Hoofdstuk 5 Computernetwerken 1 Inleiding 2 Fysische laag

Hoofdstuk 5: Computernetwerken 1. Inleiding 2. Fysische laag 3. Dataverbindingslaag 4. Lokale Netwerken 5. Netwerklaag 6. Netwerken verbinden: internet 7. Transportlaag 8. Naamdiensten 9. Toepassingen

1. Inleiding 1960. . . 1970. . . mainframe niet-grafische terminals 2

1. Inleiding (verv. ) 1980. . . server PC of workstation 3

1. Inleiding (verv. ) 1. 1 Waarom Computernetwerken? 1. 2 Componenten in een netwerk 1. 3 Netwerkarchitectuur 1. 4 OSI-referentiemodel 1. 5 Internet model 4

1. 1 Waarom Comp. netwerken? n Gemeenschappelijk gebruik hulpmiddelen u u n apparaten (drukker, scanner, supercomputer, …) gegevens (bestand, gegevensbank, …) Betrouwbaarheid beschikbaarheid u u reserve computer: taken overnemen reserve kopieën van bestanden, . . . n Kostenreductie n Communicatiekanaal 5

1. 1 Waarom Comp. netw. ? (verv. ) n Gemeenschappelijk gebruik hulpmiddelen n Betrouwbaarheid beschikbaarheid n Kostenreductie prijs/prestatie: n * prijs(R) < prijs (n * R) u dure randapparatuur: print-server, file-server, . . . u uitbreiden eenvoudiger: extra pc vervangen computer u n Communicatiekanaal e-post gewone post u bestanden overhalen cassettes, floppies versturen u elektronisch berichtenbord, e-krant, . . . u 6

1. 2 Componenten v/e netwerk n Beeld van de gebruiker u Communicatienetwerk u Computernetwerk n vs Gedistribueerd systeem Opbouw van een communicatienetwerk u lange afstand communicatienetwerk u lokaal netwerk 7

Beeld van de gebruiker S 4 SCommunicatie 1 netwerk S 3 S 2 A B 8

Beeld van de gebruiker (verv. ) n Communicatienetwerk u vergelijk telefoonnetwerk centrales, kabels, aansluitpunten telefoontoestellen, kanaal faxtoestellen met voldoende bandbreedte (3000 Hz) 9

Beeld van de gebruiker (verv. ) n Computernetwerk u communicatienetwerk + aangesloten systemen (PCs, …) u systemen u vb. autonoom + identificeerbaar Gebruiker A wil op B werken 10

Beeld van de gebruiker (verv. ) n Gedistribueerd systeem u computernetwerk 1 virtueel systeem u transparante toegang tot drukker u transparante toegang tot bestand u transparant “werk” verdelen 11

Opbouw v/e comm. netwerk n Lange afstand comm. -netwerk u WAN (Wide Area Network) u onderling verbonden “schakelaars” u verbindingen u bandbreedte (coaxiale kabel, glasvezel, …) = | hoogste doorgel. freq. - laagste freq. | u routering 12

Lange afstand comm. netwerk S 4 S 1 S 2 A B S 3 S 1 S 3 A S 1 S 4 S 3 S 1 S 2 S 4 S 3 B 13

Opbouw v/e comm. netwerk (2) n Lokaal Netwerk u LAN (Local Area Network) u binnen u geen 1 gebouw (< 1 km) schakelaars u communicatiebord u bus- in PC of ringnetwerk u routering niet nodig 14

Lokaal Netwerk (LAN) 15

1. 3 Netwerkarchitectuur n Communicatie niet eenvoudig u betrouwbaar bit-transport u bepalen van route u opsplitsen in pakketten u samenvoegen van pakketten u… n Systematische aanpak u Protocol + Gelaagde architectuur 16

1. 3 Netwerkarchitectuur (verv. ) n Protocol u “regels” aard en samenstelling van boodschappen reactie op boodschap n Dienst entiteit u aan gebruikers van “entiteit” u vb. foutvrij transport van pakketten 17

1. 3 Netwerkarchitectuur (verv. ) Gelaagde architectuur Logische comm. entiteit protocol 2 entiteit protocol 1 entiteit Laag 2 dienst entiteit dienst n Laag 1 18

1. 3 Netwerkarchitectuur (verv. ) Gelaagde architectuur entiteit protocol 2 entiteit protocol 1 entiteit Laag 2 dienst entiteit dienst n Laag 1 19

Vb 1: Discuterende Filosofen Ik vind dat mensen niet mag klonen. Filosoof (Gent) taal Tolk • telefoon • fax • (brief) Secretaresse comm. kanaal Filosoof (Tokio) Tolk Secretaris telefoonnetwerk 20

Vb 2: Comm. ts Processen n Proces A op computer x vraagt aan proces B op computer y om bestand “brief. doc” op te sturen Proces A Proces B brief. doc x y 21

Vb 2: Comm. ts Processen (verv. ) n Protocol A zend “brief. doc” B 1200 bytes OK Beste rector, . . . OK x y 22

Vb 2: Comm. ts Processen (verv. ) n n Protocol: “dialoog” Hoe boodschappen overgebracht belangrijk Transportlaag: comm. ts. processen identificatie: (machinenaam, procesnaam) Netwerklaag: transport over netwerk identificatie: machinenaam 23

Vb 2: Comm. ts Processen (verv. ) Processen A B Transport Netwerk x y Communicatienetwerk z Processen B C D Transport Netwerk Processen B D Transport Netwerk 24

Vb 2: Comm. ts Processen (verv. ) Proces A zend “brief. doc” Proces B x, A y, B zend “brief. doc” Transportlaag op x B, A Transportlaag op y 25

Vb 2: Comm. ts Processen (verv. ) Transportlaag op x B, A Transportlaag op y y x B, A Netwerklaag op x B, A y, B, x A Netwerklaag op y 26

Vb 2: Comm. ts Processen (verv. ) zend “brief. doc” B, A voorstellen door: B, A zend “brief. doc” 27

