Lekc12

1. Lekc12 Datu posma (kanāla) slāņa protokoli

2. Saturs • Datu posma slāņa funkcijas • Datu posma slāņa iespējamie pakalpojumi • Datu posma slāņa protokoli • Protokols SLIP • Protokols PPP • 3 zemāko slāņu protokolu sadarbība • Kādēļ vajag speciālos protokolus? • Adrešu sasaistīšana – protokols ARP

3. Komunikācijas protokolu standartu steki

4. Datu posma slāņa funkcijas Datu posma slānis nodrošina datu apmaiņu starp tīkla slāņa aktīvajiem elementiem formējot un pārveidojot kadrus kā arī atklāj un izlabo kļūdas, kas rodas fizikālajā slānī. Datu posma slāņa svarīgākās funkcijas ir sekojošas: • Piekļuves nodrošināšana jebkurai tīkla videi, kas saucas vides piekļuves vadība (MAC – Medium Access Control) • Pagaidu divpunktu savienojumu nodibināšana starp MAC adrešu pāriem, lai nodrošinātu datu pārraidi, kas saucas par loģiskā posma vadību (LLC – Logical Link Control). • Tādēļ IEEE, izstrādājot specifikāciju 802, sadalīja datu posma slāni 2 apakšslāņos, kam katram ir savs protokols: • loģiskā posma vadības (LLC) apakšslānis – virsējais un • vides piekļuves vadības (MAC) apakšslānis – apakšējais.

5. Datu posma slāņa iespējamie pakalpojumi Atkarībā no konkrētā kanāla prasībām, datu posma slānis var sniegt sekojošus pakalpojumus (servisus): • Adresēšana (addressing) tiem kanāliem, kur starp gala punktiem piedalās >2 mezglu. • Bitu virknes veseluma pārbaude (bit-level integrity check) ko veic aprēķinot kΣ. Pakešu komutācijas gadījumā to veic katrā posmā (hop). • Kadru norobežošana (delimitation), ko panāk ar speciāliem norobežotājiem (delimiter) jeb “karodziņiem”. Kadra galvenei un noslēgumam jāatšķiras no datiem. • Protokolu identificēšana (protocol identification – PID), ko izmanto, ja augstāk stāvošajā slānī var būt vairāki protokoli. • Lietotāju autentificēšana (user authentication) – datu saņēmēja autentiskuma apstiprināšana.

6. Datu posma slāņa protokoli Datu posma slāņa protokoli nodrošina datu pārraidi no konkrēta avota konkrētam saņēmējam un to sauc divpunktu (point-to-point) pārraidi, jo pārraide notiek starp 2 MAC-adresēm. Tāda pat 2 punktu tehnoloģija darbojas arī globālā tīkla (WAN) kanālos, bet tur lieto citus protokolus: • Interneta seriālās līnijas protokolu - protokolu SLIP (Serial Line Internet Protocol), kas, izmantojot telefona līnijas, nodrošina atsevišķu darbstaciju – datoru - tiešu pieslēgšanu. • Divpunktu protokolu - protokolu PPP (Point-to-Point Protocol), kas pēdējā laikā aizvieto iepriekšējo, jo ir par to pilnīgāks – īsteno datu saskaņošanu, saspiešanu un kļūdu labošanu. • Speciālos protokolus: X.25, kadru retranslācijas (frame relay) un asinhronā pārraides režīma (ATM) savienojumiem.

7. Protokols SLIP Protokols SLIP (Serial Line Internet Protocol) ir sākotnējs steka TCP/IP protokols, ko vēl lieto tikai piekļuvei veciem UNIX hostiem un ko apraksta RFC 1055. Vienīgais pakalpojums, ko tas sniedz, ir kadru norobežošana. Tas lieto speciālu simbolu END (0xC0), ko ievieto katras datagrammas sākumā un beigās. Ja simbolu END (0xC0) sastopams derīgos datos, tad šis protokols avotā pirms tā iesprauž ESC (0xDB), ko saņēmējs atpazīst un pārveido sākotnējā veidā. SLIP paredz datagrammu garumu 1006 simbolu, bet, lai nebūtu jāfragmentē, sākot ar Windows 2000 garums ir 1500. Eksistē vēl versija C-SLIP (compressed SLIP), kas pieļauj galveņu saspiešanu. Pašlaik SLIP protokoli netiek plaši lietoti.

