Grunnleggende om nettverk.

Kompendium til bruk ved Oslo By Steinerskole, IKT driftsfag.

Del 4, Protokoller, hva er de og hva gjør de?



Protokollenes funksjon:

Protokoller er regler og prosedyrer for hvordan kommunikasjon skal foregå. For eksempel vil diplomater fra forskjellige land ha forskjellig bakgrunn og forskjellig oppfatning av hva som er høflig og pent å gjøre mot andre. I gamle dager var det vanlig at man rapte høyt efter maten i Kina, det er ikke vanlig i vesten. Vi kan godt tenke oss at det kan oppstå misforståelser når en person oppfører seg slik hun er vant til, og regner som høflig, dersom dette blir regnet som uhøflig av de andre som er til stede. Dette er årsaken til at det er utarbeidet diplomatiske protokoller for hvordan man skal oppføre seg. Dette dreier seg om alt fra å ikke snakke i munnen på hverandre, hilse på nye gjester som kommer eller rangordningen ved Kongens bord. (Hvem sitter nærmest, og hvem sitter lengst unna kongen).

Det samme gjelder for kommunikasjon mellom datamaskiner. Dersom vi har flere datamaskiner som er koblet sammen i et nettverk, er det essensielt at de har regler for hvordan kommunikasjonen skal foregå. Disse reglene kalles protokoller.

Det er tre grunnleggende ting å huske når det gjelder protokoller:

  1. Det finnes mange protokoller. Alle protokoller brukes til å overføre informasjon, på en eller annen måte, eller er hjelpere til protokoller som faktisk overfører informasjon. (Et eksempel kan være DNS). De forskjellige protokollene har forskjellige oppgaver og forskjellig formål. Hver eneste protokoll har sine fordeler og sine ulemper.

  2. Noen protokoller arbeider på forskjellige lag i OSI modellen. Det laget i OSI modellen som protokollen fungerer på, beskriver protokollens funksjon.
    For eksempel kan en bestemt protokoll operere på det fysiske laget i OSI modellen. Da vet vi at denne protokollen har til oppgave å sende data gjennom nettverkskortet og ut på nettverket.

  3. Flere protokoller kan arbeide sammen. Dette kaller vi en protokoll ”stack” eller protokoll ”suite”.

Akkurat slik som et nettverk har funksjoner på alle lag i OSI modellen, vil forskjellige protokoller arbeide sammen på forskjellige lag, eller mellom forskjellige lag i en protokollstack. De forskjellige nivåene i en protokollstack vil korrespondere til forskjellige lag i OSI modellen. Ser man det hele samlet vil protokollene i en stack beskrive hvilke oppgaver og funksjoner stacken har.

Hvordan virker protokollene?

Den tekniske operasjonen det er å sende data over nettverket må brytes ned i små systematiske deler, slik at det ikke blir for vanskelig å få oversikten. På hvert eneste trinn i prosessen er det bestemte handlinger som utføres. Ingen av disse handlingene kan utføres på noe annet nivå (lag) i nettverksmodellen. Alle trinnene må utføres i riktig rekkefølge. Hos avsendermaskinen må det gå gjennom hele nettverksmodellen fra topp til bunn, og hos mottagermaskinen må det gjøres motsatt, alt må gå gjennom alle trinn, fra bunn til topp.

Avsendermaskinen:

På avsendermaskinen må protokollene:

Mottagermaskinen:

På mottagersiden vil protokollstacken gjøre nøyaktig det samme som avsenderen, men i motsatt rekkefølge:

Både avsender og mottagermaskinene må utføre hver eneste handling på nøyaktig samme måte, ellers vil ikke dataene bli slik de opprinnelig var, efter at de er kommet frem.

For eksempel vil avsendermaskinen legge til informasjon om hvor store pakkene er, CRC og timinginformasjon. Dersom mottagermaskinen ikke plukker dette av igjen, i riktig rekkefølge vil det ikke være mulig å forstå de dataene som er kommet frem. Dette kan skje dersom maskinene på nettverket snakker med forskjellige protokoller. Det virker ganske enkelt ikke. Det blir på samme måte som med sprog blant mennesker, en nordmann og en somalier kan begge snakke, de kan begge fortelle om de samme tingene, men de kan ikke forstå hverandre. Protokoller er altså som sprog også, ikke bare som høflighetsregler.

Rutbare og ikke-rutbare protokoller:

Helt frem til midten av 80-tallet var stort sett alle datanettverk isolerte. Det vil si at de ikke kunne snakke med maskiner som tilhørte et annet nettverk, bare de som tilhørte det samme, lokale nettverket. Det vanligste var at det var små, separate nettverk i forskjellige bedrifter og foreninger eller organisasjoner, men bare unntaksvis var et slikt nettverk knyttet sammen med andre nettverk. Efter hvert som det ble mer og mer vanlig å ha nettverk lokalt, LAN, vokste det også frem et behov for å la disse nettverkene snakke med hverandre, fra nettverk til nettverk, ikke bare maskin til maskin internt i nettverket. Det var de store bedriftene som først efterspurte dette, de hadde gjerne kontorer i flere land og trengte en rask og sikker måte å overføre data. Det ble for tregt å sende disketter eller taperuller i posten.

