N

1
NÄTVERKSPROTOKOLLFöreläsning 1 - 31.8.2010

• INNEHÅLL
• Allmänt om datanät
• Olika typer av nätverk
• Nätverkskomponenter
• Allmänt om nätverksprotokoll
• OSI-modellen
• TCP/IP protokollstacken

2
Vad är datanät?

• Utgörs av sammankopplade datorer som överför data
  till varandra
• Kan klassificeras på basen av en mängd olika
  egenskaper
• Skala
• Uppkopplingsmetod
• Nätverksarkitektur
• Nätverkstopologi

3
Klassificering enligt skala

• PAN (Personal Area Network)?
• LAN (Local Area Network)?
• WLAN (Wireless LAN)?
• CAN (Campus Area Network)?
• Metropolitan Area Network (MAN)?
• WAN (Wide Area Network)?

4
PAN (Personal Area Network)?

• Är ett nätverk som används för kommunikation
  mellan datorer som är lokaliserade väldigt nära
  varandra och ofta tillhör alla dessa datorer en
  och samma person
• Exempel på vanliga enheter som används ett PAN
  är
• Printrar
• PDAs (Personal Digital Assistants)?
• Smarttelofoner (smart phones)?
• PC datorer

5
PAN (Personal Area Network)?

• Vanliga överföringsmedier i PAN är
• USB
• FireWire
• Trådlösa PAN har också blivit allt mer vanliga
  under de senaste åren, brukar kallas för WPAN
  (Wireless PAN)?
• Följande teknologier för dataöverföring brukar
  användas i WPAN
• IrDA
• Bluetooth

6
LAN (Local Area Network)?

• Ett nätverk som täcker ett litet geografiskt
  område såsom
• Hem
• Arbetsplats
• Skola
• Dagens LAN är för det mesta baserade på Ethernet
  teknologin
• Datorer är i dagens läge kopplade till varandra
  via (vanligen) Cat5 (Category 5) eller Cat6
  kablar som stöder en överförings hastighet
• Cat5 stöder en överföringshastighet på 155Mbit/s
  medan en Cat6 kabel stöder överföringshastigheter
  på upp till 10Gbit/s

7
LAN (Local Area Network)?

• Datorer i ett LAN delar vanligtvis på olika typer
  av nätverkstjänster såsom
• Nätverksprintrar
• Lagringsservrar

8
WLAN (Wireless Local Area Network)?

• Är i princip ett LAN där radiolänkar används som
  kommunikationskanaler i stället för kablar.
• Den vanligaste typen av WLAN är baserad på IEEE
  802.11 standardfamiljen där man använder en
  central accesspunkt (Access Point/basstation) för
  att koppla ihop datorer.
• Teknologin i 802.11 nätverk är baserad på
  radiovågor.
• I WLAN nät idag kommer man upp i en
  överföringshastighet på max 54Mb/s (802.11g)?
• Implementeras i praktiken oftast som ett segment
  av ett LAN

9
CAN (Campus Area Network)?

• Är ett nätverk som förenar två eller flera LAN
  men är ändå begränsad till ett geografiskt område
  som t.ex. ett univeritetskampus.

10
MAN (Metropolitan Area Network)?

• Är ett nätverk som förenar ett eller flera LAN
  eller CAN men är ubrett på ett lite större
  geografiskt område, mycket typiskt en stad.
• Exempel på ett MAN är kabel TV nät som finns i
  många städer.

11
WAN (Wide Area Network)?

• Ett WAN förenar olika typer av mindre nätverk i
  ett stort geografiskt område, ofta ett land eller
  kontinent.
• Det mest kända WAN som finns är Internet
• Många WAN är också byggda för en viss
  organisation eller större företag som har kontor
  utspritt över världen och är privata

12
Klassificering enligt uppkopplingsmetod

• Nätverk kan även bli klassifiserde enligt vilken
  teknologi datorer använder för att kommunicera,
  t.ex
• Optisk fiber
• Ethernet
• Trådlösa lokalnät (WLAN)?

13
Klassificering enligt nätverksarkitektur

• Nätverk kan också klassifiseras på basen av
  vilket förhållande en dator i nätverket har till
  en annan dator, t.ex.
• Klient-server
• Peer-to-peer

14
Klient-server

• Klient-server arkitekturen innebär att en nod
  (klient) har en klientapplikation som begär en
  tjänst av en serverappikation på en annan nod
  (server) som i sin tur erbjuder denna tjänst
• Ett exempel på detta är WWW där en klient som kör
  en bläddrare skickar en förfrågen till en
  WWW-server som i sin tur genast svarar på
  förfrågan (visar WWW-sidan)?

