Omrežna in transportna plast

Omrežna in transportna plast

Uporaba prosojnic je namenjena izključno za interno uporabo študentov Višje šole za informatiko na TŠC Nova Gorica

TŠC NOVA GORICA

VIŠJA ŠOLA ZA INFORMATIKO

PREDMET: RAČUNALNIŠKE KOMUNIKACIJE IN OMREŽJA

Nova Gorica, november 2004 SIMON ABOLNAR, univ. dipl. ing.

Omrežna in transportna plast

• Transportna plast skrbi za zanesljiv transport sporočila kot celote, vzpostavi povezavo med

končnima računalnikoma, nadzoruje tok podatkov in ob koncu prekine povezavo

• Omrežna plast na oddajni strani razdeli sporočilo na pakete in je odgovorna za naslavljanje in usmerjanje paketov k pravilnemu cilju skozi topologijo omrežja

• Mrežno plast TCP/IP modela predstavlja IP (Internet

Protocol), transportno plast pa TCP (Transfer Control

Protocol) in UDP (User Datagram Protocol)

Omrežna plast

• Naloga omrežne plasti je pošiljanje paketov od oddajnika k sprejemniku

• Deluje na višjem nivoju kot povezovalna plast, kjer gre le za pošiljanje okvirjev po točno določeni poti

• Da paket pride do sprejemnika lahko prepotuje dolgo pot preko mnogo usmerjevalnikov

• Če želimo, da omrežna plast opravi svojo nalogo,

mora nekako poznati topologijo omrežja in povezave med vozlišči

• Omrežna plast mora izbrati ustrezno pot, po kateri

potujejo paketi

IP protokol

• IP protokol (Internet Protocol) je osrednji protokol TCP/IP modela

• Ustreza omrežni plasti ISO OSI

• V principu je nepovezavni protokol – ni

nobene garancije, da bo sprejemnik res dobil paket (sporočilo), ki ga je poslal oddajnik.

• Kontrola je potrebna na transportni plasti

IP naslovni prostor

• IPv4 naslovni prostor je razdeljen v 5 razredov – A, B, C, D in E

• A – 7 bitov za št. omrežja, 24 bitov za računalnik naslovi od 1.0.0.1 do 126.255.255.254

• B – 14 bitov za št. omrežja, 16 bitov za računalnik naslovi od 128.0.0.1 do 191.255.255.254

• C – 21 bitov za št. omrežja, 8 bitov za računalnik naslovi od 192.0.0.1 do 223.255.255.254

• D – namenjen za skupinska naslavljanja (multicast) naslovi od 224.0.0.1 do 239.255.255.254

• E – namenjen za eksperimentalno rabo

IP naslovni prostor

IP naslov in maska

•

Smisel maske: določitev bitov, določenih za omrežje in bitov, določenih za računalnike – omogoča uvajanje podomrežij

•

Maska je 32 bitno število, sestavljeno iz štirih 8 bitnih števil.

Istoležni biti v IP naslovu, ki določajo omrežje, so v maski 1, istoležni biti, ki določajo posamezni računalnik, pa 0

•

Masko lahko krajše določimo tudi tako, da naslovu dodamo znak “/”, ki mu sledi število bitov, s katerimi je določeno omrežje (193.2.1.37/28)

Posebni naslovi v okviru omrežja

•

Naslov omrežja (193.2.1.32/28)

Uporablja se za označevanje omrežja

•

Naslov razpršenega pošiljanja (broadcast) (193.2.1.47/28) Uporablja se za razpošiljanje datagramov na vse naprave omrežja

IP naslovi za posebne namene

•

Naslavljanje povratne zanke (loopback) 127.0.0.1

Uporablja se za testiranje komunikacije med lokalnimi procesi

•

IP naslovi namenjeni privatni uporabi

10.0.0.0/8 - 10.255.255.255/8 1 A razred 172.16.0.0/12 - 172.31.255.255/12 16 B razredov 192.168.0.0/16 - 192.168.255.255/16 255 C razredov

Dodeljevanje IP naslovov

• Za dodeljevanje IP naslovov je pooblaščena neprofitna

organizacija ICANN (The Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)