Data som sendes fra et LAN til et annet LAN vil ofte kunne følge mer enn en mulig vei frem til bestemmelsesstedet. Disse pakkene må rutes, det vil si, de må ha en rute å følge. De kan ikke bare slippes løs i telefonledningene, de må på en eller annen måte vite hvor de skal ta veien. Protokoller som har denne egenskapen, vi sier ofte at protokollen støtter dette, altså om den kan avgjøre om en datapakke er beregnet på en maskin i det lokale nettverket, eller en maskin i et annet nettverk, kalles rutbare protokoller. (Rutbar = routable). Disse protokollene vil nesten alltid ha mulighet for å velge mer enn en mulig rute. Fordi de rutbare protokollene kan binde sammen flere LAN over store avstander er de blitt stadig viktigere i nettverkene. Uten rutbare protokoller, intet Internet.

Q & A:

Q:

Fyll inn ordene som mangler i disse setningene:

  1. Avsendermaskinen bryter data opp i små _________ som protokollene behandler videre.

  2. Dersom flere separate protokoller samarbeider, kaller vi dette en _____________

  3. Mottagermaskinen legger pakkene i en ____________ for å kunne sette dem sammen i riktig rekkefølge senere.

  4. Protokoller som støtter dataoverføring fra LAN til LAN via forskjellige veier kalles for _______________ protokoller.

  5. Mottagermaskinen setter sammen datapakkene slik at dataene blir sånn som de opprinnelig var før den sender dataene til en ____________

A:

  1. pakker

  2. protokollstack

  3. buffer

  4. rutbare

  5. applikasjon (=program)

Protokoller i en lagdelt struktur:

I et nettverk må flere protokoller samarbeide for å være sikker på at data blir:

De forskjellige protokollene har forskjellige oppgaver. Disse oppgavene må koordineres (samkjøres) slik at det ikke oppstår konflikter. Det må aldri være tvil om hvilken operasjon som skal foretas når. Måten å sørge for en slik koordinering er å lagdele strukturen.

Protokollstack:

OSI modellens lagdeling

En protokollstack er en kombinasjon av protokoller. Hvert av lagene bestemmer bestemte funksjoner og dermed hvilke protokoller som skal arbeide på det laget. Hver eneste protokoll har ansvaret for en bestemt funksjon eller rutine i kommunikasjonsprosessen.

Vi ser raskt på de 7 lagene i OSI modellen:

7) Application layer: Setter i gang en kommunikasjonsprosess, eller aksepterer et ønske om kommunikasjon fra en annen maskin.

6) Presentation layer: Legger til formatering, fremvisningsformat, komprimering og evt. kryptering

5) Session layer: Legger til trafikkinformasjon for å bestemme når pakken skal sendes.

4) Transport layer: legger til feilrettingsinformasjon (CRC)

3) Network layer: hovedsakelig adressering og sekvensering (rekkefølgen på pakkene)

2) Data link layer: forbereder data for fysisk overføring i kabelen og legger til feilsjekkingsinformasjon

1) Physical layer: Pakkene sendes som en strøm av bits i kabelen

Akkurat som i OSI modellen er det slik også i protokollstackene at de nederste lagene gir spesifikasjoner som produsenter av nettverksutstyr må forholde seg til. Hvis de ikke gjør det får de problemer med å selge utstyret fordi det ikke passer sammen med utstyr fra andre produsenter. Få kunder ønsker å binde seg til en produsent, med mindre de har helt spesielle behov.
De øvre lagene i stacken definerer hvordan programvare skal kommunisere. Jo høyere opp i lagstrukturen en protokoll befinner seg, jo vanskeligere, eller mer sofistikerte oppgaver har den. Det er gjerne slik at de lavere protokollene har enklere oppgaver.

Bindingsprosessen:

Bindingsprosessen er den handlingen hvor operativsystemet blir klar over hvilke protokoller som er installert, hvilke(t) nettverkskort som bruker protokollen også videre. En maskin kan godt ha mer enn et nettverkskort. Det er mange servere som har flere, det er faktisk vanlig i private hjem også. Da gjelder det ofte å dele en Internettoppkobling slik at flere i hjemmet kan benytte Internet samtidig. Dette kalle Internet Connection Sharing (ICS). Det er også mulig for et nettverkskort å ha flere protokoller ”installert”. Her står ”installert” i anførselstegn fordi det er operativsystemet, ikke kortet som har protokollen installert. Bindingsprosessen bestemmer hvilke kort som lytter til hvilke protokoller, og i hvilken rekkefølge de lytter efter dem. For eksempel kan et nettverkskort ha bundet både TCP/IP og IPX/SPX til seg. Da vil bindingsordenen bestemme om kortet først skal forsøke å kommunisere med TCP/IP, eller om det først skal velge IPX/SPX. Det er ikke uvanlig at bedrifter setter opp nettverket slik at det er en maskin som deler ut Internet til de andre. Den maskinen har da to nettverkskort. Et til WAN og et til LAN. For å bedre sikkerheten i LAN kan man velge å installere både TCP/IP og IPX/SPX på den maskinen som har ICS. Alle maskinene på LAN får bare IPX/SPX. På denne måten kan ICS maskinen (som nå egentlig er en ruter) snakke IPX/SPX med maskinene på LAN og TCP/IP med Internet. Dette gjør det mye vanskeligere for en cracker å bryte seg inn på nettverket. IPX/SPX er rutbar men kan ikke brukes på Internet.

