Protokoły w warstwie dostępu do sieci notatka z dnia 13.12.2014r.

 
Warstwa dostępu do sieci jest odpowiedzialna za wszystkie zagadnienia związane
z zestawieniem łącza fizycznego służącego do przekazywania pakietu IP do medium
transmisyjnego. Odpowiada między innymi za odwzorowywanie adresów IP na adresy
sprzętowe i za enkapsulację pakietów IP w ramki. Określa połączenie z fizycznym
medium sieci w zależności od rodzaju sprzętu i interfejsu sieciowego.
Warstwa dostępu do sieci w modelu TCP/IP definiuje funkcje umożliwiające korzystanie
ze sprzętu sieciowego i dostęp do medium transmisyjnego. W sieciach lokalnych
protokołem dostępu do sieci jest Ethernet, w sieciach rozległych są to m.in. protokoły
ATM i Frame Relay.

 

Definicja standardu Ethernet

 
Standard Ethernet został opublikowany w latach 80. ubiegłego wieku. Transmisja
osiągała szybkość do 10 Mb/s i była realizowana przez gruby kabel koncentryczny
na odległościach do 500 m. Pierwotny standard technologii Ethernet był wielokrotnie
poprawiany w celu dostosowania go do potrzeb nowych mediów transmisyjnych
i większych prędkości transmisji. Obecnie rodzina technologii Ethernet obejmuje
następujące standardy: Ethernet (prędkość 10 Mb/s), Fast Ethernet (100 Mb/s), Gigabit
Ethernet (1000 Mb/s), 10 Gigabit Ethernet (10 Gb/s), 40 Gigabit Ethernet (40 Gb/s) oraz
100 Gigabit Ethernet (100 Gb/s).

Autonegocjacja

 
Technologie Ethernet określają sposoby ustalania przepustowości łącza sieciowego nazywane
autonegocjacją. Interfejsy sieciowe mogą pracować w wielu trybach, w zależności
od rodzaju wykorzystywanego w sieci medium (tabela poniżej). Celem autonegocjacji jest
umożliwienie współpracy różnych urządzeń w trybie o najwyższej prędkości akceptowalnej
przez wszystkie urządzenia w sieci.
 
              
 

Format ramki Ethernet

 
 
 
 
Poszczególne elementy oznaczają:
- Preambuła — składa się z 7 bajtów złożonych z naprzemiennych jedynek i zer.
- SFD (ang. start frame delimiter), czyli znacznik początkowy ramki w postaci sekwencji 8 bitów (1 bajt).
- Adres MAC odbiorcy (6 bajtów).
- Adres MAC nadawcy (6 bajtów).
- Typ ramki (2 bajty).
- Dane (46 – 1500 bajtów) — jeżeli dane są mniejsze niż 46 bajtów, to są uzupełniane zerami.
- Suma kontrolna (4 bajty).

 

Standardy sieci Ethernet 

 
Standard sieci Ethernet został zdefiniowany przez IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) w normie o oznaczeniu 802.3. Oryginalna norma 802.3 definiuje standard sieci oznaczony jako 10Base-5. Kolejne odmiany tej technologii oznaczane są dodatkowymi przyrostkami literowymi. Są to między innymi: 802.3a (10Base-2), 802.3i (10Base-T), 802.3j (10Base-F), 802.3u (100Base-T4, 100Base-TX, 100BaseFX), 802.3z (1000BaseF), 802.3ab (1000BaseT), 802.3ae (10000Base-F).

Sieć FRAME RELAY

 
Frame Relay zapewnia komunikację połączeniową o przepływności do 45 Mb/s.
Funkcjonuje na telekomunikacyjnych łączach cyfrowych odznaczających się niskim
wskaźnikiem błędów. Frame Relay pozwala na łączenie sieci LAN, transmisję danych
i głosu, wideo- i telekonferencje.
Sieć Frame Relay składa się z wielu urządzeń sieciowych połączonych kanałami fizycznymi,
na których są tworzone połączenia wirtualne (logiczne). Mogą być one zestawiane
na stałe (ang. Permanent Virtual Circuits — PVC) i tymczasowo (ang. Switched Virtual
Circuits — SVC). Frame Relay zapewnia gwarantowaną szybkość transmisji (ang. Committed 
Information Rate — CIR).

