Protokoly, architektura Normalizace architektury otevřených systémů Referenční model OSI standard ISO 7498 r. 1983 7. Aplikační vrstva přístup ke komunikačnímu systému, k síťovým službám 6. Prezentační vrstva transformace syntaxe dat 5. Relační vrstva - správa dialogu, předání příznaku pověření 4. Transportní vrstva zajištění komunikace mezi koncovými uživateli (end-to-end), - vytvoření virtuálního spojení, přenos dat (řízený), ukončení virtuálního spojení 3. Síťová vrstva určení způsobu přenosu dat směrování adresování fragmentace a defragmentace 2. Vrstva datového spoje 1. Vrstva fyzická 1
Protokoly, architektura K čemu je OSI model určen umožní srovnat strukturu různých síťových architektur definuje funkce vytvářející komunikační proces u přenosových technologií lze určit, které funkční vrstvy síťové architektury pokrývají (pro jednoznačné vymezení rozhraní, na která mohou navázat jiné technologie) Ze standardizovaných protokolů OSI jsou derivovány protokoly reálných technologií K čemu není OSI model určen ke specifikaci technologie implementující určitou funkci je technologicky neutrální 2
Koncový systém Aplikační vrstva Prezentační vrstva Relační vrstva Transportní vrstva Síťová vrstva Vrstvová záhlaví Data Data Data Data Data Data Vrstva datových spojů Fyzická vrstva Data Signál 3
Protokoly, architektura Virtuální spoje protocol-to-protocol na jednotlivých vrstvách 4
Protokoly, architektura Entity ve stejnolehlých vrstvách partnerských systému spolu komunikují prostřednictvím protokolů po virtuálních spojích Virtuální spoje jsou jednosměrné a po předání zprávy se ukončí (pro služby nespojované) jsou obousměrné a řízené (pro služby spojované) u mezilehlých zařízení, kterými zprávy sítí procházejí (směrovače), nejsou implementovány vyšší vrstvy (transportní, relační, prezentační, aplikační) 5
7 Aplikační Přenosové technologie a referenční model OSI 6 Prezentační B-ISDN ISDN 5 Relační 4 Transportní 3 Síťová Sítě internet (Internet, intranet, extranet) Transportní IP Frame Relay X.25 L3 2 Spojová 1 Fyzická Eth., IEEE 802.3 LLC IEEE 802.2 TR, IEEE 802.5 FDDI.. RFC 1577 ATM SDH SONET SLIP PPP V.24 ATM ISDN HDLC LAPB X.21 OSI LAN WAN 6
Síťové architektury a referenční model OSI Emulátor NETBIOS SAP Aplikace NetWare shell Klient SPX IPX NetWare Core Protocol NCP RPC aplikace RPC 7 Aplikační 6 Prezentační 5 Relační 4 Transportní 3 Síťová Aplikační vrstva Sada aplikačních protokolů Transportní vrstva TCP UDP Síťová vrstva (IP vrstva) ICMP IGMP OSPF AR RARP IP Architektura NetWare SAP Service Advertisement Protocol SPX Sequenced Packet Exchange IPX Internet Packet Exchange 2 Spojová 1 Fyzická Architektura TCP/IP 7
Implementace vrstev RM OSI Technologická složka Typ SW Typ zařízení aplikace Služby Pro aplikační program 7 6 5 SW aplikace User end (servery, PC ) 4 Pro transport dat 3 2 HW OS směrovače přepínače 1 zesilovače/tvarovače 8
Protokoly, architektura Otevřené systémy Otevřené pro další standardizaci Definují širší kategorie funkcí pro každou úroveň Nedefinují způsob implementace funkcí (jsou technologicky neutrální) Pojmy Logická síť zpravidla implementovaná na jednom datovém sdíleném spoji nebo na skupině přepínaných datových spojů Síťový uzel Síťová adresa (logická) identifikátor sítě identifikátor uzlu (na síti) 9
