3.0. Netwerkprotocollen en communicatie

3.01. Introductie

3.0.1.1. Introductie

Het zijn steeds meer netwerken die ons verbinden. Mensen communiceren overal online. Gesprekken in klaslokalen lopen over in chatsessies met instant messages en online debatten gaan door op school. Er worden dagelijks nieuwe diensten ontwikkeld om van het netwerk te profiteren.

In plaats van unieke en afzonderlijke systemen te ontwikkelen voor de levering van elke nieuwe service, heeft de netwerkindustrie als geheel een ontwikkelingsraamwerk aangenomen dat ontwerpers in staat stelt de huidige netwerkplatforms te begrijpen en te onderhouden. Tegelijkertijd wordt dit kader gebruikt om de ontwikkeling van nieuwe technologieën te vergemakkelijken ter ondersteuning van toekomstige communicatiebehoeften en technologische verbeteringen.

Centraal in dit ontwikkelingskader staat het gebruik van algemeen aanvaarde modellen die netwerkregels en -functies beschrijven.

In dit hoofdstuk leer je over deze modellen, de standaarden die netwerken laten werken en hoe communicatie via een netwerk verloopt.

3.1. Regels voor communicatie

3.1.1. De regels

3.1.1.1. What is communicatie?

Een netwerk kan zo complex zijn als apparaten die via internet zijn verbonden, of zo simpel als twee computers die rechtstreeks met elkaar zijn verbonden via een enkele kabel en alles daartussenin. Netwerken kunnen variëren in grootte, vorm en functie. Alleen de fysieke verbinding tussen eindapparaten is echter niet voldoende om communicatie mogelijk te maken. Om communicatie te laten plaatsvinden, moeten apparaten weten “hoe” ze moeten communiceren.

Mensen wisselen ideeën uit via veel verschillende communicatiemethoden. Ongeacht de gekozen methode hebben alle communicatiemethoden echter drie elementen gemeen. Het eerste van deze elementen is de berichtbron of afzender. Berichtenbronnen zijn mensen, of elektronische apparaten, die een bericht naar andere personen of apparaten moeten sturen. Het tweede element van communicatie is de bestemming of ontvanger van het bericht. De bestemming ontvangt het bericht en interpreteert het. Een derde element, een kanaal genaamd, bestaat uit de media die het pad vormen waarover het bericht van bron naar bestemming reist.

Communicatie begint met een bericht, of informatie, die van een bron naar een bestemming moet worden gestuurd. Het verzenden van dit bericht, of het nu gaat om persoonlijke communicatie of via een netwerk, wordt beheerst door regels die protocollen worden genoemd. Deze protocollen zijn specifiek voor het type communicatiemethode dat voorkomt. In onze dagelijkse persoonlijke communicatie zijn de regels die we gebruiken om via één medium te communiceren, zoals een telefoongesprek, niet noodzakelijk dezelfde als de protocollen voor het gebruik van een ander medium, zoals het versturen van een brief.

Overweeg bijvoorbeeld twee mensen die face-to-face communiceren. Voordat ze communiceren, moeten ze het eens zijn over hoe ze moeten communiceren. Als de communicatie via spraak gebeurt, moeten ze eerst de taal afspreken. Als ze vervolgens een bericht willen delen, moeten ze dat bericht op een begrijpelijke manier kunnen opmaken. Als iemand bijvoorbeeld de Engelse taal gebruikt, maar een slechte zinsstructuur, kan het bericht gemakkelijk verkeerd worden begrepen. Elk van deze taken beschrijft protocollen die zijn ingesteld om communicatie tot stand te brengen.

Bedenk hoeveel verschillende regels of protocollen alle verschillende communicatiemethoden beheersen die tegenwoordig in de wereld bestaan.

3.1.1.2. De regels vaststellen

Alvorens met elkaar te communiceren, moeten individuen vaste regels of overeenkomsten gebruiken om het gesprek te sturen. Beschouw bijvoorbeeld Figuur 1, protocollen zijn nodig voor effectieve communicatie. De gebruikte protocollen zijn specifiek voor de kenmerken van de communicatiemethode, inclusief de kenmerken van de bron, bestemming en kanaal. Deze regels of protocollen moeten worden gevolgd om het bericht met succes af te leveren en te begrijpen. Er zijn veel protocollen beschikbaar die succesvolle menselijke communicatie regelen. Zodra er een overeengekomen communicatiemethode is (face-to-face, telefoon, brief, fotografie), moeten de opgestelde protocollen rekening houden met de volgende vereisten:

  • Een geïdentificeerde afzender en ontvanger
  • Gemeenschappelijke taal en grammatica
  • Snelheid en timing van levering
  • Bevestigings- of erkenningsvereisten

De protocollen die worden gebruikt in netwerkcommunicatie delen veel van de fundamentele eigenschappen zoals de protocollen die worden gebruikt om succesvolle menselijke gesprekken te sturen, zie Figuur 2. Naast het identificeren van de bron en bestemming, bepalen computer- en netwerkprotocollen de details van hoe een bericht wordt verzonden. via een netwerk om aan de bovenstaande vereisten te voldoen. Hoewel er veel protocollen zijn die moeten samenwerken, omvatten veelgebruikte computerprotocollen:

  • Berichtcodering
  • Berichtopmaak en inkapseling
  • Berichtgrootte
  • Bericht timing
  • Opties voor berichtbezorging

Elk van deze zal hierna in meer detail worden besproken.

3.1.1.3. Berichtcodering

Een van de eerste stappen om een ​​bericht te verzenden, is het coderen. Codering is het proces waarbij informatie wordt omgezet in een andere, acceptabele vorm voor verzending. Decodering keert dit proces om om de informatie te interpreteren.

Stel je voor dat iemand een vakantiereis met een vriend plant en de vriend belt om de details te bespreken van waar hij heen wil, zoals weergegeven in figuur 1. Om de boodschap over te brengen, moet de afzender eerst zijn gedachten en percepties converteren of coderen. over de locatie in woorden. De woorden worden in de telefoon gesproken met behulp van de geluiden en verbuigingen van gesproken taal die de boodschap overbrengen. Aan de andere kant van de telefoonlijn ontvangt en decodeert de persoon die naar de beschrijving luistert, de geluiden om het beeld van de zonsondergang, beschreven door de afzender, te visualiseren.

Codering komt ook voor bij computercommunicatie. Codering tussen hosts moet de juiste vorm hebben voor het medium. Berichten die via het netwerk worden verzonden, worden eerst door de verzendende host omgezet in bits. Elke bit wordt gecodeerd in een patroon van geluiden, lichtgolven of elektrische impulsen, afhankelijk van de netwerkmedia waarover de bits worden verzonden. De bestemmingshost ontvangt en decodeert de signalen om het bericht te interpreteren.

3.1.1.4. Berichtopmaak en inkapseling

Wanneer een bericht van bron naar bestemming wordt verzonden, moet het een specifieke indeling of structuur gebruiken. Berichtformaten zijn afhankelijk van het type bericht en het kanaal dat wordt gebruikt om het bericht af te leveren.

Brieven schrijven is een van de meest voorkomende vormen van schriftelijke menselijke communicatie. Eeuwenlang is het afgesproken formaat voor persoonlijke brieven niet veranderd. In veel culturen bevat een persoonlijke brief de volgende elementen:

  • Een ID van de ontvanger
  • Een aanhef of groet
  • De inhoud van het bericht
  • Een slotzin
  • Een ID van de afzender

Behalve dat ze het juiste formaat hebben, moeten de meeste persoonlijke brieven ook worden ingesloten of ingekapseld in een envelop voor bezorging. Op de envelop staat het adres van de afzender en de ontvanger, elk op de juiste plaats. op de envelop. Als het bestemmingsadres en de opmaak niet correct zijn, wordt de brief niet bezorgd. Het proces waarbij het ene berichtformaat (de brief) in een ander berichtformaat (de envelop) wordt geplaatst, wordt inkapseling genoemd. Ontkapseling vindt plaats wanneer het proces wordt omgekeerd door de ontvanger en de brief uit de envelop wordt verwijderd.

Een briefschrijver gebruikt een geaccepteerd formaat om ervoor te zorgen dat de brief wordt afgeleverd en begrepen door de ontvanger. Op dezelfde manier volgt een bericht dat via een computernetwerk wordt verzonden, specifieke opmaakregels om te worden bezorgd en verwerkt. Net zoals een brief voor bezorging in een envelop zit, zijn ook computerberichten ingekapseld. Elk computerbericht wordt ingekapseld in een specifiek formaat, een frame genaamd, voordat het over het netwerk wordt verzonden. Een lijst werkt als een envelop; het geeft het adres van de beoogde bestemming en het adres van de bronhost.