Vb 2: Comm. ts Processen (verv. ) zend “brief. doc” Proces A y, B zend “brief. doc” Transportlaag op x y B, A Netwerklaag op x B, A zend “brief. doc” B, A x, A Transportlaag op y zend “brief. doc” y, x Proces B zend. . . zend “brief. doc” x Netwerklaag op y 28

Samenvatting proces gegevens transport hoofding proces gegevens netwerk transport hoofding proces gegevens 29

1. 4 OSI-Referentiemodel n n n Ontwerp netwerk = complex Decompositie: manieren OSI: Open System Interconnection u open: comm. ts. versch. systemen u referentie: raamwerk voor ontw. protocols u functionaliteit van elke laag gedefinieerd u kan door versch. protocols gerealiseerd 30

1. 4 OSI-Referentiemodel (verv. ) n 7 lagen u hoogste vier: ts. aangesloten systemen S 4 S 1 S 2 x S 3 y 31

1. 4 OSI-Referentiemodel (verv. ) applicatie presentatie sessie transport protocol applicatielaag protocol presentatielaag protocol sessielaag applicatie presentatie sessie protocol transportlaag transport netwerk protocol netw. laag N N netwerk dataverbinding protocol data. laag D D dataverbinding fysische protocol fys. laag F F fysische S 1 S 4 systeem x systeem y 32

1. 4 OSI-Referentiemodel (verv. ) n Fysische laag versturen van bits over fysische kabel aard van kabel u kenmerken van connectoren u voorstellen van bits op kabel u n Dataverbindingslaag creatie van foutvrij comm. kanaal herkennen van pakketjes u detectie van fouten u controle op stroom van pakketjes (flow control) u 33

1. 4 OSI-Referentiemodel (verv. ) n Netwerk laag verkeer van pakketjes door 1/# netwerken u 2 soorten diensten: virtuele verbindingen datagram dienst u routebepaling u kostendoorrekening u onderling verbinden van netwerken + routebepaling doorheen die netwerken 34

1. 4 OSI-Referentiemodel (verv. ) n Transport laag betrouwbaar comm. kanaal ts. eindsystemen u efficiënt gebruik comm. Netwerken multiplexing meerdere verbindingen tussen eindsystemen u opdelen in pakketjes + samenvoegen u controle op boodschappenstroom (flow control) 35

1. 4 OSI-Referentiemodel (verv. ) n Sessielaag extra hulpmiddelen voor samenwerking via betrouwbaar comm. kanaal u organisatie van dialoog: u vb. Beurtelings zenden plaatsen van synchronisatiepunten (voor hervatten van dialoog na fout) 36

1. 4 OSI-Referentiemodel (verv. ) n Presentatielaag behoud van betekenis van informatie u keuze van voorstelling van gegevens “op de kabel” ASCII vs EBCDIC 16 -bit, 32 -bit, … integers met 2 -complementvoorst. . . . u ev. vercijfering van gegevens (confidentialiteit!) u ev. compressie van gegevens 37

1. 4 OSI-Referentiemodel (verv. ) n Applicatielaag hoogste laag u applicaties, geschreven door eindgebruikers u sturing van robots, elektronisch geldverkeer, … standaard applicaties elektronische post (X 400) overdracht van bestanden (FTAM) deelproblemen: RPC (remote procede call) 38

1. 4 OSI-Referentiemodel (verv. ) n n Belangrijk referentiemodel Niet basis voor praktische protocols Definitie te lang geduurd Ondertussen: Internet groeiend succes 39

1. 5 Internet model n nooit formeel gedefinieerd geleidelijk aan gegroeid slechts 5 lagen u geen sessielaag (toch weinig functionaliteit) u geen presentatielaag ( elk appl. protocol moet dit definiëren) 40

1. 5 Internet Model (verv. ) applicatie Applicatie presentatie sessie transport netwerk dataverbinding fysische OSI referentiemodel Internet model 41

Inhoud 1. Inleiding 2. Fysische laag 3. Dataverbindingslaag 4. Lokale Netwerken 5. Netwerklaag 6. Netwerken verbinden: internet 7. Transportlaag 8. Naamdiensten 9. Toepassingen

2. Fysische laag n n Basisbegrippen Digitale communicatie Modems Schakeltechnieken 43

2. 1 Basisbegrippen n n Analoog <> digitaal Periodieke signalen G(t) = ak sin(2 kf t) + bk cos(2 kf t) n Transmissiemedia u Gevlochten koperparen u Coaxiale kabels 44

2. 2 Digitale Communicatie n Digitaal signaal: 0 -en en 1 -en +5 V 0 V -5 V 0 n 1 0 0 0 1 Synchronisatie ts zender & ontvanger u ev. speciaal bitpatroon begin/einde 45

2. 2 Digitale Communicatie (verv. ) n Vervorming u Verzwakking u Beperkte bandbreedte G(t) = ak sin(2 kf t) + bk cos(2 kf t) u Omgevingsfactoren: ruis +5 V 0 V -5 V 46

2. 3 Modems n Digitaal signaal over analoog kanaal met beperkte bandbreedte u Amplitude u Frequentie u Fase u Combinaties 47

2. 4 Schakeltechnieken n Lijnschakelen Boodschapschakelen Pakketschakelen 48

Lijnschakelen n 3 Fasen: u opzetten ev. van een verbinding onderhandelen u gebruik van de verbinding slechts kleine vertraging (200. 000 km/sec) u verbreken n n van de verbinding vergelijk telefoonverbinding niet efficiënt voor communicatie tussen computers 49

Lijnschakelen (verv. ) opdracht r b e g t e ni uikt resultaat tijd 50

Boodschapschakelen n n Verbindingen gemeensch. gebruikt boodschap: schakelaar Store-and-forward Grotere vertraging u volledig ontvangen, dan pas verdergestuurd als verbinding vrij n Variabele vertraging 51

