Transcript Förelasning2

NÄTVERKSPROTOKOLL
Föreläsning 2 - 3.9.2010
INNEHÅLL
Protokollfamiljen TCP/IP
Fysiska skiktet: Ethernet
Protokoll på länskiktet: Ethernet, CSMA/CD, PPP
Protokoll på nätverksskiktet: IP
IPv4 adressering
Fysiska skiktet
 Det fysiska skiktet beksriver den fysiska anslutningen mellan olika
nätverksenheter
 Standarder och protokoll på detta skikt beskriver de mekaniska,
elektriska och funktionella egenskaperna
 Dvs. Protokoll på den här nivån sköter i första hand om att
enheterna är elektriskt kompatibla med varandra
 Exempel på protokoll/standarder på denna nivå är:
CAT5
 RJ45
 Ethernet

Ethernet
 Är en familj tekniker för datorkommunikation i lokala nätverk
 Konstruerades ursprungligen av Xerox Corporation år 1976
 Är standardiserat av IEEE och kallas även IEEE 802.3
 Ethernet befinner sig i både första (fysiska) och andra (länk)
skiktet i OSI modellen
 Standarderna inom Ethernet/IEEE 802.3 anger signalering över
olika transmissionsmedia
Ethernet
 Ethernet använde till en början (under 80-talete) främst
koaxialkabel som medium och hade en överföringshastighet på
10Mbit/s
 Två olika typer av koaxialkabel användes
10Base5 (”tjock koax”, 1cm i diam, avstånd på 1000m)
 10Base2 (”tunn koax”, 5mm i diam, avstånd på 185m)
 Den vanligaste typen av kablar inom Ethernet idag är partvinnad
kabel med RJ-45 kontakter. Olika standarder baserda på dessa
media är:
 10BaseT - 10Mbps
 100BaseTX - 100Mbps
 1000BaseT – 1Gbps
 10GBaseT – 10 Gbps

Ethernet
 Förutom kablar och kontakter förekommer även följande
utrustning på Ethernet
 Repeaters – signalförstärkare som jobbar på OSI-nivå 1,
numera föråldrad teknik inom Ethernet
 Hubar – multiports signalförstärkare som jobbar på OSI-nivå 1,
används idag väldigt sällan.
 Bryggor – Signalförstärkare med förmedling av ramar, jobbar
på OSI-nivå 2 (länkskiktet)
 Switchar – Signalförstärkare som jobbar på OSI-nivå 2,
länkskiktet
 Routrar – Enheter som används för vägaval/ruttval över
Internet, Jobbar på OSI-nivå 3, nätverksnivån
Länkskiktet
 Länkskiktet har massor med uppgifter att utföra, bl.a.
Bestämma hur bitarna i det fysiska skiktet grupperas till ramar
(eng. frames)
 Upptäcka och korrigera transmissionsfel
 Regulera informationsflödet så att långsamma enheter hinner
med
 Synkronisera sändare och mottagare

 Protokollfamiljen IEEE 802 indelar länkskiktet i OSI i två
underskikt:
 LLC-skikt (LLC = Logical Link Control)
 MAC-skikt (Media Access Control)
Länkskiktet
 Orsaken till två underskikt är att det finns två olika typer av
dataöverföringar
 Punkt till punkt (Eng. Point-to-point)
 Broadcast
 Punkt till punkt betyder att informationen går från källan till
destinationen genom ett antal noder men nodernas uppgift är att
transportera informatioen till källan (t.ex. E-post)
 Broadcast betyder att informationen kan gå till alla enheter som
nås från källan
Länkskiktet
 Protokoll som jobbar på länkskiktet och på LLC nivå är bl.a.
HDLC (High Level Data Link Control)
 PPP (Point to Point Protocol)

 Protokoll som jobbar på länkskiktet och på MAC nivå är bl.a.
Ethernet
 CSMA/CD
 MACA