Protokoly, architektura Síťová adresa (vrstva síťová) logická adresa (konfigurovaná - SW) Adresa MAC Media Access Control (vrstva datového spoje) adresa síťového rozhraní (fyzická - HW) Směrování určení přenosové cesty pro paket (protokolové jednotky síťové vrstvy) mezi směrovacími zařízeními na základě logické síťové adresy cílového uzlu Distribuční (přenosové) technologie zajišťují distribuci signálu ( rámců) mezi propojovacími zařízeními na základě adresy fyzického rozhraní 10
Protokoly, architektura Adresa MAC adresa fyzického síťového rozhraní 48 bitů vyjádření obvykle v šestnáctkovém tvaru (např. 02:60:60:EE:54:01) první bit adresy X určuje MAC individuální adresu (X=0) MAC skupinovou adresu (X=1) MAC multicast MAC broadcast adresa FF:FF:FF:FF:FF:FF adresa všech síťových rozhraní na spoji MAC nulová adresa 00:00:00:00:00:00 rezervována pro cílové adresy zkušebních a prázdných rámců První polovina MAC adresy (3 oktety) je pevně přidělena výrobci kód výrobce OUI (Organization Unique Identifier) např. 3COM 3C:00:00, Sun 08:00:20 11
Protokoly, architektura Různé síťové architektury používají stejné distribuční technologie (např. technologii IEEE 802.3 používají architektury TCP/IP, NetWare, AppleTalk ) hybridní sítě multiprotokolové směrovače, přepínače TCP/IP NetWare AppleTalk IEEE 802.3 12
Protokoly, architektura Jedna síťová architektura může využívat různé přenosové technologie pro distribuční služby (TCP/IP využívá IEEE 802.3, IEEE 802.11, SONET ) TCP/IP IEEE 802.3 IEEE 802.11 SONET 13
Protokoly, architektura Techniky přenosů Přepínání spojů komutovaný spojení (dial-up) Přepínání paketů Virtuální spoje vytvoření virtuálního přenosového kanálu (na fyzické infrastruktuře) umožní spojovanou potvrzovanou službu virtuální full-duplex zajištění spolehlivého přenosu s QoS Quality of Service (obvyklé u vysokorychlostních spojů) Datagramová služba reálná přenosová cesta není předem známá, každý paket (datagram) je označen cílovou adresou, nezajištěna sekvenčnost a potvrzování správnosti příjmu sestavení zprávy ze segmentů v cílovém uzlu 14
Protokoly, architektura Směrování 3. vrstva RM OSI síťové pakety směrovače - minimálně 2 síťová rozhraní (stejné nebo různé přenosové technologie Přepínání 2. vrstva RM OSI datové rámce konverze rámců přenos. technologie N1 A R1 B R2 C N2 N3 N4 N5 15
DATA DATA N1 7 6 7 N2 6 5 5 4 4 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 A B C A PDU DATA B PDU DATA C PDU DATA záhlaví vnořených protokolů... DATA A B C přenosové technologie 16
Protokoly LAN a WAN Protokoly WAN (point-to-point) pro služby vrstvy datového spoje: Se spojením řízený přenos rámců Bez spojení jednosměrné předání rámců Protokol HDLC Sada protokolů LAP Protokol PPP Specifikace ATM ATM rámec ( cell buňka) Frame Relay ISDN 17
Protokoly LAN a WAN Protokoly LAN vrstvy datových spojů (násobný přístup k přenosovému médiu) : Implementace všesměrového vysílání (broadcasting) Implementace promiskuitního režimu (příjem všech vysílaných rámců) Multiplexing služby protokolů vrstvy datových spojů sdílí více uživatelů (entit síťové vrstvy) různých architektur Adresová filtrace příjem pouze určitých rámců Protokolová filtrace příjem pouze těch rámců, které obsahují PDU určitých protokolů síťové vrstvy Podpora skupinového vysílání MAC multicasting (implementace skupinové MAC adresy) 18
Protokoly LAN a WAN Protocol HDLC (High-Level Data Link Control) normalizovaný protokol ISO základ dalších protokolů ( příbuzné protokoly používají obdobný formát rámce) HDLC definuje pro spoje half-duplex a full-duplex 3 typy komunikujících stanic primární řídící stanice (master) vysílá rámce příkaz sekundární řízená stanice (slave) vysílá rámce odpověď kombinovaná vysílá příkazy i odpovědi 19