15
Peer-to-peer (P2P)?

• P2P nätverk består av sammankopplade noder (t.ex.
  datorer) som inte kommunicerar enligt
  klient-server modellen
• En nod tilldelas ingen specifik roll utan alla
  node i ett P2P nätverk kan agera alla roller
• Vanliga användingsområden för P2P nätverk är
• Fildelning
• Chatt
• IP-telefoni

16
Klassificering enligt nätverkstopologi

• Nätverkstopologin bestämmer en nätverksenhets
  logiska och fysiska relation till en annan
  nätverkenhet.
• Exempel på olika nätverkstopologier
• Bussnät
• Stjärnnät
• Trädnät
• Ad hoc (infrastrukturlöst)

17
Bussnät

• En av de äldsta typerna av nät
• Flera datorer kopplas ihop eftervarandra och alla
  datorer delar på en och samma kabel
• Alla datorer delar på den tillgängliga
  bandbredden i denna kabel
• I vardera ända av nätet placeras terminatorer för
  att avsluta nätet och undvika att signalen
  studsar tillbaka

18
Bussnät

• Fördelar
• Enkelt att bygga upp och att sätta till nya noder
• Kräver inte så mycket kablar
• Billigare än andra topologier
• Nackdelar
• Om ett fel uppstår i kabeln, går hela nätverket
  ur funktion
• Lämpligt endast för små nätverk eftersom alla
  datorer i nätverket delar på samma kabel
• Långsammare än andra topologier

19
Stjärnnät

• Den allra vanligaste topologin som används idag
• Alla noder (datorer) är anslutna med kabel till
  en central enhet (t.ex. Hub eller Switch) via
  vilken nätverkstrafik hanteras
• Fördelar
• Bra prestanda tung trafik i en nod påverkar
  inte de andra noderna i stjärnnätet
• Kabelfel leder inte till nätverksstopp och felet
  är lätt att hitta
• Data transporteras inte genom onödiga noder

20
Stjärnnät

• Nackdelar
• Om det uppstår ett fel i den centrala enheten
  (hubben/switchen) leder det till att nätverket
  slutar fungera
• Begränsat nätverk beronde på antalet kontakter
  det finns i hubben/switchen och hur mycket
  prestanda den klarar av
• Dyrt att bygga jämfört med bussnät p.g.a. Att det
  krävs mycket kabel och extra utrustning såsom
  switchar och hubbar

21
Trädnät

• Är en variant av stjärnnät
• Alla datorer i ett trädnät är kopplade till en
  central hubb/switch
• Alla datorer är dock inte direkt kopplade till
  denna hubb/switch utan är kopplade till en annan
  hubb/switch som i sin tur är kopplad till den
  centrala hubben/switchen
• T.ex. Arcadas studentnät är uppbyggt i formen av
  ett trädnät

22
Ad hoc

• Kallas även infrastrukturlösa nätverk
• Självkonfigurerande nätverk där noder
  kommunicerar direkt med varandra i stället för
  att kommunicera via en central nätverksenhet
  (såsom switch eller trådlös basstation)
• Ett exempel på nätverk som använder ad hoc
  topologi är mobila ad hoc nätverk (MANET)

23
Ad hoc

• MANET används bl.a. i militära applikationer och
  sensor nätverk

24
Nätverkskomponenter

• Det behövs ett antal olika hårdvarukomponenter
  för att kunna bygga upp ett nätverk
• Vanliga nätverkskomponenter är
• Nätverkskort (Network Interface Card (NIC))?
• Hubb
• Switch
• Router
• Brygga
• Trådlösa basstationer
• Repeater
• Transmissionsmedier

25
Nätverkskort

• Hårdvara designt för att göra det möjligt för
  datorer att kommunicera över ett datornät
• Möjliggör fysisk åtkomst av nätverksmedia, såsom
  nätverkskablar och trådlösa radiolänkar.
• Varje nätverkskort addresseras med en unik MAC
  adress som tilldelas av korttillverkaren
• Mera om MAC adresser senare

26
Hubb

• Består av ett antal portal till vilka
  nätverksnoder är kopplade
• En signal eller data som kommer in till hubben
  från en nod eller från ett annat nätverk
  förstärks och skickas direkt vidare över alla
  portar
• M.a.o. data som skickas till en hubb, kopieras
  och skickas vidare till alla noder som är
  kopplade till hubben.

