Netwerken - LeerKortom

Netwerken.
Netwerken ondersteunen ons dagelijkse leven:
Vroeger : Praten, Telefoon, Televisie, Post
Nu: Webgebaseerde communicatie: Skype, MSN, E-banking, E-mail,...
Eerste datanetwerken:
Karaktergebaseerde informatie doorsturen: Typische terminal –
mainframe toepassing
90’s : WWW -> internet
Huidige datanetwerken : Voice, Video Streams, Tekst, Grafische Bestanden...
Netwerken ondersteunen:
het leerproces: online cursussen, courseware, packet tracer
ons werk: collaboration software, intranet, extranet
ontspanning: games, boeken, films, muziek..
Communicatie vereist regels die de communicatie in goede banen moet leiden ->
protocollen
Protocollen bevatten:
- zender & ontvanger
- overeenkomstige manier van communicatie
- gemeenschappelijke taal en gramatica
- een overeengekome snelheid en timing
- bevestiging
Kwaliteit is heel belangrijk bij netwerken.
Externe problemen:
- Kwaliteit van weg tussen zender en ontvanger
- Omzetten van het formaat van het bericht
- aantal keer dat het bericht vernadert van pad
- Het aantal berichten dat tegelijk gestuurd wordt
Interne problemen:
- de grootte van het bericht
- de complexiteit van het bericht
- de belangrijkheid van het bericht
1 groot netwerk dat al het verkeer afhandelt is niet haalbaar. Verschillende
kleinere verbonden netwerken kunnen dit wel. (= de sterkte van internet)
Elementen van een netwerk:
Regels: Protocol dat gevolgd wordt
Medium: Tussen apparaten
Berichten: Informatie die van het ene naar het andere apparaat gaat
Apparaten: Apparaten die nodig zijn voor het versturen van informatie
1
Protocollen
Service
Protocol
World Wide Web
E-mail
HTTP (Hypertext Transport Protocol)
SMTP (Simple Mail Transport Protocol)
POP (Post Office Protocol)
XMPP (Extensible Messaging and Presence
protocol)
OSCAR (Open System for Communication in
Realtime)
SIP (Session Initiation Procol)
Instan Message (Jabber;Aim)
IP Telephony
Netwerkarchitectuur
Foutentolerantie door reduntatie: zorgt voor alternatieve paden wanneer er een
apparaat of link failt. De gebruiker merkt hier niets van
Schaalbaarheid: je kan er apparaten/switchen/.. bij aansluiten zonder dat de
prestatie achteruit gaat voor de gebruikers
Quality of Service: geeft voorang aan de media dat het belangrijkste is.
Beveiliging: administrators beschermen hun netwerk door software of hardware
security en door physieke toegang tot het netwerk te voorkomen.
Foutentolerantie in netwerken:
- Ineternet = uitvinding van US Department of Defense
- Circuit-switched netwerken (connection-oriented)
* bestaande infrastructuur was vroeger typisch circuit-switched
vb: Telefoon
* eerst verbinding opzetten, dan data-uitwisseling
* Connection-oriented
Wanneer er ergens een probleem was tussen de zender en
ontvanger viel de lijn weg
>> Slechte betrouwbaarheid (geen foutentolerantie)
* Circuit kan maar voor 1 gesprek gebruikt worden
- Packet-Switched netwerken (connectionless networks)
* Om foutentolerantie in te voeren koos men voor packet-switching
* Bericht wordt opgebroken in pakketten
Elk pakket bevat sender/receiver info voor adressering
* Elk pakket kan een andere route volgen
pakketten kunne verloren gaan en opnieuw aangevraagd worden
* Connectionless
Geen verbinding opzetten (fysiek) alvorens te kunnen sturen
Verbindingen zijn constant aanwezig
2
Schaalbaarheid:
- Groei moet mogelijk zijn, zonder grote veranderingen aan de core
- Tier-1 ISPs (Internet Service Provider) netwerken vormen de bovenste laag
- Aan de Tier-2 ISPs hangen de lokale ISPs (bv belgacom, telenet, fulladsl,..)
- Onder de lokale ISPs hangen de bedrijfsnetwerken & thuisnetwerken
Quality of Service (QoS):
- Gebruikers zijn gewend aan de kwaliteit van diensten
* Constante up-time
* Redelijke responstijden
* weinig of geen pakketten die verloren gaan
- Data moet afhankelijk van de funcite prioriteiten krijgen
* Tijdsgevoelige data
vb: Voice over Ip
* Niet-Tijdsgevoelige data
vb: web-pagina ophalen, mail versturen
* Belangrijke data voor het bedrijf
vb: transacties
* Ongewenste communicatie
vb: File sharing, youtube, chatten
Netwerk Security
Ineternet is de drijfveer voor nieuwe toepassingen, maar ook voor nieuwe
vormen van criminaliteit
- Zeer uiteenlopende aanvallen
* Persoonlijke gebruikers (VISA-gegevens, online banking)
* Hele netwerken of services (DoS-Attack)
* Bedrijven: stelen van belangrijke informatie
- Belangrijke eisen
* Confidentialiteit: authenticatie
Ben jij degene wie je zegt dat je bent?
