Számítógép-hálózatok

Az előadások a következő témára: "Számítógép-hálózatok"— Előadás másolata:

1 Számítógép-hálózatok
Hálózati alapok II.

2 Nyílt és zárt rendszerek
Zárt rendszer: egységeit csak a gyártó által ismert módon lehet hálózatba kötni. Általában homogén - minden egység a gyártótól van. Nyílt rendszer: általános érvényű szabályokat, illetve ajánlásokat követ. Általában heterogén - viszonylag hardware független.

3 Hogyan is épül fel egy hálózat?
„Feladó” „Címzett” Program/alkalmazás Host IMP

4 Rétegezett kommunikáció
A hálózatok túl bonyolultak ahhoz, hogy minden részletét egyszerre tárgyaljuk A cél a bonyolultság csökkentése, és a funkciók cserélhetősége, továbbá a szabványosítás lehetősége A szervezés alapja a rétegekre bontás

5 Rétegezett kommunikáció
Az egyes rétegek egymásra épülnek Minden réteg igénybe veszi az alatta levőt feladata végrehajtásához, és szolgáltatást nyújt a felette levőnek Az, hogy hány réteg van, mi az egyes rétegek feladata és működése, minden hálózatban más lehet. Az egyes rétegek lefelé és felfelé interface- eken kommunikálnak

6 Rétegezett kommunikáció
Az interface tulajdonképpen az adott kapcsolódási felületen nyújtott szolgáltatások definíciója A cél, hogy ezek minél egyszerűbbek és világosabbak legyenek A réteget ténylegesen megvalósító hardver vagy szoftver elem neve entitás.

7 Rétegezett kommunikáció
Az egymással párbeszédben álló két végberendezés megfelelő rétegei a processz párok (társentitások), amelyek egymással virtuális kommunikációt valósítanak meg Virtuális, mert miközben logikailag egymással beszélnek, fizikailag az alattuk levő réteggel állnak kapcsolatban A processz párok egymás közötti nyelve a protokoll.

8 Rétegezett kommunikáció
A rétegek ki- és bemenete szabványos, ezért az egyes kapcsolattípusokat megvalósító eszközök cserélhetők pl. modemes kapcsolatról kábeltévésre áttérés után az alkalmazói programok ugyanúgy használhatók továbbra is A legalsó réteg alatt a fizikai közeg található, végső soron minden kommunikáció ezen zajlik

9 Rétegezett kommunikáció

10 Réteg kialakítási szempontok:
A rétegek mindegyikének rendelkeznie kell eljárással a kapcsolat felépítésére, illetve annak lebontására. Meg kell határozni az átviteli szabályokat: az átvitel szimplex (egyirányú) fél duplex (váltakozóan két irányú) vagy duplex (egyszerre két irányú) legyen. Meg kell határozni, milyen legyen a rendszerben a hibajelzés hibavédelem. Gondoskodni kell róla, hogy a gyors adók-lassú vevők adatvesztés-mentesen működhessenek együtt. Korlátozott üzenethosszú alkalmazásoknál, ha az üzeneteket a küldés előtt szét kell darabolni, meghatározandó, hogy hogyan biztosítható vétel helyén a sorrend-helyes összerakásuk. Ugyanazon a fizikai vonalon egyidejűleg több kommunikáció is folyhat. Hogyan kell ezt szeparáltan, összekeveredés-mentesen megoldani. Cél és a forrás között, ha több útvonal lehetséges, fontos a valamilyen szempontból optimális útvonal kiválasztása.

11 ISO-OSI modell Különböző típusú számítógépek, operációs rendszerek hálózatba kapcsolásának szabványszintű modellje. ISO: International Standard Organization, Nemzetközi Szabványügyi Szervezet OSI: Open System Interconnection, nyílt rendszerek összekapcsolása A hardver és a felhasználó között elhelyezkedő rétegeknek pontosan meghatározott feladatuk van, csak ezzel kell foglalkozniuk: A közvetlen szomszédos rétegtől kapott információkat dolgozzák fel, és szabványos formában adják át a következő rétegnek Ebben a modellben a kapcsolat 7 jól definiált rétegen keresztül jön létre. A legmagasabb szint a felhasználói (alkalmazási) réteg, a felhasználónak ezzel van közvetlen kapcsolata. A legalacsonyabb szint a fizikai réteg, itt történik a tényleges adatátvitel.

