Hálózati eszközök programozása

• Üzenet forrása (küldője, feladója)
• Üzenet címzettje (fogadója)
• Kommunikációs csatorna

• Azonosított feladó és fogadó
• Közös nyelv és nyelvtan használata
• Az információ átadásának sebessége és ütemezése
• Megerősítési vagy nyugtázási követelmények

• Üzenet kódolása
• Üzenet formázása és beágyazása (encapsulation)
• Üzenet méretezése
• Üzenet időzítése
• Üzenet kézbesítési lehetőségek

A kódolás az információ továbbítás céljából történő átalakítása, egy másik elfogadható formába. A dekódolás tulajdonképpen megfordítja ezt a folyamatot az információk értelmezésének érdekében.

Az üzenet küldőjének a küldendő üzenet számára jól meghatározott formátumot vagy szerkezetet kell használnia. Az üzenetformátumok az üzenet típusától és az üzenet kézbesítéséhez használt csatornától függenek.

A küldendő üzenet méretének meg kell felelnie az alkalmazott átviteli technika szabály-leírásainak. Pl. Ethernet környezet esetén a keretméretnek 64, illetve 1520 bájt közé kell esnie.

Az üzenet időzítése a következő mechanizmusokat tartalmazza:

• Áramlásszabályozás (Flow Control) - Ez az adatátviteli sebesség kezelésének folyamata. Az áramlásszabályozás meghatározza, hogy mennyi adatot lehet elküldeni és milyen sebességgel lehet eljuttatni a címzett számára.

• Válasz időkorlátja (Response Timeout) - Egy gyakorlati példával élve, ha egy személy kérdést tesz fel, és elfogadható időn belül nem hallja a választ, akkor az a személy feltételezi, hogy nem is kapott rá válasz, és ennek megfelelően reagál. Az illető megismételheti a kérdést, vagy folytathatja a beszélgetést. A hálózati végpontok olyan hálózati protokollokat használnak, amelyek meghatározzák, hogy mennyi ideig kell várni a válaszokra, és mi a teendő, ha válaszidőtúllépés következik be.

• Hozzáférési módszer (Access Method) - Meghatározza, hogy mikor küldhet valaki üzenetet egy bizonyos kommunikációs csatornán keresztül, vagy mikor kell visszalépnie (pl. adatütközés miatt).

• Egyesküldés (Unicast) - A küldendő adatokat egyetlen végberendezésre továbbítják.
• Többesküldés (Multicast) - A küldendő adatokat több végberendezésre továbbítják (csoportos címzést alkalmazva).
• Üzenetszórás (Broadcast) - Az küldendő adatok az összes végberendezésre továbbításra kerülnek, az adott szórási tartományon belül.

• Hálózati kommunikációs protokollok (Network Communications Protocols) - lehetővé teszik két vagy több eszköz kommunikációját egy vagy több hálózaton keresztül. Pl. Ethernet, IP, TCP, HTTP stb.

• Hálózatbiztonsági protokollok (Network Security Protocols) - Biztosítják a hitelesítést, az adatok integritását és az adatok titkosítását. Pl. Secure Shell (SSH), Secure Sockets Layer (SSL), Transport Layer Security (TLS).

• Forgalomirányítási protokollok (Routing Protocols) - Lehetővé teszik az útválasztók (forgalomirányítók) számára az útvonal-információk cseréjét, az útvonal-információk összehasonlítását, majd a célhálózathoz vezető legjobb útvonal kiválasztását. Pl. RIP, EIGRP, IS-IS, OSPF, BGP.

• Szolgáltatás-felderítési protokollok (Service Discovery Protocols) - Eszközök vagy szolgáltatások automatikus felismerésére használják őket. Pl. DHCP, DNS, CDP.

• Címzés (Addressing) - Egy meghatározott címzési séma segítségével azonosítja az üzenet feladóját és címzettjét. Pl. Ethernet, IPv4, IPv6.

• Megbízhatóság (Reliability) - Ez a funkció garantált kézbesítési mechanizmusokat biztosít abban az esetben, ha az üzenetek elvesznének vagy megsérülnének szállítás közben. A TCP pl. egy ilyen garantált szállítást biztosít.

• Áramlásszabályozás (Flow control) - Biztosítja, hogy az adatok hatékony sebességgel áramoljanak két kommunikációs eszköz között. Pl. a TCP áramlásszabályozási szolgáltatásokat nyújt.

