Transcript Förelasning1

NÄTVERKSPROTOKOLL
Föreläsning 1 - 31.8.2010
INNEHÅLL
Allmänt om datanät
Olika typer av nätverk
Nätverkskomponenter
Allmänt om nätverksprotokoll
OSI-modellen
TCP/IP protokollstacken
Vad är datanät?
 Utgörs av sammankopplade datorer som överför data till varandra
 Kan klassificeras på basen av en mängd olika egenskaper:
Skala
 Uppkopplingsmetod
 Nätverksarkitektur
 Nätverkstopologi

Klassificering enligt skala
 PAN (Personal Area Network)
 LAN (Local Area Network)
 WLAN (Wireless LAN)
 CAN (Campus Area Network)
 Metropolitan Area Network (MAN)
 WAN (Wide Area Network)
PAN (Personal Area Network)
 Är ett nätverk som används för kommunikation mellan datorer som
är lokaliserade väldigt nära varandra och ofta tillhör alla dessa
datorer en och samma person
 Exempel på vanliga enheter som används ett PAN är:
Printrar
 PDAs (Personal Digital Assistants)
 Smarttelofoner (smart phones)
 PC datorer

PAN (Personal Area Network)
 Vanliga överföringsmedier i PAN är:
USB
 FireWire

 Trådlösa PAN har också blivit allt mer vanliga under de senaste
åren, brukar kallas för WPAN (Wireless PAN)
 Följande teknologier för dataöverföring brukar användas i WPAN:
IrDA
 Bluetooth

LAN (Local Area Network)
 Ett nätverk som täcker ett litet geografiskt område såsom:
Hem
 Arbetsplats
 Skola

 Dagens LAN är för det mesta baserade på Ethernet teknologin
 Datorer är i dagens läge kopplade till varandra via (vanligen) Cat5
(Category 5) eller Cat6 kablar som stöder en överförings hastighet
 Cat5 stöder en överföringshastighet på 155Mbit/s medan en Cat6
kabel stöder överföringshastigheter på upp till 10Gbit/s
LAN (Local Area Network)
 Datorer i ett LAN delar vanligtvis på olika typer av nätverkstjänster
såsom:
 Nätverksprintrar
 Lagringsservrar
WLAN (Wireless Local Area Network)
 Är i princip ett LAN där radiolänkar används som
kommunikationskanaler i stället för kablar.
 Den vanligaste typen av WLAN är baserad på IEEE 802.11
standardfamiljen där man använder en central accesspunkt
(Access Point/basstation) för att koppla ihop datorer.
 Teknologin i 802.11 nätverk är baserad på radiovågor.
 I WLAN nät idag kommer man upp i en överföringshastighet på
max 54Mb/s (802.11g)
 Implementeras i praktiken oftast som ett segment av ett LAN
CAN (Campus Area Network)
 Är ett nätverk som förenar två eller flera LAN men är ändå
begränsad till ett geografiskt område som t.ex. ett
univeritetskampus.
MAN (Metropolitan Area Network)
 Är ett nätverk som förenar ett eller flera LAN eller CAN men är
ubrett på ett lite större geografiskt område, mycket typiskt en stad.
 Exempel på ett MAN är kabel TV nät som finns i många städer.
WAN (Wide Area Network)
 Ett WAN förenar olika typer av mindre nätverk i ett stort
geografiskt område, ofta ett land eller kontinent.
 Det mest kända WAN som finns är Internet
 Många WAN är också byggda för en viss organisation eller större
företag som har kontor utspritt över världen och är privata
Klassificering enligt uppkopplingsmetod
 Nätverk kan även bli klassifiserde enligt vilken teknologi datorer
använder för att kommunicera, t.ex:
 Optisk fiber
 Ethernet
 Trådlösa lokalnät (WLAN)
Klassificering enligt nätverksarkitektur
 Nätverk kan också klassifiseras på basen av vilket förhållande en
dator i nätverket har till en annan dator, t.ex.:
 Klient-server
 Peer-to-peer
Klient-server
 Klient-server arkitekturen innebär att en nod (klient) har en
klientapplikation som begär en tjänst av en serverappikation på en
annan nod (server) som i sin tur erbjuder denna tjänst
 Ett exempel på detta är WWW där en klient som kör en bläddrare
skickar en förfrågen till en WWW-server som i sin tur genast
svarar på förfrågan (visar WWW-sidan)
Peer-to-peer (P2P)
 P2P nätverk består av sammankopplade noder (t.ex. datorer) som
inte kommunicerar enligt klient-server modellen
 En nod tilldelas ingen specifik roll utan alla node i ett P2P nätverk
kan agera alla roller
 Vanliga användingsområden för P2P nätverk är:
Fildelning
 Chatt
 IP-telefoni

