Local Area Networks

Computercommunicatie
ir. Patrick Colleman
Katholieke Hogeschool Kempen. (K.H.K.)
Departement industriële- en biowetenschappen
Inhoud
Afkortingen
Voorwoord
1
Hoofdstuk 1: Inleiding tot de lokale netwerken
1
3
4
7
10
10
11
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
Definitie en ontwerpdoelstellingen.
Voordelen van lokale netwerken.
Soorten netwerken
Het OSI referentiemodel.
Het vormen van pakketten.
LAN’s
Netwerkverbindingscomponenten
13
Hoofdstuk 2: De fysieke- en de datalinklaag.
13
13
14
15
19
21
23
25
25
37
37
37
41
41
43
45
45
47
47
48
55
55
56
57
58
58
61
2.1
2.1.1
2.1.1.1
2.1.1.2
2.1.1.3
2.1.1.4
2.1.2
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.2.1
2.2.2.1.1
2.2.2.1.2
2.2.2.1.3
2.2.2.1.4
2.2.2.1.5
2.2.2.1.6
2.2.2.1.7
2.2.2.1.8
2.2.2.2
2.3
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.3.4
2.4
2.5
De fysieke laag
Ethernet
Ethernet topologieën
Ethernet: fysieke laag
Fast Ethernet
Gigabit Ethernet
Wireless LAN’s (802.11 of Wi-Fi)
De datalinklaag
De LLC deellaag
De MAC deellaag
Ethernet
Het DIX Ethernet frame
Het IEEE 802.3 frame (IEEE 802.3 Ethernet)
Inhoud van het Ethernetframe (voorbeeld)
Toegang tot de bus
Fast Ethernet
Gigabit Ethernet
10 Gigabit Ethernet
Switched Ethernet (geschakeld Ethernet)
Wireless LAN
Kenmerken van netwerkprestatie
Vertraging
Throughput
Het verband tussen vertraging en throughput
Het product van vertraging en throughput
Stroomregulering om data-overloop tegen te gaan
Mechanismen waarmee netwerkcongestie vermeden wordt
63
67
67
75
75
76
76
77
77
78
79
79
80
81
82
83
84
86
89
89
89
90
90
92
94
95
95
96
97
98
98
100
101
103
104
105
106
107
107
109
Hoofdstuk 3: De netwerklaag.
3.1
3.1.1
3.1.2
3.1.2.1
3.1.2.2
3.1.2.3
3.1.2.4
3.1.2.5
3.1.2.6
3.2
3.2.1
3.2.2
3.2.2.1
3.2.2.2
3.2.2.3
3.2.3
3.2.4
3.2.5
3.3
3.3.1
3.3.2
3.3.3
3.3.4
3.3.5
3.4
3.4.1
3.4.2
3.4.3
3.4.4
3.5
3.5.1
3.5.2
3.5.3
3.5.4
3.5.5
3.5.6
3.5.7
3.5.8
3.6
IP
Het IP Protocol
Speciale IP adressen
Netwerkadres
Directed broadcast address
Limited broadcast address
Het adres van Deze Computer
Loopback adressen
Overzicht
Het ARP (Address Resolution Protocol)
Inleiding tot adresresolutie
Technieken voor adresresolutie
Adresresolutie met opzoektabel
Adresresolutie met closed form berekening
Adresresolutie met berichtenuitwisseling
Address Resolution Protocol (ARP)
Berichtaflevering bij ARP
RARP
Het ICMP (Internet Control Message Protocol)
Inleiding
Best effort semantiek en foutdetectie
Het Internet Control Message Protocol (ICMP)
Berichtentransport bij ICMP
ICMP frameformaat
Datagramgrootte en fragmentatie
MTU, datagramgrootte en inkapseling
Defragmentatie
Een datagram identificeren
Verlies van fragmenten
IPv6
IPv6 frame
Systeem van meerdere headers
Fragmentatie, defragmentatie en pad-MTU
Het doel van meervoudige headers
IPv6 adressering
De hexadecimale notatie met dubbele punten in IPv6
Indeling van IPv6 adressen
Problemen bij de overgang
Netwerkconfiguratie van een PC (Windows)
111
Hoofdstuk 4: De transportlaag.
116
117
123
126
129
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
132
Hoofdstuk 5: De applicatielaag.