12 ISO-OSI modell

13 ISO-OSI modell

14 ISO-OSI modell Eltérő gyártóktól származó, eltérő céllal készült hálózatok összekapcsolásakor elengedhetetlen követelmény lett a szabványosítás A 'nyílt rendszerek' összekapcsolását definiálja A kommunikációs folyamatokat funkciók szerint csoportosítva rétegekbe sorolta

15 ISO-OSI modell A rétegek egy-egy absztrakciós szintet képviselnek és külön-külön jól definiált feladatot látnak el Eltérő feladatok ne kerüljenek egy rétegbe Hét különböző, egymással interface segítségével kommunikáló réteget határozott meg Minden réteg új fejléccel látja el a fentről jövő adatokat

16 ISO-OSI modell A kialakított rétegek az egész hálózatra kiterjednek, és minden egyes réteg csak a közvetlenül felette és alatta levő rétegekkel képes kommunikálni Egy rétegben egy vagy több, hardver, illetve szoftver elemet reprezentáló és egy meghatározott feladatot ellátó entitás működik Az egy rétegen belüli, de különböző rendszerekben elhelyezkedő entitásokat nevezzük társentitásnak

17 ISO-OSI modell rétegei
Az OSI modell hét réteget határoz meg az alsó három réteg jellemzően a számítógép hardverével kapcsolatos, a felsőbb négy réteg megvalósítása szoftver feladat

18 ISO-OSI modell

19 ISO-OSI modell rétegei
7. alkalmazási Alkalmazói programok hozzáférését biztosítja a hálózati erőforrásokhoz. Pl. egy böngészőprogram ezzel a szinttel kommunikál. 6. megjelenítési A bitekhez jelentést rendel. Különböző fájlformátumok kezelése, tikosítás, visszafejtés a feladata, tömörítés, adatvédelem 5. viszony Kialakítja a viszonyt a két végponton futó alkalmazói program közt. Bejelentkezés, felhasználó azonosítása tartozik ide, két gép közötti logikai kapcsolat 4. szállítási A végpontok közti megbízható adatszállítás, adatcsere a feladata. Az üzenetek szállítható méretű keretekre darabolása, ill. összeillesztése , csomagok sorrendbe állítása 3. hálózati Útvonal megválasztása, forgalomvezérlés, címzés a feladata, alhálózatok összekapcsolása 2. adatkapcsolati Bitsorozatok hibamentes továbbítása, hibajavítás. Csatolókártyák szintje. 1. fizikai Bitenkénti jelátvitel 2 végpont között. Az adatátviteli közeg szintje.

20 1. Fizikai (Physical) réteg
Bitenkénti jelátvitel 2 végpont között. Az adatátviteli közeg szintje. Biztosítja a bitek átvitelét a kommunikációs csatornán A fizikai kapcsolat elektromos, mechanikai, eljárásbeli paramétereit definiálja, és hogy miként épüljön fel és bomoljon le egy (fizikai) kapcsolat Előírja a végrendszerek közti fizikai összeköttetések kialakításának, fenntartásának és lebontásának elektromos, mechanikus és funkcionális követelményeit egyik fontos jellemzője az alkalmazott kábel fajtája és típusa ismétlő (repeater), hub

21 1. Fizikai (Physical) réteg
A fizikai réteg határozza meg minden, az eszközökkel kapcsolatos fizikai és elektromos specifikációt, beleértve az érintkezők kiosztása, a használatos feszültség szintek és a kábelek specifikációi. A szinten hubok, repeaterek és hálózati adapterek számítanak a kezelt berendezések közé. A fizikai réteg által megvalósított fő funkciók: felépíteni és lezárni egy csatlakozást egy kommunikációs médiummal. részt venni egy folyamatban, amelyben a kommunikációs erőforrások több felhasználó közötti hatékony megosztása történik. Például, kapcsolat szétosztás és adatáramlás vezérlés. moduláció, vagy a digitális adatok olyan átalakítása, konverziója, jelátalakítása, ami biztosítja, hogy a felhasználó adatait a megfelelő kommunikációs csatorna továbbítani tudja. A jeleket vagy fizikai kábelen – réz vagy optikai szál, például – vagy rádiós kapcsolaton keresztül kell továbbítani. A számos Ethernet szabvány is ehhez a réteghez tartozik; az Ethernetnek ezzel a réteggel és az adatkapcsolati réteggel is együtt kell működnie. Hasonlóan együtt kell tudni működnie a helyi hálózatokkal is, mint például a Token Ring, FDDI, és az IEE

22 2. Adatkapcsolati (Data link) réteg
Feladata, hogy a hálózat csomópontjai között hibamentes átvitelt biztosítson, hibajavítás a bitsorozatok számára Ezen réteg problémaköréhez tartozik a fizikai címzés, hálózati topológia, közeghozzáférés, fizikai átvitel hibadetektálása/hibajelzése, adat keretek összeállítása és a keretek sorrendhelyes kézbesítése. Az adatok megbízható szállítását biztosítja egy fizikai összeköttetésen Címzés egy fizikai szegmensen lévő állomások között MAC-cím, hálózati kártya; híd (bridge), kapcsoló (switch) Az IEEE két alrétegre (MAC, LLC) bontotta az adatkapcsolati réteget

