System otwarty

• Mianem systemu otwartego nazywamy dany system rozproszony w obrębie którego mogą działać urządzenia i oprogramowanie pochodzące od różnych producentów.

• System otwarty realizuje swoje zadnia za pomocą określonych funkcji

• Pogrupowane funkcje nazywa się podsystemami

• Grupy systemów otwartych wraz z ich podsystemami które oferują takie same funkcje łączy się w warstwy.

• Każda warstwa ma określone zadania do zrealizowania, jednak charakterystycznym zadaniem jakie wykonać musi każda warstwa(poza warstwą ostatnią danego systemu) jest przygotowanie danych tak aby mogły zostać one przyjęte i obsłużone przez warstwy wyższe.

Enkapsulacja

• Model OSI opisuje drogę jaka musza przebyć dane zaczynając od danych generowanych przez określona aplikację w obrębie jednej stacji roboczej a kończąc na aplikacjach stacji drugiej.

• Dane wędrując poprzez poszczególne warstwy OSI zmieniają swój format co nazywamy enkapsulacją

Zalety modelu ISO/OSI

• Wsparcie dla projektowania protokołów routingu

• Wspieranie konkurencji producentów sprzętu

• Interoperacyjność urządzeń

• Zmiana protokołu/działania jednej warstwy nie wpływa na pozostałe

Warstwa Aplikacji

• Na tym poziomie rezydują procesy sieciowe przeznaczone dla użytkowników

• Współużytkowanie plików, buforowanie zadań wydruków, poczta elektroniczna, zarządzanie bazą danych oraz wiele innych.

• Zdefiniowane są role procesów oraz aplikacje przesyłające danę przez sieć (DNS, SSH, Telnet, HTTP,SFTP)

• Wsparcie dla mechanizmów gromadzenia danych

• Architektura klient-serwer lub systemy równoważne

Role serwerów:

• DNS

• http

• POP3 SMTP –poczta

• Telnet SSH

• SMB

Warstwa prezentacji

• Wsparcie dla kodów sterujących, specjalnych znaków graficznych i zestawów znaków

• Tłumaczenie danych w dół, definiowanie formatu oraz odpowiednią składnię(specyfikacja OSI-RM), aby niższe warstwy otrzymywały dane w konkretnym formacie niezależnie od aplikacji

• Jeżeli chodzi o transmisje w górę warstwa prezentacji tłumaczy dane tak aby były one zgodne z wewnętrznym systemem interpretowania znaków

• Zapewnia kompresję danych

• Konwersja kodu EBCDIC do ASCII

• Serializacja struktur danych

• Szyfrowanie danych

Warstwa sesji

• Umożliwia połączenie między aplikacjami i odpowiednią wymianę danych poprzez synchronizację tych aplikacji.

• Decyduje o nawiązaniu/przerwaniu połączenia oraz może odzyskiwać dane poprzez ponowne ich przesłanie

• Przykłady protokołów : NFS,SQL,RPC,ASP

Warstwa transportowa

• Odpowiada za logiczną komunikację pomiędzy hostami

• Zaimplementowana jest najczęściej u nadawcy i odbiorcy a nie w sieci

• Komunikacja połączeniowa i bezpołączeniowa (TCP,UDP)

• Zajmuje się przesyłanie pakietów, dba o poprawne przesyłanie i sprawdza ich jakość

• Kontrola błędów transportu

• Pozycjonuje informacje według priorytetów i przydziela im pasma do transmisji

• Określa sposób segmentacji danych pochodzących z warstwy aplikacji oraz enkapsulację wymaganą dla każdej porcji danych

• Zapewnia obsługę portów

• Może używać jednocześnie kilku aplikacji serwisu transmisyjnego

• Naprawia błędy popełnione przez warstwę sieci

• Zapewnia pewne połączenie w niepewnym środowisku sieciowym

• Zapewnia mechanizm QOS

Podmioty transmisji:

• OS Kernel

• User process

• System libr ary

• NIC

Podstawowe funkcje dla warstwy transportowej:

• LISTEN

• CONNECT

• SEND

• RECEIVE

• DISCONNECT

Adresowanie :

• aplikacje musza znać swoje adresy

• warstwa transportowa używa numerów portów

Typy portów:

• numery od 1024 do 49151 są zarejestrowane

• statyczne

• przypisane do konkretnej aplikacji

• przydzielane dynamicznie (49.152-65.535)

Sockety to kombinacje adresu IP i numeru portu przez który komunikuje się aplikacja. Rodzaje:

• BIND

• LISTEN

• ACCEPT

• CONNECT

• SEN

• RECEIVE

• CLOSE

Zestawienie połączenia w rzeczywistym środowisku sieciowym:

• sieć może tracić duplikować lub przechowywać pakiety

• obciążone sieci mogą przesyłać opóźnione ACK

• występowanie zwielokrotnionych transmisji

• pakiety nadchodzą w różnej kolejności

• możliwość wycieku danych, utraty i podwójne obciążenie konta bankowego

Metody przeciwdziałania:

Każdy pakiet ma ustawiony czas żywotności, numer sekwencji który nie będzie ponowny użyty, ąz do czasu ukończenia żywotności pakietu, mechanizm trójstopniowego uzgadniania (nadawca i odbiorca wymieniają inf. o numerach które będą używać w transmisji).

Warstwa sieciowa

• Zajmuje się routingiem, tzn. decyduje jaka trasą fizyczną mają być przesyłane konkretne pakiety

• W tej warstwie funkcjonują pakiety

• Warstwa ta nie rozróżnia mediów transmisyjnych

• Protokół IPv4 lub IPv6 oraz inne schematy adresacji

Warstwa łącza danych

• Zapewnia niezawodność łącza oraz posiada mechanizmy naprawiające błędy ramek i pakietów tak, aby były one zgodne ze standardem (enkapsulacji pakietów warstwy sieciowej)

Warstwa fizyczna

• podstawowa warstwa, która dostarcza metod do przesłania przez lokalne medium bitów tworzących ramkę warstwy łącza danych

• Transport ramki przez lokalne medium wymaga następujących elementów warstwy fizycznej:

• Medium fizyczne i odpowiednie złączki

• Reprezentacja bitów w medium

• Kodowanie danych i informacji kontrolnych

• Układ nadawczo-odbiorczy zaimplementowany w urządzeniach sieciowych

­___________________________________________________________________________

Routery - są urządzeniami pracującymi w warstwie sieci. Wykonują one następujące funkcje:

• marszrutyzacja (trasowanie)

• filtracja pakietów

• ochrona kryptograficzna transmisji

• rozszerzona diagnostyka sieci

• optymalizacja przepływu

• translacja protokołów

Tablica routingu –zawiera skojarzenie pomiędzy IP przeznaczenia a IP routera następnego przejścia.

• routing IP jest dokonywany na podstawie kolejnych przejść

• router nie zna pełnej trasy do żadnego z punktów przeznaczenia

• routing jest możliwy dzięki przekazaniu datagramu do następnego routera

Routing - wielokrotne trasy

• Istnienie tras wielokrotnych gwarantuje:

• poprawną niezawodność sieci,

• optymalizację przepływów informacyjnych.

• Rozwiązanie takie wymaga jednak:

• określenia sposobu odnajdywania tras łączących nadawcę z odbiorcą,

• ocenę efektywności konkretnych połączeń.

• Podstawową charakterystyką systemów z trasami wielokrotnymi jest ich żywotność (lifeness)

Żywotnością nazywamy cechę systemów pozwalającą na funkcjonowanie w pełnym zakresie jakościowym i ograniczonym ilościowo w przypadku uszkodzenia części jego elementów składowych.

Wysoka żywotność systemu zapewnia się poprzez nadmiarowanie: czasowe, sprzętowe, informacyjne.

Zwielakratnianie (nadmiarowanie) pozwala budować systemy odporne na uszkodzenia. Za pomocą technologii tej klasy budowane są głównie systemy newralgiczne.

