Download pdf - Omrežja in protokoli

Transcript
Page 1: Omrežja in protokoli

Omrežja in protokoli

TKO

Page 2: Omrežja in protokoli

2

Enosmerna komunikacija

Izvor, pošiljatelj Ponor, prejemnik

Tvorjenje signalaza prenos

Kodiranje podatkovza prenos

Izdvajanje podatkoviz signala

Priprava podatkovza uporabnika

Komunikacijskikanal

0100110101101110110 0100110101101110110

dejanska, fizična povezava

Page 3: Omrežja in protokoli

3

Dvosmerna komunikacija

Potrebna je ločitev smeri prenosa na kanalu !

Izvor/uporabnik podatkov

Izvor/uporabnik podatkov

Tvorjenje signala/ izdvajanje podatkov

Priprava podatkov za prenos/uporabnika

Tvorjenje signala/ izdvajanje podatkov

Priprava podatkov za prenos/uporabnika

Komunikacijski kanal

Page 4: Omrežja in protokoli

4

Dvosmerna komunikacija

Polni dupleksni prenos (full duplex)

Pol dvosmerni prenos (half duplex)

Page 5: Omrežja in protokoli

5

Ločitev smeri prenosa

Časovna ločitev (TDD=time division duplexing)Komunikacija poteka izmenoma (“ping-pong”).

čas

HALO

HALO

Frekvenčna ločitev (FDD=frequency division duplexing)Komunikacija poteka v različnih frekvenčnih pasovih.

HALO

HALO

Page 6: Omrežja in protokoli

6

Komunikacija med več uporabniki

uporaba ločenih prenosnih medijev:

kabel

Page 7: Omrežja in protokoli

7

Uporaba skupnega medija

skupni prenosni medij

Page 8: Omrežja in protokoli

8

Delitev prenosne zmogljivosti

Medij delimo tako, da dobimo ločene povezave (kanale) Postopek delitve imenujemo multipleksiranjePosamezni kanali imajo omejeno a zagotovljeno kapaciteto.Obstaja omejeno število kanalov, odvisno od medija.

Page 9: Omrežja in protokoli

9

Delitev prenosne zmogljivosti po frekvenci

frekvenčni multipleks FDMA (frequency division multiple access)

čas

frekvenca

Vsakemu paru uporabnikov je dodeljena svoja frekvenca, lahko za vsako smer prenosa.Uporabniki uporabljajo frekvenčni kanal ves čas prenosa.V času uporabe frekvenčni kanal ni na voljo drugim uporabnikom.

Page 10: Omrežja in protokoli

10

Delitev prenosne zmogljivosti po času

časovni multipleks TDMA (time division multiple access)

čas

frekvenca

ABCD

ABCD

Vsakemu paru uporabnikov je dodeljen svoj časovni okvir, lahko za vsako stran prenosa.Uporabniki uporabljajo celoten frekvenčni pas v svojih časovnih okvirih.V času uporabe frekvenčni kanal ni na voljo drugim uporabnikom.

Page 11: Omrežja in protokoli

11

Delitev prenosne zmogljivosti po kodi

kodni multipleksCDMA (code division multiple access)

frekvenca

koda

čas

Vsakemu paru uporabnikov je dodeljena svoja koda.Uporabniki uporabljajo celoten frekvenčni pas ves čas prenosa.Med seboj se ločijo po dodeljeni kodi. Kodnih kanalov je lahko več kot časovnih oziroma frekvenčnih, zato pa se med seboj motijo.