Klassificering enligt nätverkstopologi
 Nätverkstopologin bestämmer en nätverksenhets logiska och
fysiska relation till en annan nätverkenhet.
 Exempel på olika nätverkstopologier:
Bussnät
 Stjärnnät
 Trädnät
 Ad hoc (infrastrukturlöst)

Bussnät
 En av de äldsta typerna av nät
 Flera datorer kopplas ihop eftervarandra och alla datorer delar på
en och samma kabel
 Alla datorer delar på den tillgängliga bandbredden i denna kabel
 I vardera ända av nätet placeras terminatorer för att avsluta nätet
och undvika att signalen ”studsar tillbaka”
Bussnät
 Fördelar
Enkelt att bygga upp och att sätta till nya noder
 Kräver inte så mycket kablar
 Billigare än andra topologier

 Nackdelar
Om ett fel uppstår i kabeln, går hela nätverket ur funktion
 Lämpligt endast för små nätverk eftersom alla datorer i
nätverket delar på samma kabel
 Långsammare än andra topologier

Stjärnnät
 Den allra vanligaste topologin som används idag
 Alla noder (datorer) är anslutna med kabel till en central enhet
(t.ex. Hub eller Switch) via vilken nätverkstrafik hanteras
 Fördelar:
Bra prestanda – tung trafik i en nod påverkar inte de andra
noderna i stjärnnätet
 Kabelfel leder inte till nätverksstopp och felet är lätt att hitta
 Data transporteras inte genom onödiga noder

Stjärnnät
 Nackdelar:
Om det uppstår ett fel i den centrala enheten
(hubben/switchen) leder det till att nätverket slutar fungera
 Begränsat nätverk beronde på antalet kontakter det finns i
hubben/switchen och hur mycket prestanda den klarar av
 Dyrt att bygga jämfört med bussnät p.g.a. Att det krävs mycket
kabel och extra utrustning såsom switchar och hubbar

Trädnät
 Är en variant av stjärnnät
 Alla datorer i ett trädnät är kopplade till en central hubb/switch
 Alla datorer är dock inte direkt kopplade till denna hubb/switch
utan är kopplade till en annan hubb/switch som i sin tur är kopplad
till den centrala hubben/switchen
 T.ex. Arcadas studentnät är uppbyggt i formen av ett trädnät
Ad hoc
 Kallas även infrastrukturlösa nätverk
 Självkonfigurerande nätverk där noder kommunicerar direkt med
varandra i stället för att kommunicera via en central nätverksenhet
(såsom switch eller trådlös basstation)
 Ett exempel på nätverk som använder ad hoc topologi är mobila
ad hoc nätverk (MANET)
Ad hoc
 MANET används bl.a. i militära applikationer och sensor nätverk
Nätverkskomponenter
 Det behövs ett antal olika hårdvarukomponenter för att kunna
bygga upp ett nätverk
 Vanliga nätverkskomponenter är:
Nätverkskort (Network Interface Card (NIC))
 Hubb
 Switch
 Router
 Brygga
 Trådlösa basstationer
 Repeater
 Transmissionsmedier

