Vi använder allt mer nätverk i våra liv, istället för att skapa nya tekniker så försöker vi använda det som finns genom att skapa nya tjänster.
För att du ska kunna förstå den här kursen, används modeller som förklarar hur tekniken är uppbyggd. Du kommer även att använda verktygen ”Packet Tracer” och ”wireshark” för att förstå hur nät byggs upp.
Plattformen för kommunikation
Kommunikationens element
Kommunikation består av tre element:
Sändaren – den som vill skicka data. Ex. en dator
Mottagaren – den som ska ta emot datan. Ex. en webbserver.
Mediet – den kanal som används. Ex. en kopparkabel.
Ska du skicka en bild måste den först plockas ner i bitar och sen skickas ex. via luften på ditt trådlösa nät.
Kommunicera meddelanden
I teorin skulle du kunna skicka en bild via nätet som en enda lång ström av bitar. I praktiken går inte det då bara en skulle kunna skicka åt gången och skulle nätet gå ner en kort stund skulle hela bilden få skickas om på nytt. För att slippa dessa problem delar man in datan i mindre delar som kallas segment. Nackdelen är givetvis att det blir krångligare att skicka data. Istället för att skicka allt på en gång med en adress måste datan delas upp och varje del ska packas in och få en adress.
Nätets delar
Nätet består av hårdvara i form av bland annat datorer, switchar och routrar, men även av mjukvara och tjänster i form av bland annat emailprogram och webbservrar.
Klienter och deras roll i nätet
De vanligaste enheterna i ett nät är klienter som kan vara PC, skrivare, IP-telefoner etc. I ett nät kallas en klient för en värd. En värd kan vara både sändare och mottagare och har en unik adress för att skilja sej från de andra.
En värd kan även vara en klient eller en server eller båda, beroende på vilken mjukvara som är installerad. En server erbjuder en tjänst, ex. en webbserver. En klient efterfrågar denna tjänst, ex. en webbläsare.
Nätverksenheter och deras roll i nätet
För att värdar (datorer, skrivare etc) ska kunna kommunicera måste det finnas nätverksenheter som vidareförmedlar datan. Detta är ex. routrar, switchar, modem och brandväggar. Dessa enheter måste kunna:
- Rena och förstärka signaler
- Hålla reda på olika vägar genom nätet
- Ha koll på om andra enheter krånglar
- Kunna skicka data på alternativa vägar om en går ner
- Prioritera trafiken för att QOS ska fungera. Vilket segment ska skickas först?
- Tillåta eller blockera trafik beroende på vad som är inställt.
Nätverksmedia
Data behöver en kanal för att kunna färdas. Dessa kanaler kallas för medium och består av metall, fiberoptik eller luften. Innan datan kan skickas måste den kodas beroende på vilket medium som används:
- Metallmedium skickar med elektriska signaler.
- Fiberoptik skickar med ljuspulser.
- Luften skickar med elektromagnetiska vågor. (Trådlös överföring)
Olika media har olika fördelar. Det som skiljer är; räckvidd, hastighet, kostnad och var det kan installeras.
LAN, WAN och Internet
Local Area Networks LAN
Nätverk kan delas in i; arean det täcker, antal användare och typer av tjänster som ingår. Ett LAN är ett nätverk som oftast begränsar sej till en byggnad och där det finns tjänster för de som jobbar eller studerar där.
Wide Area Networks WAN
Då en organisation växer behöver den knyta ihop olika LAN för att kunna samarbeta. Då skapas ett WAN. Ett WAN består av flera LAN ofta sammankopplade med kanaler som hyrs av telefonbolag och där speciell utrustning används.
Internet – ett nätverk av nätverk
Internet består av ett nät uppbyggt av flera nät. Dessa nät ägs av ISP (Internetleverantörer) som ex. Telia och Bredbandsbolaget.
Ett Intranät är ett nät som används inom en organisation ex. för att visa information.
Nätverkssymboler
För att kunna förstå och designa nät måste man kunna vissa symboler och begrepp. Några av dessa är: NIC (nätverkskort), PC, switch, router och LAN-medium. Se till att du kan rita dessa på ett enkelt sätt.