Boodschapschakelen (verv. ) 52

Pakketschakelen n n Boodschap opdelen in pakketjes Afzonderlijk over netwerk verstuurd u eventueel n n verschillende route Lijn slechts korte tijd bezet Vertragingen zijn variabel 53

Pakketschakelen (verv. ) 1 2 3 4 5 6 3 6 1 5 4 2 54

Inhoud 1. Inleiding 2. Fysische laag 3. Dataverbindingslaag 4. Lokale Netwerken 5. Netwerklaag 6. Netwerken verbinden: internet 7. Transportlaag 8. Naamdiensten 9. Toepassingen

3. Dataverbindingslaag Fysische laag: bits oversturen (onbetrouwbaar) 0101000101 Fysische Laag n n 010101 Fysische Laag Hoofdopdracht: realiseren v. betrouwbaar kanaal Beperkingen: mogelijk: verwerkingssnelheid u geen voorz. om systemen te synchroniseren u 56

3. Dataverbindingslaag (verv. ) Inhoud 3. 1 Taken 3. 2 Algoritmen en Protocols 3. 3 Protocol 1: Geen fouten, geen stroombeheersing 3. 4 Protocol 2: Stroombeheersing, geen fouten 3. 5 Protocol 3: Stroombeheersing, fouten mogelijk 3. 6 Protocol 4: 1 -bit venster protocol 3. 7 Uitbreidingen 57

3. 1 Taken M. O. : sommige taken door HW, andere door SW n Afbaken van pakketjes u begin & einde herkennen u vb. bitpatroon: 01111110 u kan ook in pakket voorkomen! (0 inlassen na vijf 1 -bits) 01111001010011010 0111111001111100101001111110 58

3. 1 Taken (verv. ) n Detectie van fouten u zender: controlebits toevoegen aan pakket u ontvanger: nagaan of correct ontvangen u bijvoorbeeld pariteitsbit: 1 -bit fout detecteren (on)even pariteit: # 1 -bits in pakket is (on)even CRC (Cyclic Redundancy Check) fouten van meerdere bits detecteren u indien fout: opnieuw zenden u hoofding met volgnummer duplicaten herkennen (bij heruitzending) 59

3. 1 Taken (verv. ) n Stroombeheersing flow control u snelle zender overspoelt trage ontvanger u n u ontvanger: expliciete/impliciete toelating om volgend pakket te sturen Pakket Layout HW Beginpatroon Hoofding Data Controlesom Eindpatroon 01111110 v. Netwerklaag 01111110 60

3. 2 Algoritmes en protocols typedef struct {. . . } data_van_netwerklaag; typedef struct { int nr: …; /* veld van hoofding */ data_van_netwerklaag data; } pakket; void ontvang_van_netwerklaag (data_van_netwerklaag *d); /* na oproep verwijst d informatie die moet verstuurd worden*/ void geef_aan_netwerklaag (data_van_netwerklaag d); /* data in ontvangen pakket w. doorgegeven aan netwerklaag */ void verzend_pakket (pakket p); /* p wordt voor verzending doorgegeven aan fysische laag */ void ontvang_pakket (pakket *p); /* ontvang pakket p van de fysische laag */ 61

3. 2 Algoritmes & Protocols n (verv. ) 1 zender & 1 ontvanger 1 -richting communicatie n NWL (zender): onbeperkte hoeveelheid gegevens n NWL (ontvanger): onbeperkte hoev. Bufferruimte ontvang_van_netwerklaag geef_aan_netwerklaag DVL (zender) verzend_pakket DVL (ontvanger) ontvang_pakket Fysische Laag 62

3. 3 Protocol 1: geen fouten, geen stroombeheersing zender ontvanger tijd Vertraging ts zenden en ontvangen Zender kan onbeperkt zenden 63

3. 3 Protocol 1: geen fouten, geen stroombeheersing (verv. ) Algoritme zender Algoritme ontvanger data_van_netwerklaag dnl; pakket p; while (true){ ontvang_van_netwerklaag(&dnl); ontvang_pakket(&p); p. info = dnl; geef_aan_netwerklaag(p. info); verzend_pakket(p); } } 64

3. 3 Protocol 1: geen fouten, geen stroombeheersing (verv. ) Zender kan onbeperkt zenden. . . 65

3. 4 Protocol 2: geen fouten, wel stroombeheersing zender ontvanger tijd Ontvanger geeft expliciet toestemming voor sturen van volgend pakket 66

3. 4 Protocol 2: geen fouten, wel stroombeheersing (verv. ) Algoritme zender Algoritme ontvanger data_van_netwerklaag dnl; pakket p, t; dnl: data_van_netwerklaag; while (true){ ontvang_van_netwerklaag(&dnl); ontvang_pakket(&p); p. info = dnl; geef_aan_netwerklaag(p. info); verzend_pakket(p); verzend_pakket(t); ontvang_pakket(&t); } } 67

3. 5 Protocol 3: fouten mogelijk, stroombeheersing n Fouten: u pakket niet ontvangen u pakket wordt als foutief herkend (wordt niet doorgegeven aan Netwerklaag) stel herkend in procedure ontvang_pakket (de procedure keert niet terug, maar wacht op een volgend -correct- pakket van de fysische laag) u bijgevolg: geen onderscheid tussen beide 68

3. 5 Protocol 3: fouten mogelijk, stroombeheersing Algoritme (2) zender Algoritme (2) ontvanger …. . . while (true){ ontvang_van_netwerklaag(&dnl); ontvang_pakket(&p); p. info = dnl; geef_aan_netwerklaag(p. info); verzend_pakket(p); verzend_pakket(t); ontvang_pakket(&t); } } zender ontvanger Impasse!!! 69

3. 5 Protocol 3: fouten mogelijk, stroombeheersing (verv. ) ontvanger zender wekker P 0. info P 1 P 2 P 1. info P 2. info 70

3. 5 Protocol 3: fouten mogelijk, stroombeheersing (verv. ) ontvanger wekker zender P 2 P 2. info Duplicaat!!! Pakketten nummeren • onderscheid: nieuw heruitzending • 1 -bit nummer volstaat 71