Page 12: Omrežja in protokoli

12

Dodeljevanje kapacitet

Dodeljevanje deljenih prenosnih kapacitet skupnega medija je lahko trajno za ves čas zveze ali pa se kapacitete dodeljuje dinamično glede na trenutne potrebe.

statično dodeljevanje: kanali so dodeljeni uporabnikom za ves čas zveze.dinamično dodeljevanje kapacitete medija je lahko naključno zaseganje ali pa dogovorno usklajeno z rezervacijami:

naključno zaseganje npr: ALOHA, CD-CDMA (Ethernet),..zaseganje z žetonom (token)

Page 13: Omrežja in protokoli

13

Zaseganje na osnovi poskušanjaVsak uporabnik se oglasi, ko ima kaj povedati.Če je prenosni medij že zaseden, prenos ne uspe.Način je primeren pri izredno nizkih obremenitvah medija.

Zaseganje s poslušanjem in detekcijo trkovUporabnik posluša kaj se dogaja na mediju.Uporabnik se oglasi šele, ko so drugi uporabniki tiho.Če se slučajno oglasita dva uporabnika hkrati imenujemo to trk.Ko uporabnika zaznata trk, oba utihneta in počakata nek naključen čas, da ne bi prišlo do ponovnega trka.Način je uporaben do približno 50% zaseganja kapacitet medija, potem začne prihajati do pogostih trkov in zaradi tega stalnega ponovnega poskušanja, pride do zasičenja in komunikacija se ustavi. Naključni dostop do kanala s poslušanjem in preverjanjem trkov imenujemo CSMA-CD (carrier sense multiple access with collision detection). Primer uporabe takega načina je Ethernet.

Zaseganje prenosne zmogljivosti

Naključno zaseganje (random access)

Page 14: Omrežja in protokoli

14

Zaseganje prenosne zmogljivosti z dogovorom

Usklajeno zaseganje kanala na osnovi žetona (token)

Pravico do oglašanja ima le uporabnik, ki ima žeton.Ko konča preda žeton naslednjemu uporabniku, ki čaka v vrsti.Način vnaša pri majhni obremenitvi medija in velikem številu uporabnikov nepotrebno zakasnitev, ker mora žeton od enega do drugega uporabnika v vrsti, tudi kadar nimajo kaj povedati.Način dopušča do 100% izkoriščenost medija, če zanemarimo čas za predajanje žetona.Primeri: token ring, token bus, FDDI, ...

Page 15: Omrežja in protokoli

15

Omrežja

Omrežje

Omrežja omogoča poljubno povezovanje med uporabniki.Uporabljajo lahko delitev ali zaseganje kapacitet.Obstajajo različni načini povezav skozi omrežje:

točka – točka (point to point),točka – več točk (broadcasting, multicasting),konferenčna zveza.

Page 16: Omrežja in protokoli

16

Topologije omrežij

Strukturo omrežja lahko predstavimo z vozlišči in povezavami med vozlišči. Vozlišča so lahko naprave uporabnikov (terminali), ali pa povezovalne naprave v omrežju. Če so vsa vozlišča diretno povezana, potrebujemo izredno veliko število povezav. Takšno topologijo imenujemo polna topologija in je primerna za povezovanje glavnih vozlišč v omrežju. Povezava med parom vozlišč je lahko posredna preko množice ostalih vozlišč. Redundantna topologija presega minimalno število direktnih povezav, ki že omogočajo indirektne povezave med vsemi vozlišči.

Page 17: Omrežja in protokoli

17

Topologije omrežij

Osnovne topologije omrežij so vodilo, obroč in zvezda . vodilo (bus)obroč (ring)zvezda (star)

zvezdaobročvodilo

Page 18: Omrežja in protokoli

18

Preklapljanje v omrežju

Komunikacija med končnimi uporabniki poteka preko vozlišč omrežja. V vozliščih omrežja se izvaja preklapljanje ali komutacija. Omrežja se razlikujejo tudi po načinu vzpostavljanja povezavmed uporabniki. Ločimo:

omrežja s tokokrogovno komutacijo (circuit switched network) in omrežja s paketno komutacijo (packet switched network) .