23 2. Adatkapcsolati (Data link) réteg
A adatkapcsolati réteg biztosítja azokat a funkciókat és eljárásokat, amelyek lehetővé teszik az adatok átvitelét két hálózati elem között. Jelzi, illetve lehetőség szerint korrigálja a fizikai szinten történt hibákat is. A használt egyszerű címzési séma fizikai szintű, azaz a használt címek fizikai címek (MAC címek) amelyeket a gyártó fixen állított be hálózati kártya szinten. Megjegyzés: A legismertebb példa itt is az Ethernet. Az IEEE 802 szerinti helyi hálózatokon, és néhány nem-IEEE 802 hálózatnál, mint például az FDDI, ez a réteg használja a Media Acces Control (MAC) réteget és az IEEE Logical Link Control (LLC) réteget is. Ez az a réteg, ahol a bridge-ek és switch-ek működnek. Ha helyi hálózat felé kell a kapcsolatot kiépíteni, akkor kapcsolódást csak a helyi hálózati csomópontokkal kell létrehozni.

24 3. Hálózati (Network) réteg
Hálózati szintű kommunikáció tetszőleges állomások között A kommunikációs alhálózatok működését vezérli a csomagok forrás és célállomás közötti útvonalát határozza meg Az alhálózatokra bontással biztosítja a torlódás elkerülését Összeköttetést és útvonalválasztást biztosít két hálózati csomópont között. Ehhez a réteghez tartozik a hálózati címzés (IP címek) és az útvonalválasztás (routing), a csomagok irányítása a teljes hálózatban Két, különböző földrajzi helyen levő hálózat között biztosít kapcsolatot és útválasztást. Logikai címzés, IP cím, forgalomirányító (router), forgalomirányítás

25 3. Hálózati (Network) réteg
A hálózati réteg biztosítja a változó hosszúságú adat sorozatoknak a küldőtől a címzetthez való továbbításához szükséges funkciókat és eljárásokat, úgy, hogy az adatok továbbítása a szolgáltatási minőség függvényében akár egy vagy több hálózaton keresztül is történhet. Ez a réteg biztosítja a hálózati útvonal választás, az adatáramlás ellenőrzést, az adatok szegmentálását/deszeg- mentálását, és főként a hiba ellenőrzés funkciókat. Az útvonalválasztók (router-ek) ezen a szinten működnek a hálózatban – adatküldés a bővített hálózaton keresztül, és az internet lehetőségeinek kihasználása (itt dolgoznak a 3. réteg (vagy IP) switch-ek). Itt már logikai címzési sémát használ a modell – az értékeket a hálózat karbantartója (hálózati mérnök) adja meg egy hierarchikus szervezésű címzési séma használatával. A legismertebb példa a 3. rétegen az Internet Protokoll (IP).

26 4. Szállítási (Transport) réteg
Olyan adatszállítási szolgáltatás biztosítása, ami elrejti a szállítás megvalósítási részleteit a felsőbb rétegek elől Feladata egy vagy több hálózaton keresztül a végpontok közti megbízható adatszállítás, adatcsere, a hibátlan adatátvitel biztosítása Feladatkörébe tartozik: a virtuális áramkörök kialakítása, kezelése átviteli hibák felismerése/javítása és az áramlásszabályozás

27 4. Szállítási (Transport) réteg
A viszony réteg kérésére hálózati összeköttetést hoz létre a két végpont között Megbízható, hibamentes kapcsolat kialakítása Az üzenetek szállítható méretű csomagokra darabolása, ill. összeillesztése A réteg nyomon követi az adatcsomagokat, és hiba esetén gondoskodik a csomag vagy csomagok újraküldéséről Csomagok sorrendjének biztosítása, csomagok sorrendbe állítása A legismertebb 4. szintű protokoll a TCP

28 5. Viszony (Session, együttműködési) réteg
Ez a réteg építi ki, kezeli és fejezi be az applikációk közötti dialógusokat (session, dialógus kontroll), azaz gondoskodik a közöttük kialakuló párbeszédről Két végfelhasználó közötti viszonyt biztosítja, két gép közötti logikai kapcsolatot Bejelentkezés, felhasználó azonosítása tartozik ide A felhasználó számára lehetővé válik, hogy egy távoli időosztásos rendszerbe bejelentkezzen, illetve állományokat továbbítson két gép között