Det er altså slik at bindingsprosessen gjør maskinen oppmerksom på hvilke protokoller den har tilgjengelig, mens bindingsordenen er et resultat av bindingsprosessen og angir hvilken rekkefølge maskinen skal lytte på de forskjellige protokollene.

Dersom TCP/IP er bundet først vil maskinen forsøke å kommunisere med TCP/IP. Hvis det mislykkes vil den forsøke med neste protokoll i bindingsordenen, deretter den tredje også videre. Dette foregår uten at du får feilmeldinger, men det kan logges dersom du har lyst til å se hva som foregår.

Det er viktig å forstå at det ikke bare er protokoller og nettverkskort som bindes. Det gjelder også slik at protokollene i stacken må bindes til komponenter som ligger over hele stacken. Det kan for eksempel være når TCP/IP blir bundet til den høyereliggende protokollsuiten NetBIOS. NetBIOS session layer ligger ”over” hele TCP/IP stacken. I den motsatte enden må TCP/IP bindes til nettverkskortets driver. Nettverkskortdriveren er igjen bundet til selve nettverkskortet. Dette er nødvendig for å oppnå en glatt og ren transport av data fra programmene aller øverst til selve den fysiske kabelen, eller et annet medium.

Standard protokollstacker:

Dataindustrien har utarbeidet en rekke protokoller gjennom årene. Mange er for lengst avgått ved døden, og det er nok ofte bra. Blant de som er igjen er det vel disse som er de viktigste:

Alle disse protokollstackene består av flere protokoller som ligger lagdelt slik som I OSI modellen. Hver protokoll har en spesifikk oppgave, som bare kan gjøres av den og bare på det stedet i kjeden.

Det er vanlig å dele opp protokollene i tre hovedtyper. Disse hovedtypene er stort sett sammenfallende med tre lag i OSI modellen. De tre lagene er:

Det vil si at protokoller på lag 7, 6 og 5 i OSI modellen regnes som applikasjonsprotokoller, protokoller på lag 4 kalles transportprotokoller og de protokollene som opererer på de nederste tre lag kalles nettverksprotokoller.

Vi skal se litt på hva som hører hjemme hvor, og hva de forskjellige protokollene gjør. Dette kan se stort og uoversiktlig ut med en gang, men det vil snart falle på plass.

Applikasjonsprotokollene:

Det er altså disse som opererer på de tre øverste lagene i OSI modellen. De sørger for kommunikasjon mellom applikasjoner og utveksling av data. Det er mange av dem, men de viktigste er:

Transportprotokoller:

Transportprotokollene har til oppgave å sørge for at det opprettes forbindelse mellom de to datamaskinene som vil kommunisere. De sørger også for at oppkoblingen skrus av når det hele er ferdig. I tillegg sørger de for at data kan flyttes lett og greit ved å dele opp i mindre pakker.
Det er mange av dem, men de viktigste er:

Nettverksprotokollene:

Nettverksprotokollene sørger for det vi kaller ”link services”. En link er en oppkobling og det disse protokollene gjør er stort sett å sørge for at oppkoblingen er i orden hele tiden og at data flyter gjennom på beste og raskeste måte. De driver med adressering, informasjon om beste rute (Routing information) feilsjekking (CRC) og sender beskjeder dersom noe går galt slik at de dataene kan sendes om igjen (retransmission requests). De definerer også nettverkstypen, for eksempel om det er Ethernet eller Token Ring. Det er mange av dem, men de viktigste er:

Protokollstandarder:

OSI modellen brukes til å definere hvilke protokoller som skal brukes på hvilke lag. Dersom produsenter av programvare og maskinvare til bruk i nettverk bare holder seg til disse standardene, vil de forskjellige produktene kunne brukes sammen.

ISO (International Standards Organization), IEEE (International Electric and Electronics Engineer taskforce), ANSI (The American National Standards Institute) og CCITT (Comité Consulatif Internationale de Télégraphie et Téléphonie), som nå eksisterer under samlenavnet ITU (International Telecommunications Union) og andre standardiseringsgrupper har arbeidet sammen, i mange år for å utvikle disse protokollene og for å ”mappe” eller koble dem til bestemte lag i OSI modellen.

IEEE protokollene på det fysiske laget er:

Innenfor OSI modellens lag 2, Datalinklaget er det definert to underliggende lag, såkalte sub layers.

Vi ser at det er MAC laget som avgjør hvilken type nettverk vi har.

Det ene er Logical Link Control (LLC) som styrer med hvor fort data kan sendes opp og ned i stacken og det andre er Media Access Control (MAC). Det er her vi finner driverne for nettverkskortet og en del tekniske spesifikasjoner som er avgjørende for hvilket nettverk et nettverkskort kan brukes i. MAC har de fleste hørt om, det er også her vi binder Mac-adressen til nettverksprotokollstakken. MAC adressen skal være unik for alle nettverkskort som er produsert i hele verden. En Media Access Control driver er rett og slett driveren som du får med når du kjøper et nettverkskort (eller den oppdaterte du laster ned fra nettet).