• Pod okriljem organizacije ICANN deluje organizacija ASO

(Address Supporting Organization), v katero so vključeni štirje regionalni registri (Regional Internet Registries), ki so zadolženi za dodeljevanje IP naslovov za posamezna območja sveta

• RIPE NCC je regionalni internetni register, ki skrbi za

dodeljevanje IP naslovov na območju Evrope, Bližnjega vzhoda, centralne Azije in Severne Afrike

• Regionalni registri dodeljujejo IP naslove večjim ponudnikom internetnih storitev, ki jih potem nadalje razdeljujejo

organizacijam in končnim uporabnikom

Prevajanje omrežnih naslovov -NAT

• Prevajanje omrežnih naslovov – NAT (Network Address Translation) je standard

• Omogoča, da več računalnikov ali naprav v privatnem omrežju, z naslovi namenjeni privatni uporabi, skupno uporablja enega ali več naslovov IPv4, ki jih je mogoče globalno usmerjati

• Razlog za NAT je primanjkovanje IPv4 naslovo

• NAT se uporablja v prehodnih napravah, ki predstavljajo mejo med omrežjem internet in zasebnimi krajevnimi

omrežji

Prevajanje omrežnih naslovov -NAT

• Ko datagrami iz privatnega omrežja prečkajo prehod,

naprava prevede privatni IP naslov in številko vrat v javni IP naslov in številko vrat ter skrbi, da posamezne seje

ostanejo ločene

Vzpostavljanje končne povezave

• Končna povezava je izvedba logične transportne povezave. Končno povezavo sestavljajo omrežni pristopni točki in interni protokol omrežja

• Interni protokol omrežja poleg samega prenosa podatkov v omrežju podpira tudi usmerjanje

• Usmerjanje je postopek, ki na osnovi izvora in

ponora paketov “vzpostavi” zvezo skozi omrežje od

izvorne do ponorne pristopne točke. Usmerjanje se

izvaja v vozliščih (aktivnih elementih omrežja), kar

pomeni, da se izvaja usmerjevalni algoritem

Vzpostavljanje končne povezave

•

Usmerjevalni algoritem je program, ki poskrbi, da v vozlišču paket nadaljuje pot v pravilno smer. Zadnji dogodek usmerjevalnega algoritma je preklop

• Preklop je izvedba usmerjanja v vozlišču, ki

zagotovi, da paket iz vhodne povezave nadaljuje pot

po ustrezni izhodni povezavi vozlišča

Prenos paketov iz računalnika R1 do računalnika R4

• Postopek usmerjanja ni enoličen in je odvisen od vrste tehnoloških in organizacijskih lastnosti hrbtenice

• Odločitev za eno od možnih poti je odvisna od:

- cilja paketa

- usmerjevalnega algoritma omrežja - trenutnega stanja v omrežju

Analiza povezljivosti

•

Hrbtenica omrežja mora zagotoviti povezljivost z vsemi vozlišči, kar pomeni, da lahko komunicirata med seboj katerikoli točki v omrežju

• Kakovost povezljivosti lahko analiziramo na podlagi:

- minimalne razdalje med dvema pristopnima točkama, ki ga določa seštevek uteži prenosnih kanalov, ki tvorijo povezavo med točkama

- maksimalnega pretoka, ki ga opredeljuje največja količina podatkov, ki se lahko v časovni enoti

pretočijo skozi omrežje med dvema pristopnima točkama

- redundantnosti povezav med dvema pristopnima točkama, ki opredeljuje število alternativnih poti, po katerih lahko vzpostavimo končno povezavo

Preklapljanje

•

Preklapljanje je končna naloga vsakega usmerjevalnega

algoritma v vozliščih. Pri tem ločimo povezane in nepovezane storitve

•

V primeru povezane storitve se skozi omrežje s posebnim paketom vzpostavi povezava med oddajnikom in

sprejemnikom. Paketi nato potujejo po vzpostavljeni poti

•

V primeru nepovezane storitve se vsak paket opremi z

naslovom oddajnika in sprejemnika. Paketi se avtonomno prebijajo skozi omrežje od oddajnika do sprejemnika

•

V računalniških omrežjih ločimo preklapljanje:

- povezav - sporočil - paketov

Preklapljanje povezav

• Vozlišče, ki preklaplja povezave, deluje podobno kot mehansko stikalo

• Taka omrežja navadno omogočajo povezane storitve

• Postopek poteka v treh fazah:

- faza vzpostavljanja zveze - faza prenosa podatkov

- faza rušenja zveze

• Tipičen primer omrežja s preklapljanjem je

telefonsko omrežje, telefonska centrala pa je

vozlišče

Preklapljanje sporočil

•

Pri preklapljanju povezav se sporočila neposredno prenaša od vozlišča do vozlišča

•

Vozlišče sprejme vse pakete sporočila, jih shrani in se nato glede na naslov oddajnika odloči, kam jih bo poslalo

•

Preklapljanje sporočil imenujemo tudi shrani in pošlji (Store and Forward)

•

Prednost preklapljanja sporočil je v tem, da je hkrati zaseden le en prenosni kanal

•

Na ta način deluje agent za prenos sporočil (MTA –

Message Transfer Agent), ki je del elektronske pošte in deluje na transportni plasti

Preklapljanje paketov

•

V svetu računalniških omrežij se najpogosteje uporablja preklapljanje paketov

• Paketi v vozliščih ne čakajo na sprejem celotnega

sporočila, ampak vozlišče čim prej pošlje paket naprej

• Preklapljanje paketov omogoča povezavne (X.25) in nepovezavne storitve (internet)

• Povezana storitev ima fazo vzpostavljanja, fazo

prenosa podatkov in fazo rušenja zveze. Tako storitev preklapljanja paketov imenujemo virtualna zveza

• Paketi, ki pripadajo nepovezanim storitvam, po

omrežju napredujejo med seboj neodvisno po različnih poteh. Tako storitev preklapljanja paketov imenujemo datagramska zveza

Usmerjanje

• Usmerjanje paketov skozi omrežje je bistven del prenosa sporočil skozi omrežje

• Usmerjevalni algoritmi potrebujejo za svoje delovanje podatke o omrežju

• Podatkovne strukture usmerjevalnih algoritmov imenujemo usmerjevalne tabele

• Glede na fleksibilnost usmerjanja poznamo dva osnovna pristopa:

- statično usmerjanje

- dinamično usmerjanje

Statično usmerjanje

• Če je usmerjanje v omrežju fiksno, govorimo o statičnem

usmerjanju, ki je časovno nespremenljivo, ne glede na trenutno stanje omrežja

• Izvor podatkov za usmerjanje so statične usmerjevalne tabele

• Statično usmerjanje je primerno za stabilna omrežja, kjer je promet med izvori in ponori bolj ali manj konstanten

• Veliko se uporablja v manjših krajevnih omrežjih

• Prednosti statičnega usmerjanja:

- predvidljivost

- enostavna konfiguracija

• Slabosti statičnega usmerjanja:

- težko dograjevanje in spreminjanje omrežja

- odpoved določenega dela omrežja pomeni težave pri delovanju celotnega omrežja

Primer statičnega usmerjanja

Usmerjevalne tabele

omrežje prehod vmesnik

A

192.162.16.0/24 direktna povezava eth0 193.230.3.0/24 direktna povezava eth1

0.0.0.0/0 193.230.3.2/24 eth1

B

193.230.3.0/24 direktna povezava eth1 193.230.4.0/30 direktna povezava sl0 192.162.16.0/24 193.230.3.1/24 eth1

0.0.0.0/0 193.230.4.2/30 sl0

C

193.230.5.0/24 direktna povezava eth0 193.230.4.0/30 direktna povezava sl0 193.230.3.0/24 193.230.4.1/30 sl0 192.162.16.0/24 193.230.4.1/30 sl0

0.0.0.0/0 193.230.5.4/24 eth0

D

193.230.5.0/24 direktna povezava eth0 193.230.6.0/30 direktna povezava sl0 193.230.3.0/24 193.230.5.1/24 eth0 192.162.16.0/24 193.230.5.1/24 eth0 193.230.4.0/30 193.230.5.1/24 eth0

0.0.0.0/0 193.230.6.2/30 sl0