Het formaat en de inhoud van een frame worden bepaald door het type bericht dat wordt verzonden en het kanaal waarover het wordt gecommuniceerd. Berichten die niet correct zijn opgemaakt, worden niet met succes afgeleverd bij of verwerkt door de bestemmingshost.

3.1.1.5. Berichtgrootte

Een andere communicatieregel is grootte. Wanneer mensen met elkaar communiceren, worden de berichten die ze verzenden meestal opgesplitst in kleinere delen of zinnen. Deze zinnen zijn in omvang beperkt tot wat de ontvangende persoon in één keer kan verwerken. Een individueel gesprek kan uit veel kleinere zinnen bestaan ​​om ervoor te zorgen dat elk deel van het bericht wordt ontvangen en begrepen. Stel je voor hoe het zou zijn om deze cursus te lezen als het allemaal in één lange zin zou verschijnen; het zou niet gemakkelijk te lezen en te begrijpen zijn.

Evenzo, wanneer een lang bericht van de ene host naar de andere wordt verzonden via een netwerk, is het nodig om het bericht in kleinere stukjes te splitsen. De regels die de grootte van de stukjes of frames bepalen die worden gecommuniceerd over de netwerk zijn erg streng. Ze kunnen ook verschillen, afhankelijk van het gebruikte kanaal. Frames die te lang of te kort zijn, worden niet geleverd.

Vanwege de beperkingen voor de grootte van frames moet de bronhost een lang bericht opsplitsen in afzonderlijke stukken die voldoen aan zowel de minimale als de maximale grootte. Dit staat bekend als segmentering. Elk segment is ingekapseld in een apart frame met de adresinformatie en wordt over het netwerk verzonden. Bij de ontvangende host worden de berichten ontkapseld en weer samengevoegd om te worden verwerkt en geïnterpreteerd.

3.1.1.6. Berichttiming

Berichttiming

Een andere factor die van invloed is op hoe goed een bericht wordt ontvangen en begrepen, is de timing. Mensen gebruiken timing om te bepalen wanneer ze moeten spreken, hoe snel of langzaam ze moeten praten en hoe lang ze op een reactie moeten wachten. Dit zijn de Rules of Engagement.

Toegangsmethode

De toegangsmethode bepaalt wanneer iemand een bericht kan verzenden. Deze timingregels zijn gebaseerd op de omgeving. U kunt bijvoorbeeld spreken wanneer u iets te zeggen heeft. In deze omgeving moet een persoon wachten tot niemand anders aan het woord is voordat hij kan spreken. Als twee mensen tegelijkertijd praten, vindt er een botsing van informatie plaats en is het nodig dat de twee zich terugtrekken en opnieuw beginnen. Evenzo is het nodig dat computers een toegangsmethode definiëren. Hosts op een netwerk hebben een toegangsmethode nodig om te weten wanneer ze moeten beginnen met het verzenden van berichten en hoe ze moeten reageren als er fouten optreden.

Flow Control

Timing heeft ook invloed op hoeveel informatie kan worden verzonden en hoe snel deze kan worden geleverd. Als de ene persoon te snel spreekt, is het moeilijk voor de andere persoon om het bericht te horen en te begrijpen. De ontvangende persoon moet de afzender vragen om langzamer te gaan. Bij netwerkcommunicatie kan een verzendende host berichten sneller verzenden dan de bestemmingshost kan ontvangen en verwerken. Bron- en bestemmingshosts gebruiken stroombesturing om de juiste timing voor succesvolle communicatie te onderhandelen.

Reactie time-out

Als een persoon een vraag stelt en geen antwoord hoort binnen een acceptabele tijd, gaat de persoon ervan uit dat er geen antwoord komt en reageert hij dienovereenkomstig. De persoon kan de vraag herhalen of kan doorgaan met de gesprek. Hosts op het netwerk hebben ook regels die aangeven hoe lang er op reacties moet worden gewacht en welke actie moet worden ondernomen als er een time-out optreedt.

3.1.1.7. Opties voor berichtbezorging

Een bericht moet mogelijk het beste op verschillende manieren worden afgeleverd, zoals weergegeven in figuur 1. Soms wil een persoon informatie aan één persoon communiceren. Op andere momenten kan het nodig zijn dat de persoon informatie naar een groep mensen tegelijk stuurt, of zelfs naar alle mensen in hetzelfde gebied. Een gesprek tussen twee mensen is een voorbeeld van een één-op-één bezorging. Wanneer een groep ontvangers hetzelfde bericht tegelijkertijd moet ontvangen, is een een-op-veel- of een-op-alles-berichtbezorging noodzakelijk.

Er zijn ook momenten waarop de afzender van een bericht er zeker van moet zijn dat het bericht met succes op de bestemming is afgeleverd. In deze gevallen is het noodzakelijk dat de ontvanger een bevestiging terugstuurt naar de afzender. Als geen bevestiging vereist is, wordt de afleveroptie aangeduid als niet-erkend.

Hosts op een netwerk gebruiken vergelijkbare bezorgingsopties om te communiceren.

  • Unicast – Een één-op-één bezorgingsoptie betekent dat er slechts één bestemming voor het bericht is.
  • Multicast – Wanneer een host berichten moet verzenden met een een-op-veel-bezorgingsoptie, wordt de levering van hetzelfde bericht tegelijkertijd bezorgd aan een groep hostbestemmingen.
  • Broadcast – Alle hosts op het netwerk moeten het bericht tegelijkertijd ontvangen. Bovendien hebben hosts vereisten voor bevestigde en niet-bevestigde berichten.

3.2. Netwerkprotocollen en standaarden

3.2.1. Protocollen

3.2.1.1. Protocollen: regels voor communicatie

Net als bij menselijke communicatie, moeten de verschillende netwerk- en computerprotocollen kunnen communiceren en samenwerken om netwerkcommunicatie te laten slagen. Een groep onderling gerelateerde protocollen die nodig zijn om een ​​communicatiefunctie uit te voeren, wordt een protocolsuite genoemd. Protocolsuites worden geïmplementeerd door hosts en netwerkapparaten in software, hardware of beide.

Een van de beste manieren om te visualiseren hoe de protocollen binnen een suite samenwerken, is door de interactie als een stapel te zien. Een protocolstack laat zien hoe de individuele protocollen binnen een suite worden geïmplementeerd. De protocollen worden bekeken in termen van lagen, waarbij elke service op een hoger niveau afhankelijk is van de functionaliteit die is gedefinieerd door de protocollen die op de lagere niveaus worden weergegeven. De onderste lagen van de stapel houden zich bezig met het verplaatsen van gegevens over het netwerk en het leveren van diensten aan de bovenste lagen, die gericht zijn op de inhoud van het bericht dat wordt verzonden. Zoals de figuur laat zien, kunnen we lagen gebruiken om de activiteit te beschrijven die plaatsvindt in ons face-to-face communicatievoorbeeld. Op de onderste laag, de fysieke laag, hebben we twee mensen, elk met een stem die woorden hardop kan zeggen. Op de tweede laag, de regelslaag, hebben we een afspraak om in een gemeenschappelijke taal te spreken. Op de bovenste laag, de inhoudslaag, staan ​​woorden die daadwerkelijk worden uitgesproken. Dit is de inhoud van de communicatie.

Als we getuige zouden zijn van dit gesprek, zouden we eigenlijk geen lagen in de ruimte zien zweven. Het gebruik van lagen is een model dat een manier biedt om een ​​complexe taak gemakkelijk in delen op te splitsen en te beschrijven hoe ze werken.

3.2.1.2. Netwerkprotocollen

Op menselijk niveau zijn sommige communicatieregels formeel en andere worden eenvoudigweg begrepen op basis van gewoonte en praktijk. Om apparaten met succes te laten communiceren, moet een netwerkprotocolsuite nauwkeurige vereisten en interacties beschrijven. Netwerkprotocollen definiëren een gemeenschappelijk formaat en een reeks regels voor het uitwisselen van berichten tussen apparaten. Enkele veelgebruikte netwerkprotocollen zijn IP, HTTP en DHCP.

IP definieert bijvoorbeeld hoe een gegevenspakket binnen een netwerk of op een extern netwerk wordt afgeleverd. De informatie in het IPv4-protocol wordt in een specifiek formaat verzonden, zodat de ontvanger deze correct kan interpreteren. Dit verschilt niet veel van het protocol dat wordt gebruikt om een ​​envelop te adresseren bij het versturen van een brief. De informatie moet aan een bepaald formaat voldoen, anders kan de brief niet door het postkantoor op de plaats van bestemming worden afgeleverd.

