3. Adatkapcsolati réteg

download report

Transcript 3. Adatkapcsolati réteg

UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
3. Adatkapcsolati réteg
Dr. Bilicki Vilmos
Szoftverfejlesztés Tanszék
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Tartalom
 Az adatkapcsolati réteg feladata
– Keretezés
■ Logikai Link Vezérlés (LLC alréteg)
–
–
–
–
Hibajavítás (?)
Hibadetektálás (?)
Folyam szabályozás (?)
Titkosítás (?)
■ Közeghozzáférési alréteg
– Csatorna allokálás
– Többszörös hozzáférési protokollok
 Példák
2020. 04. 29.
■
■
■
■
■
PDH
PPP
SDH
OTN
3,4G
Számítógép Hálózatok
2
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
IP homokóra
2020. 04. 29.
Számítógép Hálózatok
3
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Kommunikációs hálózatok
Kommunikációs Hálózatok
Üzenetszórásos kommunikációs
hálózatok
Kapcsolt kommunikációs hálózatok
- Ethernet
- Csomag kapcsolt rádió hálózat
- Műholdas hálózat
Áramkörkapcsolt kommunikációs
hálózatok
Csomag kapcsolt kommunikációs
hálózatok
- Telefon hálózat
- Hullámhossz irányított hálózat
Kapcsolat orientált kommunikációs
hálózatok
Kapcsolat mentes kommunikációs
hálózatok
- X.25
- ATM
- Frame Relay
- MPLS
- IP, IPX
Számítógép Hálózatok
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Hálózatok fejlődése
2020. 04. 29.
Számítógép Hálózatok
5
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Hibrid hálózat
2020. 04. 29.
Számítógép Hálózatok
6
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Adatkapcsolati réteg
Logikai Vonal Vezérlés (LLC) alréteg
Medium Access Control alréteg
2020. 04. 29.
Számítógép Hálózatok
7
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Adatkapcsolati réteg
A fizikai
csatornát
„vezetékszerűvé
teszi”
2020. 04. 29.
■ Keretezés
■ Címzés
■ Hibadetektálás
■ Hibajavítás
■ Forgalom
vezérlés
Számítógép Hálózatok
8
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Adatkapcsolati réteg (Data link layer)
Az adatkapcsolati réteg feladata adatok
átvitele valamilyen soros
adatkapcsolaton.
2020. 04. 29.
■ Az átviteli vonal lehet:
• vezetékes pont-pont fizikai áramkör (csavart érpár, koaxiális kábel, optikai szál),
• vezeték nélküli kapcsolat (mikrohullám, stb.),
• fizikai vagy logikai kapcsolat valamilyen kapcsolt hálózaton keresztül.
■ Az átviteli mód lehet:
• aszinkron,
• szinkron.
■ Az átvitelt vezérlő protokoll lehet:
• karakter-orientált,
• bit-orientált.
■ A magasabb hálózati rétegek számára nyújtott szolgáltatás lehet:
• megbízhatatlan (best-try), kapcsolat nélküli,
• megbízható (reliable), kapcsolat-orientált.
Számítógép Hálózatok
9
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Keretezés
A kommunikáció alapegysége
Ebben vannak megvalósítva a réteghez
tartozó szolgálati primitívek adatstruktúrái
2020. 04. 29.
■ Címzés
■ Hibadetektálás
■ Forgalomszabályozás
■…
Számítógép Hálózatok
10
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Keretezés
Hol kezdődik, hol
végződik a keret?
2020. 04. 29.
■ Karakter számlálás?
■ Bájtok megjelölése
(bájt beszúrássa)?
■ Kezdő és vég zászlók
bit beszúrással?
■ Fizikai réteg kódolási
szabály sértésekkel?
■?
Számítógép Hálózatok
11
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Karakter számlálás
A fejlécben megvan a hossz
Probléma:
2020. 04. 29.
■ Átviteli hiba
Számítógép Hálózatok
12
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Bájt alapú zászlókkal
Minden keret kezdetnél
újraszinkronizálunk
Speciális bájtok
Probléma:
2020. 04. 29.
■ Bináris adatok -> ESC karakter
Számítógép Hálózatok
13
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Bit alapú zászlókkal
Tetszőleges bájt ábrázolás
Bit beszúrás
2020. 04. 29.
Számítógép Hálózatok
14
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Hiba érzékelés
A lehető legnagyobb valószínűséggel kell érzékelni, hogy a vett információ hibát tartalmaz.