En Media Access Control protokoll brukes for å se om det er mulig å sende data ut på kabelen, det er ikke sikkert at det er det. Det kan hende at det er noen andre som sender allerede. Dersom to maskiner sender samtidig vil det oppstå en kollisjon. CSMA/CD tillater bare at en maskin sender, dersom det ikke er noen andre som sender. Hvis to maskiner sender samtidig vil 802.3 protokollen oppdage det, og be om at sendingen utsettes et tilfeldig antall tidsenheter (vi snakker om svært små tidsenheter) før den forsøker igjen. Det samme gjelder den andre maskinen. Begge gir seg, begge venter litt og begge forsøker igjen.

Q & A:

Q:

Fyll inn ordet som mangler i setningene under:

  1. For å unngå konflikter er protokoller systematisert i en _______________ struktur.

  2. Det er __________ordenen som avgjør hvilken protokoll som skal brukes først.

  3. Det er bindings_____________ som gjør operativsystemet oppmerksom på hvor mange nettverkskort som er i maskinen

  4. De tre hovedgruppene av protokoller som korresponderer til OSI modellen er: applikasjon, _____________ og nettverk

  5. Driveren til et nettverkskort ligger i _________ laget (sub layer) i OSI modellen.

  6. Reglene for hvordan datakommunikasjon foregår i et nettverk kalles _________ protokoller

  7. Et system hvor maskinene lytter på kabelen og bare får lov til å sende dersom det ikke er noen andre som sender kalles _______________

  8. Et nettverk som er bygget opp som en logisk ring hvor maskinene fåpr lov til å sende data efter tur kalles _____________

A:

  1. Lagdelt

  2. Bindings-

  3. Prosessen

  4. transport

  5. MAC

  6. Nettverk

  7. CSMA/CD

  8. Token ring

Noen vanlige protokoller:

Protokoller blir installert på datamaskinene, på samme måte som drivere for nettverkskort. Noen er med i operativsystemet, andre må installeres fra tredjepartskilder. For eksempel har de fleste operativsystemer i dag støtte for TCP/IP, Microsoft har også NetBEUI og Novell har NetWare. Andre protokoller må du regne med å kjøpe fra produsenten, eller laste den ned fra Internet. Noen er gratis, andre er proprietære.

Vi skal begynne å se litt på de individuelle protokollene som brukes mye. De er:

TCP/IP:

Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) er en samling av protokoller som har det til felles at de er standard over hele verden. Den brukes i heterogene miljøer (det betyr miljøer, nettverk hvor det er mer enn et operativsystem i bruk) for eksempel for å integrere Unix, GNU/Linux, Macintosh og Windows. I tillegg til dette er TCP/IP en kraftig, stødig og sikker protokoll som er utprøvet over mange år. Det kan brukes i mange, veldig store nettverk og i tillegg gir det innpass på Internet. TCP/IP er rutbar.
TCP/IP har efter hvert blitt standarden for å overføre data mellom datamaskiner, mye fordi det kan brukes på stort sett alle systemer og fordi det er inngangsbilletten til Internet.

På grunn av sin popularitet har TCP/IP blitt en ”de facto” standard for nettverk.

Andre protokoller som er skrevet direkte for TCP/IP er:

Historisk sett var det to årsaker til å velge noe annet enn TCP/IP; det ene var at størrelsen på protokollstacken var et problem på maskiner med lite diskplass og spesielt på MS-DOS maskiner som hadde en stygg begrensning i hvor mange filer den kunne ha åpne samtidig, og det at TCP/IP ikke egentlig er den raskeste protokollen i verden. Den er litt treg og har mye ”overhead”. Det betyr at pakkene blir ganske store, selv om det er en liten mengde data som sendes. Efter at Windoze kom er ikke dette med størrelsen lenger noe problem, og TCP/IP har omtrent samme hastighet som IPX/SPX.

NetBEUI:

NetBEUI er NetBIOS Extended User Interface. Et utvidet brukergrensesnitt for NetBIOS. Opprinnelig var NetBIOS og NetBEUI tett knyttet sammen og det var vanlig å se på dem som en og samme protokoll. Det ble slik efter hvert at stadig flere programvareprodusenter skilte ut NetBIOS. NetBIOS er en protokoll på sesjonslaget (lag 4) i OSI modellen, men den er laget av IBM, opprinnelig som et applikasjonsinterface til nettverket. Dette var for at to programmer på forskjellige datamaskiner skulle kunne kommunisere over nettverket uten for mye arbeid. Det skulle være ”transparent”. NetBIOS ble først brukt i SNA (Systems Network Architecture).
Mange valgte å skille den ut fra NetBEUI fordi den da kunne fraktes av andre transportprotokoller enn NetBEUI. Hovedpoenget var at NetBEUI ikke er en rutbar protokoll. For å kunne få til å rute et NetBIOS kall, en forespørsel, måtte man ha en rutbar transportprotokoll.

