Rétegzett hálózati architektúrák Az OSI és TCP/IP hivatkozási modell

Bevezetés A legtöbb hálózatot rétegekbe vagy szintekbe szervezik. Minden réteg vagy szint az alatta levőre épül, és a felette levő számára szolgáltatást nyújt. A feladat konkrét megvalósítását minden réteg elrejti a többi réteg elől. A rétegek száma, neve, tartalma, funkciója minden hálózattípusban más.

Protokoll, interfész Minden réteg a vele megegyező réteggel folytat párbeszédet. A párbeszéd írott és íratlan szabályait együttesen az adott réteg protokolljának nevezzük. Az egymással szomszédos rétegek között található az interfész, ami azt definiálja, hogy az alacsonyabban levő réteg milyen szolgáltatásokat nyújt a magasabban levő számára.

Rétegek, protokollok, interfészek

„Szeretem a nyulakat”

A levélküldés hálózata

Az OSI hivatkozási modell

Rétegek protokolljai Az alacsonyabb rétegeknél a protokoll mindig egy adott gép és annak közvetlen szomszédja közötti információcserét határozza meg (1.-3. réteg) A magasabb rétegek protokollja a végpontok közötti párbeszédet határozza meg (4.-7. réteg)

Az OSI hét rétege (lentről felfelé haladva) Fizikai réteg (physical layer) Adatkapcsolati réteg (data link layer) Hálózati réteg (network layer) Szállítási réteg (transport layer) Viszony réteg (session layer) Megjelenítési réteg (presentation layer) Alkalmazási réteg (application layer)

Fizikai réteg (physical layer) Biteket továbbít a kommunikációs csatornán. Biztosítania kell, hogy az érkezzen meg, amit eredetileg elküldtünk. Elektronikai és mechanikai jellegű megoldások, a fizikai átviteli közeget figyelembe véve.

Fizikai réteg problémái Fizikai feszültségek meghatározása (0 és 1 reprezentálásához). Bit továbbításának ideje. Átvitel megvalósulásának iránya (szimplex, fél-duplex, duplex). Összeköttetés felépítése és lebontása. Hálózati csatoló érintkezőinek száma és ezek felhasználhatósága.

Adatkapcsolati réteg (data link layer) Átviteli hibáktól mentes átvitelt biztosít. Létrehozza és felismeri a kerethatárokat. A küldő a bemenő adatot feldarabolja adatkeretekre. A keret elejére és végére speciális bitmintát illeszt. Az adatkereteket elküldi, majd fogadja a vevő által visszaküldött nyugtázó keretet.

Adatkapcsolati réteg problémái Keret sérülése vagy elvesztése (zaj). Keret megkettőződése (nyugta keret elvesztése esetén). Keret megjelenése az adatmezőben. Forgalomszabályozás (gyors adó  lassú vevő). Kétirányú átvitel (adat- és nyugtakeret verseny).

Hálózati réteg (network layer) Kommunikációs alhálózat működését irányítja. Útvonalakat határoz meg a csomagok számára a forrásállomástól a célállomásig: Statikus: előre meghatározott útvonalak, melyet ritkán változtatnak meg. Dinamikus: minden csomag számára egyenként kerül kijelölésre a hálózat pillanatnyi terhelése alapján.

Hálózati réteg problémái Torlódás elkerülése (egyszerre túl sok csomag). Adatforgalom mérés (üzemeltető számlázása). Heterogén hálózatok közötti kommunikációs nehézségek (pl. túl hosszú csomag, különböznek a protokollok, stb).

Szállítási réteg (transport layer) A felsőbb rétegek számára szállítási feladatokat lát el. Adatokat fogad a viszony rétegtől, szükség esetén feldarabolja azokat, majd továbbítja a hálózati rétegnek. Megbízható és hatékony kapcsolatot alakít ki a forrásállomás és végállomás között (függetlenül az út hosszától, csomópontok számától). Valódi végpontok közötti réteg.

Szállítási réteg problémái Az egységek hibamentes megérkezésének biztosítása. Szállítási összeköttetés kiválasztása. Az üzenetek megérkezése: az elküldés sorrendjében történik; érkezési sorrend nem garantált; több célállomáshoz történik (adatszórás). Alkalmazási folyamatok megcímzése (melyik folyamat melyikhez kíván csatlakozni).

Viszony réteg (session layer) Lehetővé teszi, hogy a kommunikálni kívánó felek (pl. két gép) egymással kapcsolati viszonyt alakítsanak ki. A szállítási réteghez hasonlóan adatátvitelt tesz lehetővé, de emellett értékes szolgáltatásokat is nyújt.