 

Definicja technologi ATM

 

ATM jest technologią telekomunikacyjną, która umożliwia przesyłanie głosu, obrazów
wideo i danych przez sieci prywatne i publiczne. Podstawową porcją danych w sieciach
ATM jest komórka, która ma stałą długość 53 bajtów. Tworzy ją 5-bajtowy nagłówek ATM
i 48 bajtów treści zasadniczej. Małe komórki o stałej długości doskonale nadają się
do przesyłania głosu i obrazów wideo, ponieważ ruch ten nie toleruje opóźnień. Ruch
zawierający obrazy wideo i głos nie musi czekać na przesłanie większego pakietu danych.

W warstwie internetowej modelu TCP/IP działają następujące protokoły: 

 
- Protokół IP, który zapewnia usługę bezpołączeniowego dostarczenia pakietów przy użyciu dostępnych możliwości. 
Protokół IP nie uwzględnia zawartości pakietu, ale wyszukuje ścieżkę do miejsca docelowego.
 
- Protokół ICMP (ang. Control Massage Protocol),który pełni funkcje kontrolne i informacyjne. Jest on używany przez 
polecenia sprawdzające poprawność połączenia (np. polecenie ping).
 
- Protokół ARP (ang. Address Resolution Protocol), który znajduje adres warstwy łącza danych MAC dla znanego adresu IP.
 
- Protokół RARP (ang. Reverse Address Resolution Protocol), który znajduje adres IP dla znanego adresu MAC.
 
- Protokoły routingu (RIP, IGRP, EIGRP, OSPF, BGP).
     - RIP (ang. Routing Information Protocol – pol. Protokół Informowania o Trasach) – protokół bram wewnętrznych (IGP), oparty jest na zestawie algorytmów wektorowych, służących do obliczania najlepszej trasy do celu. Używany jest w systemach autonomicznych korzystających z protokołu IP (zarówno wersji 4 jak i 6). Dzisiejszy otwarty standard protokołu RIP jest opisany w dokumentach RFC1058 i STD 56. Obecnie najczęściej wykorzystywana jest druga wersja protokołu RIP (RIPv2).

    

    - IGRP (ang. Interior Gateway Routing Protocol) – protokół trasowania bramy wewnętrznej, będący jednym z protokołów sieciowych kontrolujących przepływ pakietów wewnątrzsystemu autonomicznego (ang. Autonomous System AS) – części sieci tworzącej spójną całość.

 

    - EIGRP (ang. Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) – otwarty protokół trasowania Cisco Systems operujący na wektorze odległości. Jest przeznaczony do trasowaniawewnątrz systemu autonomicznego (IGP).

Do przeliczania tras używa maszyny DUAL FSM (Diffused Update Algorithm Finite State Machine). Używany w sieciach o wielkości nieprzekraczającej 50 routerów. Używa płaskiej struktury sieci z podziałem na systemy autonomiczne. Do transportu pakietów wykorzystuje protokół Reliable Transport Protocol. Używa złożonej metryki.

Od protokołów typu link-state odróżnia go fragmentaryczna wiedza o strukturze sieci (jedynie połączenia do sąsiadów), a co za tym idzie nie wykorzystuje algorytmu DijkstryShortest Path First do przeliczania tras.

Chętnie wykorzystywany ze względu na łatwą konfigurację, obsługę VLSM i krótki czas konwergencji.

     

    - OSPF (ang. Open Shortest Path First), w wolnym tłumaczeniu: "pierwszeństwo ma najkrótsza ścieżka" ("open" oznacza otwartość, podobnie jak w Open Source) – protokół trasowania typu stanu łącza (ang. Link State). Zdefiniowany został jako OSPF wersji 2 w RFC 2328 (1998) dla IPv4.[1], a aktualizacja dla IPv6 jako OSPF wersji 3 w RFC 5340(2008).[2] Jest zalecanym protokołem wśród protokołów niezależnych (np. RIP, ang.Routing Information Protocol).

W przeciwieństwie do protokołu RIP, OSPF charakteryzuje się dobrą skalowalnością, wyborem optymalnych ścieżek i brakiem ograniczenia skoków powyżej 15, przyspieszoną zbieżnością. Przeznaczony jest dla sieci posiadających do 500 routerów w wyznaczonym obszarze trasowania.

Cechami protokołu OSPF są: trasowanie wielościeżkowe, trasowanie najmniejszym kosztem i równoważne obciążenia.

OSPF jest protokołem wewnątrzdomenowym – IGP (ang. Interior Gateway Protocol).