3. 5 Protocol 3: fouten mogelijk, stroombeheersing (verv. ) n Zender: u na zetten van wekker: 2 gebeurtenissen mogelijk wekker loopt af aankomst van een pakket gebeurtenis wacht_op_gebeurtenis(); geb : = wacht_op_gebeurtenis(); { geb = AANKOMST of geb = WEKKER } 72

3. 5 Protocol 3: fouten mogelijk, stroombeheersing (verv. ) Algoritme zender data_van_netwerklaag dnl; pakket p, t; int volgend_volgnummer; /* 0 of 1 */ gebeurtenis geb; /*AANKOMST of WEKKER*/ volgend_volgnummer = 0; if (geb == AANKOMST) { ontvang_van_netwerklaag(&dnl); stop_wekker(); while(true){ ontvang_pakket(&t); p. nr = volgend_volgnummer; ontvang_van_netwerklaag(&dnl); p. info = dnl; volgend_volgnummer = verzend_pakket(p); (volgend_volgnummer + 1) % 2; start_wekker(); } geb = wacht_op_gebeurtenis(); } 73

3. 5 Protocol 3: fouten mogelijk, stroombeheersing (verv. ) Algoritme ontvanger data_van_netwerklaag dnl; int verwacht_volgnummer; pakket p, t; verwacht_volgnummer = 0; while(true){ ontvang_pakket(p); if (p. nr == verwacht_volgnummer) { geef_aan_netwerklaag(p. info); verwacht_volgnummer = (verwacht_volgnummer +1) % 2; } verzend_pakket(t); /*steeds nodig, ook als duplicaat ontvangen is */ } 74

3. 5 Protocol 3: Corrrect? ? ? (verv. ) zender ontvanger 0 I 0 zender ontvanger I 0 wekker 1 I 3 1 I 1 I 1 traag! 0 I 4 duplicaat beschouwd als duplicaat I 4 0 I 2 Legende: nr info 75

3. 6 Protocol 4: 1 -bit venster protocol n Vensterprotocol u n Hier vereenvoudiging u n bedoeld voor gegevensverkeer in 2 richtingen alleen verkeer in 1 richting Fout in protocol 3: u Zender: Toelating foutief interpreteren u Oplossing: Toelating bevat bevestiging v. laatst correct ontvangen pakket (acknowledgement) 76

3. 6 Protocol 4: 1 -bit venster protocol (verv. ) Algoritme zender data_van_netwerklaag dnl; int volgend_nr; /* 0. . 1 */ pakket p, ack; gebeurtenis geb; /*AANKOMST of WEKKER*/ volgend_volgnummer = 0; if (geb == AANKOMST) { ontvang_van_netwerklaag(&dnl); stop_wekker(); while(true){ ontvang_pakket(&ack); p. nr = volgend_nr; if (ack. nr == volgend_nr) { p. info = dnl; ontvang_van_netwerklaag (dnl); verzend_pakket(p); volgend_nr = (volgend_nr + 1) % 2; start_wekker(); } geb = wacht_op_gebeurtenis(); } } 77

3. 6 Protocol 4: 1 -bit venster protocol (verv. ) Algoritme ontvanger data_van_netwerklaag dnl; pakket p, ack; int verwacht_volgnummer; /* 0. . 1*/ verwacht_volgnummer = 0; while(true){ ontvang_pakket(&p); if (p. nr == verwacht_volgnummer) { geef_aan_netwerklaag(p. info); verwacht_volgnummer = (verwacht_volgnummer + 1) % 2; } ack. nr = p. nr; verzend_pakket(ack); } 78

3. 6 Protocol 4: 1 -bit venster protocol (verv. ) zender ontvanger 0 I 0 wekker 0 1 I 1 1 0 I 2 zender ontvanger 1 I 0 0 I 2 I 1 I 2 0 traag! 1 I 3 duplicaat Legende: nr info nr 79

3. 7 Uitbreidingen n beperkingen protocol 4: u als propagatietijd signaal onefficiënt gebruik van communicatiekanaal u bijv. Satellietverbinding 80

/s km km 0 00 0. 20 00 80 00. 0 64 36. 0 00 (verv. ) 3. 7 Uitbreidingen /s ts bi 81

3. 7 Uitbreidingen 0 ms 360 ms 125 ms 485 ms (verv. ) 180 ms 845 ms 82

3. 7 Uitbreidingen (verv. ) n n Onefficiënt gebruik van kanaal: u 1 pakket uitzenden: 125 ms, volgende pas na 845 ms u = 15% nuttig gebruik van kanaal Oplossing: u zender: mag meerdere pakketjes sturen bijv. 8 pakketjes zendvenster = 8 (max. 8 niet bevestigde pakketten) u ontvanger: wat als pakket niet correct ontvangen? volgende ook verwerpen? 83

Inhoud 1. Inleiding 2. Fysische laag 3. Dataverbindingslaag 4. Lokale Netwerken 5. Netwerklaag 6. Netwerken verbinden: internet 7. Transportlaag 8. Naamdiensten 9. Toepassingen

4. Lokale netwerken 4. 1 4. 2 Algemene Kenmerken Ethernet Fysische Laag Werkingsprincipe (3 Regels) Pakket Layout Diensten 85

4. 2 Algemene Kenmerken n Geografisch beperkt gebied n Topologie: u geen afzonderlijke schakelaars / wel interfaceborden u eenvoudige topologie: ring of bus n Hoge transmissiesnelheden: 10 Mbit/s. . 100 Mbit/s n Hoge kwaliteit: weinig fouten n Gemeenschappelijk gebruikt kanaal u protocol voor toegang tot fysische kanaal u alle pakketten door iedereen ontvangen 86

4. 1 Algemene Kenmerken (verv. ) bus ring 87

4. 1 Algemene Kenmerken (verv. ) n Gemeenschappelijk gebruikt kanaal: (vergelijk: kamer met mensen) u gelijktijdige toegang mogelijk u iedereen ontvangt elk pakket 88