3.2.1.3. Interactie van protocollen

Een voorbeeld van het gebruik van de protocolsuite bij netwerkcommunicatie is de interactie tussen een webserver en een webclient. Deze interactie maakt gebruik van een aantal protocollen en standaarden bij het uitwisselen van informatie tussen hen. De verschillende protocollen werken samen om ervoor te zorgen dat de berichten door beide partijen worden ontvangen en begrepen. Voorbeelden van deze protocollen zijn:

  • Toepassingsprotocol – Hypertext Transfer Protocol (HTTP) is een protocol dat bepaalt hoe een webserver en een webclient samenwerken. HTTP definieert de inhoud en opmaak van de verzoeken en antwoorden die worden uitgewisseld tussen de client en de server. Zowel de client als de webserversoftware implementeren HTTP als onderdeel van de applicatie. HTTP vertrouwt op andere protocollen om te bepalen hoe de berichten tussen de client en de server worden getransporteerd.
  • Transport Protocol – Transmission Control Protocol (TCP) is het transportprotocol dat de individuele gesprekken tussen webservers en webclients beheert. TCP verdeelt de HTTP-berichten in kleinere stukjes, segmenten genaamd. Deze segmenten worden verzonden tussen de webserver en clientprocessen die op de bestemmingshost worden uitgevoerd. TCP is ook verantwoordelijk voor het regelen van de grootte en snelheid waarmee berichten worden uitgewisseld tussen de server en de client.
  • Internet Protocol – IP is verantwoordelijk voor het overnemen van de opgemaakte segmenten uit TCP, ze in pakketten in te kapselen, ze de juiste adressen toe te wijzen en ze via het beste pad naar de bestemmingshost af te leveren.
  • Netwerktoegangsprotocollen – Netwerktoegangsprotocollen beschrijven twee primaire functies: communicatie via een datalink en de fysieke overdracht van gegevens op de netwerkmedia. Datalinkbeheerprotocollen nemen de pakketten van IP en formatteren ze om via de media te worden verzonden. De standaarden en protocollen voor de fysieke media bepalen hoe de signalen worden verzonden en hoe ze worden geïnterpreteerd door de ontvangende klanten. Een voorbeeld van een netwerktoegangsprotocol is Ethernet.

3.2.2. Protocolreeksen

3.2.2.1. Protocolreeksen en industriestandaarden

Zoals eerder vermeld, is een protocolsuite een reeks protocollen die samenwerken om uitgebreide netwerkcommunicatiediensten te bieden. Een protocolsuite kan worden gespecificeerd door een standaardorganisatie of ontwikkeld door een leverancier.

De protocollen IP, HTTP en DHCP maken allemaal deel uit van de internetprotocolsuite die bekend staat als Transmission Control Protocol / IP (TCP/IP). De TCP/IP-protocolsuite is een open standaard, wat betekent dat deze protocollen vrij beschikbaar zijn voor het publiek en dat elke leverancier deze protocollen op hun hardware of in hun software kan implementeren.

Een op standaarden gebaseerd protocol is een proces of protocol dat is goedgekeurd door de netwerkindustrie en geratificeerd of goedgekeurd door een standaardenorganisatie. Het gebruik van standaarden bij het ontwikkelen en implementeren van protocollen zorgt ervoor dat producten van verschillende fabrikanten succesvol kunnen samenwerken. Als een protocol niet strikt wordt nageleefd door een bepaalde fabrikant, kan hun apparatuur of software mogelijk niet goed communiceren met producten van andere fabrikanten.

Als bij datacommunicatie bijvoorbeeld het ene uiteinde van een gesprek een protocol gebruikt om eenrichtingscommunicatie te regelen en het andere uiteinde uitgaat van een protocol dat tweewegcommunicatie beschrijft, zullen er naar alle waarschijnlijkheid geen gegevens worden uitgewisseld.

Sommige protocollen zijn eigendom. Proprietary betekent in deze context dat één bedrijf of leverancier de definitie van het protocol en de werking ervan beheert. Sommige propriëtaire protocollen kunnen met toestemming van de eigenaar door verschillende organisaties worden gebruikt. Andere kunnen alleen worden geïmplementeerd op apparatuur die is vervaardigd door de eigen leverancier. Voorbeelden van eigen protocollen zijn AppleTalk en Novell Netware.

Meerdere bedrijven kunnen zelfs samenwerken om een ​​eigen protocol te creëren. Het is niet ongebruikelijk dat een leverancier (of een groep verkopers) een eigen protocol ontwikkelt om aan de behoeften van zijn klanten te voldoen en later helpt om van dat propriëtaire protocol een open standaard te maken. Ethernet was bijvoorbeeld een protocol dat oorspronkelijk in de jaren zeventig werd ontwikkeld door Bob Metcalfe van het XEROX Palo Alto Research Center (PARC). In 1979 richtte Bob Metcalfe zijn eigen bedrijf op, 3COM, en werkte hij samen met Digital Equipment Corporation (DEC), Intel en Xerox om de “DIX” -standaard voor Ethernet te promoten. In 1985 publiceerde het Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) de IEEE 802.3-standaard die bijna identiek was aan Ethernet. Tegenwoordig is 802.3 de algemene standaard die wordt gebruikt op lokale netwerken (LAN’s). Een ander voorbeeld, meest recent, heeft Cisco het EIGRP-routeringsprotocol geopend als een informatieve RFC om te voldoen aan de behoeften van klanten die het protocol willen gebruiken in een netwerk van meerdere leveranciers.

3.2.2.2. Creatie van het internet en ontwikkeling van TCP/IP

De IP-suite is een reeks protocollen die nodig zijn voor het verzenden en ontvangen van informatie via internet. Het is algemeen bekend als TCP/IP omdat de eerste twee netwerkprotocollen die voor deze standaard waren gedefinieerd, TCP en IP waren. Het op open standaarden gebaseerde TCP/IP heeft de eigen protocolsuites van andere leveranciers vervangen, zoals Apple’s AppleTalk en Novell’s Internetwork Packet Exchange / Sequenced Packet Exchange (IPX/SPX).

Het eerste pakketgeschakelde netwerk en de voorloper van het huidige internet was het Advanced Research Projects Agency Network (ARPANET), dat in 1969 tot leven kwam door mainframecomputers op vier locaties met elkaar te verbinden. ARPANET werd gefinancierd door het Amerikaanse ministerie van Defensie voor gebruik door universiteiten en onderzoekslaboratoria. Bolt, Beranek en Newman (BBN) was de aannemer die een groot deel van de initiële ontwikkeling van het ARPANET deed, waaronder het creëren van de eerste router die bekend staat als een Interface Message Processor (IMP).

In 1973 begonnen Robert Kahn en Vinton Cerf aan TCP te werken om de volgende generatie van het ARPANET te ontwikkelen. TCP is ontworpen om het huidige Network Control Program (NCP) van ARPANET te vervangen. In 1978 werd TCP opgedeeld in twee protocollen: TCP en IP. Later werden andere protocollen toegevoegd aan de TCP / IP-reeks protocollen, waaronder Telnet, FTP, DNS en vele andere.

  • 1969 – Op 29 oktober 1969 werd het eerste bericht verstuurd op een SDS Sigma 7 mainframe computer vanuit de UCLA, universiteit van Los Angeles, Californië naar een SDS 940 mainframe computer van het Stanford onderzoeks instituut.
  • 1970 – ALOHANET werd operationeel, het eerste pakket-gestuurd radio netwerk, onwikkeld door Norman Abramson van de universiteit van Hawai.
  • 1972 – Ray Tomlinson heeft het @-symbool gekozen om de bestemming van de ontvanger aan te duiden. Lany Roberts heeft het eerste email beheer programma geschreven. Telnet specificaties zijn geschreven (RFC 318).
  • 1981 – De TCP en IP protocollen zijn geformailiseerd (RFC 793 en RFC 791).
  • 1982 – De Exterior Gateway Protocol (EGP) is ontwikkeld om ervoor te zorgen dat routers netwerk informatie kunnen uitwisselen (RFC 827).
  • 1984 – Het Domain Name Service (DNS) is geïntroduceerd.
  • 1985 – Het File Transfer Proocol (FTP) is gedocumenteerd (RDC 765).
  • 1986 – Cisco lanceert zijn eerste routing innovatie, de AGS multi-protocol router.
  • 1988 – Het Internet Relay Chat (IRC) is ontwikkeld door Jarkko Oikarinen.
  • 1991 – Tim Berner-Lee en Roberrt Caillau geven de specificaties vrij voor het WWW.
  • 1993 – De eerste web browser MOSAIC is ontwikkeld door Marc Andreessen van de universiteit van Illinois, Champaign-Urbana.
  • 1995 – De eerste specificaties voor IPv6 (de eventuele opvolger van IPv4) zijn vrijgegeven (RFC 1883).
  • 2011 –  De eerste wereld IPv6 dag (8 juni 2011), veel websites en Internet provider over heel de wereld, waaronder Google, Facebook en Yahoo deden mee met meer dan 1000 andere bedirjven in een wereldwijde IPv6 test.

