datanet 2

Per P Madsen AAU 1

Datanet 2.

DDel 2: Netværkslaget, Transportlaget og Socket-API’en.

•Protokoller•Routing•Quality of service•IPv4 og IPv6•Protokoller. UDP. TCP

Per P Madsen AAU 2

Grundlæggende Datanet

OSI modellen

Network

Fysisk

Data link

Transport

Session

Presentation

Applikation

WAN håndtering fx IP-protokollen

•Adressering•Routing•Multicasting•Fragmentering

Per P Madsen AAU 3


WAN netværk.SubnetHost Host

Netværkslagets opgave:At danne et virtuelt datanet mellem to host på et WAN.

Dvs. en netværksservice, uafhængig af hvilken LAN-net, WAN nettet er opbygget af.

Router

Per P Madsen AAU 4

Netværkslaget

fysiskDatalink

Netværk

Trans.

Session

Present.

App.

fysiskDatalink

Netværk

fysiskDatalink

Netværk

fysiskDatalink

Netværk

fysiskDatalink

Netværk

fysiskDatalink

Netværk

Trans.

Session

Present.

App.

Router Router

Host

Host Host

Host

En virtuel forbindelse.

Per P Madsen AAU 5


Service typer.Host Host

Service typer:• Connectionless. Også kaldt Datagram net eller Packet switching. Man afleverer sin pakke på posthuset (Routeren) med en adresse og går hjem uden at få at vide, hvad der sker med pakken.• Connection-Oriented. Man ringer modtageren op og får derved oprettet en fuld duplex forbindelse. Når man har forbindelse kan man sende sin strøm af data samt løbende få svar tilbage fra modtageren.

Per P Madsen AAU 6

Connectionless eller datagram service

Virkemåde:• Data sendes i pakker med

en given max størrelse.• Pakkerne routes

uafhængigt af hinanden.

Per P Madsen AAU 7

Routing

In:outIn:outIn:outIn:out

Router Routing tabel

Forwarding af pakker: Kik i routingtabellen for at finde Ud-forbindelsen og send videre.

Routing:Bestem indholdet af routingtabellen.

Pakke ind Ud-forbindelse

Per P Madsen AAU 8

Routing

Statisk routing:Routingtabellen bliver sat, en gang for alle.Fx Shortest Path Routing.

Dynamisk routing:Routingtabellen opdateres dynamisk.Fx Distance Vector Routing.Link State Routing.

Per P Madsen AAU 9

Connectionless: Internettets mådeHistorie:• Midt i 60’erne: DoD (Det Amerikanske forsvarsministerium)

ønskede et robust net, der kunne overleve en atomkrig.

• DoD gik til ARPA (Advanced Research Projekt Agency)

• ARPA fandt frem til, at DoD skulle bruge et Packet switching net med host computere forbundet af sub-net.

HostHost

IMP (Interface message processer)

Per P Madsen AAU 10

Internettet

• Samtidig med ARPA-nettet udvikles forskellige LAN-net.

• Man indså, at ARPA-nettet ikke var velegnet til integrering af forskellige LAN-net.

• Cerf og Kahn 1974 kom med løsningen TCP/IP

• Berkeley University integrerede TCP/IP i UNIX 4.2BSD og udviklede API’en Socket.

• TCP/IP blev den officelle standard d. 1/1 1983.

Per P Madsen AAU 11

Internet protokollen IPv4

Adresser: IP-adresser 32 bit.

Pakkeformat: IP-datagram.

IP-header TP-Data Unit

20-60 byte Max 64 Kbyte

Sevice type:Connectionless.Unreliable Best-Effort delivery.

- Datagram loss- Fejl i data.- Forsinket/ude af orden.- Duplikering af datagrammer

Per P Madsen AAU 12

IPv4 header

Version: 4, IHL (Internet Header Length) 5-15,Type of service: Delay, Throughput, ReliabilityTotal length: Total længde, dvs header + data.Identification: Id-nummer for samlet datastrøm.DF: Don’t fragment, MF: More fragment, Fragment offset: Fragmentadr. * 8

Per P Madsen AAU 13

IPv4 header

Time to live: Antal hop eller routere, pakken må gennemløbe.Protokol: Hvilken protokol, der er indkapslet i IP-pakken. TCP: 6, UDP: 17Header checksum: Checksum af headeren.Source add: Senderens IP adresse.Destination add: Modtagerens IP adresse.