4. 1 Algemene Kenmerken (verv. ) n n Specifieke protocols: u in dataverbindingslaag + fysische laag! u netwerklaag: leeg (tenzij LANs verbonden) Dataverbindingslaag u u LLC: Logical Link Control (gemeensch. LANs) MAC: Medium Access Control verschillend voor elk soort LAN onbetrouwbaar transport van pakketten 89

4. 1 Algemene Kenmerken (verv. ) n LLC (vgl. Dataverbindingslaag in WANs) u 2 soorten diensten: virtuele verbinding (perfect kanaal) datagram dienst (geen garantie aflevering v. pakket) u LANs steeds datagram dienst dataverbindingslaag fysische laag OSI Model LLC MAC fysische laag Lokaal Netwerk 90

4. 2 Ethernet n n n IEEE 802. 3 Busnetwerk Fysische Kabel (versch. alternatieven) u dunne coaxiale kabel (thin Ethernet) u gevlochten koperparen flexibele bekabeling u dikke (twisted pair): meest coaxiale kabel (thick Ethernet): verouderd 91

4. 2 Ethernet Fysische Laag n 3 soorten bekabeling: 92

4. 2 Ethernet Fysische Laag n Elke computer: interface bord u verbinding met coaxiale kabel 93

4. 2 Ethernet Fysische Laag (verv. ) n Pakket versturen: u Signaal coaxiale kabel plant zich voort naar beide uiteinden aansluitpunt computersysteem signaal 94

4. 2 Ethernet Fysische Laag (verv. ) n 2 Computers gelijktijdig versturen: elektrisch signaal gewijzigd u geen van beide pakketten correct herkend u BOTSING u botsing (nog niet detecteerbaar door beide systemen) 95

4. 2 Ethernet Fysische Laag (verv. ) n Botsing: hoort botsing weet nog niet dat botsing opgetreden is 96

4. 2 Ethernet Fysische Laag (verv. ) n Enkele cijfers |kabel| = 1000 m u 2 PCs nabij de twee uiteinden u transmissiesnelheid = 10 Mbit/s u |pakket| = 1 k. Byte u transmissiesnelheid (signaal) = 200. 000 km/s u uitzenden pakket = 800 s u bit (andere kant v/d kabel) = 5 s u 97

4. 2 Ethernet Fysische Laag (verv. ) n Worst Case (detectie van botsing) u PC begint te zenden na > 5 s: alle andere systemen op hoogte u andere PC begint net iets daarvoor te zenden na > 10 s: eerste zender hoort botsing (indien hij nog aan het zenden is!!! |pakket| ) 98

4. 2 Ethernet (verv. ) Werkingsprincipe n Vergelijk: ruimte met # mensen u geen moderator aanwezig u n Stel: computer mag op elk ogenblik beginnen sturen 1 e PC begint versturen 800 s 2 e PC begint versturen 800 s beide pakketten foutief ontvangen u globale verlies = 800 s + 800 s = 1600 s u < 18% v/d capaciteit benutten! tijd u 99

4. 2 Ethernet Werkingsprincipe (verv. ) n Regel 1: u u Begin pas te versturen als kabel vrij is (computer vangt geen signaal op) Botsingen niet uitgesloten pas na 5 s signaal aan andere uiteinde 100

4. 2 Ethernet (verv. ) Werkingsprincipe n Toepassing van regel 1: Computer mag alleen starten indien kabel vrij is 1 e PC begint versturen 2 e PC begint versturen 800 s tijd beide pakketten foutief ontvangen u globale verlies = 5 s + 800 s = 805 s u < 36% v/d capaciteit benutten! u 101

4. 2 Ethernet Werkingsprincipe (verv. ) n Regel 2: u. Blijf luisteren tijdens zenden Bla bla. . . u Stop zodra botsing vastgesteld Zend kort stoorsignaal 102

4. 2 Ethernet (verv. ) Werkingsprincipe n Toepassing van regels 1 & 2: Computer mag alleen starten indien kabel vrij is u Stop met zenden zodra botsing vastgesteld wordt u 1 e PC begint versturen 5 s +. . . 2 e PC begint versturen 5 s +. . . tijd geen pakketten ontvangen u globale verlies 5 s + 5 s 10 s u Verlies (10 s) <<< tijd voor verzenden pakket (800 s) u 103

4. 2 Ethernet Werkingsprincipe (verv. ) n Regel 3: u Na botsing: wacht willekeurige tijd herhaalde botsingen: wachttijd neemt toe na 16 mislukkingen: faling melden 104

4. 2 Ethernet Werkingsprincipe (verv. ) n CSMA/CD MA CS CD n Multiple Access Carrier Sense Collision Detect Eigenschappen: - belasting vertraging - geen garantie uitsturen - belasting tot 90% (real time systemen!? !) v/d capaciteit nuttig gebruikt - CD (door 2 systemen) indien |pakket| 64 bytes 105

4. 2 Ethernet (verv. ) Pakket Layout n Elke verbindingskaart u uniek (wereldwijd) adres = 6 bytes Hoofding - bestemmeling - afzender -. . . Data u “broadcast” naar adres alle aangesloten systemen Controlesom 106

4. 2 Ethernet (verv. ) Diensten n MAC + LLC: udatagram dienst voor netwerklaag typedef struct{. . . } ethernet_adres; /* 6 byte adres */ typedef struct {. . . } info; /* data van de netwerklaag */ void zend_pakket (ethernet_adres naar, info data); void ontvang_pakket (ethernet_adres *van, info *data); 107

4. 2 Ethernet (verv. ) Bekabeling 108

4. 2 Ethernet (verv. ) Hubs n Centraal opgestelde hubs u Twisted pairs vanaf iedere werkplek naar hubs (lengte < 100 m) u Gemeenschappelijk kanaal in hub (interne werking principieel niet belangrijk) u Signalen over twisted pair gestandaardiseerd n Resultaat: u Eenvoudiger beheer u Nieuwe varianten: fast Ethernet, geschakeld Ethernet 109

