King Fahd University of Petroleum & Minerals Computer Engineering Dept اتصاالت و شبكات الحاسب313 س األول- 2003 الفصل أشرف شريف حسن محمود.د Phone: 860-1724 Email: ashraf@ccse.kfupm.edu.sa URL: http://www.ccse.kfupm.edu.sa/~ashraf/DC031_S313/DC031_3 13.htm 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 1 Lecture Contents 1. OSI (Revision) a. The model b. OSI layers 2. Protocol Functions 3. TCP/IP Protocol Suite 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 2 The OSI Model • Software model and abstraction • Defines set of layers and the services at these layers necessary to perform communication • Promotes ( )يشجعcompatibility of network designs • Logical partitioning: • Manageability and scalability 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 3 The OSI Model - Environment A تطبيق End-to-End 7 6 5 4 Per Hub 3 2 1 طبقة التطبيق Application Layer طبقة التقديم Presentation Layer طبقة المخاطبة Session Layer طبقة النقل Transport Layer طبقة الشبكة Network Layer طبقة ربط البيانات Data Link Layer الطبقة المادية Physical Layer B تطبيق B إلىA اتصال افتراضي من End-to-End Virtual Communication شبكة Network Node A 7/17/2016 طبقة التطبيق Application Layer طبقة التقديم Presentation Layer طبقة المخاطبة Session Layer طبقة النقل Transport Layer طبقة الشبكة Network Layer طبقة ربط البيانات Data Link Layer الطبقة المادية Physical Layer Node B Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 4 7 6 5 4 3 2 1 The OSI Model – Environment (2) • Layer i on node A establishes a PEER RELATIONSHIP with layer i on the target node (node B) • Layer i communicates with its peer using services offered by layer i-1 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 5 المرسلة outgoing data بيانات مرسلة A تطبيق A-H user data P-H A-PDU P-H T-H A-H D-H P-PDU S-PDU T-PDU N-PDU D-T D-PDU 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud طبقة التطبيق Application Layer طبقة التقديم Presentation Layer طبقة المخاطبة Session Layer طبقة النقل Transport Layer طبقة الشبكة Network Layer طبقة ربط البيانات Data Link Layer الطبقة المادية Physical Layer Node A 7 6 5 4 3 2 1 6 Node B – The Receiver Side الجهة المستقبلة received data بيانات مستقبلة B تطبيق طبقة التطبيق Application Layer طبقة التقديم Presentation Layer طبقة المخاطبة Session Layer طبقة النقل Transport Layer طبقة الشبكة Network Layer طبقة ربط البيانات Data Link Layer الطبقة المادية Physical Layer 7/17/2016 7 A-H user data 6 P-H 5 S-H 4 T-H 3 2 1 A-PDU S-PDU N-H D-H P-PDU T-PDU N-PDU D-T D-PDU Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud Node B 7 Protocol Data Units (PDUs) and Service Data Units (SDU) • The use of the Protocol Data Unit (PDU) • A layer i requests service from layer i-1 • Layer i passes information or PDU to layer i-1 • Layer i adds a header information (overhead) to PDU to form a Service Data Unit (SDU) Example – Presentation Layer level: P-H 7/17/2016 Application Layer PDU = Presentation Layer SDU Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 8 Protocol Data Units (PDUs) and Service Data Units (SDU) – cont’d • Therefore peer layers communicate using or exchange يتبادلواSDUs • No direct communication except for the physical layer – all other communication is indirect or virtual 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 9 Protocol Data Units (PDUs) and Service Data Units (SDU) – cont’d Application Layer PDU Application Layer PDU Header added Header taken out coming from upper layer P-H P-H طبقة التقديم Presentation Layer Node A 7/17/2016 P-SDU Communicate through Exchange of SDUs Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud طبقة التقديم Presentation Layer Node B 10 Encapsulation / Decapsulation • Encapsulation ( تغليف- ) إحاطةof user data • When the peer layer i at destination receives SDU, it removes the header added by layer i at sender -- This process is called decapsulation ( إزالة )المغلّف 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 11 Encapsulation / Decapsulation – cont’d Application Layer PDU Application Layer PDU Header added P-H Encapsulation تغليف طبقة التقديم Presentation Layer Node A 7/17/2016 Header taken out coming from upper layer Decapsulation إزالة الغالف P-SDU Communicate through Exchange of SDUs Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud P-H طبقة التقديم Presentation Layer Node B 12 Segmentation / Reassembly • Each layer may segment ( )تجزئةSDU coming from upper layer to accommodate its own requirement – These are reassembled (Reassembly )إعادة تجميعat the destination 