Rétegelt hálózati architektúra

Az előadások a következő témára: "Rétegelt hálózati architektúra"— Előadás másolata:

1 Rétegelt hálózati architektúra
Ez a fóliasorozat a hálózatok rétegelt felépítését, működését tárgyalja. Rövid áttekintést ad - konkrét példaként bemutatva - az OSI és a TCP/IP referenciamodelleket. Tempus S_JEP Számítógép-hálózatok - 1

2 Rétegelt hálózati architektúra
Miért kell a hálózati kommunikációt rétegekre (szintekre) bontani? Miért nem adjuk meg egyben a kommunikációt leíró protokollt? Protokoll megadása nehéz, komplex feladat. Egy hierarchikus rendben felépített protokoll-rendszer könnyebben kezelhető, áttekinthetőbb. Könnyebben implementálhatók, követhetők a változtatások. A rétegek (szintek) együttműködhetnek különböző gyártók implementációi esetén is. Az egyik természetes kérdés: Miért van szükség a rétegekre? A változások követése alatt érthetjük pl. azt, hogy a fizikai hálózatot kicserélhetjük anélkül, hogy az applikációk vagy a hálózati protokoll megváltozna. Tempus S_JEP Számítógép-hálózatok - 2

3 Rétegek (szintek), protokollok, interfészek
1. gép 2. gép 5. réteg 5. réteg protokoll 5. réteg 4/5 réteg interfész 4. réteg 4. réteg protokoll 4. réteg 3/4 réteg interfész 3. réteg 3. réteg protokoll 3. réteg 2/3 réteg interfész 2. réteg 2. réteg protokoll 2. réteg Egy rétegelt hálózat működésének vázlata. Fontos megjegyezni, hogy a rétegek száma (elvileg) tetszőleges lehet, nem feltétlenül kell 5 réteg. Az ábra használható a következőkben tárgyalt (s a címben is szereplő) fogalmak magyarázásához. Forrás: Tanenbaum - Computer Network 3rd edition. 1/2 réteg interfész 1. réteg protokoll 1. réteg 1. réteg Adatátviteli közeg Tempus S_JEP Számítógép-hálózatok - 3

4 Rétegelt hálózati architektúra - fogalmak
N. réteg protokoll: Az N. réteg (szint) specifikációját leíró protokoll. Társak (peers): A két kommunikációs végpont (csomópont) azonos szintjén elhelyezkedő entitások. Logikailag a társak kommunikálnak egymással a megfelelő réteg protokollját használva. N/N+1 szint interfész: Az N. és N+1. réteg kapcsolódási felülete, határfelülete. N. réteg szolgáltatása: Azon művelethalmaz (szolgáltatás), melyet az N. réteg nyújt az N+1. Réteg számára (az interfészen keresztül). A rétegelt architektúra legfontosabb fogalmai. A fogalmak magyarázatánál párhuzamot vonhatunk az objektum orientált programozási környezetben használt fogalmakkal (ld. Tanenbaum - Computer Networks 3rd edition): Az objektum (mint a réteg) egy önálló egység, mely tartalmaz metódusokat (műveleteket, szolgáltatásokat) amely műveletek az adott objektumon kívül eső entitások számára elérhetők. A metódusok paraméterei és eredményei adják meg az objektum (réteg) interfészét. Az objektum kódja (mint a réteg protokollja) az objektum „belügye”, a külvilág számára láthatatlan. Tempus S_JEP Számítógép-hálózatok - 4

5 Hálózati kommunikáció vázlata
Réteg Forrás Cél 5 5. réteg protokoll M M 4 H M 4. réteg protokoll H M 3 3. réteg protokoll H3 H4 M1 H3 H4 M2 H3 H4 M1 H3 H4 M2 2 2. réteg pr. H2 H3 H4 M1 T2 H2 H3 H4 M1 T2 H2 H3 H4 M1 T2 H2 H3 H4 M1 T2 Egy virtuális kommunikáció a rétegelt architektúrában. Az ábra használható az enkapszuláció, fejrész (header), farokrész (tailer), PDU, darabolás (fregmentálás) megmagyarázásához. Forrás: Tanenbaum - Computer networks 3rd edition. 1 Tempus S_JEP Számítógép-hálózatok - 5