NetBEUI er en liten, rask og effektiv protokoll som alltid følger med Microsoftprodukter og har vært der fra ca. 1985. Det var med som en del av de første nettverkene fra Microsoft,
MS-NET.

NetBEUI har noen fordeler, det er en rask protokoll, den er liten (viktig for MS-DOS) og at den er kompatibel med alle Microsoft nettverk (sic!).

Ulempen med NetBEUI er at den ikke er rutbar og kan derfor bare brukes på et LAN, og du kan ikke koble deg til Internet med NetBEUI. En annen ulempe er at NetBEUI er begrenset til Microsoft nettverk.

X.25:

X.25 er en gruppe protokoller som brukes til å drive et pakke-switchet nettverk. Alle nettverkskomponentene er spesielt bygget for X.25. For eksempel kalles modemene X.25 pads. X.25 er treg og lite i bruk i den vestlige verden, men den har en fordel. Den er beregnet på dårlige telefonlinjer, og brukes derfor fremdeles i en del land i den 3.dje verden. Det er en betydelig feilsjekking i X.25 og det betyr et stort overhead, mange retransmisjoner og sene linjer. X.25 kjøres på analoge linjer. Den vanligste hastigheten på X.25 er 9.6 Kbps.
Tjenesten er nedlagt i Norge.

IPX/SPX og NWLink:

Internet Packet Excange/Sequenced Packet Exchange er en protokoll som brukes i NetWare nettverk, utviklet av Novell. Som NetBEUI er IPX/SPX en rask, liten og effektiv protokoll til bruk på LAN. IPX/SPX kan rutes og man kan derfor ha flere LAN som bruker IPX/SPX og få til kommunikasjon mellom dem. Protokollstacken kan imidlertid ikke brukes på Internet.

Microsoft har sin egen versjon av IPX/SPX som heter NWLink. Den er også rutbar, men ikke til bruk på Internet. Dersom man setter opp et LAN hjemme og har tenkt å spille Counter Strike eller noe slikt er det ofte lurt å installere IPX/SPX på maskinene. Da går nettverket litt raskere, spesielt hvis det er 10 Mbps hub i nettverket. Husk på at du må fjerne TCP/IP, eller i det minste sørge for at bindingsordenen er slik at IPX/SPX står øverst. Ellers er det jo bare tull.

AppleTalk:

AppleTalk er en proprietær protokoll fra Apple beregnet på fil og print tjenester i et lokalt Macintosh nettverk. Den kan ikke brukes på Internet. Alle nyere Macintoshmaskiner har nå TCP/IP og AppleTalk er på vei ut.

OSI protokollene:

OSI protokollsuiten er en fullverdig protokollstack. Hver protokoll er spesielt tilpasset et lag i OSI modellen. Protokollene inneholder alt som trengs for et komplett nettverk, rutbarhet, sesjonsprotokoll, presentasjonsprotokoll også videre.

Q & A:

Q:

Fyll inn det manglende ordet i setningene under:

    1. TCP/IP er rutbar og brukes som en ___________ protokoll.

    2. NetBIOS er en IBM protokoll på sesjonslaget. Den har til oppgave å gi programmer et _____________________interface.

    3. APPC er en protokoll fra ___________ som er mye brukt på AS 400

    4. X.25 er en treg protokoll som brukes på __________ linjer

    5. X.400 er et system for å sende ___________ internasjonalt

    6. 802.3 er standarden for _____________

    7. 802.5 er standarden for _____________

    8. Nettverkskortets driver opererer på _______________ i OSI modellen.

    9. LLC og MAC er to sub layers i _________ i OSI modellen

    10. Protokollen som opererer på lag tre i OSI modellen heter:____________

A:

  1. Internett

  2. nettverks

  3. IBM

  4. analoge

  5. e-post

  6. Ethernet

  7. Token ring

  8. MAC laget

  9. lag 2, datalinklaget

  10. IP, the Internet Protocol

Elevaktivitet: Les: http://www.isoc-no.no/isoc-no/social/internet-tjeneste.html

Sammendrag:

I nettverkssammenheng er det protokollene som bestemmer hvordan datakommunikasjonen skal foregå. Protokollene bestemmer prosedyrer og regler for overføringen. For at over­føringen skal gå bra er det nødvendig at både sender og mottager bruker en felles protokoll. Når data skal sendes må det følge helt bestemte, meget detaljerte regler. Dataoverføringen er avhengig av protokollene for å:

Det er behov for mange protokoller i et nettverk, og de arbeider sammen. Protokollene systematiseres i protokollstacker som er lagdelte. Det finnes mange protokoller og stacker, men det er de som baseres på OSI modellen som er vanligst. Av disse er nok TCP/IP den viktigste.

Protokoller installeres og avinstalleres akkurat som drivere for nettverkskortene.

Hvordan kommer pakkene ut på kabelen?