Nätverkskort
 Hårdvara designt för att göra det möjligt för datorer att
kommunicera över ett datornät
 Möjliggör fysisk åtkomst av nätverksmedia, såsom nätverkskablar
och trådlösa radiolänkar.
 Varje nätverkskort addresseras med en unik MAC adress som
tilldelas av korttillverkaren
 Mera om MAC adresser senare
Hubb
 Består av ett antal portal till vilka nätverksnoder är kopplade
 En signal eller data som kommer in till hubben från en nod eller
från ett annat nätverk förstärks och skickas direkt vidare över alla
portar
 M.a.o. data som skickas till en hubb, kopieras och skickas vidare
till alla noder som är kopplade till hubben.
Switch
 Styr datatrafik mellan olika noder i ett nätverk
 Hanterar och använder MAC adresser för att ta beslut om på
vilken port det mottagna datat skall skickas ut
 Till skillnad från en hub ger en switch full tillgång till hela
bandbredden
 Är mycket snabbare än en hubb
 Stöder både symmetrisk och assymetrisk switching
Switch
 Symmetrisk switching = data förmedlas mellan portar som har
samma bandbredd
 Assymetrisk switching = data förmedlas mellan portar med olika
bandbredd
Router
 En dator eller nätverskenhet vars uppgift är att koppla samman
flere olika datornätverk och vidarebefordra paket från ett
nätverkssegment till ett annat
 Två nätverkssegment som en router kopplar samman behöver inte
vara ett av samma typ, kan t.ex. vara en övergång från LAN till
WAN
 När routern tar emot ett datapaket bestämmer den nästa
nätverksadress som paketet skall till, denna process kallas routing
 Ett paket går oftast genom många routrar innan det når sitt slutmål
Router
 Adressen på den router dit ett datapaket sänds kallas för ”default
gateway” (om inte paketet skickas inom det lokala
nätverksegmentet)
Brygga
 En brygga (bridge) används för att koppla ihop två eller flera
nätverkssegment
 Är mycket lik en router men arbetar med olika metoder och på
olika nätverksnivåer
 En brygga vidarebefordrar enligt MAC adresser medan en Router
jobbar med IP adresser
 Mera om nätverksnivåer, MAC och IP senare
Trådlös basstation
 En fast enhet i ett trådlöst nätverk som en trådlös klientdator
ansluter sej till
 Förmedlar trafik:
mellan trådlösa klienter i ett trådlöst nätverk
mellan en trådlös klient och ett fast nätverk
Repeater
 En elektronisk enhet som tar emot en signal, förstärker den och
skickar den vidare (repeterar)
 Kan t.ex. behövas i ett WAN där kabelsträckan från en nod till en
annan kan bli extremt lång
 Används också i trådlösa nät för att förstärka radiosignaler.
Transmissionsmedier
 Används för att transportera data från en nod till en annan
 Indelas i fasta och trådlösa förbindelser
 Fasta förbindelser = kablar
Koaxialkabel
 Parkabel
 Optisk fiber

 Trådlösa förbindelser förbindelser baserade på radiovågor
Koaxialkabel
Koaxialkabel
 Har inre koppartråd, kärnan, som omges av isolerande plast
 Utanför isoleringen finns en annan ledning (skärm) som är
”nätformad”
 Skärmen gör att ström som leds genom kärnan inte stör
omgivningen
 På samma sätt skyddar skärmen också kärnan från att bli störd av
elektromagnetiska fält från omgivningen
Koaxialkabel
 Används främst som antennkablar för tv men också i vissa lokala
datornätverk
 Med en kabel på 1 kilometer kan man uppnå en bandbredd på 2
Gbit/s
Parkabel
 Parkabel eller partvinnad kabel (Twisted pair (TP)) är en
signalkabel som består av par av tvinnade ledare (vanligen
koppar)
 Tvinnade för att motverka störningar
 Är mycket vanliga idag i lokalnät
Parkabel
 En nackdel med parkabeln är att den har väldigt hög dämpning
(signalförlust) per meter
 Detta innebär att en parkabel kan vara max 100m
 Om kabeln behöver vara längre än så behövs en linjeförstärkare,
repeater
 Två vanliga typer av parkablar är
UTP (Unshielded Twisted Pair)
 STP (Shielded Twisted Pair)

Parkabel: UTP
 En vanlig kabel med två partvinnade ledare vars motståndskraft
mot yttre störningar är medelgod
Parkabel: STP
 STP kabeln har en jordledare med skärm (på samma sätt som
koaxialkabeln) och har därför mycket god motståndskraft mot yttre
störningar
 Denna typ av kabel är dyr och idag ganska ovanlig
Parkabel
 En parkabel kan vara korskopplad (cross-over) eller rak (straight
through)
 Korskopplad kabel används speciellt då man behöver direkt
koppla ihop två nätverkskort med en parkabel
Optisk fiber
 Kopparledare ersätts med fiberledare
 Informationen som överförs är i digital form och förmedlas av
ljuspulser (inte elektrisk ström)
 Ljussignaler dämpas och förvrängs mindre än i elektriska signaler
i koppartråd vilket läder till att man kan sända data genom
fiberkablar på mycket längre avstånd (100km utan förstärkare)
 Fiberkablar används vanligen i basnät fram till områden och
fastigheter
 Idag blir det t.o.m. allt vanligare att fiber dras ända fram till hushåll
Optisk fiber
Optisk fiber
 Finns två olika typer av optiska fiber:
Multimodfiber
 Singelmodfiber