Ha a vevő hibát észlel, szükség van valamilyen mechanizmusra, amellyel a remélhetően
hibamentes információt megkapja.
Ez kétféleképpen érhető el:
• Hibajavítással
Az átvitt karakter vagy keret olyan redundáns információt tartalmaz, amelyből
nemcsak a hiba jelenléte észlelhető, hanem a helye is. A hibás bit-ek invertálásával a
hiba javítható.
• Visszacsatolásos hiba kezeléssel
Az átvitt karakter vagy keret olyan redundáns információt tartalmaz, amelyből a hiba
jelenléte észlelhető. Ezután a vevő a hibás keret újra átvitelével juthat a remélhetően
hibamentes információhoz.
A hálózatok világában a visszacsatolásos módszer dominál, mivel a hibajavításhoz szükséges
redundáns információ jelentősen megnöveli a továbbítandó adat mennyiségét.
Számítógép Hálózatok
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Hiba érzékelés
Visszacsatolásos hiba kezelés két részre osztható:
• a megbízható hiba érzékelésre és
• az újra átvitelt bonyolító vezérlő algoritmusokra
A hiba érzékelés módszerei (az információelméletből ismert módszerek, ezért csak
megemlítjük ezeket):
• Paritás bit (parity) használata
Karakterenként (byte-onként) képzett páros vagy páratlan paritás bit. Páratlan számú
bit-hibát jelez.
• Ellenőrző összeg (block sum check)
A paritás ellenőrzést egészíti ki. Az adat byte-okat összeadják és az így kapott összeget
a blokk végére illesztik. A vevő szintén kiszámolja a blokk összeget és összehasonlítja
az átvitt blokk összeggel. Ez a módszer csak egy bites véletlen hibák érzékelésére
alkalmas.
• Ciklikus redundancia ellenőrzés (Cyclic redundancy check)
A blokkosan előforduló hibák észlelésére is alkalmas módszer.
16 vagy 32 bites ellenőrző kód készül, amelyet az adó a blokk végén helyez el. A vevő
újra számolja az ellenőrző kódot, majd összehasonlítja az átvitt ellenőrző kóddal.
Az ellenőrző kód az ún. polinomikus kódra épül.
Számítógép Hálózatok
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Hiba javítás - Hamming kódolás
Redundáns
információt
viszünk át
FEC – Forward
Error Correction
Hamming távolság
■ D+1 hiba
detektálás
■ 2D+1 hiba javítás
Hamming kód
2020. 04. 29.
■ 2 hatvány
bitenként paritás
bit
Számítógép Hálózatok
17
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
OTN – FEC (ITU-T G.709)
2020. 04. 29.
Számítógép Hálózatok
18
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Folyam vezérlés
Csúszóablakos
protokollok:
■ A küldő nyilvántartja a
kiküldhető sorozatszámú
kereteket (ablak)
■ A vevő is nyilvántartja a
fogadható sorozatszámú
kereteket (ablak)
Típusai:
2020. 04. 29.
■ Egy bites csúszóablak
protokoll
■ Visszalépés N-nel
■ Szelektív válasz
Számítógép Hálózatok
19
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Elemi Adatkapcsolat réteg
protokollok
 Protokoll:
2020. 04. 29.
 Szabályok és szabályozások halmaza melyek megadják az adat átvitelének
módját adatkommunikációs és telekommunikációs hálózaton
Számítógép Hálózatok
20
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Petri háló
2020. 04. 29.
Számítógép Hálózatok
21
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Közeghozzáférési alréteg-MAC
Kommunikációs Hálózatok
Üzenetszórásos kommunikációs
hálózatok
Kapcsolt kommunikációs hálózatok
- Ethernet
- Csomag kapcsolt rádió hálózat
- Műholdas hálózat
Áramkörkapcsolt kommunikációs
hálózatok
Csomag kapcsolt kommunikációs
hálózatok
- Telefon hálózat
- Hullámhossz irányított hálózat
2020. 04. 29.
Kapcsolat orientált kommunikációs
hálózatok
Kapcsolat mentes kommunikációs
hálózatok
- X.25
- ATM
- Frame Relay
- MPLS
- IP, IPX
Számítógép Hálózatok
22
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Csatorna hozzárendelés
Statikus -> Kapcsolt
■ Csomós forgalom esetén nem hatékony
Dinamikus -> Üzenetszórás
Model:
2020. 04. 29.
■
■
■
■
Egy közös csatorna
Független állomások