Viszony réteg problémái Párbeszéd irányítás (adás jogának kiosztása és nyomon követése) Vezérjel kezelés (megakadályozza, hogy ketten egyszerre ne végezzenek kritikus műveletet) Szinkronizáció (hosszú adásokba ellenőrző pontokat iktat, hogy hiba esetén onnan lehessen folytatni az adást).

Megjelenítési réteg (presentation layer) Az üzenetek: szintaktikájával (szerkezetével) és szemantikájával (jelentésével) foglalkozik. Ezen a szinten már nincs hibaellenőrzés.

Megjelenítési réteg problémái Adatok szabványos kódolása (különböző adatábrázolások miatt). Absztrakt adatszerkezetek definiálása és átvitele (pl. adatlap) Üzenet tömörítése, kitömörítése. Hitelesítés, titkosítás.

Alkalmazási réteg (application layer) A felhasználók ill. programok által széles körben igényelt protokollokat tartalmazza. (pl. HTTP, mint a világháló működésének alapja)

Alkalmazási réteg problémái Állományok átvitele. Elektronikus levelezés. Hálózati hírcsoportok elérése. Virtuális terminálok. stb.

Adatátvitel OSI-ban

OSI adatátvitel leírása Az adat továbbítása során mindegyik réteg az adatrész elé beilleszti saját fejrészét, ami lehet üres is. Az alsó réteg nem tudja, hogy a felső rétegtől kapott adat mely része a felső réteg fejrésze és melyik az adatrész. A fizikai réteghez eljutva továbbítódik a fogadó géphez, ahol felfelé haladva az adatról leválasztódnak a különböző szintek fejrészei.

A TCP/IP modell születése Amerikai Védelmi Minisztérium által támogatott kísérleti hálózat Feladat: tetszőlegesen sok hálózat zökkenőmentes összekapcsolása; minden körülmények között működőképesnek maradni; a csomagok mindenkor, bármely pontból bármely pontba eljuthassanak.

TCP/IP kezdete Transmission Control Protocol Internet Protocol Négy rétegű hálózati architektúra. Kommunikációs protokollok gyűjteménye 1974-ben definiálja Cerf és Kahn. Mára számítógépes hálózati rendszerek meghatározó eleme Az Internet alapja

OSI és TCP/IP modell rétegei

A TCP/IP négy rétege (lentről felfelé haladva) Kapcsolati réteg Hálózati vagy Internet réteg Szállítási réteg Alkalmazási réteg

Kapcsolati réteg (link layer) OSI-ban:Fizikai és Adatkapcsolati réteg Definiálatlan réteg (!) IP csomagok továbbítására alkalmas protokollokat kell tartalmaznia, ami hosztonként ill. hálózatonként más és más lehet. Kommunikációs eszközök (kábel, kártya) és ezeket kezelő eszközmeghajtók, protokollok képezik.

Hálózati vagy Internet réteg (internet layer) OSI-ban: Hálózati réteg Meghatározó protokollja: IP (Internet Protocol) Csomagokat továbbít a hálózaton. Nem probléma, ha a csomagok nem az elküldés sorrendjében érkeznek meg. Szükség esetén a magasabb rétegek megfelelő sorrendbe rendezik őket. Problémák: útvonalak meghatározása, torlódás elkerülése.

Szállítási réteg (transport layer) OSI-ban: Szállítási réteg Hivatalos protokolljai: TCP (Transmission Control Protocol) UDP (User Datagram Protocol) Két hoszt közötti adatfolyamot alakít ki. A felek számára biztosítja a párbeszédet.

Szállítási réteg - TCP protokoll Megbízható, összeköttetés alapú, hibamentes átvitelvezérlő protokoll. Az adatfolyamot feldarabolja, majd azokat egyesével továbbítja az internet rétegnek. A célállomás összegyűjti és összefűzi a beérkezett üzeneteket, majd egyetlen összefüggő adatfolyamként továbbítja. Forgalomszabályozást is végez (gyors adó, lassú vevő)

Szállítási réteg - UDP protokoll Nem megbízható az átvitel. Lehet, hogy az üzenet egyszer sem, vagy többször is megérkezik a célállomáshoz. Akkor használjuk, ha nem fontos az üzenetek sorrendben érkezése; sem a forgalomszabályozás. Pontos válasz helyett a gyorsaság az előnye (pl. beszéd- vagy videó átvitel)

Alkalmazási réteg (application layer) OSI-ban: Viszony-, Megjelenítési- és Alkalmazási réteg Eredetileg három magasabb szintű protokollt tartalmazott: Telnet: távoli bejelentkezéshez; FTP: adatállományok átviteléhez; SMTP: levelezéshez. Mára a protokollok köre kibővült. Alkalmazások leírásait tartalmazza.

A TCP/IP protokolljai (eddig tanultak alapján) Telnet FTP SMTP TCP UDP IP kapcsolati réteg

TCP/IP működése (OSI-hoz hasonlóan)