Vi skal se litt på hvordan datapakkene kommer fysisk ut på kabelen. Når vi hele tiden sier kabel, er det bare for lettvinthets skyld. Kabelen kan være av alle typer media, også optisk eller trådløst. Både som infrarødt lys, radiobølger eller mikrobølger. Hvilket medium som brukes er egentlig uinteressant i denne sammenhengen. Vi skal konsentrere oss om hvordan data kommer ut på mediet. Vi skal se nærmere på CSMA/CD, Token Ring og Demand Priority. Vi har jo tidligere sagt at maskinene ikke kan få lov til å snakke i munnen på hverandre. Dersom de gjør det vil strømsignalene kollidere og de vil bli ødelagt og dermed uleselige.

Aksessmetode:

De reglene som bestemmer hvordan data skal komme seg fra nettverkskortet og ut på kabelen kaller vi for aksessmetoden (access method). Det må være en eller annen måte å kontrollere sendingene på slik at ikke to maskiner sender samtidig. Signalene deres vil kollidere og begge signalene vil bli ødelagt.

Dersom vi vil sende data over nettverket fra en bruker til en annen bruker, eller mellom maskiner må vi finne frem til en metode for å få dataene til å:

Aksessmetoden som brukes må være den samme for alle maskinene på nettverket. Hvis en av maskinene bruker en annen metode enn de andre, vil den ikke forstå når den kan, og når den ikke kan sende data ut på kabelen. Det vil oppstå alt for mange kollisjoner og nettverket ville gå ned.

Aksessmetoden sørger for at data ikke bare pumpes ut i kabelen, det foregår på en ordnet og strukturert måte.

De tre aksessmetodene:

Det er tre metoder for å unngå kollisjoner i kabelen, tre aksessmetoder.

Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection:

Når man bruker denne metoden, carrier-sense multiple access with collision detection vil alle maskinene på nettverket lytte på kabelen hele tiden. Dette gjelder klienter, så vel som servere og annet utstyr som har et nettverkskort og er direkte koblet til nettverket. Når vi sier lytter på kabelen, betyr det egentlig at den måler spenningen og dersom det er små forandringer vil det bli oppfattet som at noen andre sender i øyeblikket, og da er det bare å vente litt og forsøke igjen senere.

  1. En maskin lytter på kabelen, og det er ingen trafikk.

  2. Maskinen kan sende data.

  3. Mens dette foregår lytter en annen maskin som har noe å sende.

  4. Det er opptatt på kabelen og maskin nr 2 venter et lite øyeblikk

  5. Efter et par forsøk får maskin 2 ledig på kabelen og kan begynne å sende sine data

Høres jo greit ut?

Hva skjer hvis to maskiner tror det er ledig samtidig?

Dersom to maskiner lytter på kabelen samtidig og begge tror det er ledig kan vi risikere at de sender samtidig. Hvordan oppdager de dette? Hva gjør de?

  1. Begge maskinene, både I og II lytter på kabelen efter trafikk. Ingen hører noe, og begge antar at det er OK å sende.

  2. Begge nodene begynner å sende med en bitte liten tidsforskjell (blått). Signalene deres flytter seg (propagerer) bortover i kabelen, fra utgangspunktet og videre i retning enden på kabelen.

  3. Signalene kolliderer

  4. Maskin II, som er den sendermaskinen som er fysisk sett nærmest kollisjonspunktet oppdager kollisjonen først og begynner å sende et ”jamming signal” (rødt).

  5. Maskin 1 mottar jamme-signalet før den er ferdig med å sende dataene sine. Nå er både maskin 1 og maskin 2 klar over at det har funnet sted en kollisjon på kabelen og at dataene de forsøkte å sende er blitt ødelagt.

  6. Begge maskinene vil nå trekke seg, vente en stund og så forsøke igjen.

Det er ikke bestandig slik at den som sender jamme-signalet er den som er fysisk nærmest kollisjonsstedet. De er bare de to, eller flere, som holder på å sende som er med i konkurransen om å oppdage kollisjonen og sende ut jamme-signalet. Maskiner som befinner seg nærmere kollisjonsstedet, men som bare lytter, vil ikke sende ut jamme-signal. Ethernet definerer en minimum pakkestørrelse. Dette er fordi det skal ta litt lengre tid å sende en pakke, enn å oppdage et jamme-signal. Bare da kan vi være rimelig sikre på at sendermaskinen vil få beskjed om at en kollisjon har funnet sted og trekke seg fra sendingen i tide til å forstå at også den siste pakken som den holdt på med må ha blitt ødelagt.

Hvis vi husker på at det blir kollisjon hvis to maskiner sender samtidig, og at maskinene vil oppdage det, stanse, vente og så forsøke igjen, vil det ikke lenger være vanskelig å forstå hva Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection betyr og hva det står for. Maskinene lytter (senser) på kabelen (carrier media), det er ofte mange maskiner på nettverket (multiple access). De forsøker å oppdage (detection) kollisjoner (collision).

Evnen til å oppdage kollisjoner på kabelen er hele tricket her. Det er også det som er begrensningen i systemet. Vi har tidligere snakket om attenuasjon, det problemet med at signalet i kabelen taper seg i styrke. På grunn av attenuasjon i kabelen er ikke systemet med Collision Detection virksomt på avstander som er mer enn 2.500 meter. Maskinene klarer ikke å sense signalene når avstanden blir så stor, og de ville ikke være klar over det dersom en maskin i den andre enden av nettverket sender samtidig. Allikevel kan vi være 100 % sikre på at signalene vil møte hverandre og de vil kollidere. Da vil de bli ødelagt. Alltid.