Mera om Ethernet
 Som tidigare nämnts jobbar Ethernet på de två första nivåerna i
OSI modellen: fysiska skiktet och länkskiktet
 Ethernet består av tre grundelement
Fysiskt medium som används för transporten av signalerna
(fysiska skiktet, behandlades tidigare)
 En uppsättning regler som bestämmer hur datorns Ethernetgränssnitt skall bete sig
 De standardiserade Ethernetramarnas utseende

 Funktionssättet i ethernet bygger på CSMA/CD (Carrier Sense
Multiple Access with Collision Detect)
CSMA/CD
 CSMA/CD används av Ethernet för att sköta delningen av
kommunikationskanaler och för att se till att inte datakollisioner
uppstår
 CSMA/CD behövs i nätverk där man använder sej av delade
transmissionsmedier, bl.a. Bussnät och Stjärnnät uppbyggt med
hubbar
 I det stora hela fungerar CSMA/CD så här: (se följande sida)
CSMA/CD
HUVUDPROCEDUR
1. En ram är redo för sändning
2. Är transmissionsmediet ledigt? Om inte vänta på att det blir
ledigt
3. Skicka dataramen
4. Uppstod det en kollision? Om så är fallet, gå till
kollisionsupptäckningsproceduren (eng. Collision detected
procedure)
KOLLISIONSDETEKTERINGSPROCEDUR
1. Skickar en s.k. ”jam-signal” för att försäkra att alla andra
enheter i nätet också har detekterat kollisionen (för att undvika
ytterligare kollisoiner)
2. Inkrementerar ”retransmission counter”
CSMA/CD
3. Var det maximala antalet ”retransmissions” (16) uppnått? Om
så är fallet, avsluta transmissionen
4. Beräkna och vänta en slumpmässig tid ”backoff period”
5. Återgå till skede 1 i huvudproceduren
 CSMA/CD används inte längre i 10 Gigabit Ethernet p.g.a att där
krävs att switchar ersätter alla hubbar och repeaters
 10 Gigabit Ethernet är även baserat på Full duplex Ethernet vilket
innebär att data skickas och tas emot på olika trådar => kollission
är praktiskt taget omöjligt
Ethernet - ramar
 På fysiska skiktet består informationen som flöder genom t.ex. en
nätverkskabel av bitsekvenser, t.ex. (0100101001010011010101)
 På länkskiktet delas informationen som skickas upp i ramar
 I Ethernet ser en ram ut enlig följande
Ethernet - ramar
 Förklaringar på bilden på föregående sida:
Preamble (Synkroniseringsfält)
 7 byte där varje oktett innehåller 1010
 Sändaren och mottagaren synkroniseras med en 10 Mhz
pulsvåg i 5.6 mikrosekunder m.h.a. Detta fält
 Start-of-Frame-Delimiter (startfält)
 1 byte med innehållet 1010 1011
 Används för ett beteckna var ramen börjar
 MAC destination (destinationsadress)
 Anger MAC adressen till mottagaren, dvs. Ethernet
hårdvaruadressen
 Kan vara 2 eller 6 oktetter (16 eller 48 bitar)

Ethernet - ramar
 Förklaringar på bilden på slide 22 forts...:
MAC source (källadressen)
 Anger adressen till avsändaren
 2 eller 6 oktetter lång
 den första biten om adressen är ordinär eller en
gruppadress
 Den andra biten anger om adressen är lokal eller global
(Gäller både MAC source och MAC destination)
 De övriga 46 bitarna kan användas för adressering (Gäller
både MAC source och MAC destination)
 Length
 Anger hur många byte själva datafältet innehåller

Ethernet - ramar
 Förklaringar på bilden på slide 22 forts...:
Payload (datafältet)
 46-1500 oktetter
 Om datafältet är för litet (mindre än 46 oktetter) används en
del av datafältet som utfyllning. Detta område kallas ”pad”
och består av 0-46 bytes
 CRC32
 CRC = Cyclic Redundance Check
 Algoritm för att upptäcka fel

PPP
 Är ett datalänkprotkoll som vanligen används för att sätta upp en
direkt kontaktlänk mellan två noder över en seriell kabel.
 I praktiken används PPP ofta för att transportera TCP/IP
kommunikation över telefonkablar
 Många Internet operatörer använder PPP för att kunder skall via
ett modem kunna få igång en ”dial-up” anslutning till Internet (t.ex.
ADSL)
 Består av tre komponenter
HDLC (High-Level Data Link Control)
 LCP (Link Control Protocol)
 NCP (Network Control Protocol)