27
Switch

• Styr datatrafik mellan olika noder i ett nätverk
• Hanterar och använder MAC adresser för att ta
  beslut om på vilken port det mottagna datat skall
  skickas ut
• Till skillnad från en hub ger en switch full
  tillgång till hela bandbredden
• Är mycket snabbare än en hubb
• Stöder både symmetrisk och assymetrisk switching

28
Switch

• Symmetrisk switching data förmedlas mellan
  portar som har samma bandbredd
• Assymetrisk switching data förmedlas mellan
  portar med olika bandbredd

29
Router

• En dator eller nätverskenhet vars uppgift är att
  koppla samman flere olika datornätverk och
  vidarebefordra paket från ett nätverkssegment
  till ett annat
• Två nätverkssegment som en router kopplar samman
  behöver inte vara ett av samma typ, kan t.ex.
  vara en övergång från LAN till WAN
• När routern tar emot ett datapaket bestämmer den
  nästa nätverksadress som paketet skall till,
  denna process kallas routing
• Ett paket går oftast genom många routrar innan
  det når sitt slutmål

30
Router

• Adressen på den router dit ett datapaket sänds
  kallas för default gateway (om inte paketet
  skickas inom det lokala nätverksegmentet)?

31
Brygga

• En brygga (bridge) används för att koppla ihop
  två eller flera nätverkssegment
• Är mycket lik en router men arbetar med olika
  metoder och på olika nätverksnivåer
• En brygga vidarebefordrar enligt MAC adresser
  medan en Router jobbar med IP adresser
• Mera om nätverksnivåer, MAC och IP senare

32
Trådlös basstation

• En fast enhet i ett trådlöst nätverk som en
  trådlös klientdator ansluter sej till
• Förmedlar trafik
• mellan trådlösa klienter i ett trådlöst nätverk
• mellan en trådlös klient och ett fast nätverk

33
Repeater

• En elektronisk enhet som tar emot en signal,
  förstärker den och skickar den vidare
  (repeterar)?
• Kan t.ex. behövas i ett WAN där kabelsträckan
  från en nod till en annan kan bli extremt lång
• Används också i trådlösa nät för att förstärka
  radiosignaler.

34
Transmissionsmedier

• Används för att transportera data från en nod
  till en annan
• Indelas i fasta och trådlösa förbindelser
• Fasta förbindelser kablar
• Koaxialkabel
• Parkabel
• Optisk fiber
• Trådlösa förbindelser förbindelser baserade på
  radiovågor

35
Koaxialkabel
36
Koaxialkabel

• Har inre koppartråd, kärnan, som omges av
  isolerande plast
• Utanför isoleringen finns en annan ledning
  (skärm) som är nätformad
• Skärmen gör att ström som leds genom kärnan inte
  stör omgivningen
• På samma sätt skyddar skärmen också kärnan från
  att bli störd av elektromagnetiska fält från
  omgivningen

37
Koaxialkabel

• Används främst som antennkablar för tv men också
  i vissa lokala datornätverk
• Med en kabel på 1 kilometer kan man uppnå en
  bandbredd på 2 Gbit/s

38
Parkabel

• Parkabel eller partvinnad kabel (Twisted pair
  (TP)) är en signalkabel som består av par av
  tvinnade ledare (vanligen koppar)?
• Tvinnade för att motverka störningar
• Är mycket vanliga idag i lokalnät

39
Parkabel

• En nackdel med parkabeln är att den har väldigt
  hög dämpning (signalförlust) per meter
• Detta innebär att en parkabel kan vara max 100m
• Om kabeln behöver vara längre än så behövs en
  linjeförstärkare, repeater
• Två vanliga typer av parkablar är
• UTP (Unshielded Twisted Pair)?
• STP (Shielded Twisted Pair)?

40
Parkabel UTP

• En vanlig kabel med två partvinnade ledare vars
  motståndskraft mot yttre störningar är medelgod

41
Parkabel STP

• STP kabeln har en jordledare med skärm (på samma
  sätt som koaxialkabeln) och har därför mycket god
  motståndskraft mot yttre störningar
• Denna typ av kabel är dyr och idag ganska ovanlig

42
Parkabel

• En parkabel kan vara korskopplad (cross-over)
  eller rak (straight through)?
• Korskopplad kabel används speciellt då man
  behöver direkt koppla ihop två nätverkskort med
  en parkabel

43
Optisk fiber

• Kopparledare ersätts med fiberledare
• Informationen som överförs är i digital form och
  förmedlas av ljuspulser (inte elektrisk ström)?
• Ljussignaler dämpas och förvrängs mindre än i
  elektriska signaler i koppartråd vilket läder
  till att man kan sända data genom fiberkablar på
  mycket längre avstånd (100km utan förstärkare)?
• Fiberkablar används vanligen i basnät fram till
  områden och fastigheter
• Idag blir det t.o.m. allt vanligare att fiber
  dras ända fram till hushåll

44
Optisk fiber
45
Optisk fiber

• Finns två olika typer av optiska fiber
• Multimodfiber
• Singelmodfiber
• Multimodfiber har många utbredningsvägar för
  ljuset vilket leder till att man på korta avstånd
  kan uppnå en bandbredd på över 1000 Gbit/s
• I singelmodfiber går ljuset igenom fibern utan
  brytning, används vid långa avstånd.

