Datacommunicatie Computercommunicatie ir. Patrick Colleman
Inhoud Afkortingen Voorwoord 1 Hoofdstuk 1: Inleiding tot de lokale netwerken 1 1.1 Definitie en ontwerpdoelstellingen. 3 1.2 Voordelen van lokale netwerken. 4 1.3 Soorten netwerken 7 1.4 Het OSI referentiemodel. 10 1.5 Het vormen van pakketten. 10 1.6 LAN s 11 1.7 Netwerkverbindingscomponenten 13 Hoofdstuk 2: De fysieke- en de datalinklaag. 13 2.1 De fysieke laag 13 2.1.1 Ethernet 14 2.1.1.1 Ethernet topologieën 15 2.1.1.2 Ethernet: fysieke laag 19 2.1.1.3 Fast Ethernet 21 2.1.1.4 Gigabit Ethernet 23 2.1.2 Wireless LAN s (802.11 of Wi-Fi) 25 2.2 De datalinklaag 25 2.2.1 De LLC deellaag 37 2.2.2 De MAC deellaag 37 2.2.2.1 Ethernet 37 2.2.2.1.1 Het DIX Ethernet frame 41 2.2.2.1.2 Het IEEE 802.3 frame (IEEE 802.3 Ethernet) 41 2.2.2.1.3 Inhoud van het Ethernetframe (voorbeeld) 43 2.2.2.1.4 Toegang tot de bus 45 2.2.2.1.5 Fast Ethernet 45 2.2.2.1.6 Gigabit Ethernet 47 2.2.2.1.7 10 Gigabit Ethernet 47 2.2.2.1.8 Switched Ethernet (geschakeld Ethernet) 48 2.2.2.2 Wireless LAN 55 2.3 Kenmerken van netwerkprestatie 55 2.3.1 Vertraging 56 2.3.2 Throughput 57 2.3.3 Het verband tussen vertraging en throughput 58 2.3.4 Het product van vertraging en throughput 58 2.4 Stroomregulering om data-overloop tegen te gaan 61 2.5 Mechanismen waarmee netwerkcongestie vermeden wordt
63 Hoofdstuk 3: De netwerklaag. 67 3.1 IP 67 3.1.1 Het IP Protocol 75 3.1.2 Speciale IP adressen 75 3.1.2.1 Netwerkadres 76 3.1.2.2 Directed broadcast address 76 3.1.2.3 Limited broadcast address 77 3.1.2.4 Het adres van Deze Computer 77 3.1.2.5 Loopback adressen 78 3.1.2.6 Overzicht 79 3.2 Het ARP (Address Resolution Protocol) 79 3.2.1 Inleiding tot adresresolutie 80 3.2.2 Technieken voor adresresolutie 81 3.2.2.1 Adresresolutie met opzoektabel 82 3.2.2.2 Adresresolutie met closed form berekening 83 3.2.2.3 Adresresolutie met berichtenuitwisseling 84 3.2.3 Address Resolution Protocol (ARP) 86 3.2.4 Berichtaflevering bij ARP 89 3.2.5 RARP 89 3.3 Het ICMP (Internet Control Message Protocol) 89 3.3.1 Inleiding 90 3.3.2 Best effort semantiek en foutdetectie 90 3.3.3 Het Internet Control Message Protocol (ICMP) 92 3.3.4 Berichtentransport bij ICMP 94 3.3.5 ICMP frameformaat 95 3.4 Datagramgrootte en fragmentatie 95 3.4.1 MTU, datagramgrootte en inkapseling 96 3.4.2 Defragmentatie 97 3.4.3 Een datagram identificeren 98 3.4.4 Verlies van fragmenten 98 3.5 IPv6 100 3.5.1 IPv6 frame 101 3.5.2 Systeem van meerdere headers 103 3.5.3 Fragmentatie, defragmentatie en pad-mtu 104 3.5.4 Het doel van meervoudige headers 105 3.5.5 IPv6 adressering 106 3.5.6 De hexadecimale notatie met dubbele punten in IPv6 107 3.5.7 Indeling van IPv6 adressen 107 3.5.8 Problemen bij de overgang 109 3.6 Netwerkconfiguratie van een PC (Windows)
111 Hoofdstuk 4: De transportlaag. 116 4.1 Het User Datagram Protocol (UDP) 117 4.2 Het Transmission Control Protocol (TCP), incl. NAT 123 4.3 TCP in actie 126 4.4 Configuratie van TCP en UDP 129 4.5 Congestie van TCP 132 Hoofdstuk 5: De applicatielaag. 133 5.1 Telnet 134 5.2 FTP (File Transfer Protocol) 136 5.3 Real Time Protocol 136 5.3.1 De basisprincipes van RTP 138 5.3.2 Headervelden van een RTP pakket 140 5.3.3 Het RTP controlprotocol (RTCP) 141 5.3.3.1 Typen RTCP packets 142 5.3.3.2 Bandbreedtebenutting van RTCP 143 5.4 SNMP: Simple Network Management Protocol 147 5.5 Domain name system 147 5.5.1 Inleiding 148 5.5.2 De structuur van computernamen 149 5.5.3 Geografische structuur 150 5.5.4 Domeinnamen binnen een organisatie 151 5.5.5 Het DNS cliënt/server model 151 5.5.6 De DNS server hiërarchie 152 5.5.7 Server architecturen 152 5.5.8 Referentielokaliteit en meerdere servers 153 5.5.9 Koppelingen tussen servers 153 5.5.10 Naamresolutie 154 5.5.11 Optimalisatie van DNS performantie 155 5.5.12 Soorten DNS ingangen 156 5.5.13 Aliassen van het type CNAME 156 5.5.14 Een belangrijk gevolg van het bestaan van meerdere types 157 5.5.15 Verkorte namen en het DNS 158 5.6 Het WWW (http) 161 5.7 Elektronische post - MIME - SMTP 172 5.8 Bootstrap protocol (BOOTP) 175 5.9 Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) 175 5.9.1 Werking 176 5.9.2 Optimalisaties in DHCP 176 5.9.3 Het DHCP berichtformaat 177 5.9.4 DHCP en domainnamen