Page 19: Omrežja in protokoli

19

Tokokrogovno preklapljanje

Preklopnostikalo

V omrežju s tokokrogovnim preklapljanjem (circuit switching) se vzpostavljajo neprekinjene povezave za določen čas. Povezavo se vzpostavi ob začetku komunikacije in nato ob koncu komunikacije tudi prekine (poruši). Omrežje s tokokrogovnim preklapljanjem zato imenujemo povezavno omrežje.V omrežju s tokokrogovnim preklapljanjem je uporabniku zagotovljena prenosna kapaciteta za ves čas zveze in s tem tudi določena kvaliteta telekomunikacijkih storitev.

Page 20: Omrežja in protokoli

20

Hierarhična struktura telefonskega omrežja

Končna centrala

Vozelna centrala

Glavna centrala

Tranzitna centrala

Uporabnik

Klasično telefonsko omrežje je primer tokokrogovno komutiranega omrežja . Preklapljanje povezav se vrši v telefonskih centralah, ki so postavljene v različnih vozliščih hirarhično urejenega omrežja. V času komunikacije je med uporabniki zagotovljena veriga neprekinjenihpovezav. Rezervirana kapaciteta povezav zagotavlja kvaliteto storitev pri prenosu govora in slike.

Page 21: Omrežja in protokoli

21

Paketna komutacija

V tokokrogovno komutiranem omrežju uporabnik zaseda kapacitete ves čas vzpostavljene povezave in neodvisno od dejanske količinie prenešene informacije. V podatkovni komunikaciji želimo predvsem stalno priključitev v omrežje, potreba po hitrosti prenosa podatkov pa se s časom zelo spreminja. Za podatkovne komunikacije je zato primernejše nepovezavno paketno omrežje, kjer se zveze ne vzpostavljajo. Osnovni koncept paketnega omrežja je podoben kot v sistemu dostave poštnih paketov: Podatki so razdeljeni v pakete, ki morajo biti opremljeni tudi z naslovom prejemnika in naslovom pošiljatelja.

Page 22: Omrežja in protokoli

22

Paketna omrežja

Paketna omrežja lahko delujejo na osnovi zaseganja medija ali delitve prenosne zmogljivosti.Med uporabniki potujejo podatki v paketih. Ker ni vzpostavljene zveze, mora biti vsak paket opremljen z naslovom prejemnika, običajno pa tudi z naslovom pošiljatelja. V paketnem omrežju ni potrebe po vzpostavljanju zveze, zato je paketno omrežje lahko nepovezavno.

V nepovezavnem paketnem omrežju uporabnikom ni zagotovljena določena kapaciteta. Kvaliteta storitev je dana po najboljših možnostih (best efforts). V povezavnih paketnih omrežjih poteka prenos vseh paketov preko rezerviranih navideznih povezav (ATM,MPLS). S tem je zagotovljena tudi določena kvaliteta storitev.

Page 23: Omrežja in protokoli

23

Medmrežje in Internet

WAN ATM, Internet,

Frame Relay, ...

LAN MAN

LAN

Povezava več omrežij tvori medmrežje ali internet.Posamezna omrežja lahko temeljijo na enaki ali pa tudi različni tehnologiji.Svetovno omrežje Internet je množica omrežij, ki temeljijo na skupnem komunikacijskem protokolu IP (Internet Protocol).

Page 24: Omrežja in protokoli

24

Protokol, komunikacijski protokol

protokol -a m (o) , vir: SSKJ

1. uradna in družabna pravila za medsebojne stike uradnih predstavnikovdržav: držati se protokola; sprejem predsednika republike, veleposlanikaje potekal po protokolu / diplomatski protokol // urad, oddelek ustreznegaorgana, ki skrbi za izvajanje teh pravil: sprejem je organiziral protokol; delati v protokolu / šef protokola

2. polit. mednarodni dogovor, navadno o določenem vprašanju: delegaciji stapodpisali protokol o gospodarskem sodelovanju; finančni protokol

3. polit. zapisnik o poteku, rezultatih mednarodne konference, sestanka: kerdiplomati niso dosegli sporazuma, so objavili samo protokol

4. star. (uradni) zapisnik: protokol zasliševanja / sestaviti protokol; dati naprotokol / sodnijski protokol

Komunikacijski protokoli določajo nabor pravil in postopkov v komunikaciji.