• Sorszámozás (Sequencing) - Egyedileg felcímkézi az összes továbbított adatszegmenst. A vevő eszköz a szekvencia-információkat használja az adatok megfelelő összerakásához. Ez pl. akkor lehet hasznos, ha az adatszegmensek elvesznek, késnek vagy nem rendezett sorrendben érkeznek. Pl. a TCP szekvenálási szolgáltatásokat nyújt.

• Hibaészlelés (Error Detection) - Annak meghatározására szolgál, hogy az adatok sérültek-e az átvitel során. Protokollok, melyek képesek hibadetektálásra: Ethernet, IPv4, IPv6, TCP.

• Alkalmazási felület (Application Interface) - Ez a funkció a hálózati alkalmazások közötti folyamatközi kommunikációhoz használt információkat tartalmazza. Pl. egy weboldal elérésekor a kliens és a szerver webfolyamatai közötti kommunikációhoz HTTP vagy HTTPS protokollokat szokás használni.

A protokollkészlet a kommunikációs funkció végrehajtásához szükséges, egymással összefüggő protokollok csoportja.

• Internet Protokollkészlet vagy TCP/IP - Ez a manapság leggyakrabban használt és legrelevánsabb protokollcsomag. A TCP/IP protokollkészlet egy nyílt szabványos protokollcsomag, amelyet az Internet Engineering Task Force (IETF) tart fenn. Az internet is erre a protokollkészletre épül.

• Open Systems Interconnection (OSI) protokolljai - A Nemzetközi Szabványügyi Szervezet (ISO) és a Nemzetközi Távközlési Unió (ITU) által 1977-ben közösen kifejlesztett protokollcsaládja. Az OSI protokoll tartalmazott egy hétrétegű modellt is, az úgynevezett OSI referencia modellt. Az OSI referencia modell kategorizálja protokolljainak funkcióit. Ma az OSI elsősorban réteges modelljéről ismert. Az OSI protokollokat nagyrészt TCP/IP váltotta fel.

• Apple Talk - Az Apple Inc. által 1985-ben Apple eszközök számára kiadott, rövid életű, saját tulajdonú protokollkészlete. 1995-ben az Apple elfogadta a TCP/IP-t az Apple Talk helyettesítésére.

• Novell NetWare - Rövid életű, saját protokollcsomag és hálózati operációs rendszer, amelyet a Novell Inc fejlesztett ki 1983-ban az IPX hálózati protokoll használatával. 1995-ben a Novell elfogadta a TCP/IP-t az IPX helyettesítésére.

A nyílt szabványok ösztönzik a versenyt és az innovációt. Azt is garantálják, hogy egyetlen cég terméke ne sajátíthassa ki a piacot, vagy szerezhessen tisztességtelen előnyt a versenyben. Jó példa erre, amikor egy otthoni vezeték nélküli forgalomirányítót vásárolunk. Számos különböző gyártó termékei közül választhatunk, amelyek mindegyike tartalmazza az olyan szabványos protokollokat, mint az IPv4, DHCP, 802.3 (Ethernet) és a 802.11 (vezeték nélküli LAN). Ezek a nyílt szabványok teszik lehetővé egy Windows operációs rendszert futtató kliens számára, hogy letölthessen egy weboldalt egy Linux operációs rendszert futtató webszerverről. Amiatt lehetséges ez, mivel a két operációs rendszer nyílt szabványú protokollokat használ, mint amilyen például a TCP/IP készlet.

A szabványügyi szervezetek fontosak a internet nyitottságának fenntartásában, szabadon hozzáférhető előírásokat és protokollokat készítenek, amelyeket minden gyártó alkalmazhat. Egy szabványügyi szervezet magától is kidolgozhat egy szabályrendszert, vagy bizonyos esetekben kiválaszthat egy zárt protokollt is, ami majd az alapját képezheti a szabványnak. Ha egy gyártóspecifikus protokollt használ, ez általában annak a gyártónak a bevonásával történik, aki a protokollt megalkotta.

A szabványügyi szervezetek általában gyártófüggetlen, non-profit szervezetekként jönnek létre, hogy fejlesszék és támogassák a nyílt szabványok koncepcióját.

