Hálózati architektúrák laborgyakorlat

Dr. Orosz Péter

Debreceni Egyetem, Informatikai Kar2011.

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– 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

BNC csatlakozó

Koaxiális kábel jellemzői:• 50 ohm impedancia• Réz vezetőszál• Árnyékoló köpeny

Forrás: wikipedia.org

Csavart érpár végződtetése

RJ45

UTP kábel

Forrás: wikipedia.org

Csavar érpár típusokKategória Érpárak

száma (db)

Felső határfrekvencia (MHz)

Árnyékolás típusa

Csatlakozó

Category 3 4 16 UTP RJ45

Category 5 4 100 UTP RJ45

Category 5e 4 125 UTP, FTP, STP RJ45

Category 6 4 250 UTP, FTP, STP RJ45

Category 6a 4 500 UTP, FTP, STP RJ45

Category 7 4 600 F/FTP, S/FTP RJ45

UTP (Unshielded Twisted Pair): árnyékolás nélküli csavart érpárFTP (Foiled Twisted Pair): fóliával árnyékolt csavart érpárSTP (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/síncsillag gyűrű

fa mesh

Adatkapcsolati réteg

• Közeghozzáférés• Fizikai címzés• Ethernet keret

Kapcsolódó parancsok:• ifconfig• arp

Fizikai címzésMinden 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 címÁbrázolása 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 címFF: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 keretAz Ethernet keret szerkezete:

Preamble Start of frame delimiter

DA SA Ethertypelength

Payload FCS IFG

7 octet101010…

1 octet10101011

6 octet MAC address

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 bitPl. 193.6.128.10

1. octet 2. octet 3. octet 4. octet. ..

k = 8 bit

k = 16 bit

k = 24 bit

A

B

C

A osztály1. octet 0-127 -> 0xxxxxxx

B osztály1. octet 128-191 -> 10xxxxxx

C osztály 1. octet 192-223 -> 110xxxxx

D osztály1. octet 224-239 -> 1110xxxx

E osztály1. octet 240-247 -> 11110xxx

IPv4 címosztályokA osztály: 0.0.0.0 – 127.255.255.255B osztály: 128.0.0.0-191.255.255.255C 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 maszkA maszk hosszúsága 32 bitFormátuma: pontozott decimális vagy prefix-esA 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. 10.0.0.0 255.0.0.0193.6.152.0/24

Alhálózatok kialakításaIP 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.

1. octet 2. octet 3. octet 4. octet

hálózatazonosító csomópont azonosító

cs. a.alh. a.

hálózatazonosító cs. a.

Maszk:

255.255.255.0 (/24)

255.255.255.224 (/27)

Alhálózatok kialakítása

csomópont azonosító

csomópont azonosító5 bit00000-11111 (25 kombináció)

alhálózat azonosító3 bit000-111 (23 komb.)

Kiinduló hálózat: 192.1.2.0/24

Kialakított alhálózatok:I. 192.1.2.0/27II. 192.1.2.32/27III. 192.1.2.64/27IV. 192.1.2.96/27V. 192.1.2.128/27VI. 192.1.2.160/27VII. 192.1.2.192/27VIII. 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 10.1.1.1 255.255.255.0 2 eth0

0.0.0.0 10.1.1.1 0.0.0.0 10 eth0