Per P Madsen AAU 14

Fragmenteringhost

host

Ethernet

ARCnet

Ethernet

MTU= 1500 byte

MTU= 512 byte

MTU= 1500 byte

Id=x, MF=0Offset= 0

Total L.= 1500Data: 1480 byte

Id=x, MF=1Offset= 0


Id=x, MF=1Offset= 61


Id=x, MF=1Offset= 122


Id=x, MF=0Offset= 183Total L.= 56

Data: 36 byte

Per P Madsen AAU 15

IP-addresser: IPv4-32 bit

Traditionel notation: 130.225.50.124

Uniform adressering uafhængigt af underliggende LAN-net

Hver Host/computer til net forbindelse får en unik IP-adresse.

IANA http://www.iana.org/

Styrer tildelingen af netværksadresser.

Per P Madsen AAU 16


suffixprefix0

suffixprefix1

suffixprefix1

Multicast adresser1

1

1 1

0

0

0

Klasse A

Klasse B

Klasse C

Klasse D

8 bit 8 bit 8 bit 8 bit

Prefix: Netsværk id.Suffix: Host id.

A: 128 net og 16 mil. hostB: 16384 net og 64 K hostC: 2 mil. net og 256 host

Per P Madsen AAU 17


Løsning: Classless Inter Domain Routing CIDR194.211.0.16/21

Problem: Klassesystemet passer til alm virksomheder.Klasse C for få hosts.Klasse B for mange hosts.

suffixprefix

21 bit 11 bit

Prefix1.Prefix2.Prefix3.Prefix4.

Maske1Maske2Maske3Maske4

Next hop.Next hop.Next hop.Next hop.

Routertabel

Per P Madsen AAU 18

IP-adresser: IPv4-32 bit

Løsning: Private netværk med en forbindelse til det globale net.

Problem: Det globale adresserum er stadig for lille.

IP-adresser til private net:

10.0.0.0.0 – 10.255.255.255172.16.0.0 – 172.31.255.255192.168.0.0 – 192.168.255.255

Per P Madsen AAU 19

IP-addresser: IPv4-32 bitNat eller proxy kommunikation.

Per P Madsen AAU 20

IP-adresser.

Endelig øsning: IPv6 128 bit adresser. Så er der plads nok!!!Problem: Det globale adresserum er stadig for lille.

Per P Madsen AAU 21

ARP- Address resolution Protokol

Problem: IP-adressen er et virtuelt nummer. Dvs kan ikke bruges på et LAN.

Løsning: ARP- Address Resolution Protokol.Dvs. omsætning fra IP-adr. Til MAC-adr.

Host Host Host Host Host... ...

RouterEthernet

Per P Madsen AAU 22

ARP- Address resolution Protokol

Per P Madsen AAU 23

IPv6

Begrundelse:• Større adresserum.• Simplere routing.• Bedre sikkerhed. • Bedre QoS, specielt RealTime• Mulighed for Multicast og Anycast.• Give mulighed for fremtidig udvikling.• Sikre Coeksistens af IPv4 og IPv6.

Per P Madsen AAU 24

IPv6

Per P Madsen AAU 25

IPv6 adresser

Hexadecimalnotation:

8000:0000:0000:0000:1234:5678:9ABC:DEF0

8000::1234:5678:9ABC:DEF0

Eller IPv4: ::124.225.51.17

Per P Madsen AAU 26

IPv6 Extension header

Extension header typer:• Fragmentering• Cryptering.• Authentication.• Routing.• Modtager information.• m.fl.

Per P Madsen AAU 27


OSI modellen

Network

Fysisk

Data link

Transport

Session

Presentation

ApplikationSkabe forbindelse mellem to programmer/processer.Håndtering af integritet fx TCP og UDP protokollerne

•Connection•Reliabel•Sekvens•Flow Control•Buffering•Stream•Congestion control

Per P Madsen AAU 28


TransportlagProblem: Hvordan skabes der kontakt mellem to programmer, når der kan køre mange programmer på både sender maskinen og modtager maskinen.