3.2.2.3. Protocolreeksen en het communicatie proces

Tegenwoordig bevat de suite tientallen protocollen. Ze zijn in lagen georganiseerd met behulp van het TCP/IP-protocolmodel. TCP/IP-protocollen zijn opgenomen in de internetlaag naar de toepassingslaag wanneer wordt verwezen naar het TCP / IP-model. De protocollen van de lagere laag in de datalink- of netwerktoegangslaag zijn verantwoordelijk voor het leveren van het IP-pakket over het fysieke medium. Deze protocollen van de lagere laag zijn ontwikkeld door standaardorganisaties, zoals IEEE.

De TCP / IP-protocolsuite is geïmplementeerd als een TCP/IP-stack op zowel de verzendende als de ontvangende hosts om end-to-end levering van applicaties via een netwerk te bieden. De 802.3- of Ethernet-protocollen worden gebruikt om het IP-pakket te verzenden via het fysieke medium dat door het LAN wordt gebruikt.

Onderstaande afbeeldingen tonen het volledige communicatieproces aan de hand van een voorbeeld van een webserver die gegevens naar een cliënt verzendt.

Protocolbewerking voor het verzenden en ontvangen van een bericht
  1. De Hypertext Markup Language (HTML) -pagina van de webserver bevat de te verzenden gegevens.
  2. De HTTP-header van het toepassingsprotocol wordt aan de voorkant van de HTML-gegevens toegevoegd. De header bevat verschillende informatie, waaronder de HTTP-versie die de server gebruikt en een statuscode die aangeeft dat deze informatie heeft voor de webclient.
  3. Het HTTP-toepassingslaagprotocol levert de HTML-opgemaakte webpagina-gegevens aan de transportlaag. Het TCP-transportlaagprotocol wordt gebruikt om het individuele gesprek tussen de webserver en de webclient te beheren.
  4. Vervolgens wordt de IP-informatie toegevoegd aan de voorkant van de TCP-informatie. IP wijst de juiste bron- en bestemmings-IP-adressen toe. Deze informatie staat bekend als een IP-pakket.
  5. Het Ethernet-protocol voegt informatie toe aan beide uiteinden van het IP-pakket, ook wel een datalinkframe genoemd. Dit frame wordt afgeleverd bij de dichtstbijzijnde router langs het pad naar de webclient. Deze router verwijdert de Ethernet-informatie, analyseert het IP-pakket, bepaalt het beste pad voor het pakket, voegt het pakket in een nieuw frame in en stuurt het naar de volgende naburige router naar de bestemming. Elke router verwijdert en voegt nieuwe datalinkinformatie toe voordat het pakket wordt doorgestuurd.
  6. Deze gegevens worden nu getransporteerd via het internetwerk, dat bestaat uit media en intermediaire apparaten.
  7. De client ontvangt de datalinkframes die de gegevens bevatten en elke protocolheader wordt verwerkt en vervolgens verwijderd in de omgekeerde volgorde waarin deze is toegevoegd. De Ethernet-informatie wordt verwerkt en verwijderd, gevolgd door de IP-protocolinformatie, vervolgens de TCP-informatie en ten slotte de HTTP-informatie.
  8. De webpagina-informatie wordt vervolgens doorgegeven aan de webbrowsersoftware van de klant.
Protocolbewerking voor het verzenden en ontvangen van een bericht

3.2.3. Standaarden organisaties

3.2.3.1 Open standaarden

Open standaarden stimuleren concurrentie en innovatie. Ze garanderen ook dat geen enkel product van een enkel bedrijf de markt kan monopoliseren of een oneerlijk voordeel heeft ten opzichte van de concurrentie. Een goed voorbeeld hiervan is de aanschaf van een draadloze router voor thuis. Er zijn veel verschillende keuzes beschikbaar van verschillende leveranciers, die allemaal standaardprotocollen bevatten, zoals IPv4, DHCP, 802.3 (Ethernet) en 802.11 (draadloos LAN). Met deze open standaarden kan een client met het OS X-besturingssysteem van Apple ook een webpagina downloaden van een webserver met het Linux-besturingssysteem. Dit komt doordat beide besturingssystemen de open standaardprotocollen implementeren, zoals die in de TCP / IP-suite.

Standaardorganisaties zijn belangrijk bij het onderhouden van een open internet met vrij toegankelijke specificaties en protocollen die door elke leverancier kunnen worden geïmplementeerd. Een normalisatie-instelling kan geheel zelfstandig een set regels opstellen of in andere gevallen een eigen protocol als basis voor de norm kiezen. Als een propriëtair protocol wordt gebruikt, gaat het meestal om de leverancier die het protocol heeft gemaakt.

Normalisatie-instellingen zijn doorgaans vendor-neutrale, non-profitorganisaties die zijn opgericht om het concept van open normen te ontwikkelen en te promoten.

Standaarden organisaties zijn onder meer:

  • De Internet Society (ISOC)
  • De Internet Architecture Board (IAB)
  • De Internet Engineering Task Force (IETF)
  • Het Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)
  • De Internationale Organisatie voor Standaardisatie (ISO)

ISOC Internet Society

De Internet Society (ISOC) is verantwoordelijk voor het bevorderen van open ontwikkeling, evolutie en internetgebruik over de hele wereld. ISOC faciliteert de open ontwikkeling van standaarden en protocollen voor de technische infrastructuur van internet, inclusief het toezicht op de Internet Architecture Board (IAB).

IAB Internet Architecture Board 

De Internet Architecture Board (IAB) is verantwoordelijk voor het algehele beheer en de ontwikkeling van internetstandaarden. De IAB houdt toezicht op de architectuur voor protocollen en procedures die door internet worden gebruikt. De IAB bestaat uit 13 leden, waaronder de voorzitter van de Internet Engineering Task Force (IETF). IAB-leden dienen als individuen en niet als vertegenwoordigers van een bedrijf, agentschap of andere organisatie.

IETF Internet Engineering Task Force

De missie van de IETF is het ontwikkelen, updaten en onderhouden van internet- en TCP / IP-technologieën. Een van de belangrijkste verantwoordelijkheden van de IETF is het produceren van Request for Comments (RFC) -documenten, een memorandum waarin protocollen, processen en technologieën voor internet worden beschreven. De IETF bestaat uit werkgroepen (WG’s), het belangrijkste mechanisme voor het ontwikkelen van IETF-specificaties en richtlijnen. WG’s zijn van korte duur en nadat de doelstellingen van de groep zijn bereikt, wordt de WG beëindigd. De Stuurgroep Internet Engineering (IESG) is verantwoordelijk voor het technisch beheer van de IETF en het internetstandaardproces.

IRTF Internet Research Tass Force

De Internet Research Task Force (IRTF) is gericht op langetermijnonderzoek met betrekking tot internet- en TCP / IP-protocollen, toepassingen, architectuur en technologieën. Terwijl de IETF zich richt op kortetermijnkwesties van het creëren van normen, bestaat de IRTF uit onderzoeksgroepen voor ontwikkelingsinspanningen op de lange termijn. Enkele van de huidige onderzoeksgroepen zijn onder meer Anti-Spam Research Group (ASRG), Crypto Forum Research Group (CFRG), Peer-to-Peer Research Group (P2PRG) en Router Research Group (RRG).

IEEE Institute of Elictrical and Electronics Engineerd

Het Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE, uitgesproken als “I-triple-E”) is een professionele organisatie voor mensen op het gebied van elektrotechniek en elektronica die zich toeleggen op het bevorderen van technologische innovatie en het creëren van normen. Sinds 2012 bestaat IEEE uit 38 verenigingen, publiceert 130 tijdschriften en sponsort jaarlijks meer dan 1.300 conferenties wereldwijd. De IEEE heeft momenteel meer dan 1.300 standaarden en projecten in ontwikkeling.