* integriteit: encryptie
Niemand kan communicatie afluisteren
* Beschikbaarheid
Firewalls, SPOF vermijden
Mobiele communicatie wordt zeer belagnrijk: PDA, Wireless netwerken
Groeiend aantal genetwerkte apparaten: Telefoons, PDA, VOIP, iPhone
Groeiend aantal services
3
Elementen van communicatie
3 belangrijke elementen bij elk vorm van communicatie:
1) Bron (sender): iets/iemand die een bericht wil sturen naar
iets/iemand
2) Doel (destination): Iets of iemand die een bericht otvangt en
interpreteert
3) Kanaal (channel): Media waarvoor het bericht wordt “Verzonden”
Versturen van berichten
Computernetwerken versturen zeer uiteenlopende data, dit kan gaan van
kleinere berichten bv mailtje tot een zeer groot bericht bv foto in hoge resolutie.
Een oplossing is het bericht in segmenten opdelen. Voordelen hiervan zijn:
multiplexing en een verbeterde efficientie doordat de segmenten verschillende
paden kunnen volgen.
Een nadeel an die segmentatie is een verhoogde complexiteit
Componenten in een netwerk
Eenvoudige netwerken
directe verbinding tussen 2 pc’s
Ingewikkelde netwerken
vele tussenliggende stations
communicatie kan over lange afstand lopen
hardware componenten
PC, router, switch, hub,..
bekabeling
software componenten
services
software die op netwerkapparaat draait
End devices
Zender of ontvanger van berichten
Host
vb:
Computers: workstations, laptops, servers
network printers
VOIP telefoons
Cameras
PDA
Weerstation
Host address = uniek fysiek adres
De functionaliteit van tussennliggende apparaten van sender naar ontvanger van
vb: Hubs, Switches, Wireless Access points, modems, routers...
is : Routering, Hergenereren van signalen, Detecteren van alternatieve routes ,
QoS,..
Vandaag de dag zijn er 3 belangrijke netwerkmedia: Koper, fiber en wireless
4
Local Area Network (LAN)
- Groep van End Devices en gebruikers onder 1 gezamelijke administratie
- Verbonden via hogesnelheidsnetwerk
- In een beperkte fysieke locatie (zelfde campus, gebouw vroeger zelfde
kamer/verdiep)
Wide-Area Network (WAN)
- Een type netwerk dat verschillende LANs die ver uit elkaar liggen
interconnecteert
- Typisch over lange afstand
- Gebrik makenv an lijnen van ee netwerkprovider (<-> LAN)
Internet : een netwerk van netwerken
vroeger: communicatie beperkt tot lan
nu: LANs interconnecteren via WAN = internet
zogenaamde “internetwerken”
ISPs vormen de “lijm”
Netwerkprotocollen
Bij menselijke communicatie wordt het protocol aangeleerd of volgt men zn
ervaring, Bij netwerkprotocolen moet zeer duidelijk vastliggen (technisch):
Wat de structuur is van de berichten
De manier waarop route-informatie wordt uitgewisseld
Hoe en wanneer fouten-en systeemberichten worden gestuurd
Hoe een data transfer wordt opgezet/afgebroken
Protocollen en industry standards
Standaarden worden vastgelegd door standaardisatie-organisaties. Ze zorgen
ervoor dat hardware van verschillende fabrikanten toch kan samenwerken.
bv: Netwerkkaart van 3com verbondne met een Linksys switch
- IEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers
- IETF: Internet Engineering Task Force
- IAB: Internet Architecture Board
Interactie protocollen
Web browser die met web server communiceert
- Application Protocol
* HTTP: Hypertext Transfer Protocol: legt vast op welke manier de
client en server html-bestanden uitwisselen (bv. GET, POST)
- Transport Protocol
* TCP: Transport Control Protocol: Ddeelt grotere berichten op in
kleine segmenten om deze te versturen
- Internetwork Protocol
* IP: Internet Protocol: neemt segmenten van TCP en pakt deze in
een “enveloppe” met adresseringsinformatie
- Network Acces Protocol
* Hoe wordt data op de draad gezet?
5
Technologie-onafhankelijke protocols
Een protocol hangt meestal niet af van technologie
- HTTP definieert niet dat de browser die wordt gebruikt in een bepaalde
programmeertaal moet gemaakt worden. Of dat de machine windows
moet draaien.
