Flere detaljerte funksjoner i datanett

Transkript

1 Flere detaljerte funksjoner i datanett Foreleser: Kjell Åge Bringsrud

2 Ennå litt mer detaljer: IP Adressering TCP, UDP Øvre lag Applikasjonsprotokoller

3 Nettlaget Server Disk Disk Client link

4 Tasks of the Network Layer Responsible for end-to-end transport Addressing of machines Forwarding Connectionless datagram; no fixed path through the network Connection-oriented (e.g. X.25 or ATM) Three phases: connection establishment, data transmission, teardown Fixed path through the network Relatively reliable and ordered transmission Flow control

5 Adressering og ruting hver ting vi vil finne frem til, må ha en adresse! adresse: en streng av bytes som enhetlig identifiserer tingen adressetyper: unicast; identifiserer et endepunkt (ting) kringkasting; identifiserer alle gruppe-kringasting; identifiserer alle i en gruppe

6 Multicast Multicast Definition Unicast: 1:1 communication Multicast: 1:n communication Receiver Tasks Sender Receiver To send data to a group of end systems one-time sending instead of multiple sending Receiver To maintain the overall load at a low level Results Lower network load Lower load on the sender Receiver Condition: group addressing Group membership may change, managed for example by Sender Receiver Receiver

7 Routing: Foundations Task To define the route of packets through the network From the source To the destination system Routing algorithm Defines on which outgoing line an incoming packet will be transmitted Route determination Datagram Routing algorithm makes individual decision for each packet Virtual circuit Routing algorithm runs only during connect (session routing)

8 Routing Routing tables can be computed based on state information about the network Data exchanged between nodes: Between neighbour nodes (distance vector routing; RIP) Between all nodes in the network (link state routing; OSPF, IS-IS)

9 Protokoll-arkitekturen H1 H5 TCP TCP R1 R2 IP IP IP IP Ether Eth PTP PTP Eth Ether Ether 1 Ether 2 PtP

10 Ruting Pre- Pross. Ruting prosess Rutetabell Fremsender

11 Fremsending A R LAN-A R B LAN-B

12 Krav til et moderne datanett nodene skal ha Plug and play egenskaper ingen konfigurering ved innkopling av noder automatisk oppdage hvem som er nabo-noder hvilke naboer er operative, ikke operative utveksling av topologi informasjon på det grunnlag, beregne ruter (korteste vei) til alle andre noder i nettet

13 Internett Best-effort overføring IP Nett IP Nett Internett

14 IP tjeneste modellen forbindelsesfri transport (datagram transport) et IP-datagram er ende-til-ende invariant best-effort overføring ingen garanti for vellykket overføring: pakker kan bli borte (sjekksumfeil & rutefeil) pakker kan komme frem i gal rekkefølge pakker kan dupliseres pakker kan forsinkes unormalt

15 Formatet til IP-hodet Vers. Hlen TOS Length Ident Flags Offset TTL Proto Checksum SoursAddr DestinationAddr Opsions (variable) Pad Data

16 Formatet til IP-hode Version (4): = 4 Hlen (4): antall 32-bits ord i IP hode TOS (8): tjeneste type (type of service)(lite brukt) Length (16): antall bytes, inkludert hode Ident (16): sekvensno. for dette datagrammet Flags/Offset (16): benyttes ved fragmentering Protocol (8): demux nøkkel (TCP=6, UDP=17) Checksum (16): checksum av hele hode DestAddr & SourceAddr (32)

17 IP addresses and hostnames Hostnames More exactly fully qualified host names Look like niu.ifi.uio.no Host niu In subdomain ifi, Institutt for Informatik In domain uio, Universitet i Oslo In top level domain no, Norway Who decided this?.no - IANA gave it to Uninett ( Internet Assigned Numbers Authority ).uio - Uninett gave it to UiO.ifi - USIT, UiO s drift, gave it to IFI niu - IFI drift gave it to the machine

18 Adressestrukturer (IPv4) formatet; 32 bit (4 oktetter): uten struktur problematisk ruting globalt unike adresser hierarkisk: nettverks-id + vert-id 24 0 nett vert nett vert nett vert Klasse A Klasse B Klasse C Dot notasjon:

19 Adressestrukturer (IPv4) 1110 Multicast Klasse D adresserer alle systemer i et LAN adresserer alle rutere i et LAN adresserer alle OSPF-rutere i et LAN

20 Subnetting Nett 1 : Destin-addr: subnett 1: Nett-maske = subnett 2: subnett 3: & > subnetting innfører et nytt adressenivå nett-masken identifiserer subnett-adressen subnett er bare synlige innenfor lokalområdet det er fullt mulig med flere subnett på samme fysiske nett

21 Subnetting innfører et nytt adressenivå innenfor et domene [Nett-addr; Subnett-addr; Host-addr] utenfor domenet: Host-add: Netmask: (rutegrunnlaget utenfor domenet) innenfor domenet: Host-addr: Netmask: (rutegrunnlag innenfor domenet; subnet no 4)

22 Tilbakeblikk OSI Referansemodellen: lagdelt / abstraksjonslag et lag bygger på laget under og tilbyr en verdiøket tjeneste A B Transport Nett Link Fysisk Ende-til-ende Transport Nett Link Fysisk Kommunikasjonsmedium