PPP
 Är ett datalänkprotkoll som vanligen används för att sätta upp en
direkt kontaktlänk mellan två noder över en seriell kabel.
 I praktiken används PPP ofta för att transportera TCP/IP
kommunikation över telefonkablar
 Många Internet operatörer använder PPP för att kunder skall via
ett modem kunna få igång en ”dial-up” anslutning till Internet (t.ex.
ADSL)
 Består av tre komponenter
HDLC (High-Level Data Link Control)
 LCP (Link Control Protocol)
 NCP (Network Control Protocol)

PPP
 HDLC används för att ”kapsla” in data under transmissionen
 LCP hanterar konfigurering, uppkoppling och test av
datalänkförbindelsen
 NCP används för konfigurering och uppkoppling i nätverksskiktet
(nivå 3 i OSI modellen) vilket betyder att bl.a. TCP/IP kan
användas över samma förbindelse
PPP
 PPP protokollet fungerar i stora drag enligt följande (Anta att en
PC görs till en temporär värddator (host) på internet):






PC ringer upp operatörens routerdator och den fysiska uppkopplingen
görs
PC datorn sänder en rad LCP paket via PPP ramens informationsfält
(payload), med hjälp av dessa väljs parametrarna för PPP
En serie NCP paket sänds för att konfigurera nätverskprotokollet, PC
datorn behvöer en IP adress och den ges dynamiskt för den tdi som
den behövs
PC-datorn kan nu sända och ta emot IP paket som vilken dator som
helst på Internet
Efter användning kopplas nätverksförbindelsen ned och IP adressen
frigörs
LCP kopplar bort datalänken och modemenheten kopplas bort
Nätverksskiktet
 Nätverksskiktets uppgift är att överföra information (i paket) från
källan till destinationen via t.ex. Ett flertal routrar
 Paketet bär med sej en adress som avgör i vilken riktning paketet
skall skickas
 Ett typsikt protokoll som fungerar på nivå 3 är IP (Internet
Protocol)
IP (Internet Protocol)
 Är ett protokoll som används för kommunikation över ett s.k.
paketförmedlande nätverk ”packet-switched networks” genom att
använda protokollfamiljen TCP/IP
 Med paketförmedlande nätverk menas nätverk där data sänds
från sändare till mottagare i diskreta datapaket
 Vägen varje paket tar behöver inte vara densamma som det
tidigare sända paketet mellan samma sändare och mottagare
 Motsatsen till paketförmedlande nätverk är kretskopplade nätverk
där signaler mellan två abonnenter går via en uppkopplad kanal
med konstant tidsfördröjning och banbredd.
IP (Internet Protocol)
 Paketförmedlade nätverk kan jämföras med postens sätt att
hantera paket!
 Digitala meddelanden som skickas över ett paketförmedlande
nätverk hanteras på likande sätt:
 De delas upp i mindre bitar och förses med ett omslag eller
”header” som berättarpaketets storlek, avsändar- och
mottagaradress, prioritet osv.
 Kretskopplade nätverk kan jämföras med tågtrafik!
IP (Internet Protocol)
 IP är det viktigaste protokollet på Näterksskiktet
 Har som uppgift att förmedla ett datapaket från en källvärd (source
host) till destinationsvärden (destination host) på basen av dess
adress.
 Definierar adresseringsmetoder och strukturer för inkapsling av
paket
 Finns två versioner av IP
IPv4 (Internet Protocol version 4)
 Ipv6 (Internet Protocol version 6)