Løsning: Portnumre.

12..

80..

http://www.iana.org/assignments/port-numbers

12.

21...

PortmapProgrammer

Per P Madsen AAU 29


Transportlag

Administration af portnumre:http://www.iana.org/assignments/port-numbers

IANA standard porte: 0 – 1023 Fx:7 – echo11 – systat21 – ftp80 – WWW

IANA registrering: 1024 – 49151 Fx26000 – Quake

For dynamisk og privat brug: 49152 til 65535

Per P Madsen AAU 30


Transportlag: UDP

User Datagram Protokol:Kun håndtering af porte.Dvs:

• Connectionless.• Unreliabel.• Ingen sekvens håndtering.• Ingen Flow Control.• Ingen Congestion Control.

Men effektiv.

Per P Madsen AAU 31


Transportlag: UDP

Datalink Netværk UDP-header Data

Samlet dataframe med UDP transportprotokol.

Anvendelse:Voice over IP, Proceskontrol, semi-RealTime, Eksperimental protokol.

Per P Madsen AAU 32


Transportlag: TCP

Transport Control Protokol:Etablering af en sikker kanal mellem to programmer.Dvs:

• Connection-oriented.• Reliabel.• Sekvens håndtering.• Flow Control.• Congestion control.• Fuld duplex.• Streaming.• Buffering.

Kræver to-vejs kommunikation med acknowledgedog handshake.

Per P Madsen AAU 33


Transportlag: TCPConnection-oriented. Dvs: Punkt til punkt forbindelse med:

Reliable connection startup.Graceful connection shutdown.

Metode: The 3-way handshake

Host 1 Host 2Hej! Jeg vil snakke med dig

Hej! Jeg har forstået og er klar.

Jeg er også klar.

Per P Madsen AAU 34


Transportlag: TCPReliabel?Metode:

Positive Acknowledgement with Retransmission (PAR) Modtager

Sender positiv Ack.

Sender

Timer

Sender data ogstarter timer

Sender positiv Ack.

Sender data ogstarter timer

Timer

Per P Madsen AAU 35


Transportlag: TCP

Fejl: Datagram loss, fejl i data, forsinkelser.

ModtagerSender data ogstarter timer

Sender

Timer

Sender positiv Ack.Timer

Per P Madsen AAU 36


Transportlag: TCPTimer: Kort tid => bedre efektivitet.

For kort tid => for mange retransmissioner, dermed dårligere effektivitet.

Timer estimering:RTT: Middel Round-trip time.M: Målt Round-trip time.

RTT= a*RTT+(1-a)*M.

Timer fx:Time = 1,5 * RTT

Per P Madsen AAU 37


Transportlag: TCP

D= D*b+(1-b)*|RTT-M|

Dvs D er et estimat af spredningen.

Time = RTT + 4 * D

Per P Madsen AAU 38


Transportlag: TCP

• Sekvens håndtering.• Flow Control.• Streaming.• Buffering.

Løsning: Brug af Window management.

Per P Madsen AAU 39


Transportlag: TCPWindow management.

Per P Madsen AAU 40


Transportlag: TCP

Congestion control.

Problem: Der kan være flaskehalse i et WAN net. Timeout skyldes oftest for megen trafik og ikke fejl. Retransmission forøger trafikken.

Løsning: Der retransmiteres ved timeout, dog med mindre datamængder.

Per P Madsen AAU 41


Transportlag: TCPCongestion control.

Init:Threshold= 32 KbyteCW= 1500 byte (Ethernet)

If Not timeoutIf CW < Threshold.

CW= 2 * CWElse CW= CW + 1K

If timeoutThreshold = ½* ThresholdCW= 1500 byte

Per P Madsen AAU 42


Transportlag: TCPHeader.

Source port og Dest. Port: Portnumre på hhv. sender og modtager siden.Sequence number: Adressen på den første byte i data.Ack. number: Piggybacket Ack. adressen på korrekt modtaget datamængde.TCP header length: Headerlængde.

Per P Madsen AAU 43



URG bit samt Urgent pointer: Special besked, der sendes direkte igennem.ACK bit: Ack. nummeret er validt.PSH bit: Spring input buffer over.RET bit: Resetter forbindelse ved fejl.SYN og FIN: Bruges til oprettelse og nedlæggelse af en connection.