Szabványügyi szervezetek a következők:

• Az Internet Társaság (Internet Society, ISOC)
• Az Internet Architektúra Tanács (Internet Architecture Board, IAB)
• Az Internet Mérnöki Munkacsoport (Internet Engineering Task Force, IETF)
• A mérnököket egyesítő nemzetközi szervezet (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE)
• Nemzetközi Szabványügyi Hivatal (International Organization for Standardization, ISO)

• Az Internet Society (ISOC) felelős a nyílt fejlesztés, az internet fejlődésének és használatának előmozdításáért az egész világon. Az ISOC elősegíti az internet műszaki infrastruktúrájához tartozó nyílt szabványok és protokollok fejlesztését, beleértve az Internet Architecture Board (IAB) felügyeletét.

• Az Internet Architecture Board (IAB) felelős az internet szabványok általános felügyeletéért és fejlesztéséért. Az IAB biztosítja az interneten használt protokollok és eljárások architektúrájának felügyeletét. Az IAB 13 tagból áll, köztük van az Internet Engineering Task Force (IETF) elnöke is. Az IAB tagjai önálló személyek, és nem képviselői semmilyen társaságnak, hivatalnak vagy egyéb szervezetnek.

• Az IETF feladata, hogy kidolgozza, frissítse és fenntartsa az internet és a TCP/IP technológiákat. Az egyik legfontosabb feladata az IETF-nek az, hogy RFC (Request for Comments, vitára bocsátott anyag) dokumentumokat állítson elő, amelyek az interneten alkalmazott protokollokat, folyamatokat és technológiákat írnak le. Az IETF munkacsoportokból áll, ami az elsődleges mechanizmus az IETF előírások és irányelvek kifejlesztésében. A munkacsoportok rövid távon léteznek, és miután a csoport céljai teljesülnek, megszűnnek. Az Internet Engineering Steering Group (Internet Mérnöki Kormányzócsoport, IESG) felelős az IETF, valamint az internetes szabványok kidolgozási folyamatának műszaki irányításáért.

• Az Internet Research Task Force (Internet Kutatási Munkacsoport, IRTF) az internethez és a TCP/IP protokollokhoz, az alkalmazásokhoz, a felépítéshez és a technológiákhoz kötődő hosszú távú kutatásokra összpontosít. Míg az IETF a szabványalkotás rövidebb távú kérdéseivel foglalkozik, az IRTF olyan kutatócsoportokból áll, amelyek a hosszú távú fejlesztések irányába tesznek erőfeszítéseket. Néhány a jelenlegi kutatócsoportok közül: Anti-Spam Research Group (ASRG), Crypto Forum Research Group (CFRG), Peer-to-Peer Research Group (P2PRG) és a Router Research Group (RRG).

• Az Institute of Electrical and Electronics Engineers (villamosmérnökök nemzetközi szervezete, IEEE) egy szakmai szervezet azok számára az elektrotechnika és az elektronika területén, akik elkötelezettek a technológiai innováció és a szabványok létrehozása iránt. A 2012-es állapot szerint az IEEE 38 társaságból áll, közzé tesz 130 folyóiratot, és több mint 1300 konferenciát szponzorál minden évben világszerte. Az IEEE-nek több mint 1300 szabványa és projektje áll jelenleg fejlesztés alatt. Az IEEE több mint 400 000 taggal rendelkezik, több mint 160 országban. A tagok közül több mint 107 000 tanuló. Az IEEE az oktatási és szakmai előmenetelt segítő lehetőségeket nyújt, amelyek elősegítik a készségek és ismeretek megszerzését az elektronikai iparban. Az IEEE az egyik vezető szabványalkotó szervezet a világon. Számos iparági szabványt fejleszt és tart karban, többek között az áramellátás és az energetika, az egészségügy, a távközlés, valamint az informatikai hálózatok területén. Az IEEE 802 szabványok családja foglalkozik a helyi és nagyvárosi hálózatokkal, beleértve a vezetékes és vezeték nélküli hálózatokat is. Amint az ábrán látható, mindegyik IEEE szabvány tartalmaz egy a szabványok létrehozásáért és finomításáért felelős munkacsoportot. Az IEEE 802.3 és IEEE 802.11 szabványok jelentős IEEE szabványok a számítógépes hálózatok területén. Az IEEE 802.3 szabvány határozza meg a vezetékes Ethernet közeghozzáférés-vezérlését (Media Access Control, MAC). Ez a technológia általában a LAN-okra jellemző, de a nagy kiterjedésű hálózatokban (WAN) is alkalmazzák. A 802.11 szabvány a vezeték nélküli helyi hálózatok (WLAN) megvalósítására vonatkozó szabványkészletet definiál. Ez a szabvány határozza meg az OSI (Open Systems Interconnection) fizikai- és adatkapcsolat közeghozzáférés-vezérlést a vezeték nélküli kommunikáció vonatkozásában.