IEEE heeft meer dan 400.000 leden in meer dan 160 landen. Meer dan 107.000 van die leden zijn student-leden. IEEE biedt mogelijkheden voor onderwijs en loopbaanontwikkeling om de vaardigheden en kennis bij de elektronica-industrie te promoten.

IEEE is een van de toonaangevende organisaties die standaards produceren ter wereld. Het creëert en onderhoudt normen die van invloed zijn op een breed scala van industrieën, waaronder stroom en energie, gezondheidszorg, telecommunicatie en netwerken. De IEEE 802-standaardfamilie houdt zich bezig met lokale netwerken en grootstedelijke netwerken, zowel bedraad als draadloos. Zoals weergegeven in de afbeelding, bestaat elke IEEE-standaard uit een WG die verantwoordelijk is voor het creëren en verbeteren van de standaarden.

De IEEE 802.3- en IEEE 802.11-standaarden zijn belangrijke IEEE-standaarden in computernetwerken. De IEEE 802.3-standaard definieert Media Access Control (MAC) voor bekabeld Ethernet. Deze technologie is meestal voor LAN’s, maar heeft ook wide-area network (WAN) -toepassingen. De 802.11-standaard definieert een reeks standaarden voor het implementeren van draadloze lokale netwerken (WLAN’s). Deze standaard definieert de Open Systems Interconnection (OSI) fysieke en datalink MAC voor draadloze communicatie.

IEEE 802
802.1Higher Layer LAN Protocols Working Group
802.3Ethernet Working Group
802.11Wireless LAN Working Group
802.15Wireless Personal Area Network (WPAN) Working Group
802.16Broadband Wireless Access Working Group
802.18Radio Regulatory TAG
802.19Wireless Coexistence Working Group
802.21Media Independent Handover Services Working Group
802.22Wireless Regional Area Networks
802.24Smart Grid TAG

ISO International Organisation for Standarization

ISO, de International Organization for Standardization, is ’s werelds grootste ontwikkelaar van internationale normen voor een breed scala aan producten en diensten. ISO is geen acroniem voor de naam van de organisatie; de ISO-term is eerder gebaseerd op het Griekse woord “isos”, wat gelijk betekent. De Internationale Organisatie voor Standaardisatie koos de ISO-term om haar positie als gelijk aan alle landen te bevestigen.

Op het gebied van netwerken is ISO vooral bekend om zijn referentiemodel Open Systems Interconnection (OSI). ISO publiceerde het OSI-referentiemodel in 1984 om een ​​gelaagd raamwerk voor netwerkprotocollen te ontwikkelen. Het oorspronkelijke doel van dit project was niet alleen om een ​​referentiemodel te creëren, maar ook om als basis te dienen voor een reeks protocollen die voor internet zouden worden gebruikt. Dit stond bekend als de OSI-protocolsuite. Vanwege de stijgende populariteit van de TCP / IP-suite, ontwikkeld door Robert Kahn, Vinton Cerf en anderen, werd de OSI-protocolsuite niet gekozen als de protocolsuite voor internet. In plaats daarvan is de TCP / IP-protocolsuite geselecteerd. De OSI-protocolsuite is geïmplementeerd op telecommunicatieapparatuur en is nog steeds te vinden in oudere telecommunicatienetwerken.

U bent wellicht bekend met enkele van de producten die ISO-normen gebruiken. De ISO-bestandsextensie wordt op veel cd-images gebruikt om aan te geven dat het de ISO 9660-standaard gebruikt voor zijn bestandssysteem. ISO is ook verantwoordelijk voor het creëren van standaarden voor routeringsprotocollen.

EIA Electronics Industry Alliance

EIA, de Electronic Industries Alliance (EIA), voorheen bekend als de Electronics Industries Association, is een internationale organisatie voor standaarden en handel voor elektronica-organisaties. De EIA is vooral bekend om zijn normen met betrekking tot elektrische bedrading, connectoren en de 19-inch racks die worden gebruikt om netwerkapparatuur te monteren.

TIA Telecommunications Industry Association

TIA, de Telecommunications Industry Association (TIA) is verantwoordelijk voor het ontwikkelen van communicatiestandaarden op verschillende gebieden, waaronder radioapparatuur, zendmasten, Voice over IP (VoIP) -apparaten, satellietcommunicatie en meer. Veel van hun standaarden zijn tot stand gekomen in samenwerking met de MER.

ITU-T International Telecommunications Union-Telcommunications Standardization

ITU-T, De International Telecommunications Union-Telecommunication Standardization Sector (ITU-T) is een van de grootste en oudste communicatiestandaardorganisaties. De ITU-T definieert standaarden voor videocompressie, Internet Protocol Television (IPTV) en breedbandcommunicatie, zoals een Digital Subscriber Line (DSL). Als u bijvoorbeeld een ander land belt, worden ITU-landcodes gebruikt om de verbinding tot stand te brengen.

ICANN Internet Corporation for Assigned Names and Number

ICANN , The Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (ICANN) is een non-profitorganisatie in de Verenigde Staten die de toewijzing van IP-adressen, het beheer van domeinnamen die door DNS worden gebruikt en de protocol-ID’s of poortnummers die door TCP en UDP-protocollen. ICANN stelt beleid op en heeft de algehele verantwoordelijkheid voor deze opdrachten.

IANA Internet Assignes Numbers Authority

IANA – De Internet Assigned Numbers Authority (IANA) is een afdeling van ICANN die verantwoordelijk is voor het toezicht op en het beheer van IP-adrestoewijzing, domeinnaambeheer en protocol-ID’s voor ICANN.

Door vertrouwd te raken met de organisaties die standaarden ontwikkelen die in netwerken worden gebruikt, krijgt u een beter begrip van hoe deze standaarden een open, leverancierneutraal internet creëren en leert u over nieuwe standaarden terwijl ze zich ontwikkelen.

3.2.4. Referentie modellen

3.2.4.1. De voordelen van een gelaagd model te gebruiken

Een gelaagd model, zoals het TCP / IP-model, wordt vaak gebruikt om de interactie tussen verschillende protocollen te helpen visualiseren. Een gelaagd model geeft de werking weer van de protocollen die binnen elke laag voorkomen, evenals de interactie van protocollen met de lagen boven en onder elke laag.

Er zijn voordelen verbonden aan het gebruik van een gelaagd model om netwerkprotocollen en bewerkingen te beschrijven. Met een gelaagd model:

  • Helpt bij het ontwerpen van protocollen, omdat protocollen die op een specifieke laag werken, gedefinieerde informatie hebben waarop ze werken en een gedefinieerde interface met de lagen erboven en eronder.
  • Bevordert concurrentie omdat producten van verschillende leveranciers kunnen samenwerken.
  • Voorkomt dat veranderingen in technologie of capaciteiten in de ene laag andere lagen erboven en eronder beïnvloeden.
  • Biedt een gemeenschappelijke taal om netwerkfuncties en -mogelijkheden te beschrijven.

Er zijn twee basistypen netwerkmodellen:

  • Protocolmodel – Dit model komt nauw overeen met de structuur van een bepaalde protocolsuite. De hiërarchische set van gerelateerde protocollen in een suite vertegenwoordigt typisch alle functionaliteit die nodig is om het menselijke netwerk met het datanetwerk te verbinden. Het TCP / IP-model is een protocolmodel, omdat het de functies beschrijft die voorkomen op elke protocollenlaag binnen de TCP / IP-suite.
  • Referentiemodel – Dit model biedt consistentie binnen alle soorten netwerkprotocollen en -services door te beschrijven wat er op een bepaalde laag moet worden gedaan, maar niet voor te schrijven hoe het moet worden bereikt. Een referentiemodel is niet bedoeld als een implementatiespecificatie of om een ​​voldoende gedetailleerd niveau te bieden om de services van de netwerkarchitectuur nauwkeurig te definiëren. Het primaire doel van een referentiemodel is om te helpen bij een beter begrip van de betrokken functies en processen.
  • Het OSI-model is het meest bekende referentiemodel voor internetwerk. Het wordt gebruikt voor datanetwerkontwerp, bedrijfsspecificaties en probleemoplossing.

Zoals weergegeven in de afbeelding, zijn de TCP / IP- en OSI-modellen de belangrijkste modellen die worden gebruikt bij het bespreken van netwerkfunctionaliteit. Ontwerpers van netwerkprotocollen, services of apparaten kunnen hun eigen modellen maken om hun producten weer te geven. Uiteindelijk moeten ontwerpers met de industrie communiceren door hun product of dienst te relateren aan het OSI-model of het TCP / IP-model, of aan beide.

