Hálózati architektúrák laborgyakorlat Dr. Orosz Péter Debreceni Egyetem, Informatikai Kar 2011.

Alapfogalmak Számítógép-hálózat (computer network): Számítógépek és egyéb eszközök kommunikációs csatornával történő összekapcsolása, mely lehetővé teszi a felhasználók egymás közötti kommunikációját, valamint információk és erőforrások megosztását.   Csomópont (node): önálló kommunikációra képes, saját hálózati címmel rendelkező eszköz (pl. számítógép, router, nyomtató, stb.) Fizikai átviteli közeg (transmission medium): Olyan anyag, melyen keresztül az információ továbbítása történik. (pl. koaxiális kábel, csavart érpár, fényvezető szál) Átviteli ráta (transmission rate): időegység alatt átvitt információ mennyisége (bitráta), mértékegysége a bit per másodperc: bit/s, b/s, bps SI és IEC prefixek: http://en.wikipedia.org/wiki/Bit_rate Protokoll (protocol): szabályok és konvenciók formális leírása, mely meghatározza a hálózati eszközök kommunikációját.

Referenciamodellek OSI (7 rétegű, ISO 7498) A számítógép-hálózatok általános modellje TCP/IP (4 rétegű, RFC1122) A TCP/IP alapú hálózatok hivatkozási modellje Hibrid (5 rétegű) A gyártói számítógépes rendszerek közötti együttműködés elengedhetetlen feltétele volt a nyílt, nemzetközi szabványokon alapuló, egymással együttműködni képes (interoperable) hardver és szoftver eszközök kifejlesztése és piaci megjelenése.

Rétegelt architektúra A rétegelt architektúrában az egyes rétegek szolgáltatásait megvalósító hardver- és szoftverkomponensek tervezése és fejlesztése a többi rétegtől függetlenül valósulhat meg. A szomszédos rétegek egymással jól definiált interfészeken (API) keresztül kommunikálnak. Nyílt, nemzetközi szabványokon alapuló hardver- és szoftverfejlesztés Áttekinthető kommunikációs folyamat

7 rétegű OSI referenciamodell

TCP/IP és Hibrid modellek

Protokoll adategység (PDU) A rétegelt architektúra egy adott rétegprotokollja által előállított adategység, mely protokoll fejrészből és adatrészből áll. A fejrész protokoll specifikus információkat tartalmaz, míg az adatrész a felső rétegből érkező felhasználói adatot tartalmazza.

Adategység beágyazása

Fizikai réteg A réteg szolgáltatásai Átviteli közegek Fizikai topológiák

A fizikai réteg szolgáltatásai A fizikai rétegben valósul meg az információ fizikai továbbítása az átviteli közegen. Az adatkapcsolati rétegből érkező adategység (keret) a fizikai rétegben bitsorozatként jelenik meg, melyet a fizikai réteg az adott átviteli közegen (médium) továbbítható jelsorozattá (impulzus sorozattá) alakít: bit-by-bit vagy symbol-to-symbol továbbítás Jelkódolás

Átviteli közeg Elektromos átvitel Optikai átvitel Koaxiális kábel (RG-8, RG-58A/U) Csavart érpár (Cat3, Cat5, Cat5e, Cat6, Cat6a, Cat7) Optikai átvitel Egymódusú optikai szál (single mode fibre – SM) Multimódusú optikai szál (multi mode fibre - MM) Rádiófrekvenciás átvitel

Koaxiális kábelezés Koaxiális kábel jellemzői: 50 ohm impedancia Réz vezetőszál Árnyékoló köpeny BNC csatlakozó Forrás: wikipedia.org

Csavart érpár végződtetése RJ45 UTP kábel Forrás: wikipedia.org

Csavar érpár típusok Kategória Érpárak száma (db) Felső határfrekvencia (MHz) Árnyékolás típusa Csatlakozó Category 3 4 16 UTP RJ45 Category 5 100 Category 5e 125 UTP, FTP, STP Category 6 250 Category 6a 500 Category 7 600 F/FTP, S/FTP UTP (Unshielded Twisted Pair): árnyékolás nélküli csavart érpár FTP (Foiled Twisted Pair): fóliával árnyékolt csavart érpár STP (Shielded Twisted Pair): köpennyel árnyékolt csavart érpár

Optikai vezetők Egymódusú optikai szál (SM – single mode fibre) Többmódusú optikai szál (MM – multi mode fibre) Forrás: wikipedia.org

SM optika szál Forrás: wikipedia.org

MM optikai szál Forrás: wikipedia.org

Fizikai topológia Busz/sín (bus) Gyűrű (ring) Csillag (star) Fa (tree) Részleges és teljes (partial/full mesh)

Fizikai topológiák busz/sín csillag gyűrű fa mesh

Adatkapcsolati réteg Közeghozzáférés Fizikai címzés Ethernet keret Kapcsolódó parancsok: ifconfig arp