• Az ISO a Nemzetközi Szabványügyi Szervezet, a világ legnagyobb nemzetközi szabványok kifejlesztésére szakosodott szervezete. Az ISO nem csak egy mozaikszó a szervezet nevéből, hanem inkább egy kifejezés, amely a görög „isos”, azaz egyenlő szón alapul. A Nemzetközi Szabványügyi Szervezet azért döntött az ISO kifejezés mellett, hogy az országok közti egyenlőségét jelképezze. A hálózatok területén az ISO leginkább a OSI (Open Systems Interconnection, nyílt rendszerek összekapcsolása) referencia modelljéről ismert. Az ISO 1984-ben adta ki az OSI referencia modellt, hogy kidolgozzon egy többrétegű keretrendszert a hálózati protokollokhoz. A projekt eredeti célja nem csak egy referencia modell létrehozása volt, hanem hogy alapot biztosítson egy az interneten alkalmazott protokollkészlet számára. Ez volt az úgynevezett OSI protokollkészlet. Robert Kahn, Vinton Cerf és mások által kifejlesztett TCP/IP protokollkészlet növekvő népszerűsége miatt azonban nem az OSI protokollkészletet választották az interneten használt protokollkészletnek. Helyette a TCP/IP protokollkészletet lett kijelölve. Az OSI protokollkészletet távközlési berendezéseken alkalmazták és a régebbi távközlési hálózatokon még a mai napig megtalálható. Biztosan ismerünk olyan termékeket, amelyek ISO szabványokat használnak. Az ISO fájlkiterjesztést számos CD képfájlon használják, jelezve, hogy a fájlrendszer az ISO 9660 szabványt használja. Az ISO a forgalomirányító protokollok szabványainak létrehozásáért is felelős.

A hálózati szabványok más szabványosító szervezeteket is érintenek. Néhány a leggyakoribbak közül:

• Az EIA (Electronics Industry Alliance), korábbi nevén Electronics Industries Association egy nemzetközi szabványügyi és kereskedelmi szervezet az elektronikai szervezetek számára. Az EIA leginkább az elektromos kábelezésre és csatlakozókra vonatkozó szabványairól ismert, valamint a hálózati eszközök beszereléséhez használt 19 hüvelykes rack-ekről.

• A TIA (Telecommunications Industry Association) számos terület kommunikációs szabványainak fejlesztéséért felelős, mint a rádióberendezések, a mobil átjátszótornyok, a VoIP (Voice over IP) eszközök, a műholdas kommunikáció, és még ezeken kívül is. Sok szabványukat az EIA-val együttműködve alkották.

• Az ITU-T (International Telecommunications Union Telecommunications Standardization Sector) az egyik legnagyobb és legrégebbi kommunikációs szabványügyi szervezet. Az ITU-T olyan területek számára ír elő szabványokat, mint a videó tömörítés, az IPTV (Internet Protocol Television) és a szélessávú kommunikáció, mint például a digitális előfizetői vonal (DSL). Például, ha egy másik országba telefonálunk, akkor az ITU országkódokat használjuk a kapcsolat felépítéséhez.

• Az ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) egy USA-beli nonprofit szervezet, amely az IP-címek kiosztását, a DNS által használt domain nevek, valamint a TCP és UDP által használ protokollazonosítók, vagy más néven portszámok kezelését koordinálja. Az ICANN alkotja meg a szabályokat, és teljes körű felelősséggel rendelkezik ezekért a feladatokért.

• Az IANA (Internet Assigned Numbers Authority) az ICANN egy osztálya, amely az IP-címek kiosztásáért és figyelemmel kíséréséért, a tartománynevek kezeléséért és a protokollazonosítókért felelős.