Page 25: Omrežja in protokoli

25

Namen komunikacijskih protokolov

Za zagotovitev delovanja omrežja so potrebni protokoli.Protokole potrebujemo tako pri preklopnih kot pri paketnih omrežjih:

Pri preklopnih omrežjih so potrebni protokoli predvsem v zvezi z vzpostavljanjem in rušenjem zveze (handshaking).Pri paketnih omrežjih so protokoli nujno potrebni pri usmerjanju paketov.

Protokoli morajo biti standardizirani. Poznamo tako imenovane deiure in de facto standarde.

De iure (pravni) standardi so standardi, ki jih izdelajo za to pooblaščene standardizacijske organizacije na mednarodnem in nacionalnem nivoju.Za področje telekomunikacij so to predvsem ITU (International Telecom-munications Union) , ETSI (European Telecommunications StandardsInstitute), ki delujejo v okviru mednarodne organizacije ISO (InternationalStandardization Ogranisation)De facto standardi nastajajo izven teh organizacij. V glavnem so akterjipri nastajanju teh standardov proizvajalci opreme in druge neodvisne organizacije.

Page 26: Omrežja in protokoli

26

Protokolni sklad

Zaradi boljše interoperabilnosti med različnimi sistemi so omrežniprotokoli načrtovani hierarhično in razdeljeni v sloje ali plasti.

Nižji sloj nudi višjemu sloju storitev, ki je za višji sloj transparentna.V protokolnem skladu ločimo horizontalne protokole med entitetami

istoležnih slojev na nasprotnih straneh in vertikalne protokole med entitetami na sosednjih slojih iste strani.

sloj n

sloj n-1

navidezna povezava

komunikacijaentiteta sloja n entiteta sloja n

entiteta sloja n -1 entiteta sloja n -1

dejanska povezavazahteva storitev

Page 27: Omrežja in protokoli

27

Komunikacija med protokolnimi plastmi

Istoležne protokolne plasti med seboj komunicirajo preko navideznih povezav in horizontalnih protokolov.Dejanski prenos podatkov poteka vertikalno med plastmi protokolnega sklada preko vertikalnih protokolov.

Navidezna povezava

Fizična povezava1. plast

Plast N::::

::::

::::

::::

2. plast

1. plast

Plast N::::

::::

::::

::::

2. plast

Page 28: Omrežja in protokoli

28

Primer komunikacije po plasteh

Janez John

Sporoči: Johnu, Kako ste kaj? From: Janez, How are you?

de Janez, à John, Comment alez vous?

Page 29: Omrežja in protokoli

29

OSI referenčni model

OSI referenčni model sam po sebi ne predstavlja standarda temveč okvir, v katerem se sprejemajo standardi.