Protokoly LAN a WAN 2 typy konfigurace datového spoje vyvážená konfigurace (dvě kombinované stanice pro přenosy half-duplex i full-duplex) nevyvážená konfigurace (jedna primární a jedna nebo více sekundárních stanic pro přenosy half-duplex i full-duplex) 3 režimy přenosu dat NRM (Normal response mode) v nevyvážené konfiguraci pouze primární stanice zahajuje přenos dat ARM (Asynchronous response mode) v nevyvážené konfiguraci přenos dat může zahájit i sekundární stanice ABM (Asynchronous balanced mode) vyvážená konfigurace s kombinovanými stanicemi 20
Protokoly LAN a WAN 2 typy rámců číslovaný (obsahuje pořadovéčíslo rámce) datový obsahuje uživatelská data nedatový řízení spoje pole type (3 bity) 0 Receive and Ready 1 Reject 2 Receive Not Ready 3 Selective Reject nečíslovaný (bez pořadového čísla rámce) režijní rámec pro navázání a ukončení spojení a nastavení přenosového režimu (neobsahuje uživatelská data) 21
Protokoly LAN a WAN Formát rámce HDLC Flag Adresa Řízení DATA FCS Flag 8 b. 8 b. 8 b. proměnlivá délka 16 b. 8 b. Flag příznak začátku a konce rámce 01111110 Další protokoly vrstvy datových spojů WAN protokoly LAP protokol PPP ATM 22
Protokoly LAN a WAN Protokoly skupiny LAP (Link Access Protocol) LAPD pro řízení spoje (na D-kanálu) v uživatelském rozhraní sítí ISDN (Integrated Services Digital Network) LAPM - pro modemy podpora procedur pro automatické opravy chyb LAPF pro řízení spoje v uživatelském rozhraní sítí Frame Relay 23
Protokoly LAN a WAN Protokol PPP (Point-to-Point Protocol) - normalizovaný protokol je určený pro dial-up přístup do internetu (modemy) pro řízení datových spojů mezi směrovači (vysokorychlostní spoje) PPP specifikuje 2 úrovně protokolů pro řízení sítě NCP (network control protocol) pro řízení spoje LCP (link control protocol) 24
Formát rámce PPP Počítačové sítě Protokoly LAN a WAN 1 1 1 2 max. 1500 2 1 Flag Adresa řízení Flag protokol DATA FCS 7E FF 03 7E Pole protokol určuje typ protokolu, jehož PDU je v rámci zapouzdřeno NCP podpora několika síťových architektur architektura typ protokolu hodnota pole TCP/IP IP 0x0021 AppleTalk DDP 0x0029 NetWare IPX 0x0026 25
LCP -řízení spoje Počítačové sítě Protokoly LAN a WAN LCP Link Control Protocol Navázání, dohod o konfiguraci, ukončení 0xC02 1 PAP Password Authentication Protocol Slabá autentizace klienta (heslo) 0xC02 3 CHAP Challenge Authentication Protocol Silná autentizace klienta na výzvu (šifrovaná) 0xC22 3 26
Protokol ATM (Asynchronous Transfer Mode) Charakteristika ATM sítí: vysoké přenosové rychlosti 155 622 Mbps (full-duplex režim, komunikace se spojením) garance kvality služeb (pro různé typy přenášených informací) přenos datových buněk konstantní délky 53B virtuální adresace (virtuální cesty s virtuálními kanály) Formát rámce 4 Generic Flow Control GFC 8 Virtual Path Identifier VPI 16 Virtual Channel Identifier VCI 4 řídící bity 8 Header Error Control HEC 384 DATA 5 Bytů 48 Bytů 27
Architektura ATM Počítačové sítě Protokoly LAN a WAN Vyšší protokoly pro přenos obrazu, přenos zvuku, přenos dat podvrstva konvergence aplik. služby pro vyšší vrstvy AAL (ATM Adaptation Layer) podvrstva sestavování a rozebírání buněk 48bitových ATM Layer sestavení a směrování rámců multiplexování virtuálních kanálů (VC) sdružování VC do virtuálních cest (VP) zajišťuje dopravu buněk mezi ATM uzly PHY (ATM Physical Layer) přímým vysíláním do přenosového média nebo pomocí přenosového systému SONET/SDH 28
ATM síť VP:VC přepínač VP přepínač koncový ATM uzel virtuální cesty virtuální kanály 29