8. Protokols PPP Protokols PPP (Point-to-Point Protocol) ir universāls 2 punktu protokols, kurā novērsti SLIP trūkumi un to lieto ļoti plaši. Tas blakus kadru norobežošanai, kā SLIP, veic arī: • bitu virknes veseluma pārbaudi • protokolu identificēšanu, • Datu saspiešanu • Kļūdu labošanu • Savienojuma autentificēšanu PPP nelieto klient/servera modeli – abi partneri vienādi

9. PPP raksturojumi Dokumentā RFC 1661uzrādīti PPP raksturojumi, kas ietver: • Iekapsulēšanas metodes, kas ļauj vienlaikus uzturēt vairākus protokolus vienā kanālā, ieskaitot TCP/IP, NetBEUI, IPX/SPX, AppleTalk, SNA, DECNet, tunelēšanas protokolu PPTP u. c. • Lietotāju autentificēšana • Speciālu kanāla vadības protokolu (LCP–Link Control Protocol), ko lieto jebkuru 2 punktu kanāla parametru saskaņošanai. • Vairākus tīkla pārvaldības protokolus (NCP – Network Control Protocols) (sk. RFC 1332 un 1877) tai skaitā NCP priekš IP, ko sauc par IP vadības protokolu (IPCP – Internet Protocol Control Protocol). To lieto, lai saskaņotu: • sūtītāja IP-adreses, • DNS serveru adreses un • Jakobsena saspiešanas protokola izmantošanu (ja vajadzīgs)

10. Protokola PPP kadra formāts Protokola PPP iekapsulēšanas un kadrēšanas tehnoloģiju pamatā ir pazīstamā ISO protokola HDLC mehanismi (sk. RFC 1662).

11. PPP kadra lauki (1) • Flag “Karoga” sekvences garums ir vienāds ar 1 baitu; tā norāda uz datu bloka sākumu vai beigām. Šī ir binārā sekvence 01111110. • Address“Adreses” lauka garums ir vienāds ar 1 baitu; tas satur bināro sekvenci 11111111, kas ir standarta apraides (broadcast) adrese. PPP nepiešķir stacijām individuālās adreses – nevajag, jo tas savieno 2 punktus • Control“Vadības” lauks sastāda 1 baitu un satur bināro sekvenci 00000011, kura prasa no lietotāja informācijas pārraides nesecīgu freimu veidā. Paredzēti pakalpojumi bez kanāla loģiskā savienojuma nodibināšanas, kuri ir analoģiski LLC Type1 pakalpojumiem. • Protocol“Protokola” lauka garums ir 2 baiti; tā vērtība identificē protokolu, kam paredzēti dati datu bloka informācijas laukā. Protokola lauka mūsdienu vērtību vairākums ir noteikts pēdējā izlaidumā Assigned Numbers- Request for Coments (RFC).

12. PPP kadra lauki (2) 5. Data“Datu” lauka garums ir no nulles un vairāk; tas satur datagrammu protokolam, kas ir norādīts protokola laukā. Informācijas lauka beigas tiek noteiktas ar “karoga” noslēdzošu sekvenci un divu baitu piešķiršanu FCS laukam. Informācijas lauka maksimālais garums pēc noklusēšanas ir 1500 baiti. Saskaņā ar aprioru vienošanos, PPP realizācijas var izmantot citas informācijas lauka maksimālā garuma vērtības. 6. Frame check sequenceDatu bloka pārbaudes sekvences (FCS) lauks parasti sastāda 16 bitus (divus baitus). Saskaņā ar aprioru vienošanos, PPP realizācijas var izmantot 32-bitu FCS lauku, lai uzlabotu kļūdu atklāšanas procesu. Link Control Protocol (LCP) var saskaņot PPP datu bloka standarta struktūras modifikācijas. Tomēr modificēti datu bloki vienmēr būs skaidri atšķirami no standarta datu blokiem.

