Protokollien kerrosarkkitehtuurit

Esitys aiheesta: "Protokollien kerrosarkkitehtuurit"— Esityksen transkriptio:

1 Protokollien kerrosarkkitehtuurit

2 Kommunikointimalli, kertausta

3 Järjestelmä ja olio, kertausta
Eri järjestelmissä sijaitsevat oliot kommunikoivat keskenään - Jotta se olisi mahdollista, täytyy niiden puhua samaa kieltä eli mitä, kuinka ja koska täytyy olla molempien osa-puolien tiedossa Tätä yhteistä kieltä kutsutaan protokollaksi

4 Protokolla, kertausta Protokolla koostuu: Syntaksista (Syntax)
mm. sanaston, tiedon muotoilun (pakettien kentät) ja signaalitasot Semantiikasta (Semantics) toimintalogiikka (mitä tehdään kun jokin paketti saapuu, esim. virheenkorjaus) Ajoituksesta (Timing) Pitää sisällään mm. siirtonopeuden, pakettien oikean järjestyksen ja muut siirron ajoitukseen liittyvät toimenpiteet

5 Protokollien jakoperusteet
Protokolla voi olla suora tai epäsuora, yhtenäinen tai rakenteinen, symmetrinen tai epäsymmetrinen ja se voi olla standardoitu tai epästandardi Rakenteisia protokollia käyttävät järjestelmät kuvataan tyypillisesti kerrosarkkitehtuureina Jokaisella kerroksella on eri tyyppisiä tehtäviä toisten järjestelmien kanssa kommunikointiin tietyn kerroksen olio käyttää alemman kerroksen palvelua ja tarjoaa palvelua ylemmälle kerrokselle

6 Protokollien kerrosarkkitehtuuri
Ideaalitilanteessa kerrokset tulisi olla määritelty niin, että muutokset yhdellä kerroksella eivät vaikuta toisten kerrosten määrittelyihin Kommunikointi toisten järjestelmien kanssa tapahtuu aina kerrosmallin alimman kerroksen kautta (muilta kerroksilta ei suoraa yhteyttä) alimmalla, fyysisellä, tasollakaan ei yhteyde tarvitse olla kiinteästi määritelty kahden järjestelmän välille

7 Protokollien kerrosarkkitehtuurit
Jakamalla järjestelmän toiminnot pienempiin osiin, saadaan järjestelmästä hallittavampi Tarkastellaan teoreettista kolmen kerroksen mallia, sekä kahta yleisesti tunnettua kerrosmallia: OSI (Open System for Interconnection) TCP/IP (eniten käytetty)

8 Protokollien kerrosarkkitehtuurit
Kerrosten suunnittelussa pohdittava: kuinka monta kerrosta kerrosten hallinnan overhead mitä toimintoja kullakin kerroksella toimintojen loogisuus OSI:ssa päädyttiin seitsemään kerrokseen, TCP/IP:ssä viiteen kerrokseen

9 3 kerroksen teoreettinen malli
Kolmen kerroksen teoreettinen protokollamalli Yhden moduulin sijasta käytetään useampia (3), koska: Sovelluksen toimenpiteet voidaan selvästi erottaa omaksi sovellusmoduuliksi Tiedonsiirrosta vastaa kommunikointimoduuli Kommunikointi ei kuitenkaan riipu varsinaisesta siirtotiestä, joten siirtotieriippuva osa voidaan erottaa omaksi moduulikseen

10 3 kerroksen teoreettinen malli, tiedostonsiirtoesimerkki

11 3 kerroksen teoreettinen malli
Sovellusmoduuli -> sovelluskerros sisältää kaikki sovellukselle ominaiset toiminnot kuten siirtokomennot, salasanat, tietueet Kommunikointimoduuli -> kuljetuskerros huolehtii tiedostojen ja komentojen luotettavasta siirrosta palvelee monia sovelluskerroksen olioita Verkkomoduuli -> verkkokerros tarjoaa verkosta riippumatta aina samanlaisen palvelun kommunikointimoduulille

12 3 kerroksen teoreettinen malli
Verkko-, kuljetus- ja sovelluskerrokset Verkkokerroksella huomioitava verkko-osoite Kuljetuskerroksella luotettavuus kommunikointiin Sovelluskerroksella huomioitava sovellusolioiden osoite (SAP, Service Access Point) Huom. vastinolioiden (kerrosten) kommunikointi protokollaa käyttämällä PROTOKOLLA OLIO OLIO