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 13 Segmentation / Reassembly – cont’d Application Layer PDU Header added P-H A-PDU Application Layer PDU Headers taken out coming from upper layer P-H A-PDU P-H A-PDU Reassembly ()إعادة تجميع Segmentation ()تجزيء طبقة التقديم Presentation Layer Node A 7/17/2016 P-H A-PDU P-SDU P-SDU Communicate through Exchange of SDUs Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud طبقة التقديم Presentation Layer Node B 14 Interface Between Layers • كيفية اتصال طبقة بالطبقة التي هي أعلى أو أسفل طبقة التطبيق7 Application Layer Service to Layer N+1 N طبقة Layer N الطبقة المادية1 Physical Layer 7/17/2016 Protocol with peer layer N Service from Layer N-1 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 15 Interface Between Layers – cont’d • Very similar to subroutine or function design in software engineering - يشبه إلى حد كبير استخدام القواعد العامة المتبعة في تصميم نظم البرمجة • Boundaries and functionalities are well designed – development of one layer has little or no effect on other layers - 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 16 Interface Components 1. Protocol specification (توصيف )البروتوكول: • Format of PDUs, and the semantic (meaning) of each field • عدد الحقول و أنواعها – و كذلك كيفية استخدامها و معانيها Example: Ctrl Addr Seq# 7/17/2016 N Header N-1 PDU Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud Seq#: sequence number رقم تسلسلي Addr: Address عنوان Ctrl: Control تحكم17 Interface Between Layers – cont’d 2. Service definition تعريف الخدمة: • What are the services provided to upper layer and the lower one - ما هي الخدمات؟ 3. Addressing: • Service Access Point (SAP): نقطة طلب\دخول الخدمة • E.g: Network Access Service Point (NSAP) is the address of an entity in the transport layer who uses the network service 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 18 Interface Between Layers – cont’d Addressing نقط طلب\دخول الخدمة SAP1 Service Definitions تعريف الخدمة 7/17/2016 SAP2 Layer N طبقة Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud Protocol Specification توصيف البروتوكول 19 Interface Between Layers - Service Primitives )(آليّات الخدمة • Service Primitives (آليّات الخدمة/أوليّات ّ ): - Request ) (طلب: Indication )(إشعار: Response )(جواب Confirm )(تأكيد • Like function calls (in software programming)! 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 20 protocol entity protocol entity N+1 SDU Layer N+1 protocol entity H N.response (3) N+1 PDU = N SDU protocol entity Node A protocol entity protocol entity Layer N-1 7/17/2016 N.indication (2) N Service Layer N N.confirm (4) N-1 Service N.request (1) Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud Node B N+1 Service Service Primitives – Confirmed )(مؤكدةCase 21 protocol entity protocol entity N+1 SDU Layer N+1 H N+1 PDU = N SDU protocol entity Node A protocol entity protocol entity Layer N-1 7/17/2016 N.indication (2) N Service Layer N protocol entity N.response (3) N-1 Service N.request (1) Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud Node B N+1 Service Service Primitives – Non-Confirmed ) (غير مؤكدةCase 22 Packet-Switched Communication Model • File to be sent from node A to Node Bيراد إرسال الملف من العقدة أ إلى العقدة ب • File broken into multiple packets at A سم الملف إلى عدة حزم في العقدة أ ّ يق • Packets sent using physical layer through network الطبقة المادية ترسل الحزم عبر الشبكة 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 23 Packet-Switched Communication Model – cont’d • Packets received by Node B العقدة ب تستقبل الحزم المعلوماتية • Node B reassembles packets العقدة ب تعيد تجميع الحزم • Original file retrieved!استعادة الملف األصلي 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 24 Connection Oriented (جه ُّ )وصلة التَّوversus Connectionless ()عديمة الوصل Communication • Packet-switched communication between two ends are either: • Connection Oriented ( )وصلة التَّو ُّجه, OR • Connectionless ()عديمة الوصل 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 25 Connection Oriented (جه ُّ )وصلة التَّوversus Connectionless ()عديمة الوصل Communication – cont’d • Connection-Oriented ()وصلة التَّو ُّجه • Behaves like AS IF the two ends were connected using a dedicated physical medium كما لو كان هناك وسط مادّي مخصص ما بين الطرفين • The link provides reliable communications (i.e. performs error control functions) – الوصلة توفر اتصال موثوق به • Sender expects an N.Confirm to know the message has been delivered – المرسل