IP (Internet Protocol)
 IPv4 är fortfarande dominant på internet
 Ett väsentligt problem med Ipv4 är dock dess begränsade mängd
med adresser, dvs. IP-adresser
 Främst av den orsaken har Ipv6 utvecklats och förväntas ta över
på Internet inom en snar framtid
IPv4-adressering
 En IP-adress är en unik logisk adress som elektroniska maskiner
för tillfället använder för att identifiera och kommunicara med
varandra på ett datornät med hjälp av IP protokollet
 Man brukar prata om offentliga och lokala IP-adresser
En offentlig IP-adress är (i princip) åtkomlig från hela Internet
och måste vara unik på hela internet
 En lokal IP-adrass är endast åtkomlig från ett lokalt nät, t.ex.
LAN och behöver endast vara unikt inom detta LAN

 IP adrssen fungerer som en vägledare för en IP-enhet för att hitta
en annan och kommunicera med denna
IPv4-adressering
 En IP-adress fungerar inte som identifiering av en specifik enhet
(samma enhet kan byta adress, eller ha flera adresser)
 En IP-adress representeras av 32 bitar (4 bytes)
 Adresserna är således begränsade till 2^32 dvs 4 297 967 269
 Vanligen anges IP-numret genom att skriva ut de 4 olika byten i
decimal form med punkter emellan där varje siffergrupp motsvarar
en byte
IPv4 adresser
 Varje TCP/IP värds (host) lokalisation på nätet identifieras av en
logisk IP adress
 IP adressen är en adress på nätverksnivå och ger en dator en
LOGISK adress så den är m.a.o. Inte bunden till en viss dator eller
enhet på samma sätt som en MAC adress
 En IP adress är ett krav för varje värd som kommunicerar över ett
TCP/IP nät
 Varje IP adress (32 bitar lång) består av:
Nätverks ID / Nätverksadress
 Värd ID / Värdadress

IPv4 adresser
 Nätverksadress
Identifierar de enheter som är lokaliserade i samma fysiska
nätverk
 Alla enheter som finns i samma fysiska nätverk måsta ha
samma nätverksadress

IPv4 - Adressklasser
 Från början bestämde man att dela upp IP adresser i fem olika
klasser beronde på hur stort nätverk det är frågan om
 Är helt enkelt endast ett sätt man använder att tolka IP adresser
på, kalls klassfulla adresser
 Adressklasserna definierar vilka bitar som används för
nätverksadress och vilka bitar som används för värdadress
 Adressklasserna definierar också det möjliga antalet nätverk och
det möjliga antalet värdar/nätverk
IPv4 – Adressklass A
 Klass A adresser används för datorer i nätverk som är väldigt
stora (alltså nätverk som har väldigt många datorer)
 Den största biten i IP adressen är alltid 0
 Följande 7 bitar (resten av den första oktetten) bestämmer
nätverksadress
 De 24 resterande bitarna (de tre sista oktetterna) representerar
värdens/datorns adress
 I den här klassen kan det finnas 126 nätverk och 16 777 214
datorer / nätverk
IPv4 – Adressklass B
 Klass B adresser används i medelstora och stora nätverk
 De två högsta bitarna är alltid 10
 Följande 14 bitar (resten av de två första oktetterna) definierar
nätverksadress
 De restarande 16 bitarna (de två sista oktetterna) används för att
representera en värd/dator
 Ger möjlighet till 16 348 olika nätverk och 65 534 värdar / nätverk
IPv4 – Adressklass C
 Används i små datornät
 De tre största bitarna är alltid 110
 Följande 21 bitar (de resterande bitarna av de 3 första oktetterna)
representerar Nätverksadress
 De resterande 8 bitarna (sista oktetten) reperesenterar värdadress
 Ger möjlighet till 2 097 152 nätverk och 254 värdar / nätverk
IPv4 – Adressklass D och E
 Klass D adresser är reserverad för multicast adresser
 De fyra första bitarna är alltid 1110
 De resterande bitarna är reserverade för adresser som
intresserade värdar kan känna igen
 Använder adresserna 224.0.0.0 - 239.255.255.255
 Klass E adresser är reserverade för framtida användning
 De fyra första bitarna är alltid 1111
IPv4 – Adressklasser
IPv4 - Specialadresser
 Adresser som börjar på 127 i adressklass A är reserverade för
”loopback”
 Typisk ”loopback” IP adress är 127.0.0.1
 Privata IP adresser (används för datorer kopplade till privata nät
och som inte är direkt anslutna till Internet)
 10.0.0.0 – 10.255.255.255 (klass A)
 172.16.0.0 – 172.31.255.255 (klass B)
 192.168.0.0 – 192.168.255.255 (Klass C)
IPv4 – Regler för nätverksadresser
 Alla datorer på samma fysiska nätverk måste ha samma
nätverksadress för att kunna kommunicera med varandra
 Om en dator skall kopplas direkt till Internet måste nätverkssen
vara unik på hela publika internet
 Om en dator skall kopplas till ett undernät av ett internt
internätverk måste nätverksadressen vara unikt på internätverket
 En IP adress får inte börja med 127 (reserverad för ”loopback”)
 Alla bitar inom nätverks ID kan inte sättas till 1. Sådana är
reserverade för användning som broadcast adresser
IPv4 – Regler för nätverksadresser
 Ur följande tabell framgår tillåtna nätverksadresser baserade på
de olika IP adress klasserna:
IPv4 – Regler för värdadresser
 Värdadressen måste vara unik på den gällande nätverksadressen
 Alla bitar inom värdadressen kan inte vara 1 för en sådan adress
är reserverad som en broadcast adress för att skicka paket till alla
värdar på ett nätverk
 Alla bitar inom nätverksadressen kan inte vara 0, eftersom den är
reserverad för själva nätverksadressen
IPv4 – Regler för värdadresser
 Ur följande tabell framgår giltiga nätverksadresser i de olika IP
adressklasserna:
IPv4 – Subnet Mask
 En subnet mask möjliggör att identifiera vilken del av IP adressen
är reserverad för nätverket och vilken del av IP adressen är
reserverad för värden
 Subnet maskar för de olika IP adressklasserna
Klass A: 255.0.0.0
 Klass B: 255.255.0.0
 Klass C: 255.255.255.0