178 Hoofdstuk 6: Virtual LAN s en Virtuele Private Netwerken 179 6.1 VLAN 179 6.1.1 Waarom gebruikt men Virtual LAN s? 180 6.1.2 Kenmerken van VLAN s 181 6.1.3 Criteria om de groepen samen te stellen 182 6.1.4 Techniek 183 6.1.5 Algemene opmerkingen 184 6.1.6 VLAN implementatie 186 6.2 Virtuele private netwerken 186 6.2.1 Waarom een VPN? 187 6.2.2 Basisbegrippen van een VPN 188 6.2.3 Goede redenen om geen VPN te installeren 189 6.2.4 Encryptie 189 6.2.4.1 Symmetrische encryptie 190 6.2.4.2 Asymmetrische encryptie 193 6.2.4.3 Een digitale handtekening 194 6.2.5 User authenticatie en autorisatie 194 6.2.6 Opzetten van de verbinding 195 6.2.7 Tunneling 205 6.2.8 Slotbeschouwingen 206 Hoofdstuk 7: Netwerkcomponenten 206 7.1 Repeater - glasvezelmodem 206 7.1.1 Repeater 207 7.1.2 Glasvezeluitbreidingen - glasvezelmodem 208 7.2 Hub 208 7.3 Bridge 209 7.3.1 Werking 211 7.3.2 Spanning tree algoritme 212 7.3.3 Bridges tussen gebouwen 213 7.3.4 Bridges op langere afstand 215 7.4 Switches 215 7.4.1 (level 2) switches 218 7.4.2 level 3 switches 219 7.5 Router 219 7.5.1 Functionaliteit van de router 220 7.5.2 Routerprotocollen 220 7.5.2.1 Routering met afstandsvectoren - RIP 224 7.5.2.2 Verbindingsroutering 230 7.5.2.3 Hiërarchische routering 232 7.5.2.4 Het interne gateway-routeringsprotocol: OSPF 236 7.5.3 Congestiebeheersing - choke pakketten 240 7.6 Firewall 240 7.6.1 Toegangscontrole 243 7.6.2 Types firewalls
247 Hoofdstuk 8: Interfacestandaarden 247 8.1 Seriële interfaces 247 8.1.1 RS232C (V24 ) 247 8.1.1.1 Mechanische eigenschappen en pinnummering van de signalen 248 8.1.1.2 Functiebeschrijving van de pinnen 251 8.1.1.3 Elektrische karakteristieken 251 8.1.1.4 Mogelijke verbindingen 258 8.1.2 RS422 (V11) en de RS423 (V10) 259 8.1.3 RS485 259 8.2 Parallelle Interfaces 259 8.2.1 De Centronics interface bus 263 8.2.2 IEEE 488 264 8.2.2.1 Algemene kenmerken van de IEEE-488 interface 264 8.2.2.2 Elektrische eigenschappen van de IEEE-488 interface 265 8.2.2.3 Mechanische eigenschappen van de IEEE-488 interface 266 8.2.2.4 Structuur van de IEEE-488 interface 266 8.2.2.5 Werking van de IEEE-488 interface 267 8.2.2.5.1 De data lijnen DIO 1.. 8 267 8.2.2.5.2 De handshake bus 269 8.2.2.5.3 De interface management lijnen 270 8.3 USB 271 8.3.1 USB systeemomschrijving 273 8.3.2 USB elektrisch en snelheden 275 8.3.3 USB protocol 275 8.3.3.1 Algemeen 278 8.3.3.2 Dynamisch aansluiten van apparaten 279 8.3.4 Data flow types 279 8.3.5 USB protocollayer 281 Hoofdstuk 9: Het BISYNC protocol 281 9.1 Het BISYNC frame 282 9.2 Synchronisatie 283 9.3 De controle of besturingstekens 286 9.4 Fasen in het communicatieprotocol 287 9.5 Verdere faciliteiten van het BSC protocol 287 9.5.1 Foutdetectie en foutcorrectie 287 9.5.2 Onderbrekingen 288 9.5.3 Time out controle 288 9.6 Multipunt procedures 289 9.6.1 Polling procedure 289 9.6.2 De select procedure
290 9.7 Bysinc in werking 290 9.7.1 Formaten 290 9.7.2 Point to point operaties 293 9.7.3 Multipoint operaties 294 Hoofdstuk 10: ATM 295 10.1 Technologie - inleiding 300 10.2 Beschrijving van de lagen 302 10.3 ATM frame 306 10.4 AAL 308 10.4.1 AAL1 309 10.4.2 AAL3/4 310 10.4.3 AAL5 311 10.5 ATM interleaving 314 10.6 ATM switches 322 10.7 ATM en normale LAN s 326 10.7.1 ATM LANE 327 10.7.2 Classical IP over ATM 328 10.7.3 NHRP of Next Hop Resolution Protocol 329 10.7.4 MPOA Multiprotocol over ATM 331 10.7.5 MPLS