23 Transportlaget; egenskaper Det nederste laget i referansemodellen med ende-tilende kontroll Transportlaget er hjertet i kommunikasjonen står som garantist for pålitelighet Transportlaget fjerner den siste rest av nettavhengighet Transport Ende-til-ende Transport Datanett

24 Grunnleggende transport-protokoll problemer For at transport-protokollen skal kunne garantere pålitelighet, må den kunne takle de verst tenkelige situasjoner Pålitelig etablering av en forbindelse: Skille mellom gamle og nye instanser av en forbindelse krasj -problematikker Pålitelig nedkopling av en forbindelse: Uten tap av data Halvt åpne forbindelser Flyt-kontroll Ende-til-ende maskin Maskin-til-nett krasj -problemer

25 Internett arkitekturen FTP HTTP NV TFTP Applikasjon TCP ICMP IP UDP Transport Internet ARP Nett 1 Nett 2 Nett 3 Nettverk

26 Pålitelig byte-strøm TCP (Transmission Control Protocol)

27 Funksjoner TCP forbindelses-orientert støtter en oktett-strøm mellom to prosesser full dupleks flyt-kontroll hindrer sender å oversvømme mottaker demultipleksing metnings-kontroll hindrer sender å oversvømme nettet

28 Segment format Pseudo-header SrcPort DestPort SequenceNum Acknowledgement HdrLen 0 Flags Adv.Window CheckSum UrgPointer Options (variable) Flags: SYN FIN ACK RESET PUSH URG Data Checksum: pseudo header + tcp header + data

29 Enkel multiplekser/ demultiplekser (UDP) tilbyr multipleksing og demultipleksing ved hjelp av Service aksess punkter kalt porter; ingen flytkontroll; tjener-siden lytter på velkjente porter checksum: valgbar Src-address Dest-address 0 Protocol Length Pseudo-hode SrcPort DestPort Checksum Length Data

30 Upålitelig overføring UDP (User Datagram Protocol)

31 UDP Standard overføringskvalitet forbindelsesfri transport (datagram transport) best-effort overføring ingen garanti for vellykket overføring: pakker kan bli borte (sjekksumfeil & rutefeil) pakker kan komme frem i gal rekkefølge pakker kan dupliseres pakker kan forsinkes unormalt

32 System arkitektur Tjener Disk Komm. Prog. vare Navne tjener Disk Komm. Prog. vare Klient B r u k e r LAN LAN Internett

33 Network applications: some jargon A process is a program that is running within a host. Within the same host, two processes communicate with interprocess communication defined by the OS. Processes running in different hosts communicate with an application-layer protocol A user agent is an interface between the user and the network application. Web:browser mail reader streaming audio/video: media player

34 Vanlige applikasjons-behov garantere avlevering av pakker tillate vilkårlige pakkestørrelser avlevere pakker i riktig sekvens avlevere kun en kopi av hver pakke synkronisere samarbeidende prosesser til hverandre utøver flytkontroll støtte mange applikasjonsprosesser i hver vert

35 Oktett-strøm mellom applikasjonsprosesser Applik. pros Applik. pros TCP send buffer TCP receive buffer Segm. 3 Segm. 2 Segm

36 Funksjonelle behov (1) applikasjonsprosessenes behov: navning av maskiner og tjenester konvertering av navn til addressering tilgang til kommunikasjonstjenesten (API): service aksess punkt (SAP); virtuelt tilknytningspunkt mellom applikasjonsprosess og komm.hierarkiet Etablering, bruk, og nedkopling av forbindelser spesifisere kvalitets-krav

37 Overførings-syntaks inhomogene ende-systemer ulik hardware ulike operativsystemer ulike programerings-språk kommunikasjonen over nettet må foregå i en syntaks som begge sider oppfatter på samme måten

38 Eksempel; hardwareforskjeller Integerverdien Mest signif. Minst signif. Big-endians Byte 4 Byte 1 Small-endians Minst signifik. Mest signifik

39 Overføringssyntaks Applik. data Applik. data Presentasjons koding Presentasjons dekoding Pakke 1 Pakke 2 Pakke 3 Data må overføres i en overføringssyntaks som begge sider oppfatter på samme måte

40 Marshalling/serialisering Serialisering Applikasjonens datastruktur Marshalling konvertering serialisering innpakking

41 ASN.1 eksempler Integer > bits maskin; representert i et 32-bits ord 16-bits maskin; representert i to 16-bits ord Hver datatype kodes ved overføring: Type Lengde Verdi Type lengde type lengde verdi type lengde verdi INT 4 B1 B2 B3 B4 Primitive typer: Bolean Integer Bit streng Oktett streng Null Objekt ID Objekt deskrip. Real Struktur typer

42 Remote Procedure Call (RPC) Directory(Name) Server import export Client (2) (3) (1) (7) Client stub stub (12) (8) (11) (4) (6) (9) transp transp net net (5) (10) proc Server

43 The Web: the http protocol http: hypertext transfer protocol Web s application layer protocol client/server model client: browser that requests, receives, displays Web objects server: Web server sends objects in response to requests http1.0: RFC 1945 http1.1: RFC 2068 PC running Explorer Mac running Navigator http request http response http request http response Server running NCSA Web server Port 80 is default for http server

44 The http protocol: more http is stateless server maintains no information about past client requests

45 delivery