133
134
136
136
138
140
141
142
143
147
147
148
149
150
151
151
152
152
153
153
154
155
156
156
157
158
161
172
175
175
176
176
177
5.1
5.2
5.3
5.3.1
5.3.2
5.3.3
5.3.3.1
5.3.3.2
5.4
5.5
5.5.1
5.5.2
5.5.3
5.5.4
5.5.5
5.5.6
5.5.7
5.5.8
5.5.9
5.5.10
5.5.11
5.5.12
5.5.13
5.5.14
5.5.15
5.6
5.7
5.8
5.9
5.9.1
5.9.2
5.9.3
5.9.4
Het User Datagram Protocol (UDP)
Het Transmission Control Protocol (TCP), incl. NAT
TCP in actie
Configuratie van TCP en UDP
Congestie van TCP
Telnet
FTP (File Transfer Protocol)
Real Time Protocol
De basisprincipes van RTP
Headervelden van een RTP pakket
Het RTP controlprotocol (RTCP)
Typen RTCP packets
Bandbreedtebenutting van RTCP
SNMP: Simple Network Management Protocol
Domain name system
Inleiding
De structuur van computernamen
Geografische structuur
Domeinnamen binnen een organisatie
Het DNS cliënt/server model
De DNS server hiërarchie
Server architecturen
Referentielokaliteit en meerdere servers
Koppelingen tussen servers
Naamresolutie
Optimalisatie van DNS performantie
Soorten DNS ingangen
Aliassen van het type CNAME
Een belangrijk gevolg van het bestaan van meerdere types
Verkorte namen en het DNS
Het WWW (http)
Elektronische post - MIME - SMTP
Bootstrap protocol (BOOTP)
Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)
Werking
Optimalisaties in DHCP
Het DHCP berichtformaat
DHCP en domainnamen
178
Hoofdstuk 6: Virtual LAN’s en Virtuele Private Netwerken
179
179
180
181
182
183
184
186
186
187
188
189
189
190
193
194
194
195
205
6.1
6.1.1
6.1.2
6.1.3
6.1.4
6.1.5
6.1.6
6.2
6.2.1
6.2.2
6.2.3
6.2.4
6.2.4.1
6.2.4.2
6.2.4.3
6.2.5
6.2.6
6.2.7
6.2.8
206
Hoofdstuk 7: Netwerkcomponenten
206
206
207
208
208
209
211
212
213
215
215
218
219
219
220
220
224
230
232
236
240
240
243
7.1
7.1.1
7.1.2
7.2
7.3
7.3.1
7.3.2
7.3.3
7.3.4
7.4
7.4.1
7.4.2
7.5
7.5.1
7.5.2
7.5.2.1
7.5.2.2
7.5.2.3
7.5.2.4
7.5.3
7.6
7.6.1
7.6.2
VLAN
Waarom gebruikt men Virtual LAN’s?
Kenmerken van VLAN’s
Criteria om de groepen samen te stellen
Techniek
Algemene opmerkingen
VLAN implementatie
Virtuele private netwerken
Waarom een VPN?
Basisbegrippen van een VPN
Goede redenen om geen VPN te installeren
Encryptie
Symmetrische encryptie
Asymmetrische encryptie
Een digitale handtekening
User authenticatie en autorisatie
Opzetten van de verbinding
Tunneling
Slotbeschouwingen
Repeater - glasvezelmodem
Repeater
Glasvezeluitbreidingen - glasvezelmodem
Hub
Bridge
Werking
Spanning tree algoritme
Bridges tussen gebouwen
Bridges op langere afstand
Switches
(level 2) switches
level 3 switches
Router
Functionaliteit van de router
Routerprotocollen
Routering met afstandsvectoren - RIP
Verbindingsroutering
Hiërarchische routering
Het interne gateway-routeringsprotocol: OSPF
Congestiebeheersing - choke pakketten
Firewall
Toegangscontrole
Types firewalls
247
Hoofdstuk 8: Interfacestandaarden
247
247
247
248
251
251
258
259
259
259
263
264
264
265
266
266
267
267
269
270
271
273
275
275
278
279
279
8.1
8.1.1
8.1.1.1
8.1.1.2
8.1.1.3
8.1.1.4
8.1.2
8.1.3
8.2
8.2.1
8.2.2
8.2.2.1
8.2.2.2
8.2.2.3
8.2.2.4
8.2.2.5
8.2.2.5.1
8.2.2.5.2
8.2.2.5.3
8.3
8.3.1
8.3.2
8.3.3
8.3.3.1
8.3.3.2
8.3.4
8.3.5
281
Hoofdstuk 9: Het BISYNC protocol
281
282
283
286
287
287
287
288
288
289
9.1
9.2
9.3
9.4
9.5
9.5.1
9.5.2
9.5.3
9.6
9.6.1
Seriële interfaces
RS232C (V24 )
Mechanische eigenschappen en pinnummering van de signalen
Functiebeschrijving van de pinnen
Elektrische karakteristieken
Mogelijke verbindingen
RS422 (V11) en de RS423 (V10)
RS485
Parallelle Interfaces
De Centronics interface bus
IEEE 488
Algemene kenmerken van de IEEE-488 interface
Elektrische eigenschappen van de IEEE-488 interface
Mechanische eigenschappen van de IEEE-488 interface
Structuur van de IEEE-488 interface
Werking van de IEEE-488 interface
De data lijnen DIO 1 .. 8
De handshake bus
De interface management lijnen
USB
USB systeemomschrijving
USB elektrisch en snelheden
USB protocol
Algemeen
Dynamisch aansluiten van apparaten
Data flow types
USB protocollayer
Het BISYNC frame
Synchronisatie
De controle of besturingstekens
Fasen in het communicatieprotocol
Verdere faciliteiten van het BSC protocol