Per P Madsen AAU 44



Window size: Buffer plads i senderens input buffer.Checksum: 1. kompliment af header + pseudoheader + data.

Per P Madsen AAU 45

API – Application Program Interface

FysiskData LinkNetworkTransportSession

PresentationApplication

Socket

RPC, RMI og CORBA


Per P Madsen AAU 46

Clinet-Server

12.....

12.....

Client Server

SocketBindSend Req.Recive Reply.

SocketBindListen

Wait for Req.Read req.Serve req.Send Reply.

En fuld forbindelse:(Client adr, Client port, Server adr, Server port, Protokol)

Per P Madsen AAU 47

TCP-Socket

Socket ls = new Socket(ipe.AddressFamily, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

ls.Bind(endPoint);ls.Listen(5);

Socket cs = ls.Accept();

int n = cs.Receive(msg);cs.Send(msg);cs.Close();

Socket s = new Socket(ipe.AddressFamily, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);s.Bind(senderRemote);s.Connect(sername, 11000);s.Send(Encoding.ASCII.GetBytes("This is a tcp test"));s.Receive(rmsg);s.Close();

TCPserver

TCPclient

Per P Madsen AAU 48

TCP-serverIPEndPoint endPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 11000);

Socket ls = new Socket(endPoint.Address.AddressFamily, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

byte[] msg = new Byte[256];

ls.Bind(endPoint);ls.Listen(5); while (true){ Socket cs = ls.Accept(); int n = cs.Receive(msg); cs.Send(msg); cs.Close();}

Per P Madsen AAU 49

TCP-client

IPEndPoint sender = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);EndPoint senderRemote = (EndPoint)sender;byte[] rmsg = new Byte[256];

Socket s = new Socket(sender.Address.AddressFamily, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);s.Bind(senderRemote);s.Connect(sername, 11000);

s.Send(Encoding.ASCII.GetBytes("This is a tcp test"));s.Receive(rmsg);

s.Close();

Per P Madsen AAU 50

UDP-Socket

Socket s = new Socket(ipe.AddressFamily, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);

s.Bind(endPoint);s.ReceiveFrom(msg, 0, msg.Length, SocketFlags.None, ref rendPoint);....s.Close();

Socket s = new Socket(ipe.AddressFamily, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);s.Bind(endPoint);s.SendTo(msg, 0, msg.Length, SocketFlags.None, endPoint);....s.Close();

UDPserver

UDPclient

Per P Madsen AAU 51

UDP-serverIPEndPoint endPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 11000);

Socket s = new Socket(endPoint.Address.AddressFamily, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);

IPEndPoint sender = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);EndPoint senderRemote = (EndPoint)sender;

s.Bind(endPoint);byte[] msg = new Byte[256];

s.ReceiveFrom(msg, 0, msg.Length, SocketFlags.None, ref senderRemote);Console.WriteLine("\nClient info:" + senderRemote.ToString());Console.WriteLine("Client Add Family:" + senderRemote.AddressFamily);

s.SendTo(msg, 0, msg.Length, SocketFlags.None, senderRemote);

s.Close();

Per P Madsen AAU 52

UDP-clientIPHostEntry hostEntry = Dns.GetHostEntry(sername);IPEndPoint endPoint = new IPEndPoint(hostEntry.AddressList[0], 11000); IPEndPoint sender = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);EndPoint sRemote = (EndPoint)sender;byte[] rmsg = new Byte[256];

Socket s = new Socket(endPoint.Address.AddressFamily, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);

byte[] msg = Encoding.ASCII.GetBytes("This is a test"); s.SendTo(msg, 0, msg.Length, SocketFlags.None, endPoint);s.ReceiveFrom(rmsg, 0, rmsg.Length, SocketFlags.None, ref sRemote);Console.WriteLine(”Fra server: " + Encoding.ASCII.GetString(msg));

s.Close();

datanet 2

Documents

p madsen aauconnectionless

p madsen aauroutingin

p madsen aauservice

p madsen aauipv4 headertime

madsen aauinternettetsamtidig

datagram net

madsen aauipv4 headerversion

madsen aauwan netvrk