3.2.4.2. Het OSI referentie model

Aanvankelijk werd het OSI-model door de ISO ontworpen om een ​​raamwerk te bieden waarop een reeks open-systeemprotocollen kon worden gebouwd. De visie was dat deze set protocollen zou worden gebruikt om een ​​internationaal netwerk te ontwikkelen dat niet afhankelijk zou zijn van propriëtaire systemen.

Uiteindelijk zorgden de snelheid waarmee het op TCP / IP gebaseerde internet werd aangenomen en de snelheid waarmee het werd uitgebreid, ervoor dat de ontwikkeling en acceptatie van de OSI-protocolsuite achterbleven. Hoewel enkele van de ontwikkelde protocollen die de OSI-specificaties gebruiken, tegenwoordig op grote schaal worden gebruikt, heeft het zevenlagige OSI-model een belangrijke bijdrage geleverd aan de ontwikkeling van andere protocollen en producten voor alle soorten nieuwe netwerken.

Het OSI-model biedt een uitgebreide lijst met functies en services die op elke laag kunnen voorkomen. Het beschrijft ook de interactie van elke laag met de lagen er direct boven en eronder. Hoewel de inhoud van deze cursus is gestructureerd rond het OSI-referentiemodel, ligt de focus van de discussie op de protocollen die zijn geïdentificeerd in het TCP / IP-protocolmodel. Klik op elke laagnaam om de details te bekijken.

Opmerking: terwijl naar de TCP / IP-modellagen alleen met de naam wordt verwezen, wordt er vaker naar de zeven OSI-modellagen verwezen met een nummer in plaats van met een naam. De fysieke laag wordt bijvoorbeeld laag 1 van het OSI-model genoemd.

3.2.4.3. Het TCP/IP protocol model

Aanvankelijk werd het OSI-model door de ISO ontworpen om een ​​raamwerk te bieden waarop een reeks open-systeemprotocollen kon worden gebouwd. De visie was dat deze set protocollen zou worden gebruikt om een ​​internationaal netwerk te ontwikkelen dat niet afhankelijk zou zijn van propriëtaire systemen.

Uiteindelijk zorgden de snelheid waarmee het op TCP / IP gebaseerde internet werd aangenomen en de snelheid waarmee het werd uitgebreid, ervoor dat de ontwikkeling en acceptatie van de OSI-protocolsuite achterbleven. Hoewel enkele van de ontwikkelde protocollen die de OSI-specificaties gebruiken, tegenwoordig op grote schaal worden gebruikt, heeft het zevenlagige OSI-model een belangrijke bijdrage geleverd aan de ontwikkeling van andere protocollen en producten voor alle soorten nieuwe netwerken.

Het OSI-model biedt een uitgebreide lijst met functies en services die op elke laag kunnen voorkomen. Het beschrijft ook de interactie van elke laag met de lagen er direct boven en eronder. Hoewel de inhoud van deze cursus is gestructureerd rond het OSI-referentiemodel, ligt de focus van de discussie op de protocollen die zijn geïdentificeerd in het TCP / IP-protocolmodel. Klik op elke laagnaam om de details te bekijken.

Opmerking: terwijl naar de TCP/IP-modellagen alleen met de naam wordt verwezen, wordt er vaker naar de zeven OSI-modellagen verwezen met een nummer in plaats van met een naam. De fysieke laag wordt bijvoorbeeld laag 1 van het OSI-model genoemd.

3.2.4.4. Het OSI model met het TCP/IP model vergelijken

De protocollen waaruit de TCP/IP-protocolsuite bestaat, kunnen worden beschreven in termen van het OSI-referentiemodel. In het OSI-model zijn de netwerktoegangslaag en de toepassingslaag van het TCP/IP-model verder onderverdeeld om discrete functies te beschrijven die op deze lagen moeten voorkomen.

Op de netwerktoegangslaag specificeert de TCP/IP-protocolsuite niet welke protocollen moeten worden gebruikt bij verzending via een fysiek medium; het beschrijft alleen de overdracht van de internetlaag naar de fysieke netwerkprotocollen. OSI-lagen 1 en 2 bespreken de noodzakelijke procedures om toegang te krijgen tot de media en de fysieke middelen om gegevens over een netwerk te verzenden.

Zoals weergegeven in de afbeelding, doen de kritische parallellen tussen de twee netwerkmodellen zich voor op de OSI-lagen 3 en 4. OSI-laag 3, de netwerklaag, wordt bijna universeel gebruikt om de reeks processen te beschrijven die in alle datanetwerken plaatsvinden om te adresseren en berichten routeren via een internetwerk. IP is het TCP/IP-suite-protocol dat de functionaliteit omvat die wordt beschreven in OSI Layer 3.

Het OSI model en TCP/IP model vergelijken

Laag 4, de transportlaag van het OSI-model, beschrijft algemene diensten en functies die zorgen voor geordende en betrouwbare levering van gegevens tussen bron- en bestemmingshosts. Deze functies omvatten bevestiging, foutherstel en volgordebepaling. Op deze laag bieden de TCP / IP-protocollen TCP en User Datagram Protocol (UDP) de nodige functionaliteit.

De TCP/IP-applicatielaag omvat een aantal protocollen die specifieke functionaliteit bieden aan een verscheidenheid aan eindgebruikerstoepassingen. De OSI-modellagen 5, 6 en 7 worden gebruikt als referenties voor ontwikkelaars en leveranciers van applicatiesoftware om producten te produceren die op netwerken werken.

3.3. Data in het netwerk verplaatsen

3.3.1. Data-inkapseling

3.3.1.1. Berichten communiceren

In theorie zou een enkele communicatie, zoals een muziekvideo of een e-mailbericht, via een netwerk van een bron naar een bestemming kunnen worden verzonden als een enorme, ononderbroken stroom bits. Als berichten daadwerkelijk op deze manier zouden worden verzonden, zou dit betekenen dat geen ander apparaat berichten op hetzelfde netwerk zou kunnen verzenden of ontvangen terwijl deze gegevensoverdracht bezig was. Deze grote datastromen zouden tot aanzienlijke vertragingen leiden. Verder, als een verbinding in de onderling verbonden netwerkinfrastructuur mislukt tijdens de verzending, zou het volledige bericht verloren gaan en volledig opnieuw moeten worden verzonden.

Een betere benadering is om de gegevens op te splitsen in kleinere, beter beheersbare stukjes om over het netwerk te verzenden. Deze opdeling van de datastroom in kleinere stukjes wordt segmentatie genoemd. Het segmenteren van berichten heeft twee belangrijke voordelen:

  • Door kleinere individuele stukjes van bron naar bestemming te verzenden, kunnen veel verschillende gesprekken op het netwerk worden afgewisseld. Het proces dat wordt gebruikt om de stukjes van afzonderlijke gesprekken op het netwerk samen te voegen, wordt multiplexen genoemd.
  • Segmentatie kan de betrouwbaarheid van netwerkcommunicatie vergroten. De afzonderlijke delen van elk bericht hoeven niet via hetzelfde pad over het netwerk van bron naar bestemming te reizen. Als een bepaald pad overbelast raakt met dataverkeer of uitvalt, kunnen afzonderlijke delen van het bericht nog steeds naar de bestemming worden gestuurd via alternatieve paden. Als een deel van het bericht de bestemming niet haalt, hoeven alleen de ontbrekende delen opnieuw te worden verzonden.

Het nadeel van het gebruik van segmentatie en multiplexing om berichten over een netwerk te verzenden, is de complexiteit die aan het proces wordt toegevoegd. Stel je voor dat je een brief van 100 pagina’s zou moeten sturen, maar elke envelop zou maar één pagina kunnen bevatten. Het adresseren, labelen, verzenden, ontvangen en openen van de volledige 100 enveloppen zou tijdrovend zijn voor zowel de afzender als de ontvanger.

Bij netwerkcommunicatie moet elk segment van het bericht een soortgelijk proces doorlopen om ervoor te zorgen dat het de juiste bestemming bereikt en opnieuw kan worden samengevoegd tot de inhoud van het oorspronkelijke bericht, zoals weergegeven in afbeelding 2.

Labelen om terug samen te voegen

Verschillende soorten apparaten in het netwerk zorgen ervoor dat de delen van het bericht betrouwbaar op hun bestemming aankomen.