6 Hálózati kommunikáció - fogalmak
Beágyazás (enkapszuláció): A (felsőbb szintről érkező) információ egy bizonyos protokoll fejléccel történő becsomagolása (mint pl. levél küldésekor a borítékba helyezés és boríték címzés). Protokoll adategység (PDU, Protocol Data Unit, csomag): Az adott protokoll által kezelt (fejlécből és adatból) álló egység. (Gyakran használt másik megnevezése a csomag.) A virtuális kommunikáció ábrájánál jelentkező két (legfontosabb) fogalom. Célszerű az enkapszuláció szükségességét, fontosságát egy hétköznapi életből vett analógián (pl. levél borítékolása) keresztül bemutatni. Tempus S_JEP Számítógép-hálózatok - 6

7 OSI referenciamodell Réteg PDU megnevezés 7 Applikációs réteg APDU 6
Prezentációs réteg PPDU 5 Session réteg SPDU 4 Transzport réteg TPDU 3 Hálózati réteg Csomag Az OSI 7 rétegű referenciamodell. Megemlíthető a csomag szűkebb értelmezése (mint hálózati réteg PDU) és tágabb értelmezése (PDU). A következő fóliákon rövid (egymondatos) leírást adunk a rétegekre. 2 Adatkapcsolati réteg Keret 1 Fizikai réteg Bit Tempus S_JEP Számítógép-hálózatok - 7

8 OSI modell rétegei 1. Fizikai réteg:
Elektromos és mechanikai jellemzők procedurális és funkci-onális specifikációja két (közvetlen fizikai összeköttetésű) eszköz közötti jeltovábbítás céljából. 2. Adatkapcsolati réteg: Megbízható adatátvitelt biztosít egy fizikai összeköttetésen keresztül. Ezen réteg problémaköréhez tartozik a fizikai címzés, hálózati topológia, közeghozzáférés, fizikai átvitel hibajelzése és a keretek sorrendhelyes kézbesítése. Az IEEE két alrétegre (MAC, LLC) bontotta az adatkapcsolati réteget. Az OSI modell rétegének rövid “definíciója”. Tempus S_JEP Számítógép-hálózatok - 8

9 OSI modell rétegei 3. Hálózati réteg:
Összeköttetést és útvonalválasztást biztosít két hálózati csomópont között. Ehhez a réteghez tartozik a hálózati címzés és az útvonalválasztás (routing). 4. Transzport (szállítási) réteg: Megbízható hálózati összeköttetést létesít két csomópont között. Feladatkörébe tartozik pl. a virtuális áramkörök kezelése, átviteli hibák felismerése/javítása és az áramlásszabályozás. Az OSI modell rétegének „definíciója”. Tempus S_JEP Számítógép-hálózatok - 9

10 OSI modell rétegei 5. Session réteg:
Ez a réteg építi ki, kezeli és fejezi be az applikációk közötti dialógusokat (session, dialógus kontroll). 6. Prezentációs réteg: Feladata a különböző csomópontokon használt különböző adatstruktúrákból eredő információ-értelmezési problémák feloldása. 7. Applikációs réteg: Az applikációk (fájl átvitel, , stb.) működéséhez nélkülözhetetlen szolgáltatásokat biztosítja (pl. fájl átvitel esetén a különböző fájlnév konvenciók figyelembe vétele). Az OSI modell rétegének „definíciója”. Tempus S_JEP Számítógép-hálózatok - 10

11 OSI modell - hálózati kapcsolóelemek
A részhálózatok - a kapcsolóelem működése alapján - különböző OSI rétegekben kapcsolhatók össze: OSI réteg Kapcsolóelem Transzport réteg felett Átjáró (gateway) Hálózati réteg Forgalomirányító (router) Az OSI modell hálózati kapcsolóelemei. Megemlíthető, hogy gyakran a gateway elnevezést használják a router-re is. A következő fóliákon ezen kapcsolóelemek tulajdonságait vizsgáljuk. Adatkapcsolati réteg Híd (bridge) Fizikai réteg Jelismétlő (repeater) Tempus S_JEP Számítógép-hálózatok - 11