Ütközés lehetséges, az állomások ezt tudják detektálni
Idő
– Folyamatos
– Diszkrét
■ Jel érzékelés
– Van vivő érzékelés
– Nincs vivő érzékelés
Számítógép Hálózatok
23
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Többszörös hozzáférésű protokollok
Aloha
■ Egyszerű Aloha
■ Ütemezett Aloha
Vivő érzékeléses többszörös hozzáféréű
protokollok (Carrier Sense Multiple Access)
■ Tartós és nem tartós CSMA
■ CSMA ütközés detektálással
Ütközés mentes protokollok
2020. 04. 29.
■ Bit térkép protokoll
■ Bináris visszaszámlálás
Számítógép Hálózatok
24
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Egyszerű ALOHA
Ha van adnivaló akkor
adjuk
Ha ütközés volt akkor
újraadjuk
■ A csatornát figyeli
■ Visszajelzés érkezik
Újraküldés előtt
véletlenszerű ideig
várakozik
~18%-os csatorna
kihasználtság
2020. 04. 29.
Számítógép Hálózatok
25
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Ütemezett ALOHA
Diszkrét időablakok, csak ezek kezdetén
szabad elkezdeni az adást
2020. 04. 29.
Számítógép Hálózatok
26
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Vivő érzékeléses
Helyi hálózatokban az adások
érzékelhetőek
CSMA – Carrier Sense Multiple Access
Protocoll
2020. 04. 29.
■ 1 persistent CSMA – amikor érzékeli, hogy nincs
adás akkor 1 valószínűséggel adni kezd
■ non persistent CSMA – véletlenszerű időnként
néz rá a csatornára, hogy az szabad-e
■ p-persistent CSMA – a csatorna diszkrét
időrésekre osztott s az állomás amikor egy
időrésben érzékeli azt, hogy szabad akkor p
valószínűséggel adni kezd
Számítógép Hálózatok
27
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Hatékonyság
2020. 04. 29.
Számítógép Hálózatok
28
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
CSMA/CD (ütközés érzékeléssel)
Népszerű protokoll (pl.: régi Ethernet)
Állapotai:
2020. 04. 29.
■ Verseny (itt lehet ütközés)
■ Adás (az hiba ha itt ütközés történik)
■ Üresjárat
Számítógép Hálózatok
29
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Ütközésmentes
A közös médium foglalását valamilyen
módon előrejelzik
Foglalásos protokollok
Bit-térkép protokoll (bit-map protocol)
2020. 04. 29.
■ Egy bites adminisztrációs teher
Számítógép Hálózatok
30
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Bináris visszaszámlálás
Az előző nem skálázódik, ha több ezer
állomást kell kezelni
Bináris állomáscímek
Verseny a csatornáért
A magasabb című nyer
2020. 04. 29.
Számítógép Hálózatok
31
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Telekommunikációs Gerinc
2020. 04. 29.
Számítógép Hálózatok
32
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
A távközlő hálózatok története I.
Telefon beszélgetés átvitele
■ Analóg rendszer (FDM)
– A fül hallás görbéje és a beszéd
érthetősége alapján 300-3400
Hz-es tartományt kellett átvinni
– A telefonközpontba minden
előfizetőnek egy dedikált érpár.
– Telefonközpontok között ez nem
megoldható (x 100 érpár)
Csillapítás
» Megosztott közeg
» Frekvenciaosztás minden
beszélgetés egy-egy külön
frekvenciasávot kapott ezt
szűrökkel és modulálással
érték el.
» Rossz hangminőség, nehézkes
karbantarthatóság, nehezen
vagy nem skálázható
Számítógép Hálózatok
Frekvencia
33
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
A távközlő hálózatok története II.
 Időosztásos közegosztás (TDM)
 Digitális rendszer (1962 Bell Labor)
■ Nyquist – egy periodikus analóg jel a
frekvenciájának kétszeresével mintavételezve
veszteség nélkül visszaállítható a mintákból
■ Pulzus Kód Moduláció (PCM Pulse code
modulation) (PAM, PPM,..)
– ITU-T G.711 (CCITT)
– Mintavételezés – 8000 Hz
– Kvantálás - a 8 bites lineáris hozzárendelésnek
nincs elég dinamikája (fül 0-120dB) ezért 12-14
bites mintavételezés van és ezeket az értéket
logaritmikusan 8 bithez rendelik (több lépés az
alsó szinten, kevesebb a felsőn)
A
m
» A szabály - Európában
»
szabály – USA