transportni sloj

aplikacijski sloj

sejni sloj

predstavitveni sloj

omrežni sloj

povezovalni sloj

fizični sloj

podporauporabniškimaplikacijam

podporaprenosupodatkov

po omrežju

transportni sloj

aplikacijski sloj

sejni sloj

predstavitveni sloj

omrežni sloj

povezovalni sloj

fizični sloj

fizična povezava

7. sloj

6. sloj

5. sloj

4. sloj

3. sloj

2. sloj

1. sloj

Page 30: Omrežja in protokoli

30

Dodajanje kontrolne informacije po plasteh

Povezavna plast

Omrežna plast

Predstavitvena plast

Aplikacijska plast

Plast seje

PodatkiAH

TH

SH

PH

Podatki

OH

PH PH

Podatki 1

Podatki

Podatki

TH Podatki 2

Podatki 1 OH Podatki 2

Podatki 1 Podatki 2PT PT

Biti na prenosnem mediju Biti na prenosnem mediju

rr

Fizična plast

Transportna plast

rr

Page 31: Omrežja in protokoli

31

IP protokolni sklad

Aplikacijska plast gosti protokole, ki uporabnikom in/ali aplikacijam zagotavljajo neposredne storitve.Transportna plast je namenjena transportnim protokolom, ki skrbijo za prenos podatkov med uporabniki. Ti protokoli so lahko povezavni ali nepovezavni. Internetna plast ustreza 3. omrežni plasti OSI modela. V njej je realiziran nepovezavno naravnan protokol. Plast za povezavo z omrežjem ni definirana ali predpisana. Uporabljajo se različne tehnologije kot so: Ethernet, ATM, Frame Relay in druge. Po OSI modelu zajema 1. in 2. plast.

Aplikacijska plast

Transportna plast

Internetna plast

Računalnik/omrežje

Page 32: Omrežja in protokoli

32

Primerjava OSI in IP protokolnega sklada

Fizična plast

Aplikacijska plast

Predstavitvena plast

Plast seje

Transportna plast

Omrežna plast

Povezavna plast

OSI

Aplikacijska plast

Nedefinirano

Transportna plast

Internetna plast

IP

Računalnik/omrežje

IP sklad je preprostejši in ima manj plasti.OSI sklad je bolj sistematičen in konceptualen.OSI sklad je zgolj referenčni model in nikoli ni v celoti zaživel.

Page 33: Omrežja in protokoli

33

Komunikacija v lokalnem računalniškem omrežju

7. sloj

6. sloj

5. sloj

4. sloj

3. sloj

2. sloj

1. sloj

7. sloj

6. sloj

5. sloj

4. sloj

3. sloj

2. sloj

1. sloj1. sloj 1. sloj

2. sloj

1. sloj

2. sloj

1. sloj

3. sloj

2. sloj

1. sloj

3. sloj

2. sloj

1. sloj

LAN omrežje

stičišče(hub)

usmerjevalnik(router)

most (bridge)stikalo (switch)

prenosnimedij

prenosnimedij

prenosnimedij

prenosnimedij

Komunikacija med uporabniki

Page 34: Omrežja in protokoli

34

Protokoli IP sklada (1)

aplikacijski sloj

prenosni sloj

omrežni sloj

dostopovni sloj

FTP SMTP HTTP IMAP

TCP UDP

NFS

IPICMPARP

Ethernet II, IEEE 802.X, ATM, ISDN, Token ring, FDDI ...

usmerjev.protokoli

Prikazanih je nekaj najbolj znanih protokolov, jedro celotnega delovanjaInterneta pa predstavlja internet protokol IP.

SNMP

Page 35: Omrežja in protokoli

35

Protokoli IP sklada (2)

Vrata (port)