4. 2 Ethernet (verv. ) Fast Ethernet n 10 Mbps 100 Mbps: 10 s <> 800 s efficiënte werking u 100 Mbps: 10 s <> 80 s ? ? u 10 n n Reductie lengte kabel: 2, 5 km 250 m 10 Mbps + 1000 m 100 Mbps + 100 m Mbps: 10 s <> 800 s efficiënte werking u 100 Mbps: 1 s <> 80 s efficiënte werking u 10 110

4. 2 Ethernet (verv. ) Geschakeld Ethernet n = hub + … bufferruimte voor inkomende pakketten per lijn u Botsingvrij transport tussen buffers u n n = switch Ethernet? Ja: zelfde standaard voor communicatie over lijnen u Neen: werking u n Nieuwe probleem: u Naar welke buffer een pakket sturen? 111

Inhoud 1. Inleiding 2. Fysische laag 3. Dataverbindingslaag 4. Lokale Netwerken 5. Netwerklaag 6. Netwerken verbinden: internet 7. Transportlaag 8. Naamdiensten 9. Toepassingen

5. Netwerklaag Dataverbindingslaag: u communicatie tussen direct verbonden computersyst. Netwerklaag: u 5. 1 5. 2 5. 3 communicatie tussen verwijderde computersystemen mogelijk maken Diensten Protocol Routering 113

5. Netwerklaag (verv. ) netwerk protocol netw. laag N dataverb. protocol data. laag D fysische protocol fys. laag F A S 2 S 1 N protocol netw. laag netwerk D protocol data. laag dataverb. F protocol fys. laag fysische S 3 S 4 B 114

5. 1 Diensten n 2 soorten diensten: u virtuele verbinding u datagram dienst geen garantie van aflevering • bijv. door falen van schakelaar volgorde aflevering kan volgorde verzending • bijv. door volgen van andere route n Elk computersysteem: netwerkadres u internationale standaarden 115

5. 2 Diensten (verv. ) typedef struct{. . . } netwerk_adres; typedef struct{. . . } info; /* data van de transportlaag */ void zend_pakket (netwerk_adres naar, info data); void ontvang_pakket (netwerk_adres *van, info *data); 116

5. 2 Protocol n Hier: alleen datagram dienst Hoofding - netwerkadres bestemmeling - netwerkadres afzender - protocol transportlaag -. . . Data van Transportlaag n NWL (Computer A, S 1, S 3): u pakket over bepaalde verbinding sturen 117

5. 3 Routering Schakelaar: routeringstabel: per bestemming: uitgaande lijn C 0 0 S 1 1 3 2 3 S 2 1 2 3 0 1 2 A S 4 3 E 2 S 3 D 1 0 F B nr S 1 S 2 S 3 S 4 A B C D E F 0 1 1 2 3 1 0 1 3 2 3 1 3 0 2 2 1 3 2 3 1 0 118

5. 3 Routering (verv. ) C 0 A 0 S 1 1 3 2 3 S 2 1 2 3 0 1 2 S 4 3 E 0 2 S 3 D 1 B F nr S 1 S 2 S 3 S 4 A B C D E F 0 1 1 2 3 1 0 1 3 2 3 1 3 0 2 2 1 3 2 3 1 0 : A B: : A S 1 (1) S 2 (1) S 3 (1) B : F C: : F S 4 (2) S 2 (0) C : E D: : E S 1 (2) S 4 (3) S 3 (0) D 119

5. 3 Routering (verv. ) n Statische routering: u tabellen ingevuld door netwerkbeheerder u pakketten ( X): dezelfde route u uitvallen/overbelasting lijn/schakelaar n Routeringsprotocol u schakelaars wisselen informatie uit (comp. syst. ) u kost van verbinding berekend routes berekend 120

Inhoud 1. Inleiding 2. Fysische laag 3. Dataverbindingslaag 4. Lokale Netwerken 5. Netwerklaag 6. Netwerken verbinden: internet 7. Transportlaag 8. Naamdiensten 9. Toepassingen

6. Netwerken verbinden Niet alle computersystemen op 1 netwerk: n n bedrijf: volledige controle over eigen netwerk toch kunnen communiceren met andere bedrijven binnen organisatie: verschillende netwerken vb. KULeuven. Net: elk departement eigen netwerk Een internet (internetwork) n verbinden van verschillende netwerken n Internet = wereldwijde internet (IP protocol) 122

6. Netwerken verbinden (verv. ) WAN-1 R 1 LAN-1 R 4 R 2 WAN-2 5. 1 5. 2 5. 3 Schakelaars Ri (routers) R 3 Adressering Diensten en Protocol Routering WAN-3 R 5 LAN-2 123

6. 1 Adressering n n 1 globaal, uniform adresseringsschema Internet: u adres = 32 bits 134. 58. 39. 91 (dotted decimal) u verschillende soorten adressen Netwerk n Computersysteem Omzetting Internet-adres Lokaal adres u vertaaltabellen of vertaalprotocol 124

6. 1 Adressering (verv. ) Voorbeelden: 134. 58. 39. 91 134. 58. 0. 0 KULeuven. Net 134. 58. 39. 0 Netwerk van Comp. Wet. Masker: scheiden van 2 delen van een adres & masker = netwerk-gedeelte 125

6. 2 Diensten en Protocol Internet u netwerklaag: u protocol u 1 alleen datagram dienst = IP (Internet Protocol) soort pakket hoofding = 20 bytes u mogelijkheid u indien om IP-pakket op te splitsen onmogelijk verder te sturen: foutboodschap naar zender (ander protocol) 126

6. 2 Diensten en Protocol (verv. ) Hoofding: (20 bytes): adres-zender 32 bits adres-bestemmeling 32 bits identificatie 16 bits lengte 16 bits (max = 65. 535) protocol transportlaag 8 bits time-to-live 8 bits (max # te passeren routers) type-of-service 8 bits (verwachte dienstverlening) overige … opsplitsing van IP pakket, afz. doorsturen, later weer samenvoegen … versie nummer, controle bits (hoofding), . . . 127