Routery korzystające z tego protokołu porozumiewają się ze sobą za pomocą pięciu komunikatów:

  • Hello – nawiązywanie i utrzymywanie relacji sąsiedzkich,

  • database descriptions – opis przechowywanych baz danych,

  • requests link-state – żądanie informacji na temat stanów połączeń,

  • updates link-state – aktualizacja stanów połączeń,

  • acknowledgments links-state – potwierdzenia stanów połączeń.

Protokół OSPF używa hierarchicznej struktury sieci z podziałem na obszary z centralnie umieszczonym obszarem zerowym (ang. area 0), który pośredniczy w wymianie tras między wszystkimi obszarami w domenie OSPF.


    

    - BGP (ang. Border Gateway Protocol) zewnętrzny protokół trasowania (routingu). BGP w wersji czwartej jest podstawą działania współczesnego internetu. Istnieje wiele rozszerzeń BGP stosowanych przy implementacji MPLS VPN, IPv6 czy Multicast VPN.

Jest protokołem wektora ścieżki umożliwiającym tworzenie niezapętlonych ścieżek pomiędzy różnymi systemami autonomicznymi. Obecny otwarty standard protokołu BGP jest opisany w dokumentach RFC 4271 i 1771. Protokół ten nie używa tradycyjnych metryk - analogiczną funkcję (determinanty wyboru trasy) pełnią atrybuty i algorytm wyboru. BGP pozwala na pełną redundancję w połączeniu z Internetem, jest również używany do połączenia dwóch systemów autonomicznych, do wymiany ruchu między tymi systemami.

Protokół BGP funkcjonuje w oparciu o protokół warstwy 4 (port TCP o numerze 179). Zapewnia to, że aktualizacje są wysyłane w sposób niezawodny, dzięki czemu w BGP niepotrzebne są mechanizmy retransmisji, segmentacji, itp. Rutery zestawiają pomiędzy sobą sesje BGP, dzięki którym mogą wymieniać się informacjami o dostępnych trasach (prefiksach) i wyznaczać najlepszą niezapętloną ścieżkę do sieci docelowych.

Format pakietu IP

 
Zadaniem warstwy internetowej jest wybranie najlepszej ścieżki dla pakietów przesyłanych w sieci. Podstawowym protokołem działającym w tej warstwie jest protokół IP (ang. Internet Protocol). Tutaj następuje określenie najlepszej ścieżki i przełączanie pakietów.
Protokół IP spełnia następujące zadania:
    - definiuje format pakietu i schemat adresowania,
    - kieruje pakiety do zdalnych hostów.

 

Postać, w jakiej dane są przesyłane przez pakiety IP, została przedstawiona na rysunku

 

    

 

Poszczególne elementy oznaczają:
    - Wersja — wersja protokołu IP.
    - Długość nagłówka — wartość tego pola pomnożona przez 32 bity określa długość nagłówka 
      w bitach.
    - Typ usługi (ang. Type of Service — ToS) — określa klasę usług, wykorzystywany przy zarządzaniu 
      ruchem.
    - Rozmiar pakietu — rozmiar całego pakietu IP podany w bajtach.
    - Identyfikator — używany podczas łączenia fragmentów danych.
    - Flagi — jest to 3-bitowe pole, gdzie pierwszy bit określa, czy dany pakiet może zostać podzielony 
      na fragmenty; drugi — czy pakiet jest ostatnim fragmentem. Trzeci bit nie jest używany.
    - Przesunięcie fragmentu — określa kolejną pozycję przesyłanych danych w oryginalnym 
      datagramie w celu jego późniejszego odtworzenia.
    - Czas życia (TTL) — z wiera znacznik życia pakietu. Pole to jest liczbą zmniejszaną przez każdy 
      router, przez który przechodzi. Kiedy wartość TTL osiągnie zero, pakiet jest zatrzymywany, 
      a nadawca zostaje poinformowany, że pakietu nie udało się dostarczyć.
    - Protokół — oznacza kod protokołu warstwy wyższej — transportowej.
    - Suma kontrolna nagłówka — służy do wykrywania uszkodzeń wewnątrz nagłówka.
    - Adresy źródłowy i docelowy pakietu — adres IP nadawcy i odbiorcy pakietu.
    - Opcje — dodatkowe informacje, nie zawsze używane, mogą dotyczyć na przykład funkcji 
      zabezpieczeń.
    - Wypełnienie — opcjonalne pole, które uzupełnia nagłówek pakietu zerami, aby jego wielkość była 
      wielokrotnością 32 bitów.
    - Dane — pole, w którym są transportowane właściwe dane