FTP TelnetSMTP DNS

UDPIGMP

PPP RS232Ethernet

Aplikacijska plast

Transportna plast

Internetna plast

Računalnik/omrežje

SNMP DHCPHTTPTFTP

EGPIGPsICMP TCP

ARPRARP

ATM LAPB

IP

BGP RIP

Protokol

Vrsta storitve

Page 36: Omrežja in protokoli

36

Uvrstitev nekaterih najpogostejših IP protokolov

FTP TelnetSMTPHTTP

UDPTCP

IP

LAN SatNetATM

Aplikacijska plast

Transportna plast

Internetna plast

Računalnik/omrežje

Page 37: Omrežja in protokoli

37

Primer komunikacije med uporabniki IP sklada

Telnet

TCP

IP

Ethernet

Telnet

TCP

IP

Ethernet

Vrata X Vrata 23

Protokol 6 Protokol 6

Page 38: Omrežja in protokoli

38

TELNET

Namen aplikacije:izvajanje ukazov na oddaljenem sistemu,

TELNET = povezava terminala s terminalsko naravnanim procesom

1. odtipkamo ukaz

odjemalni sistem strežni sistem

2. znak za znakomse prenese na strežnik 3. na strežniku se

ukaz izvrši

4. strežnik vrne rezultatizvršitve ukaza

5. rezultat izvršitvese prikaže na ekranu

Page 39: Omrežja in protokoli

39

TCP

TCP (Transmission Control Protocol) skrbi za pakiranje podatkov, ki jih dobi od višje ležečega aplikacijskega sloja, v datagrame, ki jih posredujeta IP sloju. Transportni sloj skrije omrežno strukturo pred aplikacijo, tako, da aplikaciji ni potrebno skrbeti za razkosanje sporočila v datagrame, oštevilčevanje datagramov, odkrivanje napak in podobno.TCP na transportnem sloju zaščiti IP sloj pred potrebo po razdeljevanju datagramov med različne aplikacije. Vsaka aplikacija ima namreč svojo številko vrat, kamor je potrebno dostaviti datagram, ki ji je namenjen. TCP tudi za detekcijo napak in ponovno pošiljanje datagramov. Ravno tako skrbi za kontrolo povezave in kontrolo dostave datagramov.

Page 40: Omrežja in protokoli

40

TCP

TCP je povezavno orientiran protokol transportne plasti, ki višje ležečim plastem zagotavlja zanesljiv in transparenten prenos podatkov med izvorom in ponorom.

Prenos podatkov poteka v več fazah:vzpostavitev povezave med izvorom in ponorom,prenos podatkov,rušenje povezave.

Med prenosom TCP izvaja še naslednje funkcije:dinamičen nadzor nad pretokom podatkov glede na razmere v omrežju ter stanje sprejemnika in oddajnika,odkrivanje in odprava napak pri prenosu.

Page 41: Omrežja in protokoli

41

IP

IP (Internet protokol) skrbi za dostavo podatkov (datagramov) do določenega IP naslova. IP ne daje nobene garancije o dostavi in je glede tega popolnoma nezanesljiv.IP ne daje nobene garancije, da bodo vsi datagrami dostavljeni v celoti po isti poti. Zato lahko prispejo prej oddani datagrami kasneje od tistih, ki so bili oddani za njimi. IP mora razumeti delovanje spodnjih slojev omrežja, da lahko pripravi podatke v obliki (dolžina paketov), ki so primerni za uporabljeni fizični sloj. Ravno tako mora omogočiti dostavo v skladu z načinom naslavljanja v lokalnih omrežjih, ki ne uporabljajo IP naslova (MAC naslov v Ethernetu, DLCI naslov v Frame Relayu, itd.)

Page 42: Omrežja in protokoli

42

Večplastna arhitektura v omrežju z internetnim protokolom (2)

1. fizični nivo povezav: po optiki, žicah, brezžično2. povezava (data link)

1. Ethernet protokol določa pravila za korekcijo napak pri prenosu in dostop v LAN. 2. Tudi blokovno posredovanje FR je protokol drugega sloja.

3. omrežje (network)1. IP protokol omogoča usmerjanje paketov skozi omrežje spomočjo internetnih

naslovov.4. transport (transport)

1. protokoli za usmerjanje prometa glede na vsebino. 2. diferenciacija po vsebini omogoča boljšo kakovost storitve. 3. TCP protokol je protokol 4. plasti.

5. seja (session)1. šifriranje z namenom varovanja tajnosti komunikacije poteka na 5. plasti2. H323 paketiranje govora poteka na 5. plasti,

6. predstavitev (presentation)1. kontrolira izgled strani na uporabnikovem ekranu. Jezik HTML je standard šestega

sloja.7. aplikacija (application)

1. na aplikacijskem nivoju delujejo uporabniške aplikacije. Protokol za prenos hiperteksta HTTP je protokol 7. plasti.


Recommended