6. 3 Routering n Iedere router: u routeringstabel WAN-1 R 1 naar R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 WAN-1 WAN-2 WAN-3 LAN-1 LAN-2 R 4 R 3 R 1 R 3 R 2 R 4 R 5 R 1 R 5 R 4 R 3 R 4 - LAN-1 R 4 R 2 WAN-2 volgende router (op zelfde netwerk) op pad naar bestemm. R 5 LAN-2 R 3 WAN-3 vaak verzuimingang: kortere tabel 128

6. 3 Routering naar R 1 134. 58. 1. 0 134. 58. 2. 0 134. 58. 3. 0 134. 58. 11. 0 134. 58. 12. 0 134. 58. 1. 2 134. 58. 11. 4 R 1 WAN-1 R 2 134. 58. 1. 0 R 3 134. 58. 2. 3 134. 58. 1. 1 134. 58. 2. 3 134. 58. 11. 1 134. 58. 3. 5 134. 58. 3. 4 134. 58. 3. 3 134. 58. 3. 4 - LAN-1 R 2 134. 58. 2. 0 134. 58. 2. 2 134. 58. 3. 4 134. 58. 3. 5 R 5 134. 58. 11. 0 R 4 WAN-2 R 4 R 5 LAN-2 R 3 WAN-3 134. 58. 3. 0 134. 58. 12. 0 129

6. 3 Routering (verv. ) n Internet: ook routeringsprotocols u op verschillende niveaus u binnen een AS (autonomous system): kortste pad tussen twee routers berekenen • volgens metriek tussen AS-en: ander protocol, eventueel ook beleidsopties • doorheen welk netwerk wel/niet • mogelijkheid tot manueel uitsluiten van netwerken 130

Inhoud 1. Inleiding 2. Fysische laag 3. Dataverbindingslaag 4. Lokale Netwerken 5. Netwerklaag 6. Netwerken verbinden: internet 7. Transportlaag 8. Naamdiensten 9. Toepassingen

7. Transportlaag in Internet u TCP (Transmission Control Protocol) u UDP (Universal Datagram Protocol) 7. 1 7. 2 7. 3 Adressering TCP Protocol en Diensten UDP Protocol en Diensten 132

7. 1 Adressering n Communicatie-eindpunt van proces: (IP-adres, poortnummer) n TCP / UDP Hoofding: u alleen poortnummer u IP-adres in IP-hoofding n Standaard Toepassingen: u vaste poortnummers (www-server, 80), (ftp-server, 21), … n Andere toepassingen: dyn. aanvragen 133

7. 2 TCP Protocol & Diensten n Virtuele verbinding tussen eindpunten (netwerk alleen datagram diensten!) n 3 Fasen: u opzetten van verbinding u gebruik v/d verbinding vgl. protocols dataverbindingslaag complexer! TCP hoofding • volgorde aankomst van pakketten • 1 -bit venster te beperkend op snelheid volgnummer byte 1 e byte in pakket stroom (elke byte 32 -bit volgnummer) u verbreken v/d verbinding 134

7. 3 UDP Protocol & Diensten n n Datagram dienst tussen eindpunten Datagram dienst van IP 135

Inhoud 1. Inleiding 2. Fysische laag 3. Dataverbindingslaag 4. Lokale Netwerken 5. Netwerklaag 6. Netwerken verbinden: internet 7. Transportlaag 8. Naamdiensten 9. Toepassingen

8. Naamdiensten IP-adresssen niet gebruiksvriendelijk leesbare namen telnet 134. 58. 42. 36 telnet nix. cs. kuleuven. ac. be 8. 1 8. 2 Domeinnamen Omzetting Domeinnamen naar IP adressen 137

8. 1 Domeinnamen n Internet domeinnamen u hiërarchisch gestructureerd nix. cs. kuleuven. ac. be landcode (België) univ. (academic) K. U. Leuven dep. computerwetenschappen naam van het computersysteem 138

8. 1 Domeinnamen (verv. ) n 3 groepen Top Level Domains (TLD) 2 -letter landcodes (ISO 3166) u generieke namen (gelijkaardige organisaties) u commerciële organisaties org niet-commerciële organisaties (bv. Vzw) internationale organisaties (nato, EU, …) net bedrijven die netwerkdiensten aanbieden Nieuwe: info, biz, name, aero, museum, . . . u namen (organisaties binnen USA) edu gov mil universiteiten Amerikaanse overheid Amerikaanse leger 139

8. 1 Domeinnamen (verv. ) n Elk TLD: u beheerder (toekennen van namen in domein) u “be”: dept. Computerwetenschappen tot jan 2000 nu: vzw DNS BE (ispa, agoria, beltug) n Elke organisatie met naam: u zelf creatie nieuwe namen in dat domein u bijv. kuleuven. ac. be en kulak. ac. be n Hiërarchische naamgeving + delegatie = werkbare structuur 140

8. 2 Omzetting Domeinnaam IP Adres n Gegevensbank u niet gecentraliseerd (flessehals!) u naambeheerder (name server) omzetting u hiërarchie ieder domeinnaam IP-adres van naambeheerders domein: aparte naambeheerder 141

8. 2 Omzetting Domeinnaam IP Adres (verv. ) Naambeheerder cs. kuleuven. ac. be Machines/subdomeinen van cs. kuleuven. ac. be type IP-adres nix A 134. 58. 42. 36 idefix A 134. 58. 41. 7 droopy A 134. 58. 41. 10 stevin A 134. 58. 41. 16 . . . A = Address 142

8. 2 Omzetting Domeinnaam IP Adres (verv. ) Naambeheerder kuleuven. ac. be Machines/subdomeinen van kuleuven. ac. be type IP-adres cs NS 134. 58. 39. 1 esat NS … www A … . . . NS = Name. Server 143