3.3.1.2. Protocol Data Units (PDUs)

Terwijl toepassingsgegevens door de protocolstapel worden doorgegeven om via de netwerkmedia te worden verzonden, voegen verschillende protocollen er op elk niveau informatie aan toe. Dit staat algemeen bekend als het inkapselingsproces.

De vorm die een gegevensstuk op een willekeurige laag aanneemt, wordt een protocolgegevenseenheid (PDU) genoemd. Tijdens het inkapselen kapselt elke volgende laag de PDU in die deze ontvangt van de laag erboven in overeenstemming met het gebruikte protocol. In elke fase van het proces heeft een PDU een andere naam om de nieuwe functies weer te geven. Hoewel er geen universele naamgevingsconventie voor PDU’s is, worden in deze cursus de PDU’s benoemd volgens de protocollen van de TCP / IP-suite, zoals weergegeven in de afbeelding:

  • Data – De algemene term voor de PDU die wordt gebruikt op de applicatielaag
  • Segment – Transportlaag PDU
  • Pakket – Netwerklaag PDU
  • Frame – Datalinklaag-PDU
  • Bits – Een fysieke laag-PDU die wordt gebruikt bij het fysiek verzenden van gegevens via het medium

3.3.1.3. Inkapseling

Gegevensinkapseling is het proces waarbij aanvullende protocolheaderinformatie aan de gegevens wordt toegevoegd voordat deze wordt verzonden. Bij de meeste vormen van datacommunicatie worden de originele gegevens ingekapseld of verpakt in verschillende protocollen voordat ze worden verzonden.

Bij het verzenden van berichten op een netwerk, werkt de protocolstapel op een host van boven naar beneden. In het webservervoorbeeld kunnen we het TCP IP-model gebruiken om het proces van het verzenden van een HTML-webpagina naar een client te illustreren.

Het toepassingslaagprotocol, HTTP, begint het proces door de HTML-opgemaakte webpagina-gegevens aan de transportlaag te leveren. Daar worden de toepassingsgegevens opgedeeld in TCP-segmenten. Elk TCP-segment krijgt een label, een koptekst genaamd, met informatie over welk proces dat op de doelcomputer wordt uitgevoerd, het bericht moet ontvangen. Het bevat ook de informatie die het doelproces in staat stelt om de gegevens weer in hun oorspronkelijke indeling te herstellen.

De transportlaag kapselt de HTML-gegevens van de webpagina in het segment in en stuurt deze naar de internetlaag, waar het IP-protocol wordt geïmplementeerd. Hier is het hele TCP-segment ingekapseld in een IP-pakket, dat een ander label toevoegt, de IP-header genaamd. De IP-header bevat de IP-adressen van de bron- en bestemmingshost, evenals informatie die nodig is om het pakket af te leveren op het bijbehorende bestemmingsproces.

Vervolgens wordt het IP-pakket naar de netwerktoegangslaag gestuurd waar het wordt ingekapseld in een frameheader en trailer. Elke frameheader bevat een fysiek adres van de bron en de bestemming. Het fysieke adres identificeert op unieke wijze de apparaten op het lokale netwerk. De trailer bevat informatie over foutcontrole. Ten slotte worden de bits gecodeerd op de media door de server-netwerkinterfacekaart (NIC). Klik op de knop Afspelen in de afbeelding om het inkapselingsproces te zien.

3.3.1.4. De-inkapseling

Dit proces wordt omgekeerd bij de ontvangende host en staat bekend als de-inkapseling. De-inkapseling is het proces dat door een ontvangend apparaat wordt gebruikt om een of meer protocolheaders te verwijderen. De gegevens worden gedecapsuleerd terwijl ze de stapel opgaan naar de eindgebruikerstoepassing.

3.3.2. Toegang tot lokale bronnen

3.3.2.1. Netwerkadressen en datalinkadressen

OSI-model beschrijft de processen van het coderen, formatteren, segmenteren en inkapselen van gegevens voor verzending via het netwerk. De netwerklaag en datalinklaag zijn verantwoordelijk voor het leveren van de gegevens van het bronapparaat of de afzender naar het bestemmingsapparaat of de ontvanger. Protocollen op beide lagen bevatten bron- en bestemmingsadressen, maar hun adressen hebben verschillende doeleinden.

Netwerkadres

Het logische adres van de netwerklaag of Layer 3 bevat informatie die nodig is om het IP-pakket van het bronapparaat naar het bestemmingsapparaat af te leveren. Een Layer 3 IP-adres bestaat uit twee delen: het netwerkprefix en het hostgedeelte. Het netwerkvoorvoegsel wordt door routers gebruikt om het pakket naar het juiste netwerk door te sturen. Het hostgedeelte wordt gebruikt door de laatste router in het pad om het pakket af te leveren op het bestemmingsapparaat.

Een IP-pakket bevat twee IP-adressen:

  • Bron-IP-adres – Het IP-adres van het verzendende apparaat.
  • Bestemmings IP address – Het IP-adres van het ontvangende apparaat. Het bestemmings-IP-adres wordt door routers gebruikt om een ​​pakket naar zijn bestemming door te sturen.

Datalinkadres

De datalink, of laag 2, fysiek adres heeft een andere rol. Het doel van het datalinkadres is om het datalinkframe van de ene netwerkinterface naar een andere netwerkinterface op hetzelfde netwerk te sturen. Voordat een IP-pakket via een bekabeld of draadloos netwerk kan worden verzonden, moet het worden ingekapseld in een datalinkframe, zodat het kan worden verzonden via het fysieke medium, het daadwerkelijke netwerk. Ethernet-LAN’s en draadloze LAN’s zijn twee voorbeelden van netwerken met verschillende fysieke media, elk met een eigen type datalinkprotocol.

Het IP-pakket wordt ingekapseld in een datalinkframe om aan het bestemmingsnetwerk te worden afgeleverd. De bron- en bestemmingsdatalinkadressen worden toegevoegd, zoals weergegeven in de afbeelding:

  • Brondatalinkadres – Het fysieke adres van het apparaat dat het pakket verzendt. In eerste instantie is dit de NIC die de bron is van het IP-pakket.
  • Bestemmingsdatalinkadres – Het fysieke adres van de netwerkinterface van de next hop-router of de netwerkinterface van het bestemmingsapparaat.
Netwerkadressen en datalinkadressen

3.3.2.2. Communiceren met een apparaat op hetzelfde netwerk

Om te begrijpen hoe de communicatie in het netwerk succesvol verloopt, is het belangrijk om de rol van zowel de netwerklaagadressen als de datalinkadressen te begrijpen wanneer een apparaat communiceert met een ander apparaat op hetzelfde netwerk. In dit voorbeeld hebben we een clientcomputer, PC1, die communiceert met een bestandsserver, FTP-server, op hetzelfde IP-netwerk.

Netwerkadressen

De netwerklaagadressen, of IP-adressen, geven het netwerk- en hostadres van de bron en bestemming aan. Het netwerkgedeelte van het adres zal hetzelfde zijn; alleen het host- of apparaatgedeelte van het adres zal anders zijn.

  • Bron-IP-adres – Het IP-adres van het verzendende apparaat, de clientcomputer PC1: 192.168.1.110.
  • Bestemming IP-adres – Het IP-adres van het ontvangende apparaat, FTP-server: 192.168.1.9.

Datalinkadresssen

Wanneer de afzender en ontvanger van het IP-pakket zich op hetzelfde netwerk bevinden, wordt het datalinkframe rechtstreeks naar het ontvangende apparaat gestuurd. Op een Ethernet-netwerk staan ​​de datalink-adressen bekend als Ethernet MAC-adressen. MAC-adressen zijn 48-bits adressen die fysiek zijn ingebed in de Ethernet NIC. Een MAC-adres wordt ook wel het fysieke adres of het ingebrande adres (BIA) genoemd.

  • Bron-MAC-adres – Dit is het datalink-adres of het Ethernet MAC-adres van het apparaat dat het IP-pakket, PC1, verzendt. Het MAC-adres van de Ethernet NIC van PC1 is AA-AA-AA-AA-AA-AA.
  • Destination MAC address – Wanneer het ontvangende apparaat zich op hetzelfde netwerk bevindt als het verzendende apparaat, is dit het datalinkadres van het ontvangende apparaat. In dit voorbeeld is het MAC-adres van de bestemming het MAC-adres van de FTP-server: CC-CC-CC-CC-CC-CC.
Datalink en netwerkadressen

3.3.2.3. MAC en IP adressen

Het moet nu duidelijk zijn dat om gegevens naar een andere host op hetzelfde LAN te verzenden, de bronhost zowel het fysieke als het logische adres van de bestemmingshost moet kennen. Zodra dit bekend is, kan het een frame maken en dit op de netwerkmedia verzenden. De bronhost kan het bestemmings-IP-adres op een aantal manieren leren. Het kan bijvoorbeeld het IP-adres leren door het gebruik van het Domain Name System (DNS), of het kan het bestemmings-IP-adres kennen omdat het adres handmatig in de applicatie wordt ingevoerd, bijvoorbeeld wanneer een gebruiker het IP-adres van een bestemming FTP-server. Maar hoe bepaalt een host het Ethernet MAC-adres van een ander apparaat?