Az OSI referenciamodell az egyes rétegekben előforduló funkciók és szolgáltatások átfogó listáját tartalmazza. Ez a fajta modell biztosítja a következetességet a hálózati protokollok és szolgáltatások minden típusán belül azáltal, hogy leírja, hogy mit kell elvégezni egy adott rétegen, de nem írja elő, hogyan kell megvalósítani. Ezenkívül leírja az egyes rétegek kölcsönhatását a közvetlenül szomszédos rétegekkel.

Az internetes kommunikáció TCP/IP protokoll modelljét az 1970-es évek elején hozták létre, és néha internetes modellnek is nevezik. Ez a típusú modell szorosan illeszkedik egy adott protokollcsomag felépítéséhez. A TCP/IP modell egy protokoll modell, mert leírja azokat a funkciókat, amelyek a TCP/IP csomag minden protokollrétegénél előfordulnak. A TCP/IP-t referenciamodellként is használják.

A szabvány és a TCP/IP protokollok definícióit egy nyilvános fórum tárgyalja, és az IETF RFC-k nyilvánosan elérhető készletében definiálja. Az RFC-t hálózati mérnökök írják, és elküldik az IETF többi tagjának véleményezésre.

Az üzenetek szegmentálásának két elsődleges előnye van:

• Ha kisebb adat-darabokat küldünk a forrásból a célba, a hálózaton akár több különböző forrásból érkező egyidejű adatok szállítása fésülhető össze, melyet multiplexelésnek hívunk.

• A szegmentálás az a folyamat, amikor az adatfolyamot kisebb egységekre (szegmensekre) osztják, a hálózaton keresztüli továbbításhoz. A szegmentálás növelheti a hálózati kommunikáció hatékonyságát. Ha az üzenet egy része nem éri el a célállomást, akkor csak a hiányzó részeket kell továbbítani.

A TCP felelős az egyes szegmensek sorszámozásáért. Azt az alakot, amelyet egy adat bármely rétegben felvesz, protokoll adategységnek (PDU) nevezzük. A beágyazás során minden egyes következő réteg újra csomagolja a PDU-t, amelyet a fenti rétegtől kap, a használt protokollnak megfelelően. Ha üzeneteket küldünk a hálózaton, a beágyazási folyamat fentről lefelé működik. Ez a folyamat megfordul a fogadó állomáson, melyet adat kiemelésnek (dekapszulációnak) nevezünk. A dekapszuláció az a folyamat, amelyet a fogadó eszköz egy vagy több protokollfejléc eltávolítására használ. Az adatok rétegenkét folyamatos dekapszuláción esnek át, ahogy haladnak a veremben a végfelhasználói alkalmazás felé.

A hálózati és az adatkapcsolati rétegek felelősek azért, hogy az adatokat a forráseszközről a céleszközre továbbításra kerüljenek. A protokollok mindkét rétegben tartalmaznak forrás- és célcímeket, viszont más-más funkciót töltenek be:

• Hálózati réteg forrás- és célcíme - Felelős az IP-csomag eljuttatásáért az eredeti forrásból a végcélig, amely lehet ugyanazon a hálózaton vagy egy távoli hálózaton.

• Adatkapcsolati réteg forrás- és célcíme - Felelős azért, hogy egy adatkapcsolati rétegbeli keret egyik hálózati kártyáról (NIC) egy másikra kerüljön szállításra, egy ugyanazon hálózaton belül.

Az IP címek jelölik tulajdonképpen az eredeti forrás IP-címet és a végső cél IP címet. Az IP cím két részből áll: a hálózatazonosító részből (IPv4) vagy az Előtagból (IPv6) és a csomópont azonosító részből (IPv4) vagy az Interfész azonosítóból (IPv6). Amikor az IP csomag küldője és címzettje ugyanazon a hálózaton van, az adatkapcsolati keret közvetlenül a címzett eszközre kerül tobábbításra. Ethernet hálózaton az adatkapcsolati címeket fizikai címeknek (MAC címeknek) nevezik. Amikor a csomag feladója a címzettől eltérő hálózaton van, a forrás és a cél IP címek a különböző hálózatok hosztjait fogják képviselni. Ilyen esetben a feladónak az Ethernet keretet egy másik eszköznek, útválasztónak vagy alapértelmezett átjárónak kell átadnia.