Ieder apparaat dat een browser heeft dat HTTP ondersteunt kan surfen.
Gelaagde modellen
Worden in veel takken van de informatica gebruikt. (Software ontwikkeling,
besturingssystemen,..)
Voordelen:
- Helpt bij protocolontwerp: interface duidelijk omlijnt
- Concurrentie: producten van verschillende producenten werken samen
- Wijziging in een laag blijft lokaal
- helpt om netwerken beter te begrijpen
2 Soorten modellen
Protocol model
- Model dat de werking van een protocol-suite beschrijft
- Functionaliteit die in werkelijkheid voorkomt
- bv TCP/IP
Referentie model (reference model)
- Algemene referentie
- Helpt om algemene principes beter te verstaan
-bv OSI model
TCP/IP
- ontwropen in 70’s
- internet model dat vandaag nog bestaat
- open standaard
- protocols van TCP/IP staan beschreen in RFC’s (Request For comments)
Technische dossiers (text-files) waarin de protocols beschreven staan
opgesteld door de IETF
Application
Transport
Internet
Network Access
Application
Transport
Internet
Network Acces
Van application naar network ENCAPSULATIE
Van network Acces naar application DECAPSULATIE
Protocol data units (PDU) en encapsulatie
PDU
- De vorm dat een stukje data aanneemt op eender welke laag
vb: segment op laag 4, packet op laag 3, frame op laag 2
Encapsulatie
- Bij het versturen wordt het ene PDU ingepakt in het andere, dit is
encapsulatie
6
OSI model
- International Organization for Standardization (ISO)
- Op basis van bestaande protocollen: TCP/IP, DECnet
- Nooit echt “gebruikt” omwille van populariteit TCP/IP
- Gids bij netwerkcommunicatie
Producenten van netwerkhadware verwijzen altijd naar dit model
- OSI Definieert
Lagen + welke functies in welke laag
Hoe informatie door een netwerk stroomt
Begint met encapsulatie en eindigt met decapsulatie
Laag 7: Application
Laag 6: Presentation
Laag 5: Session
Laag 4: Transport
Laag 3: Network
Laag 2: Data Link
Laag 1: Physical
All People Seem To Need Data Protection
Laag 7:
- dichtste bij de gebruiker
- Aanbieden van netwerkservices aan gebruikersapplicaties
- Biedt geen dienst aan aan andere OSI lagen
- End-to-end connectiviteit
VB: FTP, DNS, HTTP, telnet
Laag 6:
- Ervoor zorgen dat de informatie die de applicatielaag zendt kan gelezen
worden op het andere systeem
- Indien nodig, vertalen tussen meerdere dataformaten
* Tot een gemeenschappelijk formaat
- vb: encryptie, decryptie,..
-vb van standaarden: MIDI, MPEG voor geluid en film
JPEG, TIFF, PICT voor afbeeldingen
Laag 5:
- Opzetten, beheren en afsluiten van sessies tussen 2 communicerende
hosts
- Aanbieden van diesten aan presentatielaag
synchroniseren van dialoog tussen beide presentatielagen
- gebruik maken van transportlaag
- voorzieningen voor: serviceklassen, uitzonderingen
vb: Network File System, X-window System, Appletalk Session
Protocol
7
Laag 4:
- segmenteren van data (zender)
- Herassembleren van gesegmenteerde data (ontvanger)
- scheiding transportlaag – sessielaag: belangrijk scheiding tussen de
applicatieprotocols – data- flow protocols
- Data-transport aanbieden sessielaag
* Verbergen van transport-implementatiedetails
- Betrouwbaarheid: opzetten, onderhouden en afsluiten van virtuele
circuits (virtueel communicatiekanaal opzetten)
vb: Transmission Control Protocol -> betrouwbaar
User Datagram Protocol -> onbetrouwbaar
Laag 3:
- complexe laag
- verbinding en padselectie tussen twee hosts
- logische adressering
Vb: internet protocol / internetwork Packet Exhange/ Appletalk
Laag 2:
- betrouwbaar transport van data over fysieke link
- fysieke adressering
- netwerktopologie
- Netwerktoegang (tegelijk? Token passing?)