Podział Protokołów Routingu:

• Routing statyczny

• Routing dynamiczny

• Wewnętrzny: z wektorem odległości, stanu łącza

• Zewnętrzny: z wektorem odległości, stanu łącza

• Routing statyczny

• Przewidywalny - trasa po której pakiet jest przesyłany jest dobrze znana i może być kontrolowana,

• Łącza nie są dodatkowo obciążone wiadomościami służącymi do routowania,

• Łatwe do skonfigurowania w małych sieciach,

• Brak skalowalności

• Brak obsługi redundantnych połączeń

• Nieumiejętność dostosowania się do dynamicznych zmian w konfiguracji sieci

• Routing dynamiczny

• Skalowalność

• Zdolność dostosowania się do zmian topologii sieci

• Łatwość konfiguracji - nie popełniamy błędów

• Większy stopień zawiłości działania sieci. Im lepiej protokół reaguje na zmiany w sieci tym bardziej skomplikowany musi być - trudności w implementacji - różnice pomiędzy sprzętem od różnych producentów

• Konieczność okresowej wymiany danych to z punktu widzenia użytkownika niepotrzebne obciążenie sieci.

Kryteria oceny tras (Ponieważ określanie tras musi być wykonywane maszynowo, zastosowanie do tego celu kryteriów intuicyjnych jest niedopuszczalne. Metody oceny powinny być sformalizowane i charakteryzować się wysoką prostotą obliczeniową)

• Używane dwie grupy metod: Distance vector, Link state

• Ilość węzłów pośrednich przechodzonych na trasie pomiędzy nadawcą i odbiorcą.

• Na podstawie tablic routingu określamy ile węzłów jesteśmy zmuszeni przejść aby dojść do odbiorcy, czyli tzw. Hopów.

Wada - hopy nie uwzględniają rzeczywistych odległości, przepustowości, łączy, uszkodzeń.

Zaleta - przy wyborze drogi o mniejszej ilości węzłów mniej węzłów będzie zaangażowanych w przesyłanie pakietu, czyli potrzebna będzie mniejsza moc obliczeniowa.

• Przepustowość łączy - gdy przepustowość wybranej trasy jest większa, zwiększa się również prawdopodobieństwo, że pakiet dojdzie do odbiorcy.

• Cena - wybieramy tańsze łącza (np, w przypadku dzierżawienia).

• Stopa błędu - jeśli łącze przeciążone, czyli stopa błędu duża to zmiana trasy.

System autonomiczny

• wydzielony administracyjnie (przez przypisanie AS-id) zbiór routerów, który realizuje ten sam protokół routingu dynamicznego

• wprowadzenie AS zmniejsza wielkość tablic routingu oraz skraca czas ich wyznaczania przez protokoły routingu

• wprowadzenie AS (hierarchii) jest podstawą skalowalność routingu w sieci Internet

Protokoły routingu – wymagania:

• Zbieżność:

• router potrzebuje czasu na znalezienie alternatywnej ścieżki w wypadku zmiany topologii sieci (np. awaria)

• czas, po którym routery będą miały jednakowy "obraz" sieci jest zależny od konfiguracji (np. odstęp między periodycznie rozsyłanymi pakietami)

• Czas wykrywania awarii:

• łącza szeregowe: natychmiastowo (przerwa w obwodzie)

• Token Ring i FDDI: od razu

• Ethernet: dwa lub trzy cykle zegara "keepalive"

• Brak EIGRP Hello lub OSPF Hello

Protokoły routingu

• Wewnętrzne

• Stosowane wewnątrz jednej domeny administracyjnej

• Proste, w małym stopniu obciążają routery

• Małoskalowalne

• RIP (Routing Information Protocol), IGRP (Interior Gateway Routing Protocol), OSPP (Open Shorten Path first)

• Zewnętrzne

• Odpowiadają za wymianę informacji pomiędzy dwiema niezależnymi administracyjnie sieciami

• Dają się skalować, łatwo obsługuję duże sieci

• Są skomplikowane, ilość dodatkowych Informacji przesłanych siecią może szybko zablokować pracę małej lub średniej sieci

• EGP (exterior gateway protocol), BGP (border gateway protocol)

Protokoły routingu wektora odległości

• Każdy router okresowo wysyła do swoich sąsiadów kompletną tablicę routingu.