Goede naslagwerken zijn: Data Communications and Networking, 2e Behrouz A. Forouzan ISBN: 0-07-118160-1 McGraw-Hill - 2000 Computernetwerken, 4e Andrew Tanenbaum ISBN: 0-13-066102-3 (Engels, Prentice Hall) - 2003 ISBN: 90-430-0698-X (Nederlands, Prentice Hall - Pearson Education) - 2003 Computer Networking, 2e A Top-Down approach Featuring the Internet James F. Kurose en Keith W. Ross ISBN: 0-201-97699-4 Addison Wesley - Pearson Education - 2003 of: Computernetwerken Een top-down benadering James F. Kurose en Keith W. Ross ISBN: 90-430-0566-5 Addison Wesley - Pearson Education - 2002 Data & Computer Communications, 7e William Stallings ISBN: 0-13-183311-1 Prentice Hall - Pearson Education - 2004
Voorwoord Deze tekst geeft een uitgebreide bespreking van een aantal termen en begrippen uit de wereld van de lokale netwerken en grotere computernetwerken. In het eerste hoofdstuk worden een aantal definities en het OSI model besproken. Heel belangrijk is daar ook de opsomming van de netwerkverbindingscomponenten. Dit vormt het jargon van de netwerkspecialist. Deze worden verder zeer gedetailleerd besproken in hoofdstuk 7. Daarna worden de verschillende lagen van het OSI model besproken, waarbij onderaan wordt begonnen. In hoofdstuk 2 worden de fysieke- en (vooral) de datalinklaag besproken. In de bespreking van de datalinklaag wordt duidelijk dat men deze laag moet opsplitsen in twee deellagen om het geheel werkbaar te maken. In de MAC deellaag worden Ethernet, en zijn varianten Fast Ethernet en Gigabit Ethernet en draadloze LAN s besproken. We gaan eveneens in op de verschillende frames. Uiterst belangrijk zijn natuurlijk de verschillende toegangsmethodes tot het medium! Uiteindelijk volgt een bespreking van netwerkprestaties en de methode om congestie tegen te gaan. Voor de hogere lagen wordt afgestapt van het OSI model. Daarin wordt het zeer veel gebruikte, en dus de de facto standaard, TCP/IP gesitueerd in het OSI model. De mapping van TCP/IP op OSI is echter niet helemaal juist. In het volgende hoofdstuk, hoofdstuk 3, bespreken we zeer gedetailleerd de netwerklaag. Daarvoor hebben we het over het IP protocol, IP adressen, subnetten, RARP, fragmentatie en IPv6. Daarna bespreken we de transportlaag met in hoofdzaak TCP. We kijken naar de configuratie en congestie. In hoofdstuk 5 wordt de applicatielaag met een hele reeks protocollen besproken. Dit gaat van FTP, RTP, SNMP, DNS, http, POP, SMTP tot BOOTP en DHCP. In hoofdstuk 6 worden VLAN s en VPN besproken. Wat zijn ze, hoe werken ze? VPN s bespreken kan vanzelfsprekend niet zonder wat uitleg over cryptologie. Het hoofdstuk eindigt met tunneling (met de modi), de authenticatieheader en ESP. In hoofdstuk zeven bespreken we uitgebreid de verschillende netwerkcomponenten: repeater, hub, bridge, switches, routers en de verschillende firewalls. De verschillende routerprotocollen worden eveneens besproken. Hoofdstuk acht gaat over de interfacestandaarden. Dit gaat ondermeer over de klassieke seriële poort, RS232, RS422, RS485, de printerpoort maar ook over HPIB (GPIB) en USB. In hoofdstuk 9 bekijken we kort Bysinc als één van de mogelijke protocollen om gebruik makende van een interface (RS ) data te kunnen doorsturen.
In hoofdstuk tien gaan we uitgebreid ATM bestuderen. De gebruikte technologie, het frame en AAL vormen een eerste blok. Maar vooral de LAN emulatie met zijn verschillende mogelijkheden is hier belangrijk. Boortmeerbeek, 5 juli 2010