8. 2 Omzetting Domeinnaam IP Adres (verv. ) Naambeheerder voor TLD-namen = root-naambeheerder u gekend IP-adres u alleen verwijzingen naar andere naambeheerders u 144

8. 2 Omzetting Domeinnaam IP Adres (verv. ) www. cs. vu. nl 130. 37. 24. 11 Example : www. cs. vu. nl Root-NS Lokale NS NS (nl) (cs. kuleuven. ac. be) NS (vu. nl) 130. 37. 24. 11 NS (cs. vu. nl) 145

8. 2 Omzetting Domeinnaam IP Adres (verv. ) n Omslachtig? u Naambeheerders: “cache” u Gedurende zekere tijd opgezochte namen opslaan n Kwetsbaar? u Naambeheerder kan uitvallen u Voor elk domein: meerdere naambeheerders 146

Inhoud 1. Inleiding 2. Fysische laag 3. Dataverbindingslaag 4. Lokale Netwerken 5. Netwerklaag 6. Netwerken verbinden: internet 7. Transportlaag 8. Naamdiensten 9. Toepassingen

9. Toepassingen n E-Mail u E-mailadressen u E-mailprogramma’s u E-mailservers n World Wide Web u URL u Componenten u Opbouw van pagina’s 148

9. 1 E-mail n E-mail adressen pv@cs. kuleuven. ac. be Pierre. Verbaeten@cs. kuleuven. ac. be nachtradio@vrt. be u na @: domeinnaam u voor @: loginnaam, Voornaam. Naam, groepsnaam 149

9. 1 E-mail (vervolg) n E-mailprogramma’s u vaak grafische gebruikersinterface u functionaliteit: ontvangen & lezen van berichten (receive) opstellen & versturen van berichten (send) beantwoorden van berichten (reply) doorsturen van berichten (forward) organiseren van berichten (folder) bijhouden van adressenbestand (addressbook) u vb: Netscape, Exchange, Eudora, pine, elm, . . . 150

9. 1 E-mail (vervolg) n E-mailprogramma’s: Netscape 151

9. 1 E-mail (vervolg) n E-mail u hoofding Sleutel. Woord: waarde From: afzender To: bestemmeling Cc: kopie naar … Subject: onderwerp dat besproken wordt Date: datum + tijd waarop verstuurd werd. . . blanko lijn u Boodschap zelf u 152

9. 1 E-mail (vervolg) n E-mailservers u sturen / ontvangen van boodschappen E-mailprogr. POP SMTP E-mailserver SMTP Simple Mail Transfer Protocol POP Post Office Protocol IMAP Internet Mail Access Protocol E-mailserver IMAP E-mailprogr. 153

9. 1 E-mail (vervolg) n E-mailservers u Internet: steeds SMTP u vinden van andere E-mailserver? Naambeheerders • domeinnaam: IP-adres waarop E-mailserver draait Poortnummer = 25 154

9. 2 World Wide Web Zie cursus Informaticawerktuigen n n n Hypertext URL (Uniform Resource Locator) Browser HTTP (Hyper. Text Transfer Protocol) Web. Server HTML (Hyper. Text Markup Language) 155

Hypertekst Computer A Computer B Hypertekst … (meer … info) Een link is … … Meer informatie kan je hier vinden (Engels). Links … hypertekst … Hypertext allows a document to … Hypertekst bevat verwijzingen naar andere documenten 156

URL — Uniform Resource Location n Absoluut of relatief n Absoluut: http: //www. bib. kuleuven. ac. be/bib/deelbib/indexexact. html protocol n computer details (padnaam) Protocol: u http (web-pagina) - mailto (elektronische post) u ftp (file transfer protocol) - news (USENET nieuwsgroep) u file (loaal bestand) - gopher, wais, shttp, telnet, . . . 157

URL (vervolg) n n n Computer: u DNS-naam (Web-site) u optioneel u //domein. naam: poortnummer Details: u padnaam u e-mail adres (mailto) u … URL#naam u #naam: plaats in een pagina (i. p. v. het begin) 158

URL (voorbeelden) http: //www. kuleuven. ac. be/kuleuven/news_nl. html http: //www. demo. com/pub/index. html#TOC /pub/README ftp: //ftp. simtel. com/simtelnet/win 95 telnet: //pluto. cs. kuleuven. ac. be file: /user/rik/IW/practicum 1 mailto: Bill. Clinton@whitehouse. gov news: be. politics 159

Web Browser n Web pagina ophalen + tonen n Populaire Browsers: Netscape Navigator u Microsoft Internet Explorer u Hot. Java (Sun) u… u n HTTP Protocol +. . . u u u ftp e-mail news telnet gopher, . . . 160

HTTP Hypertext Transfer Protocol http: //www. netvision. be/nv_jobs/index. html GET /nv_jobs/index. html HTTP/1. 0 cliënt 200 dienstverlener www. netvision. be 161

Web Server n Beheert lokale Web-pagina’s u vaak n sub-boom van lokaal bestandensysteem Taken: u geen visualisatie! u aanvragen browsers/servers beantwoorden u beveiliging u caching n Meestal boven: Unix of Windows NT 162

HTML — Hypertext Markup Language n Web-pagina om even wat: tekst (ascii), Word-document, rekenblad, foto, . . . u browser: visualiseren ! u standaard-formaat: HTML u n Hypertext u n Markup: u n tekst met verwijzingen naar andere teksten code (instructies) die structuur weergeven van document Andere formaten: u hulp-programma’s of plug-ins of kopiëren 163

HTML (voorbeeld) <HTML> <HEAD> <TITLE>Netwerken</TITLE> </HEAD> <BODY> <H 1>Computernetwerken</H 1> <H 2>1. Inleiding</H 2> Gedurende de laatste 10 jaar is de computerinfrastructuur in bedrijven <B>grondig</B> gewijzigd. … <P>In dit hoofdstuk bestuderen we het netwerk, . . . </BODY> </HTML> 164