanje tablica

proces RIP svakih 30 sekundi šalje čitavu usmjerivačku tablicu svojim susjedima

ukoliko nakon 180 sekundi usmjernik nije dobio potvrdu smjera u tablici smjer proglašava neispravnim (broj koraka postavlja >15)

ukoliko nakon daljnjih 120 sekundi (najčešće) ne dobije potvrdu smjera briše ga iz tablice usmjeravanja

Mrežna razina RIP i prekid veze

ukoliko usmjernik detektira prekid neke veze ažurira vlastitu tablicu usmjeravanja odmah šalje svoju tablicu susjednim usmjernicima pri tome ne čeka istek 30 sekundi (triggered update)

Mrežna razina RIP tablica

Mrežna razina Privatne mreže (Intranet)

su mreže organizirane na TCP/IP tehnologiji

ne koriste javne, već privatne IP adrese za to postoje tri razloga:

mreža nije povezana na Internet mreža je povezana ali zbog sigurnosti koristi

privatne adrese mreža je povezana, ali zbog nedostatka IP

adresa koristi privatne adrese

Mrežna razina Za privatne mreže rezervirane su adrese

jedna A klasa: 10.0.0.0/8 jedna B klasa: 172.16.0.0/12 blok od 256 uzastopnih C klasa: 192.168.0.0/16 usmjernici Interneta

pakete s ovim IP adresama odbacuju bez pokušaja daljeg usmjeravanja

također se odbacuju RIP poruke s privatnim adresama

Smisao definiranja ovih addresa samo za privatne jest ne dupliciranje istih adresa na internetu

Mrežna razina Sigurne podmreže (Intranet)

koriste privatne adrese povezane su na Internet preko jednog

usmjernika koji prema Internetu djeluje kao krajnje računalo

na taj način vanjskom učesniku komunikacije nije poznat broj ni nazivi računala unutar sigurne podmreže

veze na javnom dijelu mreže prenose se na unutarnju i obrnuto procesom prevođenja (NAT, Network Address

Translation) tehnikama maskarade i uslužnih veza

Mrežna razina Maskarada

se obavlja na mrežnoj razini kada usmjernik brojeve priključnice (priključne točke i IP adrese) mijenja vlastitim

vezu je moguće inicirati samo iz zaštićenog dijela mreže

veza po svim ostalim mehanizmima kontrola toka i pogrješki ostaje aktivna među krajnjim stanicama

maskarada pretpostavlja kršenje granice među razinama

koristi se istovremeno IP adresa mrežne razine i identifikator pristupne točke (Port) prijenosne razine

Mrežna razina Uslužne veze (proxy, najčešće SOCKS)

usmjernik ostvaruje (TCP) vezu za potrebe i za račun korisnika na sigurnom dijelu mreže

radi se o prenošenju segmenata na prijenosnoj razini sa vanjske veze na unutrašnju

uspostavljanju se dvije zasebne veze s odvojenom kontrolom toka i pogrješki

usmjernik radi na prijenosnoj razini pri tome ne krši granice među razinama

Mrežna razina Nedostatak adresa

s obje tehnike prevođenja (NAT) čitava podmreža predstavljena je prema Internetu

jednom IP adresom računala sporedni je efekt ušteda čitave klase adresa

to je korisno, zbog poznatog nedostatka IP adresa koristi se standardno

kod pristupa Internetu komutiranim telefonskim kanalom kod priključivanja vlastitih podmreža, bez procedure

traženja novog bloka javnih adresa