Protokoll
Kommunikationsregler
All form av kommunikation kräver regler för att sändaren och mottagaren ska förstå varandra. Dessa regler kallas för protokoll. Olika form av medier kräver olika protokoll, ex. ett för telefoner och ett för att skicka ett brev. Olika protokoll samarbetar ofta och då kallas dessa för en protokollstack. Dessa finns både i hård och mjukvara. Protokollstackarna är indelade i skikt där de nedersta förklarar hur data ska skickas på ett visst medium och de översta förklarar hur ett datorprogram ska göra för att skicka.
Nätverksprotokoll
Nätverksprotokoll beskriver bland annat; dataformatet, vägval, felhantering och anslutning till andra datorer.
Protokollstackar och industristandarder
Protokoll utvecklas oftast i enighet med industristandarder. Dessa standarder har skapats av standardiseringsorganisationer som ex. IEEE och IETF. Fördelen med detta är att produkter och protokoll från olika företag fungerar tillsammans.
Samarbetet mellan protokoll
Ett ex. på hur olika protokoll samarbetar är när en webbläsare kontaktar en webbserver:
- Applikations protokoll: http – bestämmer hur en webbklient ska fråga efter en webbsida av en server.
- Transport protokoll : TCP – bestämmer hur datan ska skickas mellan datorerna
- Internet protokoll: IP – bestämmer hur paketen ska hitta på Internet
- Fysiska protokoll: Ethernet – bestämmer hur paketen ska hitta på LANet.
Teknikoberoende protokoll
För att ett protokoll ska kunna fungera oberoende av vilken teknik som används måste protokollet beskriva vad som ska göras, inte hur det ska göras. Ex. fungerar Internet Explorer och Firefox olika men båda kan användas till att surfa på Internet. Hur de fungerar är upp till tillverkaren, men vad som ska göras bestäms i protokollet.
Fördelarna av att använda modeller i skikt
Fördelen med att dela in protokoll i en modell med flera skikt är att det blir enklare att utveckla nya protokoll, hindrar att protokollförändringar i ett skikt påverkar ett annat skikt samt gör det lättare att förstå hur protokollen samarbetar.
Protokoll och referensmodeller
En protokollmodell är en modell av hur en protokollstack arbetar. Ex. TCP/IP-modellen visar hur TCP/IP-stacken arbetar.
En referensmodell beskriver hur något är uppbyggt. Ex. hur en router ska ta emot packet. En referensmodell kan inte installeras i en dator utan är en beskrivning om hur du ex. ska bygga din dator.
OSI-modellen är den vanligaste referensmodellen. Den används bland annat för nätverksdesign och felsökning.
TCP/IP-modellen
TCP/IP-modellen skapades på 70-talet och beskriver i fyra skikt hur datakommunikation ska fungera. Dessa skikt är: Applikation, Transport, Internet och Nätverksåtkomst. Det är en öppen standard vilket innebär att vem som helst får lägga till delar till modellen så länge man följer protokollet. Dessa kan laddas ner från IETF och kallas för RFC.
Kommunikationsprocessen
TCP/IP-modellen beskriver hur protokollen i TCP/IP-stacken fungerar. För att man ska kunna skicka data måste följande steg ske:
- Skapandet av data på applikationslagret
- Segmentering och inkapsling av datan när det passerar ner genom protokollstacken
- Uppdelningen av datan i bitar på nätverksåtkomstlagret
- Transport på nätverket till mottagaren
- Mottagandet av data på nätverksåtkomstlagret
- Avkapslingen och sammansättandet av data när det passerar upp genom protokollstacken
- Uppskickandet av data till programmet som ska ha det på applikationslagret.
Protokoll och inkapsling av data
När data skickas ner genom protokollstacken läggs ny data på för varje skikt. Detta kallas för inkapsling. Ungefär som när du skriver ett brev och sen lägger till kuvert, adress, frimärke mm.
Namnet på datan ändras beroende på vilket skikt det befinner sej på, men samlingsnamnet på datan oavsett var den befinner sej är PDU. (Protocol Data Unit). Här är PDU namnen:
- Applikationslagret – PDU kallas för Data
- Transportlagret – PDU kallas för Segment
- Internetlagret – PDU kallas för Packet
- Nätverksåtkomstlagret – PDU kallas för Ramar (Frame)
- När det sänds på ett medium – PDU kallas för Bitar.