• Każda z tras w tablicy opisywana jest przez wektor zawierający dwie informacje: kierunek oraz odległość.

• Kierunek definiuje na jaki interfejs należy wysłać pakiety, aby dotarły do adesu docelowego (przeznaczenia), jest on określony przez adres następnego skoku.

• Odległość zawiera zaś informację, jak daleko od routera znajduje się adres docelowy, miarą odległości najczęściej jest liczba przeskoków, jakie muszą zostać wykonane przed dotarciem do adresu przeznaczenia.

• Rzadziej miarą odległości może być również czas podróży pakietu do adresu przeznaczenia lub inna wartość niezwiązana stricte z odległością, np. koszt danej drogi.

• Koszt może być również określony przez administratora sieci.

• Router wybiera najlepszą trasę do adresu docelowego ze wszystkich możliwych na podstawie porównania kosztu, jaki niesie ze sobą każda z tras przesyłu.

• Sposób porównywania zależny jest od wybranej techniki wwyznaczania miary odległości/kosztu.

• Protokoły wektora odległości są łatwe w konfiguracji.

• Znajdują zastosowanie w niewielkich sieciach.

• Największą wadą jest mała zbieżnośc, przez co czas reakcji na zmiany w topologii sieci, tj. awarie pewnych segmentów sieci lub dodanie nowych segmentów może być dosyć duży.

• Protokoły te generują dodatkowy ruch związany ze wspomnianą cykliczną aktualizacją.

• Przykładowymi protokołami wektora odległości są: RIP i IGRP

RIP - Routing Information Protocol

• Wspiera IPv4

• Protokół wektora odległości - wykorzystuje skoki w celu określenia najlepszej trasy

• Limit skoków wynosi 15, wartość 16 oznacza cel nieosiągalny (przeciwdziała pętlom)

• Uaktualnienie co 30 sekund

• Wykorzystuje protokół UDP port 520

• Maksymalny rozmiar pakietu 512 bajtów - 20 ścieżek

• Dwie dostępne wersje:

• RIP I

• Pojedyncza maska dla wszystkich podsieci

• Uaktualnienia wysyłane rozgłoszeniowo

• RIP II

• Przenosi informacje o maskach podsieci

• Przenosi informacje o następnym skoku

• Wysyła uaktualnienia multicastowo (224.0.0.9)

• Wspiera autentykację

Wada: po 2 min. router wpisuje do swojej tablicy nową drogę do sieci

Zaleta: zmniejsza prawdp. wystąpienia zjawiska zliczania do niesk.

Protokoły routingu stanu łącza - utrzymują złożone bazy danych z informacjami o topologii, mają pełną informację o odległych routerach, najlepsza ścieżka jest obliczana przez każdy router.

Cechy, które powinien spełniać algorytm routingu dla protokołu stanu łącza:

• Szybka zbieżność

• Optymalizacja

• Elastyczność

• Skalowalność

• Prostota

• Odporność na błędy

• Prostota i niski koszt

• Stabilność

Elementy:

• Algorytm STP

• Drzewo SPF

• Ogłoszenia LSA

• Bazy danych topologii

• Tablica routingu tras i portów

Param. wykorzystywane do obliczania …:

• Koszt

• Szerokoś pasma

• Niezawodność

• Obciążenie

• Opóźnienie

• Liczba przeskoków

• Impulsy zegarowe

Algorytm Bellmana – Forda (najkrótsza ścieżka w grafie pomiędzy dwoma wierzchołkami-idea: operia się na metodzie relaksacji):

D^x(Y) = min_{z ∈ Y(X)}(C(X,Z)+D²(Y))

D^x(Y)- odl. w X pom. X a Y

N(X)- zbiór sąsiadów X_a

C(X,Z)- odl. bezp. łącza z X do Z