الرسالة ّ يتوقّع تأكيدا ً لوصول 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 26 Connection Oriented (جه ُّ )وصلة التَّوversus Connectionless ()عديمة الوصل Communication – cont’d • Connection-Oriented (– )وصلة التَّو ُّجه cont’d • Communication can be broken down into three stages 3 صال إلى ّ يمكن تقسيم خطوات االت مراحل: • Call setup إعداد المكالمة \ االتصال: optimal route decided تقرير أفضل المسالك • Data exchange تبادل البيانات: transfer or exchange of data • Call termination إنهاء المكالمة \ االتصال: closure إغالقof connection الوصلة 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 27 Connection Oriented (جه ُّ )وصلة التَّوversus Connectionless ()عديمة الوصل Communication – cont’d • Connectionless ()عديمة الوصل • Not necessary for all traffic (packets) does not follow same path between sender and receiver ليس بالضرورة أن تسلك كل الحزم المعلوماتية نفس الطريق من المرسل و حتّى المستقبل • Routing decision is done per-packet تقرير ّ المسلك يت م لكل حزمة (عند وصولها) على حدة 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 28 Connection Oriented (جه ُّ )وصلة التَّوversus Connectionless ()عديمة الوصل Communication – cont’d • Connectionless ( – )عديمة الوصلcont’d • The link usually provides unreliable communications (i.e. does not performs error control functions) الوصلة توفر اتصال ال ً يمكن الوثوق بها غالبا • Sender does not expects an N.Confirm to know the message has been delivered الرسالة ّ المرسل ال يتوقّع تأكيدا ً لوصول 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 29 The OSI Model – Physical Layer • Specifications المعايير: • Mechanical آليّة: dimensions, connectors, etc. • Electrical كهربيّة: signal levels, rates of change, etc • Functional وظائفيّة: functions performed by each circuit • Procedural إجرائيّة: steps required to transport bits from one end to the other • Main service to do “transmission of raw bits” 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 30 الطبقة المادية Physical Layer • الوظيفة األساسية :نقل البيانات بعد تهيأتها علي شكل سيل من الآلحاد و الألصفار ( )Bitsبين طرفي االتصال • تنقل ال Bitsيتم على صورة : • إشارات كهربية داخل األسالك أو • إشارات كهرومغناطيسية كما في الالتصاالت الالسلكية أو • إشارات ضوئية كما في الالتصاالت عبر األلياف الضوئية 31 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 7/17/2016 الطبقة المادية • • هي الطبقة الوحيدة التي تقوم بالتخاطب الحقيقي (إرسال و استقبال) بيانات معايير يجب أن تحددها الطبقة المادية: • • • • 32 - Physical Layerتابع 2 معايير ميكانيكية :Mechanical Specificationsشكل الوصلة و أبعادها ،عدد األسالك ... ، معايير كهربية :Electrical Specificationsسعة اإلشارة الكهربية ( ،)Voltage levelتردد اإلشارة ،الدّارات الكهربية... ، معايير وظيفية : Functional Specificationsوظيفة كل دّارة كهربية معايير إجرائية : Procedural Specificationsالخطوات الالزمة لنقل ال Bitsمن طرف إلى طرف االتصال اآلخر Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 7/17/2016 The OSI Model – Data Link Layer • Coverts the raw bit stream service provided by the physical layer to a reliable stream تحويل السيل المبدئي إلي سيل يمكن االعتماد عليه: • Performs error detection and error control تقوم بعمليّات اكتشاف األخطاء و التحكّم بها • Examples: HDLC, LAPB, LLC, etc 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 33 طبقة ربط البيانات Data Layer • إرسال و استالم البيانات عبر وصلة اإلتصال و التأكد من سالمتها • المعلومات الالزم تبادلها أطر ()Frames • تضيف بعض المعلومات اإلضافية الالزمة الكتشاف األخطاء ()Error Detection 34 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 7/17/2016 The OSI Model – Network Layer • Service الوظيفة: transfer of information between two end systems across communication network نقل حزم المعلومات بين طرفي –اإلتصال عبر الشبكةEnd to end delivery of packets • Two end systems may be connected by طريقة ارتباط طرفي االتصال: • Point-2-point: no need for network layer • Same network (see figure) • Different network 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 35 طبقة الشبكة Network Layer • الوظيفة توجيه و عنونة ( )Addressingالرسائل و إنشاء أفضل مسار ( Routing or Path )Selectionبين الجهاز المرسل و الجهاز المستقبل عبر الشبكة • قد تقوم بتجزئة رزم البيانات التي تصلها من طبقة النقل إلى وحدات أو رزم أصغر حجما – هذه الوظيفة قد تقوم بها طبقات أخرى أيضا 36 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 7/17/2016 – The OSI Model – Network Layer cont’d - Point-to-Point تطبيق B No need for Network layer functions ال حاجة لوظائف طبقة الشبكة 7 6 5 4 تطبيق A بروتوكول طبقة التطبيق بروتوكول طبقة التقديم بروتوكول طبقة المخاطبة