46
Radiovågor

• Används som transmissionsmedia i trådlösa nät
  såsom
• WLAN
• Bluetooth
• Dataöverföring med radiovågor innebär överföring
  av signaler genom modulering av elektromagnetiska
  vågor med en frekvens som är lägre än ljusets
• Modulation är en process som får en egenskap hos
  en våg att variera i takt med en annan
• I detta fall används modulation för att få en
  bärvåg att variera i takt med en meddelandesignal

47
Vad är nätverksprotokoll?

• Kommunikation över nätverk bygger på att man
  kommer överens om en massa regler för hur
  kommunikationen skall gå till
• Dessa regler kallas för protokoll.
• Man kan säga att nätverksprotokoll är
  etikettsregler för hur kommunikationen skall gå
  till
• Protokoll behövs också för att många datorer
  skall kunna samsas om samma kommunikationsmedia
  utan att det uppstår kaos i nätverket såsom
  kollisioner och överbelastningar

48
Vad är nätverksprotokoll?

• Exempel på nätverksprotokoll är
• IP
• TCP
• MAC
• ETHERNET

49
Vem bestämmer protokollen?

• ISO Internationella Standardiseringsorganisatione
  n.
• IEEE Institute of Electrical and Electronics
  Engineers
• IEC International Electrotechnical Commission
• ITU International Telecommunication Union

50
OSI modellen

• Utarbetad ISO (International Standards
  Organization) år 1983
• Beskriver hur olika informationssystem skall
  kopplas ihop
• Främst avsedd för undervisning och datavetenskap
• Är en arkitektur indelad i 7 nivåer/skikt (eng.
  Layers)?
• Varje skikt tilldelas en specifik uppgift.

51
OSI modellen

• Grundprincipen är att skikt n producerar tjänster
  för skikt n1 och använder tjänster från skikt
  n-1
• Fysiska skiktet (eng. Physical Layer)?
• Sköter transmission av bitar över en
  kommunikationskanal
• Definierar överföringens mekaniska, fysiska och
  funktionella egenskaper
• Länksskiktet (eng. Data Link Layer)?
• Hanterar felfri överföring mellan två punkter i
  nätet
• Nätskiktet (eng. Network Layer)?
• Hanterar virtuella förbindelser via
  paketförmedling
• Etablerar, upprätthåller och avslutar
  nätverkskommunikation
• Sköter utformning av själva paketet

52
OSI modellen

• Grundprincipen är att skikt n producerar tjänster
  för skikt n1 och använder tjänster från skikt
  n-1
• Transportskiktet (eng. Transport Layer)?
• end-to-end
• Delar upp datamängden från högre skikt i mindre
  enheter
• Flödeskontroll, t.ex. En snabb enhet får inte
  överta rollen av en långsam enhet
• Sessionsskiktet (eng. Session Layer)?
• Kontrollerar dialogen mellan enheter, t.ex.
  Användning av duplex- eller halvduplexmod
• Synkronisering, t.ex. Avbrott vid överföring av
  stora filer
• Säkrar förbindelsen mellan enheter, avslutar
  förbindelsen och lösgör resurser

53
OSI modellen

• Grundprincipen är att skikt n producerar tjänster
  för skikt n1 och använder tjänster från skikt
  n-1
• Presentationsskiktet (eng. Presentation Layer)?
• Beskriver i vilken form informationen skall
  framföras mellan enheterna, t.ex. Val av kod
• Hanterar förekomsten av kodning
• Tillämpningsskiktet (eng. Application Layer)?
• Utgör det slutliga snittet mot användaren,
  fungerar som en virtuell nätverksterminal
• Beskriver funktioner för hantering av
  applikationsprogram, t.ex. e-post

54
OSI modellen

• Exempel på hur datatransmission sker i
  OSI-modellen

55
OSI modellen

• OSI-modellen jämfört med verkligheten

56
Protokollfamiljen TCP/IP

• TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet
  Protocol) är liksom OSI-modellen en arkitektur
  för datakommunikation över nätverk med en skiktad
  struktur
• TCP/IP innehåller endast fyra skiktt
• Länkskiktet
• Internetskiktet
• Transportskiktet
• Applikationsskiktet
• TCP/IP kan också ses som en samling protokoll för
  kommunikation över Internet

57
Protokollfamiljen TCP/IP

• Exempel på protokoll på olika skikt i TCP/IP
  protokollstacken