Funkcje warstwy fizycznej
• Ustanawianie i zamykanie połączenia z medium
transmisyjnym
• Zapewnienie efektywnego wykorzystania
zasobów pomiędzy użytkownikami (np. kontrola
przepływu, nawiązywanie połączeń)
• Modulacja / konwersja pomiędzy sygnałem
cyfrowym (danymi użytkownika) a sygnałem
transmitowanym w kanale transmisyjnym
Funkcje w szczegółach
• Udostępnienie zestandaryzowanego interfejsu dostępu
do medium transmisyjnego
– Mechaniczna specyfikacja złączy elektrycznych, kabli itp. (np.
RJ45, maksymalna długość kabla)
– Elektryczna specyfikacja linii transmisyjnej
(np. poziomy sygnałów, impedancja kabli)
– Interfejs radiowy opisujący częstotliwość spektrum
elektromagnetycznego, siłę sygnału, przepustowość itp.
• Typ modulacji (PCM – modulacja impulsowo
kodowa)
• Zapewnienie Synchronizacji – w przypadku
transmisji synchronicznej
Funkcje w szczegółach
• Określanie początku/końca nadawanego
sygnału w przypadku transmisji asynchronicznej
• Przełączanie obwodów
• Multiplesowanie
– Określanie zakończenia połączenia typu „circuit
switching”
• Wykrywanie kolizji oraz stanu medium
• Formowanie i kształtowanie sygnału
transmisyjnego
Sygnał i jego transmisja
• Kanał komunikacyjny – medium
umożliwiające łączność pomiędzy nadawcą a odbiorcą
• Medium transmisyjne – nośnik wykorzystywany do
transmisji wiadomości – przewód, powietrze, włókno
szklane (światłowód)
• Medium o pojedynczym kanale – np. kabel
koncentryczny (tylko jedno urządzenie może
transmitować sygnał)
• Wiele kanałów w jednym medium – wiele urządzeń
wykorzystujących wspólne medium niezależnie
transmitujące informację np. powietrze, TV kablowa z
internetem itp..
Parametry transmisji
• Częstotliwość [Hz - Hertz]
(1Hz = 1/s)– ilość okresów
sygnału mieszczących się w
czasie 1[s]
• Pasmo przepuszczania –
zakres częstotliwości w którym może następować
transmisja sygnału – ograniczona obszarami o dużym
tłumieniu
• Szerokość kanału – zakres częstotliwości przypadających
na jeden kanał. W paśmie przepuszczania o danej
szerokości może być jeden lub wiele kanałów.
Silne tłumienie –
obszar zaporowy
Brak tłumienia –
pasmo
przepuszczania
Parametry transmisji cd.• Nośnik/medium :
– umożliwia transmisję fali – czyli transmisję sygnału
– chroni sygnał przed zakłóceniami
• Każde urządzenie wykorzystywane do transmisji sygnału ma określone wymagania fizyczne:
– Częstotliwość (pasmo częstotliwości)
– sposób kodowania danych (sposób modulacji) (PCM, FSK, PSK, …)
– Sposób kontaktu z medium (złączka RJ45, antena itp)
• szerokość kanału komunikacji mierzona w hercach
– różnica miedzy wyższą i niższą granicą częstotliwości kanału komunikacyjnego
– np. szerokość pasma od 902 do 928 MHz wynosi 26 MHz - to pasmo które można wykorzystać do transmisji sygnału
• UWAGA: Kanały mogą się nakładać, (wspólne korzystanie z fragmentów tego samego zakresu częstotliwości) – dzięki zastosowaniu odpowiedniego sposobu kodowania
• Przepustowość kanału - maksymalna ilość danych które mogą być przesyłane przez kanał transmisyjny mierzona w danej jednostce czasu (zwykle w [s]), przy określonych parametrach transmisji – kodowanie, szerokość pasma, określone medium itp..