29 5. Viszony (Session, együttműködési) réteg
Viszonyokat (kapcsolatokat) épít ki, tart fenn és bont le alkalmazások között Szinkronizálja a megjelenítési rétegbeli modulok közötti párbeszédet, és irányítja a köztük történő adatcserét Kommunikációs viszonyok kialakítása és kezelése Szolgáltatások közötti viszony kezelése, lezárása, újraindítása (bejelentkezés, stb.) A végfelhasználói alkalmazások közötti dialógus menedzselésére alkalmas mechanizmust valósít meg

30 6. Megjelenítési (Prezentációs) réteg
A megjelenítési réteg biztosítja az alkalmazási réteg számára, hogy az adatok a végfelhasználó rendszerének megfelelő formában álljon rendelkezésre, olvasható legyen egy másik rendszer alkalmazási rétege számára Feladatai közé tartozik többek között adatok szabványos kódolása, karakterkonverzió, adatformátumok közötti konverzió, protokoll konverzió, adat transzformáció Különböző fájlformátumok kezelése, titkosítás, grafikus utasítások kezelése, adattömörítés, adatvédelem és egyszerűbb adatkezelések történnek ebben a rétegben

31 6. Megjelenítési (Prezentációs) réteg
Feladata még a különböző csomópontokon használt különböző adatstruktúrákból eredő információ-értelmezési problémák feloldása Példák: egy EBCDIC-kódolású szöveg fájl ASCII- kódú szöveg fájllá konvertálása, vagy objektum és más adat struktúra sorossá alakítása és XML formába alakítása vagy ebből a formából visszaalakítása valamilyen soros formába

32 7. Alkalmazási (Applikációs) réteg
A felhasználók számára kizárólag ezen réteg nyújtotta szolgáltatások érhetők el Az alkalmazási réteg szolgáltatásai támogatják a szoftver alkalmazások közötti kommunikációt, és az alsóbb szintű hálózati szolgáltatások képesek értelmezni alkalmazásoktól jövő igényeket, illetve, az alkalmazások képesek a hálózaton küldött adatok igényenkénti értelmezésére Feladata például az állománytovábbítás, terminál emulációs szolgáltatás, valamint az elektronikus levelezési rendszerek Az applikációk (fájl átvitel, , stb.) működéséhez nélkülözhetetlen szolgáltatásokat biztosítja (pl. fájl átvitel esetén a különböző fájlnév konvenciók figyelembe vétele)

33 7. Alkalmazási (Applikációs) réteg
Alkalmazói programok hozzáférését biztosítja a hálózati erőforrásokhoz. Pl. egy böngészőprogram ezzel a szinttel kommunikál Az alkalmazási réteg protokolljain keresztül az alkalmazások képesek egyeztetni formátumról, további eljárásról, biztonsági, szinkronizálási vagy egyéb hálózati igényekről A legismertebb alkalmazási réteg szintű protokollok: a HTTP, az SMTP, az FTP és a Telnet

34 ISO-OSI modell 34

35 Adatátvitel Ha egy küldő folyamat a vevő folyamatnak adatokat akar küldeni : az adatokat az alatta lévő rétegnek átadja, amely az adatok elé un. fejrészt (headert) illeszt az így kapott egységet továbbadja a következő rétegnek folyamat egészen addig ismétlődik, amíg az adatok el nem jutnak a fizikai rétegig, ahol aztán valóban továbbítódnak a vevő géphez vevő oldali gépen, ahogy az üzenet az egyre magasabb rétegekhez kerül, az egyes rétegekben a különböző fejrészek leválasztódnak róla végül megérkezik az üzenet a vevő folyamathoz

36 A beágyazás ADATOK SZÁLLÍTÁSI RÉTEG SZEGMENS CSOMAG HÁLÓZATI RÉTEG
KERET ADATKAPCSOLATI RÉTEG FIZIKAI RÉTEG BITEK

37 Protokoll, Hálózati architektúra
Az azonos szintű rétegek csak egymással kommunikálnak. E kommunikáció szabályait protokollnak nevezzük, azaz: Azoknak a szabályoknak, megállapodásoknak, előírásoknak a halmaza, amelyek ahhoz szükségesek, hogy két ugyanazon a funkcionális szinten lévő használó vagy funkcionális elem egymással párbeszédet folytathasson. Az áthaladás során minden protokoll hozzácsatolja a saját információs fejrészét az egyes kapcsolatoknál használt szabályok szabványosított összessége a protokollok határozzák meg a kapcsolattartás módját A rétegek és protokollok halmazát hálózati architektúrának nevezzük TCP/IP; IPX/SPX