- signaleren van fouten
- geordend afleveren van frames
- flow control
- vb: Ethernet, Token Ring, ISDN, PPP, Frame Relay
Laag 1:
- Elektrische, mechanische, procedurele en functionele specificaties voor
activeren onderouden en afbreken van een fysieke verbinding tussen
eindsystemen
Typische karakteristieken:
- voltages
- timing van voltagewissels
- fysieke snelheden
- maximale verzendafstanden
- fysieke connectoren
8
OSI vs. TCP/IP
- OSI deelt applicatie – en network acces lagen verder in
- TCP/IP zegt neits over fysieke medium op network acces laag
- layer 3 en 4 zijn hetzelfde
OSI MODEL
TCP/IP Model
7: application
6: Presentation
5: Session
Application
4: transport
Transport
3: Network
Internet
2: data link
1: physical
Network
acces
Het OSI en TCP/IP model
-OSI
Open system interconnect
reference model
gids voor netwerkprotocol ontwerp
bestaat uit 7lagen
OSI: Application layer, Presentation layer, Session Layer
TCP/IP: Application layer
Laag7: Application layer: Vooral uitwisselen van data mogelijk maken
DNS (Domain Name System)
DNS -> Ipadres omzetten
HTTP (hyptertext transfer protocol)
webpagina’s uit te wisselen
SMTP (simple mail transfer protocol)
mails uitwisselen
Telnet
Plaintext remote shell toelaten voor remote acces
FTP
interactief bestanden uitwisselen tussen systemen
Elk van de bovenstaande protocols ligt vast in een RFC (IETF)
Laag 6: Presentation layer: 3 Primaire functies
Coderen en converteren van data
compresseren en decompresseren van data
Encryptie en decryptie van data
vb: Quicktime, MPEG, GIF, JPEG, TIFF
Laag 5: Session layer
Gesprekken tussen source en destination onderhouden
De meeste applicaties voorzien zelf ook functionaliteit van laag 5&6
9
Software inde applicatielaag
Deze laat ons toe om met het netwerk te werken
-Network-aware applicaties: browser, mail client..
- application layer services: web service, netwerkprinter delen,..
Applicatielaag: interactie met de mens en met laag 6.
Applicatielaagprotocol moet aan beide zijden overeenkomen
Heel wat functionaliteiten op applicatielaagniveau:
-
Client-server model: client stuurt informatie-aanvraag, server
antwoordt
Servers: een apparaat dat antwoordt op requestst van de client is een SERVER
soms extra functionaliteit zoals authenticatie.
Op de server draait meestal achtergrondproces (daemon)
dit proces luistert en antwoordt op aanvragen (‘listening’)
Kan meerdere services aanbieden, kan de service tegelijkertijd aan meerdere
clients aanbieden. Duidzenden gebruikers kunne naar nen website surfen.
Client server model 1 belangrijke machine= server. Zwaardere hardware dus
meerderwaardig. Typische SPOF , single point of failure.
Peer-to-peer netwerken zijn apparaten evenwaardig
Geen dedicated server nodig
Geen echte client/server rollen (kunnen snel wisselen)
gedecentraliseerd
-
Apparaat is zowel client als server
-iedereen kan communicatie initieren en is evenwaardig
hybride vormen mogelijk bv torrents (1 of meedere servers om elkaar
te vinden,
eens partner gevonden , kan de communicatie peer to peer gebeuren).
Delen van bestanden, verschillende client applicaties die hetzelfde protocol
ondersteunen. (limewire, bearshare, morpheus,..)
Transport layer zal een poortnummer gebruiken om de service te kunne
onderscheiden voor wie het segment bedoeld is. Dit is de link tussen layer 7 en
6. Elke service heeft een eigen poortnummer.
DNS: TCP/UDP poort 53
HTTP: TCP poort 80
SMTP: TCP poort 25
POP: TCP poort 110
Telnet: TCP poort 23
DHCP: UDP poort 67
FTP: TCP poort 20 en 21
10
HTTP: hypertext transfer protocol
Request/response protocol
- Client stuurt een GET request naar webserver
- Webserver ontvangt GET en stuurt Webpg terug
- client ontvangt webpg en interpreteert deze
- GET: webpg opvragen
- POST: invoeren van gegevens (form), doorsturen naar webserver
- HEAD: enkel header van het op te vragen doc. Vragen
- PUT: bestanden uploaden naar server
HTTP is niet beveiligd, maar kan beveiligd worden met authenticatie/encryptie
zoals HTTPS
FTP: File Transport Protocol -> uitwisselen van bestanden
- FTPd (daemon) op server
- verbindingsproces: Eerst intieert de client connectie op poort 21
(gebruikt voor doorgeven van commando’s), daarna zet de client een tweede
connectie op naar poort 20 (gebruikt voor de echte file-transfer)
Transport layer:
- Segmenteren van data, herassembleren van data
header toevoegen om te weten tot welke communicatie het
segment behoort.
- Verschillende communicaties tussen applicaties op source en destination hosts
beheren.
weten naar welk applicatielaagprogramma de data moet
- Verschillende applicaties identificieren
poortnummers
Transportlaag is de link tussen applicatielaag en de lagen die verantwoordelijk
zijn voor datatransmissie over een netwerk.