– Kódolás – A jelet a csatorna
feltételeihez illesztik.
Pl.: órajel kinyerés
y
1  ln A m p
,
m
1

mp A
 m  1
sgn( m) 
 ,  m  1
1  ln  a
 m  A
1  ln A 
mp
p 

Számítógép Hálózatok
34
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Kódolás
 A fizikai közegen való átvitelhez a jelet érdemes
átalakítani (pl. ne legyen egyáramú összetevő,
szinkron jel kinyerés, …)
 Vonali kódolás
■
■
■
■
■
NRZ (Non Return Zero)
RZ (Return Zero)
AMI (Alternate Mark Inversion)
HDB3 (High Density Bipolar Three Zeros)
CMI(Coded Mark Inverted)
Számítógép Hálózatok
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
A távközlő hálózatok története III.
Időosztásos közegosztás (TDMA)
■ Multiplexelés – egy csatornán több csatorna
továbbítása
■ 125 mikrosec a keret hossza
■ E1 – Európa - 30 csatorna 2048 Mbit/s
■ T1 – USA – 24 csatorna 1,544 Mbits/s
Számítógép Hálózatok
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Plesiochronous digital hierarchy
Max.: 140Mbit/s
Bit multiplexelés
A T1-re vagy az E1-re épül
Minden következő szint négy
alsóbbszintű csatornát tartalmazhat
Számítógép Hálózatok
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Szinkronizáció
Független oszcillátorok, szabványba
foglalt pontosság
A pont-pont kapcsolatoknál nincs
probléma mert a jelből ki lehet venni az
órajelet
A multiplexereknél probléma
■ Üres bitek beiktatásával (Justification)
szabályozzák a kimenő jel sebességét
■ Ezek végül összeadódnak és egy keret
kihagyást, vagy ismétlést eredményeznek
Számítógép Hálózatok
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
PDH hátrányok
Különböző szabványok, csak átalakítóval
lehetett őket összekötni
Adat átvitelnél zavaró lehet a fázisugrás
Rézvezetékre tervezték
Nem tartalmaz hálózatfenntartáshoz szükséges
információkat (backup vonal, …)
Az egyes adatfolyamokhoz csak a teljes
demultiplexálás után lehet hozzáférni
Pont-pont topológiára lett tervezve
Nehéz konfigurálni
Számítógép Hálózatok
Point-to-Point Protocol 1.
Telefonos, pont-pont adatátvitelre
tervezték
 A PPP keret IP, IPX, NetBEUI
csomagokat fogadhat be
 Egy kapcsolat az alábbi fázisokból
áll:
1. PPP vonal felépítés (Link Control
Protocol – paraméter csere)
2. Felhasználó azonosítás
– Password Authentication
Protocol (PAP)
» Titkosítatlan jelszó átvitel (a
NAS kéri a kliens küldi)
– Challenge Handshake
Authentication Protocol
(CHAP)
» Titkosított (NAS véletlen
szám -> Kliens MD5
passwd+véletlen szám)
» A szerver tudja a
felhasználó jelszavát
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department

Számítógép Hálózatok
40
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Point-to-Point Protocol 2.
 A kapcsolat fázisai:
2. Felhasználó azonosítás folyt.
–
Microsoft Challenge Handshake Authentication Protocol (MSCHAP)
» Ugyanaz mint a CHAP csak a szerver a jelszó MD4-es
kivonatát tárolja és használja
– Microsoft Challenge Handshake Authentication Protocol v2 (MSCHAP v2)
» Ugyanaz mint a MS-CHAP csak a szerver is azonosítva lesz ,
kölcsönös azonosítás
– Extensible Authentication Protocol (EAP)
» Az előző protokollok rögzítettek
» Itt lehetőség van új modulok használatára,
kiválasztására
» SmartCard, One Time Password, TLS, ...
» PPP + csak EAP = 802.1X
Számítógép Hálózatok
41
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Point-to-Point Protocol 3.
A kapcsolat fázisai:
3.PPP visszahívás vezérlés
4.Hálózati réteg protokollok meghívása
– Network Control Protocol (NCP)
» IPCP – IP címet ad a felhasználónak
4.Adat átviteli fázis
Számítógép Hálózatok
42
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
Összefoglaló
 Az adatkapcsolati réteg feladata
– Keretezés
■ Logikai Link Vezérlés (LLC alréteg)
–
–
–
–
Hibajavítás (?)
Hibadetektálás (?)
Folyam szabályozás (?)
Titkosítás (?)
■ Közeghozzáférési alréteg
– Csatorna allokálás
– Többszörös hozzáférési protokollok
 Példák
2020. 04. 29.
■
■
■
■
■
PDH
PPP
SDH
OTN
3,4G
Számítógép Hálózatok
43
UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS
UNIVERSITY OF SZEGED
of Software Engineering
Department
A következő előadás tartalma
Példák
2020. 04. 29.
■ SDH
■ OTN
■ GSM/UMTS
Számítógép Hálózatok
44