 Multimodfiber har många utbredningsvägar för ljuset vilket leder till
att man på korta avstånd kan uppnå en bandbredd på över 1000
Gbit/s
 I singelmodfiber går ljuset igenom fibern utan brytning, används
vid långa avstånd.
Radiovågor
 Används som transmissionsmedia i trådlösa nät såsom:
WLAN
 Bluetooth

 Dataöverföring med radiovågor innebär överföring av signaler
genom modulering av elektromagnetiska vågor med en frekvens
som är lägre än ljusets
 Modulation är en process som får en egenskap hos en våg att
variera i takt med en annan
 I detta fall används modulation för att få en bärvåg att variera i takt
med en meddelandesignal
Vad är nätverksprotokoll?
 Kommunikation över nätverk bygger på att man kommer överens
om en massa regler för hur kommunikationen skall gå till
 Dessa regler kallas för protokoll.
 Man kan säga att nätverksprotokoll är etikettsregler för hur
kommunikationen skall gå till
 Protokoll behövs också för att många datorer skall kunna samsas
om samma kommunikationsmedia utan att det uppstår kaos i
nätverket såsom kollisioner och överbelastningar
Vad är nätverksprotokoll?
 Exempel på nätverksprotokoll är:
IP
TCP
MAC
ETHERNET
Vem bestämmer protokollen?
 ISO: Internationella Standardiseringsorganisationen.
 IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers
 IEC: International Electrotechnical Commission
 ITU: International Telecommunication Union
OSI modellen
 Utarbetad ISO (International Standards Organization) år 1983
 Beskriver hur olika informationssystem skall kopplas ihop
 Främst avsedd för undervisning och datavetenskap
 Är en arkitektur indelad i 7 nivåer/skikt (eng. Layers)
 Varje skikt tilldelas en specifik uppgift.
OSI modellen
 Grundprincipen är att skikt n producerar tjänster för skikt n+1 och
använder tjänster från skikt n-1
– Fysiska skiktet (eng. Physical Layer)
 Sköter transmission av bitar över en kommunikationskanal
 Definierar överföringens mekaniska, fysiska och
funktionella egenskaper
– Länksskiktet (eng. Data Link Layer)
 Hanterar felfri överföring mellan två punkter i nätet
– Nätskiktet (eng. Network Layer)
 Hanterar virtuella förbindelser via paketförmedling
 Etablerar, upprätthåller och avslutar
nätverkskommunikation
 Sköter utformning av själva paketet
OSI modellen
 Grundprincipen är att skikt n producerar tjänster för skikt n+1 och
använder tjänster från skikt n-1
– Transportskiktet (eng. Transport Layer)
 ”end-to-end”
 Delar upp datamängden från högre skikt i mindre enheter
 Flödeskontroll, t.ex. En snabb enhet får inte överta rollen av
en långsam enhet
– Sessionsskiktet (eng. Session Layer)
 Kontrollerar dialogen mellan enheter, t.ex. Användning av
duplex- eller halvduplexmod
 Synkronisering, t.ex. Avbrott vid överföring av stora filer
 Säkrar förbindelsen mellan enheter, avslutar förbindelsen
och lösgör resurser
OSI modellen
 Grundprincipen är att skikt n producerar tjänster för skikt n+1 och
använder tjänster från skikt n-1
– Presentationsskiktet (eng. Presentation Layer)
 Beskriver i vilken form informationen skall framföras mellan
enheterna, t.ex. Val av kod
 Hanterar förekomsten av kodning
– Tillämpningsskiktet (eng. Application Layer)
 Utgör det slutliga snittet mot användaren, fungerar som en
virtuell nätverksterminal
 Beskriver funktioner för hantering av applikationsprogram,
t.ex. e-post
OSI modellen
 Exempel på hur datatransmission sker i OSI-modellen
OSI modellen
 OSI-modellen jämfört med ”verkligheten”
Protokollfamiljen TCP/IP
 TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) är
liksom OSI-modellen en arkitektur för datakommunikation över
nätverk med en skiktad struktur
 TCP/IP innehåller endast fyra skiktt
1. Länkskiktet
2. Internetskiktet
3. Transportskiktet
4. Applikationsskiktet
 TCP/IP kan också ses som en samling protokoll för
kommunikation över Internet
Protokollfamiljen TCP/IP
 Exempel på protokoll på olika skikt i TCP/IP protokollstacken