Doel kan uiteenlopend zijn, sommige programma’s vereisen:
- strikte volgorde van segmenten
- kunnen geen segmenten missen
- moeten alle segmenten aankrijgen
- kunnen bepaalde vertraging tolereren (vb website moet alles aankrijgen maar
mag met dlay)
- sommige zijn zeer tijdskritisch (VoIP)
Verschillende diensten:
- betrouwbare aflevering van segmenten
- onbeterouwbare aflevering maar snelle levering van segmenten
11
Beheren van conversaties:
- Segmenteren en herassembleren
*meeste netwerken hebben max grootte voor de PDU
* op source data segmenteren
* op destination data herassembleren
- multiplexing van conversaties
* Sessie opzetten
* Beterouwbare levering (indien nodig)
* Juiste volgorde levering
* Flow Control (netwerk ni overspoeld wordt, beperkt qua bandbreedte)
Ondersteunen van betrouwbare communicatie:
- applicatielaag-protocollen vereisen betrouwbare communicatie
- basisfunctionaliteiten voor betrouwbaarheid:
* lijst bijhouden van reeds verstuurde data
* ontvangen data bevestigen
* niet aangekomen (bevestigde) segmenten opnieuw versturen
-> wordt opgenomen in den transport header
TCP & UDP 2 belangrijke prot. In transpl.
UDP: Verbindingloos
Best efoort delivery (geen garanties)
8 bytes overhad voor ehader (quasie geen informatie nodig)
TCP:
Verbindingsgericht
Voorzieningen (volgorde van aflevering, betrouwbare levering, flow
control)
20 Bytes overhead voor deze voorziening in de header
Poortadressering:
- UDP & TCP moet weten aan welk applicatie de data moet worden
doorgegeven
- Telkens 2 poortnummers (source destination)
- Poortnummers worden toegekend op versch manieren. Client >= 1024,
server < 1024
- IP + Poortnummer = SOCKET -> identifeceerd op unieke wijze de
verbinding
- Poorten worden uitgedeeld door IANA: Internet Assigned Number
Athority
TCP Betrouwbaar:
Betrouwbaarheid kan enkel door eerst afsrpaken te maken:
- bij tcp wordt eerst connectie aangemaakt -> zender en ontvanger klaar
voor betrouwbare communicatie.
Ontvanger verstuurt bevestigingen voor elk ontvangen segment -> indien niet na
bepaalde tijd ontvangen segment opnieuw verzonden
12
TCP server processen:
Elke server-side process heft een uniek poortnummer -> er kunnen dus geen 2
services zijn die op hetzelfde poortnummer luisteren
TCP sessies beheren:
Herordenen van segmenten -> tijdens setup wordt het ISN afgesproken (Initial
Sequence Number) vanaf dit nummer steeds 1 verhogen
UDP communicatie zonder overhead.
Lage overhead vs betrouwbaarheid
-> udp voorziet enkel basisfunctionaliteit -> applicaties gebasseerd op UDP zijn
daarom niet onbetrouwbaar, kunnen zelf een vorm van betrouwbaarheid
inbouwen.
Belangrijke protocollen op UDP gebasseerd:
DNS/SNMP/DHCP/.. Online games
UDP datagram(=segment) herassemblatie
NETWERKLAAG: communicatie van host naar host:
- voorziet transport end-to-end over een netwerk
- adressering
Adressen voor eindapparaat voorzien
gebasseerd op IPv4 adres = host
- encapsulatie
Toevoegen van informatie voor L3
netwerk PDU = packet (packet)
Informatie omvat source en destination ip-adres
- routeren
Source en destination zitten niet altijd op zelfde netwerk
Routing(selecteren van een pad op basis van destination ip-adres in het
packet) gebeurd op alle tussenliggende routers
- Decapsulatie
bij destination apparaat
netwerklaag-header eraf strippen en de rest doorgeven aan de
transportlaag
- Netwerklaagprotocols
IPv4, 6, x, appletalk, CLNS/DECNet
13
IPv4:
Verbindingsloos, direct pakketten versturen
- vb: brief sturen zonder ontvanger in te lichten
- tegenstelling tot TCP
- Geen velden toevoegen in header voor onderhouden verbinding
- + weinig overhead / - geen garanties
Best Effort service (onbetrouwbaar)
- zeer kleine header
- Betrouwbaarheid wordt op L4 geimplementeerd
- Ip dikwijls onbetrouwbaar genoemd
Media-onafhankelijk
- kunnen op versch. Manieren verstuurd worden: fiber, koper, wireless,..