13 3 kerroksen malli

14 3 kerroksen malli

15 3 kerroksen malli Kunkin kerroksen paketit sisältävät sekä ohjausinformaatiota että dataa Näitä paketteja kutsutaan nimellä PDU (Protokollan tietoyksikkö) Esim. kuljetuskerroksen PDU voisi koostua: Vastaanottajan SAP Järjestysnumero Virheenkorjauskoodi Vastaavasti muille kerroksille

16 3 kerroksen malli

17 3 kerroksen malli, protokolla-arkkitehtuurin toiminta

18 OSI Open Systems Interconnection Työ aloitettiin 1977 Lopullinen standardi ISO 7498 julkaistiin vasta vuonna 1984 CCITT (myöh. ITU-T) julkaisi teknisesti vastaavan version X.200 sarjassaan

19 OSI malli Perustuu kerrosten (7 kpl) käyttöön (modulaarisuus) Kukin kerros toteuttaa joitakin funktioita ja tarjoaa palveluitaan ylemmille kerroksille Muutokset yhdellä kerroksella eivät vaikuta muihin kerroksiin (ideaalinen tapaus) Kerrosten avulla suuri ongelma pilkotaan pienemmiksi

20 OSI-kerrosmalli

21 Kerrokset OSI mallissa
OSI malli tarjoaa viitekehyksen, jonka sisällä kullekin kerrokselle voidaan useita protokollia Malli määrittää yleisin termein kerroksen funktiot Nopeuttaa standardointia, koska useita protokollia voidaan kehittää yhtaikaa Standardoidut rajapinnat helpottavat protokollien kehitystä

22

23 Palvelumäärittely kuvaa kerroksille
OSi-kerrosmalli Protokollamäärittely kuvaa eri järjestelmien tietyn kerroksen olioiden kanssakäymisessä tarvittavat määrittelyt Palvelumäärittely kuvaa kerroksille alemman kerroksen palveluiden käyttämisen ylemmille kerroksille tarjottavat palvelut Osoitteistus kuvaa palvelupisteet (SAP), joiden kautta kerrosten väliset palvelut välitetään Kuva seuraavalla kalvolla

24 OSI-kerrosmalli

25 Palvelut kerrosten välillä
Järjestelmää kuvatessa mietitään, minkälaisia palveluita eri kerrokset voisivat toisilleen tarjota Palveluiden paikkana SAP:t (service access point), esim. NSAP (network) vahvistettu tai vahvistamaton palvelu vahvistetussa palvelussa pyyntö, osoitus, vastaus, vahvistus vahvistamattomassa vain pyyntö ja osoitus

26 Palvelut kerrosten välillä
Lähteen N-kerroksen olio antaa pyynnön (N-1)-kerroksen oliolle tarvittavine tietoineen Lähteen (N-1)-kerroksen olio luo PDU:n lähetettäväksi kohteen (N-1)-kerroksen oliolle Kohteen (N-1)-olio toimittaa osoituksena tiedot kohteen N-kerroksen oliolle Kohteen N-olio luo vastauksen ja antaa sen (N-1)-olion siirrettäväksi (N-1)-olio luo vastauksesta PDU:n ja lähettää alkuperäisen lähteen (N-1)-oliolle Tieto toimitetaan alkuperäisen lähteen N-kerroksen oliolle vahvistuksena N N N-1 N-1

27 Palvelut kerrosten välillä

28 OSI arkkitehtuuri

29 OSI, Fyysinen kerros Fyysiset laitteiden liitännät ja bittien siirto-säännöt Neljä tärkeää piirrettä Mekaaniset - liittimet Sähköiset - jännitetasot ja siirtonopeudet Toiminnalliset (Functional) - erilaiset toimin-teet järjestelmän ja siirtotien välillä Toiminnalliset (Procedural) - tapahtumat, joiden seurauksena bittejä siirretään

30 OSI, Linkkikerros Tarjoaa keinot luotettavaan siirtoon siirtotiellä (linkin aktivointi, ylläpito, vapautus) Virheiden havainnointi ja korjaus => verkkokerros voi luottaa siirtotiehen Linkit toimivat kuitenkin itsenäisesti, joten käytännössä kuljetuskerroksella oltava koko yhteyden (päästä-päähän) virheiden havainnointi