Sänd och mottagningsprocessen
Detta händer i protokollstacken TCP/IP på en webbserver då en webbklient begärt en sida:
Applikationslagret – Protokollet http skickar ner ett sida kodad i HTML till:
- Transportlagret – här inkapslas datan i segment och en header läggs till. Den beskriver vilket program som skickat datan, i vårt fall, en webbserver. Den anger även till och från portnummer. Sen skickas segmentet ner till:
- Internetlagret – här inkapslas segmentet om till ett IP-packet. En ny header läggs till som anger till och från IP-nummer. Sen skickas paketet ner till:
- Nätverksåtkomstlagret – här inkapslas paketet om till en Ethernetram. En ny header läggs till som anger till och från MAC-adress. En trailer läggs även till som används för att kolla om ramen kommer fram som den ska. Därefter delas ramen upp i bitar och skickas iväg på nätet genom NIC (nätverkskortet).
- När bitarna kommer till webbklienten händer samma sak fast i omvänd ordning. NIC tar emot bitarna och sätter ihop dem till en ram som sedan skickas upp till Internetlagret och avkapslas till ett packet osv.
OSI-modellen
OSI skapades 1984 och syftet var att ha en referensmodell att utgå ifrån då man skapade nya protokoll. OSI har sju skikt som beskriver allt som händer när data transporteras. En av fördelarna med att dela in processen i skikt är att varje skikt kan operera oberoende av de andra. Skapar du en webbsida bryr du dej bara om det översta lagret, skikt sju, då behöver inte bry dej om hur klienten ansluter till webbservern.
OSI-modellen. Nerifrån och upp:
- Physical-signaler och media omvandlar bitarna till ström, ljus eller ljud, bestämmer den fysiska hastigheten, ex. kablar, hubbar, repeters. Manchesterencoding.
- Datalink-fysisk adress, nätverkstopologi, logisk åtkomst. Ex.. switchar, bryggor och NIC. Ethernet, PPP, FDDI.
- Network-vägval och logisk adress ex., routrar. IP, OSPF, ISDN, ICMP, IPSec.
- Transport-flödes och felkontroll, virtual circuits. TCP, UDP.
- Session-upprättar sessioner, SQL, RPC, NetBIOS, SSL.
- Presentation-kryptering, komprimering och konvertering, DES, MPEG, ASCII.
- Application-nätverkstjänster till applikationer. Ex. PC, brandväggar. DNS, FTP, http,Telnet.
Jämför OSI-modellen med TCP/IP-stacken
Om man jämför OSI-modellen med TCP/IP-stacken ser man att OSI-modellen använder sju skikt istället för fyra. Syftet är bl.a att ge en utförligare beskrivning om hur det går till.
Nätverksadressering
Nätverksadressering
OSI-modellen beskriver hur kodning, formatering, segmentering och inkapsling sker av data som ska skickas via nätet. En dataström delas upp blandar sej med annan trafik på Internet. Därför är det viktigt att datan kan identifieras så att den kommer rätt.
Skicka data till mottagaren
När datan inkapslas läggs en adress eller identifierare på för nästan varje skikt. I skikt 2 läggs MAC-adressen till. Denna adress används vid kommunikation inom ett LAN.
Skicka data genom Internet
skikt 3 protokoll används för att skicka data mellan nätverk. Varje IPnr måste innehålla info om vilket nät det tillhör. Routrarna packar upp ramen till ett packet och läser denna nätinfo för att välja vilken väg den ska skicka paketen. Sen packar router om paketen till nya ramar och skickar iväg dem.
Skicka data till rätt program
På skikt fyra visas vilken port datan ska till. Då flera program kan köras samtidigt, ex. en webbläsare och emailprogram måste datan kunna separeras. Varje typ av program har sitt eget portnr. På det sättet kan trafik till din webbläsare och emailprogram ta emot data samtidigt utan att blandas ihop trots att samma IPnr används.
Filmen ”Warriors of the net”
När du se filmen, tänk på det du lärt dej hittills i kursen och försök förstå vilka protokoll och utrustning som menas. Cirka 5 minuter in i filmen finns ett fel. Man säger att ”What happens when Mr. IP doesn’t receive an acknowledgement, he simply sends a replacement packet.” Flödeskontroll och omsändning sköts inte av IP utan av ett protokoll på ett övre skikt.