Inpakken van transportlaag PDU
- IPv4 pakket pakt een transportlaag PDU in
- Encapsulatie zorgt voor flexibiliteit
- routers erken op de netwerklaag
Hosts in groupen verdelen
- Performantie: Bandbreedte is altijd gelimiteerd, broadcast probleem
- Security
-Adressmanagement : elke pc uniek IP, kan niet alle adressen kennen van alle
computers, hosts die met elkaar communiceren samenplaatsen
Hoe indelen? Netwerken van netwerken
Routing: Gateway : zal de pakketten naar andere netwerken versturen
- packet kan pas doorgestuurd worden als er een route is.
- route bevat steeds destination network + next hop (router)
Elke router moet een destination hebben
routing table moet alle nodige inforamtie bevatten
Informatie verkrijgen:
Statisch: manueel ingeven: meeste gevallen voor routes die niet wijzigen
- elk gekend destination netwerk moet een route hebbe
- elke hop moet geconfigureerd zijn
- administratief moeilijk te onderhouden
Dyniamische routing: extra verkeer voor utiwisselen van data
- gebruikt routing protocols
- Dynamische routing tabele updaten zich vanzelf. Gaan allemaal tabellen
uitwisselen met elkaar. Zo gaan ze altijd weten welk netwerk waar zit.
Routing information protocol (rip)
Enhanced Interior Gateway Protocol (EIGRP)
Open Shortest Path First (OSPF)
14
DATALINKLAAG: ondersteunen en verbinden van hogere lagen
- Hoger gelegen lagen de mogelijkheid geven om het medium te gebruiken
-> framing
- data op het medium plaatsen en ontvangen
media acces control technieken -> manier van toegang krijgen
foutendetectie
Frame: PDU op layer 2
Node: netwerkapparaat aangesloten op een gezamelijk medium
media/medium: fysiek communicatiemiddel
- Transfers over lokale media beheren
- aanmaken van een frame
bestaat uit 3 belangrijke delen:
Header: informatie voor L2: bv adressen
Data : l3 data die verstuurd moet worden
trailer: bevat nog extra controle info
Volledige frame inhoud:
Frame start – Adressering – Type – Quality control – data – error detection –
frame stop
-
upper layer services verbinden met media, datalinklaag is de link
tusse de software processen in hogere lagen en de fysieke laag
standaarden worden niet vastgelegd in RFC’s
Media acces control technieken:
Topologie = hoe de verschillende netwerkapparaten geordend zijn en de
verbinding tussen deze apparaten
Logische topologie: de manier waarop frames over het netwerk reizen, virtuele
verbinding tussen nodes
Fysieke topologie: de manier waarop hosts fysiek verbonden zijn
Vb van topologien: point-to-point, multi-acces , ring
Frame van datalinklaag maakt gebruik van Ethernet protocol -> geen bevestiging
van frames, maakt gebruik van mac adresse (48bits)
15
Fysieke laag:
- Voorziet effectief transport over fysiek kanaal
- serie van bits omzetten in voltage, licht, straling,..
- fysieke laag defineert:
fysieke media en connectoren
representatie van bits op het medium
codering van data en extra info
ontvanger/verzender circuits bij netwerkapparaten
Application + presentation = PDU
Session = Data
Transport = Segment
network = packet
datalink = frame
physial = bits
Werking:
Een frame komt nooit geheel voor op het fysieke medium maar bit per bit
3 belangrijke soorten:
koper
fiber
draadloos
fundamentele principes van de fysieke laag:
- fysieke componenten
- data codering (data omzetten in herkenbare patronen voor
zender&ontv. Zo kan begin en eindframe herkend worden)
- signalisatie
manier van voorstellen van 0 en 1 bit, bv versch voltages
Datacapaciteit: Verschillende media, verschillende snelheden
- bandbreedte, hoeveel bits over een medium kan in een bepaalde tijd, Kbps,
Mbps, Gbps,.. Combinatie van netwerkmedium zelf en signalisatie en detectie van
signalen.
- Doorvoer, hoeveelheid bits die effectief over een medium gaat over een
bepaalde tijd, komt niet overeen met bandbreedte, doorvoer is kleiner.
Factoren: Hoeveelheid trafiek, type trafiek, aantal nodes op een multi-acces
netwerk.
- Goodput, hoeeelheid bruikbare data die over een bepaalde tijd kan verzonden
worden. Meest interessante voor eindgebruikers.
Verschillende soorten fysieke media: koper, glasvezel, draadloos
-> standaarden omtrent media:
Soort van koer dat gebruikt wordt
bandbreedte
Connectoren
Pinout + kleurencodes in gebruik
Maximale overbrugbare afstand
16
Koperen media: Coax bekabeling wordt bijna niet meer gebruikt , enkel
kabeltelevisie en internet over kabel.