De meeste netwerktoepassingen vertrouwen op het logische IP-adres van de bestemming om de locatie van de communicerende hosts te identificeren. Het MAC-adres van de datalink is vereist om het ingekapselde IP-pakket binnen het Ethernet-frame over het netwerk naar de bestemming te sturen.

Adres Resolutie Protocol

De verzendende host gebruikt een protocol met de naam Address Resolution Protocol (ARP) om het MAC-adres van elke host op hetzelfde lokale netwerk te achterhalen. De verzendende host stuurt een ARP-verzoekbericht naar het hele LAN. Het ARP-verzoek is een uitgezonden bericht. Het ARP-verzoek bevat het IP-adres van het bestemmingsapparaat. Elk apparaat op het LAN onderzoekt het ARP-verzoek om te zien of het zijn eigen IP-adres bevat. Alleen het apparaat met het IP-adres in het ARP-verzoek reageert met een ARP-antwoord. Het ARP-antwoord bevat het MAC-adres dat is gekoppeld aan het IP-adres in het ARP-verzoek.

3.3.3. Toegang tot externe bronnen

3.3.3.1. Standaardgateway

De methode die een host gebruikt om berichten naar een bestemming op een extern netwerk te sturen, verschilt van de manier waarop een host berichten naar een bestemming op hetzelfde lokale netwerk verzendt. Als een host een bericht moet sturen naar een andere host op hetzelfde netwerk, zal deze het bericht direct doorsturen. Een host gebruikt ARP om het MAC-adres van de bestemmingshost te achterhalen. Het bevat het IP-adres van de bestemming in de pakketkop en kapselt het pakket in in een frame met het MAC-adres van de bestemming en stuurt het door.

Wanneer een host een bericht naar een extern netwerk moet sturen, moet deze de router gebruiken, ook wel de standaardgateway genoemd. De standaardgateway is het IP-adres van een interface op een router op hetzelfde netwerk als de verzendende host.

Het is belangrijk dat het adres van de standaardgateway op elke host op het lokale netwerk wordt geconfigureerd. Als er geen standaard gateway-adres is geconfigureerd in de host-TCP/IP-instellingen, of als de verkeerde standaardgateway is opgegeven, kunnen berichten die zijn geadresseerd aan hosts op externe netwerken niet worden bezorgd.

In de afbeelding gebruiken de hosts op het LAN R1 als de standaardgateway met het 192.168.1.1-adres geconfigureerd in hun TCP / IP-instellingen. Als de bestemming van een PDU zich op een ander IP-netwerk bevindt, sturen de hosts de PDU’s naar de standaardgateway op de router voor verdere transmissie.

3.3.3.2. Communiceren met een apparaat op een extern netwerk

Maar wat zijn de rollen van het adres van de netwerklaag en het adres van de datalinklaag wanneer een apparaat communiceert met een apparaat op een extern netwerk? In dit voorbeeld hebben we een clientcomputer, PC1, die communiceert met een server, genaamd Web Server, op een ander IP-netwerk.

Netwerkadressen

IP-adressen geven de netwerk- en apparaatadressen van de bron en bestemming aan. Wanneer de afzender van het pakket zich op een ander netwerk bevindt dan de ontvanger, vertegenwoordigen de bron- en bestemmings-IP-adressen hosts op verschillende netwerken. Dit wordt aangegeven door het netwerkgedeelte van het IP-adres van de bestemmingshost.

  • Bron-IP-adres – Het IP-adres van het verzendende apparaat, de clientcomputer PC1: 192.168.1.110.
  • Doel-IP-adres – Het IP-adres van het ontvangende apparaat, de server, webserver: 172.16.1.99.

Adressen voor datalink

Wanneer de afzender en ontvanger van het IP-pakket zich op verschillende netwerken bevinden, kan het Ethernet-datalinkframe niet rechtstreeks naar de bestemmingshost worden verzonden omdat de host niet rechtstreeks bereikbaar is in het netwerk van de afzender. Het Ethernet-frame moet naar een ander apparaat worden gestuurd dat bekend staat als de router of de standaardgateway. In ons voorbeeld is de standaardgateway R1. R1 heeft een interface en een IP-adres dat zich op hetzelfde netwerk bevindt als PC1. Hierdoor kan PC1 de router rechtstreeks bereiken.

  • Bron-MAC-adres – Het Ethernet-MAC-adres van het verzendende apparaat, PC1. Het MAC-adres van de Ethernet-interface van PC1 is AA-AA-AA-AA-AA-AA.
  • Doel-MAC-adres – Wanneer het ontvangende apparaat zich op een ander netwerk bevindt dan het verzendende apparaat, is dit het Ethernet MAC-adres van de standaardgateway of router.

In dit voorbeeld is het MAC-adres van de bestemming het MAC-adres van de Ethernet-interface R1 die is aangesloten op het PC1-netwerk, namelijk 11-11-11-11-11-11.

Het Ethernet-frame met het ingekapselde IP-pakket kan nu naar R1 worden verzonden. R1 stuurt het pakket door naar de bestemming, webserver. Dit kan betekenen dat R1 het pakket doorstuurt naar een andere router of rechtstreeks naar de webserver als de bestemming zich op een netwerk bevindt dat is verbonden met R1.

Hoe bepaalt het verzendende apparaat het MAC-adres van de router?

Elk apparaat kent het IP-adres van de router via het standaard gateway-adres dat is geconfigureerd in de TCP / IP-instellingen. Het standaard gateway-adres is het adres van de routerinterface die is aangesloten op hetzelfde lokale netwerk als het bronapparaat. Alle apparaten op het lokale netwerk gebruiken het standaard gateway-adres om berichten naar de router te sturen. Nadat de host het IP-adres van de standaardgateway kent, kan deze ARP gebruiken om het MAC-adres van die standaardgateway te bepalen. Het MAC-adres van de standaardgateway wordt vervolgens in het frame geplaatst.

3.4. Samenvatting

Datanetwerken zijn systemen van eindapparaten, intermediaire apparaten en de media die de apparaten verbinden. Om communicatie te laten plaatsvinden, moeten deze apparaten weten hoe ze moeten communiceren.

Deze apparaten moeten voldoen aan communicatieregels en -protocollen. TCP / IP is een voorbeeld van een protocolsuite. De meeste protocollen worden gemaakt door een standaardorganisatie zoals de IETF of IEEE. Het Institute of Electrical and Electronics Engineers is een professionele organisatie voor mensen op het gebied van elektrotechniek en elektronica. ISO, de International Organization for Standardization, is ’s werelds grootste ontwikkelaar van internationale normen voor een breed scala aan producten en diensten.

De meest gebruikte netwerkmodellen zijn de OSI- en TCP / IP-modellen. Het koppelen van de protocollen die de regels voor datacommunicatie bepalen met de verschillende lagen van deze modellen, is nuttig om te bepalen welke apparaten en services op specifieke punten worden toegepast wanneer gegevens over LAN’s en WAN’s gaan.

Gegevens die door de stapel van het OSI-model gaan, worden in stukjes gesegmenteerd en ingekapseld met adressen en andere labels. Het proces wordt omgekeerd wanneer de stukken worden gedecapsuleerd en door de bestemmingsprotocolstapel worden geleid. Het OSI-model beschrijft de processen van het coderen, formatteren, segmenteren en inkapselen van gegevens voor verzending via het netwerk.

De TCP/IP-protocolsuite is een open standaardprotocol dat is goedgekeurd door de netwerkindustrie en geratificeerd of goedgekeurd door een standaardorganisatie. De Internet Protocol Suite is een reeks protocollen die nodig zijn voor het verzenden en ontvangen van informatie via internet.

Protocol Data Units (PDU’s) worden genoemd volgens de protocollen van de TCP / IP-suite: data, segment, pakket, frame en bits.

Door modellen toe te passen, kunnen individuen, bedrijven en handelsverenigingen huidige netwerken analyseren en de netwerken van de toekomst plannen.