Contention Method:

Vi må introdusere dette begrepet også :-)

CSMA/CD kalles en ”contention method” fordi det er en ”competition” mellom maskinene. De må ”contend” eller ”compete” som det heter på engelsk om hvem som skal få adgang til å sende data ut på kabelen. Det motsatte av contention method ville være cooperative method, ”samarbeidsmodellen”.

Dette kan se ut som et tungvindt system, men i virkeligheten går det veldig raskt og vanlige brukere er ikke klar over at det foregår en konkurranse mellom maskinene i bakgrunnen.

Det er viktig å huske at efterhvert som nettverket vokser og det blir veldig mange maskiner (hundrevis eller tusenvis) vil det bli mye konkurranse, mye lytting og mye venting. Derfor er det slik at CSMA/CD er enkelt og greit, men ikke nødvendigvis den raskeste metoden for å overføre data, den kan være sen…

Efter hver eneste kollisjon må alle de som var involvert i kollisjonen trekke seg, vente og prøve igjen. Hvis det er mye trafikk på nettverket kan det godt hende at de nye forsøkene resulterer i nye kollisjoner. Lat som om begge maskinene gjør dette første gang, nå er det plutselig fire maskiner som har oppdaget kollisjoner og må vente. Du ser sikkert raskt at dette kan balle på seg mye ventetid.

Det spiller en rolle hvor mange som er på nettverket samtidig. Ikke uventet spiller det også en rolle hva de gjør på nettverket. Databaseapplikasjoner vil vanligvis generere mye mer trafikk enn en tekstbehandler. Dersom mange sitter og surfer, eller laster ned fra Internett vil det også skape mye trafikk. Likeledes hvis brukerne stiller inn e-postklienten til å sjekke for ny e-post alt for ofte. Noen setter den til å sjekke hvert minutt…

Da Big Brother gikk på TV var det mange administratorer som ikke likte tiden fra 10:30 til 12:00 på dagtid. Da var det nemlig de beryktede dusjescenene fra Big Brother huset, og det ene nettverket efter det andre fikk problemer. Når et stort antall brukere sitter og streamer TV fra Internett skaper det veldig mye mer trafikk og veldig mange flere kollisjoner på nettverket. Flere bedrifter og til og med regjeringskvartalet ble nødt til å stenge Internet i denne perioden.

Carrier-Sense Multiple Access with Collision Avoidance:

CSMA/CA er ikke like populært som CSMA/CD eller Token passing. I et CSMA/CA nettverk vil alle maskinene sende et signal ut på kabelen som sier: ”Hei, jeg vil sende nå! Kan alle andre ligge unna en liten stund?” Det vil si; de sender et signal som betyr at de har tenkt å begynne en lengre sending. På denne måten kan andre maskiner oppfatte at nå er det noen som setter i gang, jeg må vente på tur.

Dette kunne vært en god ide, men det å sende signal om at du har tenkt å sende skaper mer ekstra trafikk i nettverket enn eventuelle kollisjoner ville gjort. Dette senker hastigheten i nettverket og gjør det tregere enn CSMA/CD. Det er derfor lite i bruk.

Q & A:

Q:

Fyll inn det manglende ordet i setningene under:

  1. ”Access methods” sikrer at to maskiner ikke kan sende _____________

  2. Med CSMA/CD kan ingen maskiner _________ hvis det allerede er data på kabelen.

  3. CSMA/CD kalles en ”contention method” fordi maskinene må ____________om å få sende data ut på kabelen.

  4. Jo mer trafikk det er på et CSMA/CD nettverk, jo flere __________ vil oppstå og sinke nettverket.

  5. Det er _________ aksessmetoder som alle forhindrer kollisjoner i nettverket.

  6. Den første kalles ____________

  7. Den andre kalles_____________

  8. den tredje kalles _____________

A:

  1. samtidig

  2. sende

  3. konkurrere

  4. kollisjoner

  5. tre

  6. Carrier Sense Multiple Access

  7. Token passing

  8. Demand Priority

Token passing:

I et token passing nettverk er det en helt spesiell datapakke som vandrer fra datamaskin til datamaskin. Dette er ikke en vanlig datapakke. Den kalles et ”token”. Ordet betyr ”tegn” eller pollett/billett. Hvis vi tenker oss en gruppe på ca. 30-40 innfødte på en sydhavsøy som har rådslagningsmøte en kveld, så kan vi tenke oss at de har en stor flott konkylie som de sender rundt blant deltagerne i møtet. Det er bare den som har konkylien som har lov til å snakke, alle andre må vente. Så snart den som har konkylien er ferdig med å si det han har på hjertet, må han sende konkylien videre til neste mann. Det samme må han gjøre dersom han ikke har noe å si. Konkylien er et ”token”, akkurat som den spesielle datapakken som farer rundt i et token passing system.