Koperen geleider met daarond isolator
rond de isolator : koperen shielding -> bescherming tegen elektromagnetische
interferentie
rond koperen shielding buitenste beschermlaag
+: lange afstand overbruggen, goedkoop
- : dikte van d ekabel, duurste installatie
2 varianten: Thinnet: cheapernet, max afstand van 185m
Thicknet: dikkere coax, moeilijker te plaatsen , duurder, 500m
Samengevat: Snelheid en doorvoer: 10 tot &00 Mpbs
kost per node: goedkoop
grootte van medium en connectors: middelmatig
maximale kabellengte : 500m
UTP kabel, (unshielded twisted pair):
4 paren, 8draadjes
elk paar is getwist: wegwerken van interne interferentie
(crosstalk), wegwerken van externe interferentie(bv van motoren)
volgt standaarden: TIA, IEEE
Voordelen: Goedkoop, kleine diameter, eenvoudige connectoren
Nadelen: maximumlengte niet zo lang, geen aparte shielding tege externe
interferentie
3 soorten: straight-trough van host naar switch/hub
crossover tussen 2 dezelfde apparaten
rollover
STP zelfde als UTP maar met extra laagje plastic rond elk draden paar en metalen
shield ornd alle dradeparen samen, meer bescherming tege elketromagnetische
interferentie -> duurder en niet zo vaak in gebruik Wanneer neit goed geaard
word het schild en antenne en is er meer EM interferentie opgevangen
Draadloze media:
gebruik van radiogolven, geen fysieke barrieres
wi-fi, wireless lan
WPan, bluetooth
GSM, globile system for mobile communication
17
Glasvezel:
- kern van glasvezel of plastiekvezel
- transporteert licht ipv voltages
- zeer grote bandbreedte
- imuum voor EM, over lange afstanden toepasbaar
- duur, moeilijker te installeren dan koper, voorzichtige installatie(breuken,
rekken,..)
Licht kan maar in 1 richting gaan over glasvezel
-> 2 fibers nodig voor full-duplex, connectoren kunnen 2 fibers bundelen, of
apart.
Genereren van lichtbundel, laser of led
detectie ervan door fotodiodes
Singlemode: laser -> langere afstanden, licht enkel in centrum van de kore
multimode : led -> korte afstandne, licht kan verschillende paden volgen
Ethernet:
Eerste lan in de wereld was op basis van Ethernet.
Ethernet zit op de onderste 2 lagen.
layer 1 : fysieke bekabeling, signalen, topologie,..
layer 2: mac sublaag voor bepalen fysieke componenten voor voorbereiding van
data en communicatie zelf
Success door: eenvoudigheid en gemakkelijk onderhoud, voorzieningen voor
toevoegen nieuwe technologien, betrouwbaarheid en lage kost
Ehternet mac-adres :
48 bits
ingebakken in netwerkkaart
Unicast : aan 1 iemand gericht
multicast: aan meerdere bestemmelingen gericht
broadcast: aan iedereen gericht
Hubs en botsingsdomeinen (collision domain)
- door de grote groei van het internet
- gebruik van hubs om meerdere apparaten an te sluiten
- alle aparaten die aan een hub hangen zitten in zelfde botsingsdomein
Ehternet timing : latency, de tijd die nodig is ome en signal over de kabel te laten
propageren.
Snelheden van 10 Mbps en tranger = Asynchroon
100Mbps en sneller Synchroon
Bittijd = de tijd die nodig is om 1 bit te plaatsen op het medium
vb 10Mbps = 100ns, 100Mbps = 10ns, …
18
Legacy Ethernet: hubs
- hub forwarden de bits naar alle aangesloten apparaten
- veroorzaken veel botsingen
- : Schaalbaarheid, hoe meer hubs hoe meer kans op botsingen
hoe hogere latency
- network failure: 1 defect apparaat beinvloedt het hele botsingsdomein
Switches delen het netwerk op in aparte botsingsdomeinen
- minder kans op botsingen
- dedicated bandbreedte per poort
- full-duplex
Gebruik maken van switching table (welk ma cadres zit op welke poort?)
switches en bridges worden meestal als zelfde apparaten beschouwd
bridge : 2 interfaces / switche 4,8,12,16, ..
Learning: MAC-tabel moet gevuld worden aan de hand van ontvangen frames:
bekijken van source MAC
Aging: na een tijd wordt een MAC-adres uit de table gewist
Flooding: wanneer het destination mac onbekend, zenden naar alle interfaces
behalve langs welke het frame binnenkwam.