Fizikai címzés Minden fizikai hálózati interfész rendelkezik fizikai címmel, mellyel a csomópont azonosítható a hálózaton. A fizikai címtér mérete 48 bit (MAC-48 vagy EUI-48 séma) -> 248 db cím Ábrázolása hexadecimális számjegyekkel, byte-onként elválasztva történik. 01:E3:7B:CA:82:5D 00000001:11100011:01111011:11001010:10000010:01011101 0 1 E 3 7 B C A 8 2 5 D Üzenetszórási cím FF:FF:FF:FF:FF:FF 11111111:11111111:11111111:11111111:11111111:11111111 F F F F F F F F F F F F

Fizikai címzés A fizikai cím struktúrája: Felső 24 bit: gyártóazonosító (OUI) Alsó 24 bit: sorozatszám http://standards.ieee.org/develop/regauth/oui/public.html Forrás: wikipedia.org

Ethernet keret Az Ethernet keret szerkezete: Preamble Start of frame delimiter DA SA Ethertype length Payload FCS IFG 7 octet 101010… 1 octet 10101011 6 octet MAC address 2 octet 46-1500 octet 4 octet 12 octet

Hálózati réteg Internet Protocol (IP) IP címzés Útválasztás Kapcsolódó parancsok: ifconfig ping route traceroute arp

IPv4 címosztályok 32 bites címtér (232 db cím) Pontozott decimális formátum Hálózat -> csomópont IP cím struktúrája: Hálózatazonosító: k db bit Csomópont azonosító: 32-k db bit Pl. 193.6.128.10 A osztály 1. octet 0-127 -> 0xxxxxxx B osztály 1. octet 128-191 -> 10xxxxxx C osztály 1. octet 192-223 -> 110xxxxx D osztály 1. octet 224-239 -> 1110xxxx E osztály 1. octet 240-247 -> 11110xxx 1. octet 2. octet 3. octet 4. octet . k = 8 bit k = 16 bit k = 24 bit A B C

IPv4 címosztályok A osztály: 0.0.0.0 – 127.255.255.255 B osztály: 128.0.0.0-191.255.255.255 C osztály: 192.0.0.0-223.255.255.255 Speciális IP címek: Hálózatcím: a csomóponti bitpozíciók mindegyike ‘0’ Pl. 74.0.0.0, 152.10.0.0, 193.6.140.0 Irányított üzenetszórási cím: a csomóponti bitpozíciók mindegyike ‘1’ Pl. 74.255.255.255, 152.10.255.255, 193.6.140.255 Üzenetszórási cím az aktuális hálózaton: minden bitpozíción ‘ 1 ‘ áll 255.255.255.255 Aktuális gép címe: 0.0.0.0 Loopback cím: 127.x.y.z 127.0.0.1 A hálózatcím és az üzenetszórási cím csomópont számára nem osztható ki!

Alhálózati maszk A maszk hosszúsága 32 bit Formátuma: pontozott decimális vagy prefix-es A hálózat alhálózati maszkjában a hálózatazonosításra használt bitpozíciókban ‘1’, míg a csomópont azonosításra használt pozíciókban ‘0’ szerepel. Osztály Pontozott decimális maszk Prefix-es maszk A 255.0.0.0 /8 B 255.255.0.0 /16 C 255.255.255.0 /24 Pl. 10.0.0.0 255.0.0.0 193.6.152.0/24

Alhálózatok kialakítása IP hálózat felosztása alhálózatokra: A csomópont azonosító bitekből m darabot elveszünk, és alhálózat azonosításra használjuk fel. Alhálózat kialakításához legalább 1 bitet kell elvenni, maximálisan pedig csomóponti bitek száma – 2 bit használható fel. Maszk: 255.255.255.0 (/24) 255.255.255.224 (/27) 1. octet 2. octet 3. octet 4. octet hálózatazonosító csomópont azonosító alh. a. cs. a. cs. a. hálózatazonosító

Alhálózatok kialakítása Kiinduló hálózat: 192.1.2.0/24 csomópont azonosító 5 bit 00000-11111 (25 kombináció) alhálózat azonosító 3 bit 000-111 (23 komb.) Kialakított alhálózatok: 192.1.2.0/27 192.1.2.32/27 192.1.2.64/27 192.1.2.96/27 192.1.2.128/27 192.1.2.160/27 192.1.2.192/27 192.1.2.224/27

IP útválasztás Hálózatazonosítók alapján történő útvonal meghatározás Hálózati réteg szolgáltatása Minden IP kommunikációra képes hálózati eszköz rendelkezik útválasztási táblával (routing table) A hálózati eszköz a beérkező IP csomagot a fejrészben szereplő cél IP címet felhasználva a routing tábla információi alapján továbbítja a megfelelő interfészére. Cél hálózat Átjáró Maszk Metrika Interfész 10.1.1.0 0.0.0.0 255.255.255.0 1 eth0 10.1.2.0 10.1.1.1 2 10