Token ring teoretisk Token ring i praksis

Vi kan tenke oss at maskinene står plassert i en ring. (Se venstre illustrasjon). I egentlig gjør de ikke det, det er kablet på samme måte som et stjernenett (se høyre illustrasjon). Ringen vi snakker om eksisterer, men bare inne i selve huben. Denne typen hub kalles en MAU (Multi Access Unit) og er grunnleggende forskjellig bygget fra en vanlig Ethernet hub.

Poenget med Token passing systems (det er nesten alltid token ring det er snakk om i virkeligheten, token buss er sjeldent) er at det er ingen ”contention”, ingen konkurranse mellom maskinene om hvem som skal ha tilgang til kabelen. Dette er det det lille tokenet inne i huben som gjør. Dermed blir det heller ingen ventetid. Et slikt nettverk vil normalt gå raskere enn et Ethernet, dersom det er mye trafikk.

Token Ring nettverk med to segmenter

Nå må vi ikke glemme at hastigheten på token ring er enten 4 eller 16 Mbps. Ethernet er 10 eller 100 Mbps. (Det finnes også 1000 og 10000 Mbps Ethernet, men standardene er fremdeles lite i bruk, 10000 Mbps er fremdeles eksperimentelt). Token ring brukes fremdeles ganske mye, men det er på vei nedover i vanlige, mindre nettverk. Et sted det er mye i bruk er i fiberoptiske ringnettverk, for eksempel på universitetet, der har de et fiberoptisk ringnett mellom alle bygningene og vanlige Ethernet inne i bygningene.

Demand priority:

Demand Priority er en relativt ny teknologi beregnet på 100VG-AnyLAN. Den korresponderende IEEE standarden heter 802.12.

I denne teknologien er det slik at det er bare repeatere og noder, hvor en node kan være en datamaskin, en switch, en bro eller en ruter. Det er repeaterene som driver nettverket. De bruker et bestemt system (round robin) for å avgjøre hvilken node som skal få tildelt token og dermed rett til å sende på kabelen. Repeaterene holder oversikt over hvilke noder som er koblet til hvilke porter og sender data bare dit det skal.

Demand priority nettverk med en repeater

Demand priority nettverk med flere repeatere

Demand Priority er ikke et nettverk hvor nodene må sloss for retten til å sende på kabelen. Det er en ”master” som bestemmer og det er faktisk nettverksadministratoren. Han kan bestemme hvor mye båndbredde som skal gis til forskjellige arbeidsstasjoner og til forskjellige programmer.

Q & A:

Q:

Fyll inn de manglende ordene i setningene nedenfor:

  1. I et token passing nettverk kan bare en maskin ha tokenet av gangen, derfor er det ingen _______________ eller _______________

  2. I et demand priority nettverk er det ____________ som styrer hvilken maskin som får låne et token slik at den får sende data.

  3. I et demand priority nettverk er det ingen pakker som sendes som _____________

  4. Et token er en spesiell type ___________ som sendes rundt i nettverket.

  5. Demand priority standarden heter IEEE _______

  6. Project 802 definerer standarden i ___________ og __________ layer i OSI modellen.

  7. Media Access Control er et underliggende lag (sub layer) til __________ laget i OSI modellen

  8. Det er en _____________ som får en PC til å kommunisere med en skriver

  9. IPX er en NetWare protokoll som opererer på lag nr. ______ i OSI modellen

  10. Komprimering av data før sending skjer på lag nr. _______ i OSI modellen

  11. Teknologien som gjør at maskinene lytter på kabelen før de sender kalles_______

  12. I et token passing er det en spesiell _________ som sendes rundt i nettverket.

A:

  1. contention, collision eller kamp, kollisjon

  2. repeaterne

  3. broadcast

  4. datapakke

  5. 802.12

  6. fysisk og datalink (Physical og Data Link Layer)

  7. datalink laget

  8. driver

  9. 3, nettverkslaget

  10. lag 6, presentasjonslaget

  11. CSMA/CD (CSMA/CA)

  12. datapakke

elevaktivitet: Demo 11

Sammendrag:

Det er behov for kontroll over sendingene på et nettverk. Hvis datapakkene kolliderer vil de bli ødelagt og kommunikasjonen kan stoppe. Den samlingen av regler og prosedyrer som brukes for å få data ut på selve kabelen, kalles en aksessmetode. Det er tre grunnleggende aksessmetoder:

Med CSMA/CD teknologien lytter alle maskinene på kabelen, og dersom det ikke er trafikk, sender de. Collision detection er en såkalt contention metode, det betyr at maskinene må konkurrere om å få sende data. Dette fører til kollisjoner og ventetid, derfor kan det være en treg metode i nettverk med stor trafikk.

I et token passing nettverk vil en node som ønsker å sende data gripe fatt i et token i det det passerer, og så lenge den har tokenet i sin besittelse kan den sende. Bare en maskin kan bruke tokenet av gangen, derfor er det ingen kollisjoner og nettverket er omtrent like raskt enten det er mye eller lite trafikk.

I et demand priority er det trafikk bare mellom avsender, hub og mottager. Det er ingen kollisjoner og ingen broadcastpakker. Det er repeaterne / hubene som styrer nettverket og administratoren kan tilegne forskjellig prioritet til forskjellige noder og applikasjoner.