بروتوكول طبقة النقل الشبكة 3 2 1 37 ربط البيانات المادية Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 7 6 5 4 3 2 1 7/17/2016 The OSI Model – Network Layer – cont’d )- Same Network (2 LAN Segments تطبيق A تطبيق B بروتوكول طبقة التطبيق 7 بروتوكول طبقة التقديم 6 4 بروتوكول طبقة الشبكة 3 38 5 بروتوكول طبقة النقل 4 1 6 بروتوكول طبقة المخاطبة 5 2 7 ربط البيانات المادية ربط البيانات 2 1* 1 المادية 3 2 *1 1 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud ربط البيانات المادية 2 1 7/17/2016 The OSI Model – Network Layer – cont’d )- Same Network (WAN تطبيق A تطبيق B بروتوكول طبقة التطبيق 7 بروتوكول طبقة التقديم 6 1 39 5 بروتوكول طبقة النقل 4 2 6 بروتوكول طبقة المخاطبة 5 3 7 الشبكة الشبكة 3 4 3 ربط البيانات 2* 2ربط البيانات *2 2 المادية 1* 1 المادية *1 1 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud الشبكة ربط البيانات المادية 3 2 1 7/17/2016 – The OSI Model – Network Layer cont’d - Different Network تطبيق A تطبيق B بروتوكول طبقة التطبيق 7 بروتوكول طبقة التقديم 6 3 2 1 40 6 بروتوكول طبقة المخاطبة 5 4 7 طبقة النقل الشبكة طبقة النقل 4 *3 3 الشبكة 5 4 *3 3 ربط البيانات 2* 2ربط البيانات *2 2 المادية 1* 1 المادية *1 1 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud طبقة النقل الشبكة ربط البيانات المادية 4 3 2 1 7/17/2016 The OSI Model – Transport Layer • Service: mechanism of exchanging data (or messages) between the two end systems: • For connection oriented networks: • Error-free delivery • Ordered delivery • No loss or duplication • Attempts to provide a certain quality of service (QoS) {certain max error rate, delay jitter, etc) through optimizing the the network layer services • Example: TCP (connection oriented), UDP (connectionless) 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 41 The OSI Model – Session Layer • Service: mechanism of controlling the dialogue between applications at end systems آليّة للتحكم بالمخاطبة بين الطرفين • Dialogue Discipline )(قواعد الحوار • Grouping )(التجميع • Recovery )(التّعافي 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 42 The OSI Model – Presentation • Service: defines format of data (format, encryption, and compression) to be exchanged between applications – تحدد ضغطها) المتبادلة، التّشفير، شكل البيانات (من حيث الهيئة بين التطبيقات 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 43 The OSI Model – Application • Service: A means for user applications (email, ftp, etc) to access the services provided by the OSI model – سماح ّ )ال بروتوكول نقل، لتطبيقات المستخ ِدم (مثل البريد اإللكتروني إلخ) باستخدام الخدمات التي يوفّرها النّموذج، الملفّات المعياري 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 44 The TCP/IP Model النّموذج • TCP/IP is the result of R&D conducted on experimental packet switched network (ARPANET) and funded by Defense Advanced Research Agency (DARPA) – نموذج تجريبي ص ّممته وزارة الدّفاع األمريكيّة في بداية السبعينيّات • TCP/IP is NOW the dominant commercial architecture – The foundation of the internet and its applications – هو اآلن النّموذج األكثر انتشارا - أساس اإلنترنت و تطبيقاتها 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 45 The TCP/IP Model • Model has five independent layers: • • • • • 7/17/2016 Application layer: comm between processes or applications on separate hosts Transport layer: end-2-end transfer service – may include reliability mechanisms Internet layer: routing data from source to destination through one or more networks Network access layer: logical interface between end systems and the network Physical layer: defines mechanism of transmitting raw bits depending on media characteristic Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 46 The TCP/IP Model (using the OSI Model as a reference) 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 47 Example of TCP/IP Communications • Does not show segmentation (or fragmentation in IP terms) 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 48 TCP/IP Control Information (Partial) • TCP control info: • Destination port number رقم المنفذ في المستقبل • Sequence number رقم تسلسلي • Checksum – used for error detection الكتشاف األخطاء • IP control info: • IP address العنوان حسب بروتوكول اإلنترنت • Network Access control info: • Destination network access address (this is not the IP!!) • Facilities request (e.g. priorities) 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 49 TCP/IP Protocols Applications Transport services These applications do not require the TCP service IP layer 7/17/2016 Dr. Ashraf S. Hasan Mahmoud 50