31 ylempien kerrosten ei tarvitse tietää verkosta
OSI, Verkkokerros Tarjoaa järjestelmille tiedonsiirron jotakin kommunikointiverkkoa käyttämällä ylempien kerrosten ei tarvitse tietää verkosta Verkko-osoitteet, verkon palvelut (priorisointi jne.), reititys, kytkentä Verkkokerros tarjoaa verkotyypistä riippumattoman liitynnän ylemmille kerroksille point-to-point yksittäinen verkko monia verkkoja (yhdistettynä verkkosolmuilla)

32 Verkkokerros

33 Kuljetuskerros Tarjoaa mekanismit tiedon välittämiseksi kahden järjestelmän välillä Mahdollisia toimia Yhteyspohjaisuus / yhteydettömyys, virheettömyys, optimointi, QoS, häviöt, duplikaatit Kerroksen monimutkaisuus riippuu vaatimuksista ja alla olevasta verkosta OSIssa 5 ja TCP/IPssä 2 (TCP / UDP) luokkaa

34 Istuntokerros Tarjoaa luotettavan kuljetuskerroksen päälle erityyppisiä lisäpalveluita Vuoropuhelutila (full / half duplex) Datan ryhmittely Toipumistoimenpiteet (checkpointing) Esim. terminaaliohjelma (half duplex), tapahtumien prosessointi (checkpoints) Istuntokerros tarjoaa mekanismin sovellusten dialogin hallintaan

35 Esitystapa- ja sovelluskerros
Esitystapakerroksella määritellään tiedon esitystapa (syntaksi) sovellusten välillä Esim. tiedon tiivistys, salaus ASN.1 -kuvauskieli Sovelluskerroksella tarjotaan sovelluksille liityntä OSI maailmaan Hallintafunktiot, funktiot hajautettujen sovellusten tekemiseksi Yleiset: Tiedostojen siirto, , terminaaliyhteydet Sovellus Esitystapa

36 TCP/IP-arkkitehtuuri
1980-luvun uskottiin, että OSI-malli tulee olemaan hallitseva arkkitehtuuri ei toteutunut, TCP/IP noussut suosituimmaksi TCP/IP Perustuu DARPAn (Defense Advanced Research Projects Agency) ARPANET projektiin TCP/IP Koostuu joukosta IAB:n (Internet Architecture Board) Internet standardoiduista protokollista OSI-mallissa kerroksia oli seitsemän, TCP/IP:ssä viisi sovellus-, kuljetus-, verkko-, linkki- ja fyysinen kerros (Application, Transport, Internet, Network access, Physical)

37 TCP/IP-arkkitehtuuri
Nimi tulee kuljetus ja verkkokerrosten yleisimmin käytetyistä protokollista TCP = Transmission control protocol IP = Internet protocol 1980-luvulla organisaatiot joutuivat valitsemaan ”valmiin” TCP/IP:n ja vasta kehitettävän OSI-mallin väliltä -> TCP/IP alkoi saada jalansijaa TCP/IP:n lopullinen läpilyönti Internetin (erityisesti WWW:n) kasvaneen suosion ansiota Internet perustuu TCP/IP-arkkitehtuuriin

38 TCP/IP-arkkitehtuuri
Sovellus Kuljetus Verkko Linkki Fyysinen

39 TCP/IP-arkkitehtuuri
Fyysinen kerros fyysinen siirtotien liityntä huolehtii siirtotien ominaisuuksien hyödyntämisestä, signaaleista, siirtonopeudesta, … Linkkikerros huolehtii päätelaitteen ja verkon välisestä siirrosta huolehtii vastaanottavan laitteen linkkitason osoitteesta myös muita verkkotoimintaan liittyviä toiminteita

40 TCP/IP-arkkitehtuuri
Verkkokerros mahdollistaa useiden yhteen kytkettyjen verkkojen käytön datan siirrossa Internet protokolla IP mahdollistaa verkkojen välisen pakettien reitityksen lisäämiensä IP-osoitteiden avulla Kuljetuskerros tarjoaa luotettavan (päästä-päähän) tiedonsiirron järjestelmien välillä TCP protokolla erittäin käytetty

41 TCP/IP-arkkitehtuuri
Sovelluskerros sisältää kunkin sovelluksen tarvitseman logiikan kutakin sovellusta varten tarvitaan oma moduulinsa Sovellus- ja kuljetuskerros käyttävät päästä-päähän protokollaa, kun taas Verkko-, Linkki- ja fyysinen kerros verkon sisäistä protokollaa

42 TCP/IP ja OSI -vertailu
käyttö- ohjelmat ohjelmisto valmisohjelmisto käyttö- järjestelmä laitteisto KERROSTEN TOTEUTUSPAIKAT