Foutdetectie en foutcorrectie
Onderbrekingen
Time out controle
Multipunt procedures
Polling procedure
289
290
290
290
293
9.6.2
9.7
9.7.1
9.7.2
9.7.3
De select procedure
Bysinc in werking
Formaten
Point to point operaties
Multipoint operaties
294
Hoofdstuk 10: ATM
295
300
302
306
308
309
310
311
314
322
326
327
328
329
331
10.1
10.2
10.3
10.4
10.4.1
10.4.2
10.4.3
10.5
10.6
10.7
10.7.1
10.7.2
10.7.3
10.7.4
10.7.5
Technologie - inleiding
Beschrijving van de lagen
ATM frame
AAL
AAL1
AAL3/4
AAL5
ATM interleaving
ATM switches
ATM en normale LAN’s
ATM LANE
Classical IP over ATM
NHRP of Next Hop Resolution Protocol
MPOA Multiprotocol over ATM
MPLS
Goede naslagwerken zijn:
Data Communications and Networking, 2e
Behrouz A. Forouzan
ISBN: 0-07-118160-1
McGraw-Hill - 2000
Computernetwerken, 4e
Andrew Tanenbaum
ISBN: 0-13-066102-3 (Engels, Prentice Hall) - 2003
ISBN: 90-430-0698-X (Nederlands, Prentice Hall - Pearson
Education) - 2003
Computer Networking, 2e
A Top-Down approach Featuring the Internet
James F. Kurose en Keith W. Ross
ISBN: 0-201-97699-4
Addison Wesley - Pearson Education - 2003
of:
Computernetwerken
Een top-down benadering
James F. Kurose en Keith W. Ross
ISBN: 90-430-0566-5
Addison Wesley - Pearson Education - 2002
Data & Computer Communications, 7e
William Stallings
ISBN: 0-13-183311-1
Prentice Hall - Pearson Education - 2004
Voorwoord
Deze tekst geeft een uitgebreide bespreking van een aantal termen en begrippen uit de wereld
van de lokale netwerken en grotere computernetwerken.
In het eerste hoofdstuk worden een aantal definities en het OSI model besproken. Heel
belangrijk is daar ook de opsomming van de netwerkverbindingscomponenten. Dit vormt het
jargon van de netwerkspecialist. Deze worden verder zeer gedetailleerd besproken in
hoofdstuk 7.
Daarna worden de verschillende lagen van het OSI model besproken, waarbij onderaan wordt
begonnen.
In hoofdstuk 2 worden de fysieke- en (vooral) de datalinklaag besproken. In de bespreking van
de datalinklaag wordt duidelijk dat men deze laag moet opsplitsen in twee deellagen om het
geheel werkbaar te maken. In de MAC deellaag worden Ethernet, en zijn varianten Fast
Ethernet en Gigabit Ethernet en draadloze LAN’s besproken. We gaan eveneens in op de
verschillende frames. Uiterst belangrijk zijn natuurlijk de verschillende toegangsmethodes tot
het medium! Uiteindelijk volgt een bespreking van netwerkprestaties en de methode om
congestie tegen te gaan.
Voor de hogere lagen wordt afgestapt van het OSI model. Daarin wordt het zeer veel
gebruikte, en dus de de facto standaard, TCP/IP gesitueerd in het OSI model. De mapping van
TCP/IP op OSI is echter niet helemaal juist.
In het volgende hoofdstuk, hoofdstuk 3, bespreken we zeer gedetailleerd de netwerklaag.
Daarvoor hebben we het over het IP protocol, IP adressen, subnetten, RARP, fragmentatie en
IPv6.
Daarna bespreken we de transportlaag met in hoofdzaak TCP. We kijken naar de configuratie
en congestie.
In hoofdstuk 5 wordt de applicatielaag met een hele reeks protocollen besproken. Dit gaat van
FTP, RTP, SNMP, DNS, http, POP, SMTP tot BOOTP en DHCP.
In hoofdstuk 6 worden VLAN’s en VPN besproken. Wat zijn ze, hoe werken ze? VPN’s
bespreken kan vanzelfsprekend niet zonder wat uitleg over cryptologie. Het hoofdstuk eindigt
met tunneling (met de modi), de authenticatieheader en ESP.
In hoofdstuk zeven bespreken we uitgebreid de verschillende netwerkcomponenten: repeater,
hub, bridge, switches, routers en de verschillende firewalls. De verschillende
routerprotocollen worden eveneens besproken.
Hoofdstuk acht gaat over de interfacestandaarden. Dit gaat ondermeer over de klassieke
seriële poort, RS232, RS422, RS485, de printerpoort maar ook over HPIB (GPIB) en USB.
In hoofdstuk 9 bekijken we kort Bysinc als één van de mogelijke protocollen om gebruik
makende van een interface (RS…) data te kunnen doorsturen.
In hoofdstuk tien gaan we uitgebreid ATM bestuderen. De gebruikte technologie, het frame en
AAL vormen een eerste blok. Maar vooral de LAN emulatie met zijn verschillende
mogelijkheden is hier belangrijk.
Boortmeerbeek, 5 juli 2010