12 OSI modell - hálózati kapcsolóelemek
Jelismétlő (repeater): Az átviteli közegen továbbított jeleket ismétli, erősíti.. Az összekapcsolt részhálózatokat nem választja el. Híd (bridge): Az adatkapcsolati rétegben működve szelektív összekapcso-lást végez („csak az megy át a hídon, aki a túloldalra tart”). Az összekapcsolt részhálózatok külön ütközési tartományt alkotnak. Az üzenetszórást általában minden összekapcsolt részhálózat felé továbbítja. A jelismétlő és a híd rövid jellemzése. A kapcsolóelemek közötti különbség jól szemléltethető az ütközési tartományok és az üzenetszórási tartományok vizsgálatával. Tempus S_JEP Számítógép-hálózatok - 12

13 OSI modell - hálózati kapcsolóelemek
Forgalomirányító (router): Az hálózati rétegben működve szelektív összekapcsolást, útvonalválasztást, forgalomirányítást végez. Az összekapcsolt részhálózatok külön ütközési tartományt és külön üzenetszórási tartományt alkotnak. Csomópont, saját hálózati címmel rendelkezik. A forgalomirányító jellemzése. Célszerű visszautalni a csomópont-számítógép fogalmaknál említhető különbségre. Tempus S_JEP Számítógép-hálózatok - 13

14 TCP/IP - OSI modell leképezése 1.
OSI Rétegek TCP/IP Rétegek 7 Applikációs réteg Applikációs réteg 6 Prezentációs réteg Nincs jelen a TCP/IP modellben 5 Session réteg 4 Transzport réteg Transzport réteg 3 Hálózati réteg Hálózati réteg A TCP/IP referenciamodellt célszerű az előzőekben vázolt OSI modellből kiindulva bemutatni. Egy-két mondatban célszerű megemlíteni mindkét modell előnyös (hátrányos) tulajdonságait. (Pl. OSI: tiszta fogalomrendszer, különböző hálózati architektúrák összehasonlítása esetén közös kiindulási alap. TCP/IP: elterjedt, szinte minden gyártó által támogatott egyfajta ipari szabvány, kevésbé letisztult fogalomrendszerrel.) Célszerű megemlíteni a legalsó szint sajátosságát: A TCP/IP modell feltételez valamilyen hálózati csatlakozást, de igazából nem foglalkozik vele, ezt a hardver és a hardvert kezelő driver-ek feladatához sorolja. Megemlíthető, hogy az alsó réteg besorolását az egyes irodalmak eltérően tárgyalják. Az itt látható modell forrása: Tanenbaum - Computer Networks 3rd edition. 2 Adatkapcsolati réteg Gép a hálózathoz réteg 1 Fizikai réteg Tempus S_JEP Számítógép-hálózatok - 14

15 TCP/IP - OSI modell leképezése 2.
OSI Rétegek TCP/IP Rétegek 7 Applikációs réteg Applikációs réteg 6 Prezentációs réteg Nincs jelen a TCP/IP modellben 5 Session réteg 4 Transzport réteg Transzport réteg 3 Hálózati réteg Hálózati réteg Egy másik TCP/IP referenciamodell. Az előzőhöz képest annyi a különbség, hogy az alsó réteg szerepét a réteg közé helyezi, a fizikai hálózat nem része a modellnek. Forrás: Craig - TCP/IP Network Administration. Alhálózat elérési szint 2 Adatkapcsolati réteg 1 Fizikai réteg Tempus S_JEP Számítógép-hálózatok - 15

16 Hibrid referenciamodell
5 Applikációs réteg 4 Transzport réteg 3 Hálózati réteg 2 Adatkapcsolati réteg A hibrid referenciamodell csak oktatási célokat szolgál. Mivel a TCP/IP modellben a legalsó szint nagyon széleskörű tevékenységet lát el (gondoljunk arra pl. hogy az IEEE még az adatkapcsolati réteget is alrétegekre bontotta, a TCP/IP-nél pedig a fizikai és az adatkapcsolati egy rétegbe olvad), ezért célszerű egy ún. Hibrid modellt használni az oktatáskor (ahol lényegében a TCP/IP alsó szintjét az OSI elv alapján két rétegre bontjuk). Forrás: Tanenbaum - Computer Networks 3rd edition. 1 Fizikai réteg Tempus S_JEP Számítógép-hálózatok - 16