13. PPP sakaru kanāla vadības protokols (LCP) Tas ietilpst PPP sastāvā un nodrošina kanāla ar tiešo (divpunktu) savienojumu: • nodibināšanas, • konfigurācijas izvēles, • uzturēšanas un • darbības pārtraukšanas metodi. LCP process iziet cauri 4 fāzēm: • Kanāla organizēšana un tā konfigurācijas saskaņošana. Pirms veikt kādu tīkla slāņa datagrammu apmaiņu (piemēram, IP), LCP vispirms jānodibina savienojums un jāsaskaņo konfigurācijas parametri. Šī fāze beidzas, kad konfigurācijas apliecinājuma kadrs ir aizsūtīts un pieņemts.

14. PPP sakaru kanāla vadības protokols (LCP) t 2. Sakaru kanāla kvalitātes noteikšana. LCP nodrošina kanāla kvalitātes noteikšanas fakultatīvo fāzi, kura seko kanāla organizēšanas un tā konfigurācijas saskaņošanas fāzei. Šajā fāzē kanāls tiek pārbaudīts, lai noteiktu, vai kanāla kvalitāte ir pietiekama tīkla slāņa protokolu izsaukšanai. Šī fāze ir fakultatīva (neobligāta). LCP var aizturēt tīkla slāņa protokolu informācijas pārraidi līdz šīs fāzes beigām. 3.Tīkla slaņa protokolu konfigurācijas saskaņošana. Pēc tam, kad LCP beidz sakaru kanāla kvalitātes noteikšanas fāzi, atbilstošie NCP protokoli var izvēlēties katra tīkla protokola konfigurāciju atsevišķi, un tie katrā brīdī var tikt izsaukti turpmākajai izlietošanai. Ja LCP pārtrauc šo kanālu, tas informē par to tīkla slāņa protokolus, lai tie varētu veikt attiecīgus pasākumus. 4. Kanāla darbības pārtraukšana. LCP jebkurā brīdī var slēgt kanālu. To parasti dara pēc lietotāja (cilvēka) pieprasījuma, bet var notikt arī kāda fiziskā notikuma dēļ, piem., nesēja pazaudēšana vai taimera laika intervāla izbeigšanās

15. PPP-savienojumu nodibināšanas etapi To uzdevums – uzstādīt PPP savienojumu individuālos parametrus pirms datu apmaiņas uzsākšanas. Abas puses – līdzvērtīgas. Etapu secība sekojoša: • Nav sakaru (Link Dead). Sākuma etaps, piem., kad bijusi aktivizēta iezvana programma fizikālā slānī. • Kanāla nodibināšana (Link Establishment). • Pēc fizikālā slāņa pieprasījuma viena puse ģenerē PPP-kadru Link Control Protocol (LCP) Request. • Ar LCP abas puses saskaņo individuālos parametrus, ko lietos savienojumā.

16. PPP-savienojumu nodibināšanas etapi – t1 3. Autentifikācija (Autentification). Ja iepriekšējā etapā panākta vienošanās par kāda autentifikācijas protokola lietošanu, tad notiek apmaiņa ar tā ziņojumiem. Visbiežāk lieto šādus autentifikācijas protokolus: • Paroles autentifikācijas protokols (Password Autentification Protocol – PAP) – pārbauda lietotāja vārdu un paroli. • Izaicinājuma-rokasspiediena protokols (Challenge-Hanshake Protocol – CHAP) – tas ir drošāks par iepriekšējo, jo veic 3 dažādus rokasspiedienus un katru reizi pēc savienojuma nodibināšanas pārbauda autentifikācijas datus.