Selective forwarding: indien destination mac bekend enkel via die interface
uitsturen
Filtering: indien destination mac op zelfde interface als source MAC
ARP(address resolution protocol): IP naar MAC omzetten
Mapping tussen IP adres en MAC adres
Bijhouden van cache mappings
Bij verzenden:
Indien IP lokaal, rechtstreeks afleveren aan destination host
Indien IP remote, afleveren aan default gateway (router)
bepalen of IP lokaal of remote is werd eerder besproken
aan de hand van netwerkmasker
Router as a computer:
De functie van een router:
Een computer die gespecialiseerd is in het verzenden van paketten over
een datanetwerk. Routers zijn verantwoordelijk voro het verbinden van meerder
netwerken en de determinatie van het beste pad van de paketten tot aan hun
doel.
Routers zijn het netwerkcentrum, hebben meestal 2 soorten verbindingen
Wan verbinding (verbinding naar de isp)
Lan verbinding
19
- Data wordt verzonden tussen 2 hosts in de vorm van paketten
- routers bekijken het ontvangst IP-adres en bepalen het beste pad met behulp
van routing tabellen
Onderdelen van de router:
CPU: voert instructies uit
RAM: Bevat kopie van het toegepaste configuratie. Bevat ook routing tabblen,
wordt gewist bij herstart.
ROM: Diagnostische software en boostrap bestand
NVRAM (non-voltile Ram): hierin wordt de configuratie in opgeslagen
Flash memory: dit zijn de verbindingen van de router. De meest voorkomende
poorten: Ethernet, seriele poorten, console poorten
Opstartproces:
platform nummer
naam en IOS versie
bootstrap versie opgeslagen in het ROM
bestandsnaam en bestandspad
aantal interfaces + types
hoeveelheid NVRAM
hoeveelheid Flashgeheugen
configuratieregister
De interfaces zijn externe poorten die het fysisch mogelijk maken om paketten te
verzenden of te ontvangen
Elke interface verbindt een ander netwerk
Bestaat uit een socket ofjack aan de buitekant van de router
2 grote groepen, lan en wan , lan is die vanonder wan de brede vanboven rechts
de blauwe
Simpele routerconfiguratie:
Routernaam (moet uniek zijn)
ban (beveiliging tegen ongewenste aanvallen)
paswoorden
interace configuraties (ip adressen, subnetmaskers,..)
Routing tabellen worden opgeslagen in het RAM geheugen en bevat:
- direct verbonden netwerken
- vreemde netwerken
- gedetailleerde informatie over de netwerken, volgende hop
- shop ip route toont de routing tabellen
(Waarom subnet?
Om het verlies in adresruimte zo klein mogelijk te houden
• Houdt meer rekening met de wensen van het bedrijf)
20
router heeft 3 verschillende modusse
(router): -> spectator mode , kan enkel dingen bekijken
(router)# -> admin mode
(router.config)# -> privilage mode
om van admin naar privilage mode heb je paswoord nodig.
Statische routes, S in de table, bevat adres, subnetmasker, en ip-adressen
van de volgende hop router, ..
Wanneer statische routingtabellen gebruiken?
Wanneer het netwerk slechts uit een paar routers bestaat
wanneer het netwerk verbonden is met het internet via 1 ISP
router werkt niet met frames maar pakketen, maar pakketen zitte in frames
dus gaat eerst frames uitpakken om pakket te ontdekke, verandert nx aan de
frame.
Dynamische routing tabele updaten zich vanzelf. Gaan allemaal tabellen
uitwisselen met elkaar. Zo gaan ze altijd weten welk netwerk waar zit.
vroeger nadeel, er kwam extra verkeer op je internetlijn, maar nu maakt dat
niet meer uit, vroeger netwerken veel trager.
Dynamische routerprotocollen: RIP / IGRP / EGRP / OSPF
Stap 1 - PC1 encapsuleert een paket naar een frame. Een
frame bevat het MAC-adres van router 1 (R1)
Step 2 – Router 1 ontvangt het Ethernet frame.
R1 bekijkt of het MAC-adres van de bestemming
overeenkomt met het eigen MAC-adres.
R1 stript het Ethernet frame.
R1 evalueert het IP pakket.
R1 bepaalt het pad van het pakket aan de hand van de
routing tabel.
R1 encapsuleert het IP pakket in een frame.
R1 verstuurt de data via de Ethernet interface (Fa0/1).
Step 3 – Data komt aan bij router 2 (R2)
R2 ontvangt het Ethernet frame.
R2 kijkt of het MAC-adres van de bestemming overeenkomt
met het eigen MAC-adres.
R2 stript het Ethernet frame.
R2 evalueert het IP pakket.
R2 bepaalt het pad van het pakket aan de hand van de
routing tabel.
R2 encapsuleert het IP pakket in een nieuw data link frame
R2 stuurt de Ethernet data naar de juiste ontvanger
21