 Om man skriver om nätmasken i binär form får man fram att alla
bitar som är 1 representerar nätverksadressen och alla bitar som
är 0 representerar värdadressen
IPv4 – Subnet Mask
 Antalet värdar i ett nätverk kan m.h.a. subnet mask beräknas med
formeln 2^N – 2
 N = antalet 0:or före första 1:a i IP adressen sett från höger
 -2 eftersom första adressen är reserverad för nätverkat och den
sista för broadcast
IPv4 – Subnetting
 Subnetting möjliggör att man kan skapa flera logiska nätverk
under en IP-adressklass (A, B eller C)
 Om man delar upp ett nätverk inom en klass (A, B eller C) till
mindre undernät är det möjligt att skapa ett nätverk med
undernätverk som kan kommunicera med varandra
 Exempel: man vill dela upp ett nätverk i klass C, med adressen
193.167.32.0 till två logiska undernät där det skall kunna finnas
maximalt 126 datorer / nätverk:
Nätmasken blir: 11111111 11111111 11111111 10000000
255.255.255.128
Undernät 1:
193.167.32.0 (värdadresser 1 – 126)
Undernät 2:
193.167.32.128 (värdadresser 129-254)
IPv4 – CIDR
 CIDR står för (Classless Inter-Domain Routing)
 Introducerades 1993 och är den senaste förbättringen i sättet hur
IP-adresser skall tolkas
 Klassinedelningen slopas och man använder i stället
nätverksprefix för att dela upp nätverk
 Ger flexibilitet när större block av IP-adresser skall delas upp i
mindre nät
 Den största fördelen har att göra med routingen (går inte in på
detta i det här skedet)
IPv4 – CIDR
 CIDR använder nätverksprefix för att beteckna vilken del av IPadressen som anger nätverksadressen och vilken del som anger
värdadressen
 Prefixet är helt enkelt en nummer som betecknar hur många bitar i
IP-adressen som representerar nätverksadressen
 T.ex. 172.200.0.0/16 betyder att de 16 första bitarna representerar
nätverksadrssen och de resterande 16 bitarna representerar
värdadressen:
Nätmasken blir: 11111111 11111111 00000000 00000000
255.255.0.0
Maximala antalet datorer = 2^16-2 = 65534