17. PPP-savienojumu nodibināšanas etapi – t2 4. Kanāla kvalitātes kontrole (Link Quality Monotoring) – ja 2. etapā tas norunāts, tad notiek apmaiņa ar šī protokola ziņojumiem. 5. Tīkla slāņa protokola konfigurēšana (Network Layer Protocol (NLP) Configuration). Starp abām pusēm notiek apmaiņa ar NCP ziņojumiem. 6. Kanāla atvēršana (Link Open). Var sākties datu apmaiņa. 7. Kanāla pārtraukšana (Link Termination). Pēc datu pārraides beigām – uz 1. etapu.

18. Modifikācija: protokols PPP virs Ethernet (PPPoE) Šis protokols (Point-to-Point Protocol over Ethernet): • ietilpst TCP/IP standartā un • ļauj nodibināt sakarus starp LT Ethernet datoriem un ārējiem servisiem, kas pieslēgti LT ar platjoslu iekārtu palīdzību, piem., ar kabeļ- vai DSL-modemiem. • Tas ļauj vairākiem datoriem savienot: • pieslēgšanās vienkāršību ar • individuālo parametru (piem., paroļu nodrošināšanu, kanālu identifikācijas) saglabāšanu un autentifikāciju.

19. Kādēļ vajag speciālos protokolus? • Protokoli PPP un SLIP uztur tikai 1 savienojumu starp 2 punktiem (analogie telef. kanāli, DSL vai T1, T3), tādēļ tiem nevajag adresēt gala punktus. • Citām WAN tehnoloģijām (X.25, kadru retranslācijas (frame relay) un asinhronā pārraides režīma (ATM) savienojumiem), kas uztur pakešu vai kanālu komutāciju, datu posma slānī nepieciešams uzrādīt tiešas avota-saņēmēja adreses. • Izplatītajā piekļuves tehnoloģijā - kabeļu modemos – lieto standarta Ethernet kadrus un tā darbojas līdzīgi kā LT. • Kopā ar to var lietot protokolu PPPoE (PPP over Ethrnet) vai PPPA, ja lieto ATM – asinhrono pārraides režīmu.

20. 3 zemāko slāņu protokolu sadarbība;SNAP –Subnetwork Access Protocol – protokols piekļuvei apakštīkliem

21. Ethernet II kadri, ko lieto IP-datagrammu pārraidei Ethernet tīklos

22. Datu iekapsulēšana MAC kadrā un Ethernet II kadra formāts

23. Kadru tipi, ko lieto Ethernet

24. Kadra PPPoE formāts

25. Adrešu sasaistīšana – protokols ARP IP-adrese ir virtuāla, jo to uztur tikai programmu nodrošinājums; tādēļ katram tīklā raidāmam kadram jāsatur saņēmēja aparātu (MAC) adrese. Adrešu sasaistei nepieciešama to pārveide. Var lietot 3 pārveides metodes: • Meklēšana tabulā - T • Izskaitļošana pēc formulas – to lieto, ja ap. adreses var pārkonfigurēt - C • Apmaiņa ziņojumiem starp datoriem - D

26. Katrs atsevišķa tīkla dators var atpazīt tikai tāda cita datora adresi, kas pieslēgts tīklam

27. Adrešu sasaistes tabulas piemērs

28. Ja tīklā maz hostu (C klases tīkls), tad hosta adresi var lietot kā masīva indeksu

29. Dažādu adrešu sasaistes metožu salīdzinājums:T- tabulu; C – izskaitļošanas; D – dinam. ziņojum. apm.

30. Apmaiņa ar ARP-ziņojumiem

31. ARP ziņojumu formāts

32. ARP ziņojumu iekapsulēšana Ethernet kadros

33. ARP ziņojumu Ethernet tips

34. Apmaiņa ar ARP ziņojumiem: pieprasījumi - atbildes