Tłumienie sygnału
(długość kanału)
• większa odległość
– zwiększa rozpraszanie sygnału czyli zmniejszanie siły sygnału
– sygnał jest falą elektromagnetyczna która w miarę poruszania się w nośniku zużywa własną energie do pokonywania jego oporów – osłabienie siły sygnału bez zmiany jego kształtu
– wf określa szereg specyfikacji których przestrzeganie gwarantuje ze sytuacje takie nie będą się zdarzać
– Dawniej wzmacniaki nie potrafiły rozpoznać uszkodzonego sygnału, wzmacniają wiec również błędy i zniekształcenia
zniekształcenie
• niepożądana zmiana kształtu sygnału podczas transmisji
• Źródło szumów: wszelkie urządzenia elektryczne, przewody napięcia zmiennego, fale elektromagnetyczne innych urządzeń (telefonia komórkowa, TV sat itp)
• bierny sposób usuwania zniekształceń– komputer-adresat nadal potrafi rozpoznać ze to on jest adresatem i przesyła strumień danych do
protokołów warstwy 2 które rozpoznają zniekształcenie i informują nadawcę uszkodzonej ramki o potrzebie ponownego jej przesłania
• aktywne sposoby– przestrzeganie zasad instalacji załączonych z nośnikiem
– odpowiednia jakość przewodów
– terminowanie
– długość kabli nie przekraczała ustalonych limitów
– rozpoznanie potencjalnych przyczyn zakłóceń i przeprowadzenie kabli z dala od ich źródeł
– używanie protokołów zdolnych do rozpoznania i automatycznego korygowania błędów transmisji
Odbicia sygnału• Brak dopasowania
impedancyjnego powoduje
odbicie sygnału.
• Odbicie - propagacja fali
elektromagnetycznej w
przeciwnym kierunku
• Aby nie było odbić
Impedancja
wejściowa
Impedancja
wyjściowa /
końcowa
Impedancja
medium
Zwe = Z0 = Zk
Dopasowanie impedancyjne –
sygnał dostarczany jest do
medium z pełną mocą
Zwe = Z0 = Zk = 50 Ohm
(R=0) – linia bezstratna
Brak dopasowania impedancyjnego
Zk=100–
Amplituda sygnału zależna od miejsca
Opóźnienie sygnału
• Prędkość fali elektromagnetycznej:Gdzie :
c – prędkość światła
- przenikalność elektryczna ośrodka
- przenikalność magnetyczna ośrodka
Problem wykrycia zajętości kanału
Stacja A rozpoczyna
nadawanie
Opóźnienie sygnału
• Prędkość fali elektromagnetycznej:Gdzie :
c – prędkość światła
- przenikalność elektryczna ośrodka
- przenikalność magnetyczna ośrodka
Problem wykrycia zajętości kanału
Ponieważ sygnał ze Stacja A nie
dotarł do stacji B rozpoczyna ona
nadawanie
Opóźnienie sygnału
• Prędkość fali elektromagnetycznej:Gdzie :
c – prędkość światła
- przenikalność elektryczna ośrodka
- przenikalność magnetyczna ośrodka
Problem wykrycia zajętości kanału
Kolizja sygnałów –
konieczność retransmisji
Media sieciowe
• dostarczające dane – metoda transmisji
– kable
– transmisja bezprzewodowa
• Kabel koncentryczny
• Skrętka ekranowana STP Shield Twistem Pair
• Skrętka ekranowana FTP Shield Twistem Pair
• Skrętka nieekranowana UTP Unshilded Twistem Pair
• Kabel Światłowodowy
Kabel koncentryczny• zewnętrzny cylindryczny
przewodnik otacza pojedynczy wewnętrzny przewodnik
• w LAN mogą być stosowane bez wzmocnienia na dłuższe odległości
• tańszy niż światłowód, droższe niż skrętka
• różne grubości - min 1cm średnicy, im grubszy tym trudniej go stosować, np. gruby Ethernet Thicknet
• wrażliwa struktura nie znosi ostrych zakrętów ani łagodnie przykładanej siły gniotącej, łatwo ulega uszkodzeniu
• dziś zastosowanie do przesyłania sygnałów szerokopasmowej telewizji kablowej
• 4 pary przewodów
• skręcenie równoważy promieniowanie na jakie wystawiony jest każdy przewód znosząc zakłócenia elektromagnetyczne
• Sygnał wysyłany różnicowo na parę przewodów – te same zakłócenia indukowane na obydwu przewodach więc różnica pozostaje bez zmian
• Łatwy do zainstalowania
• Narażony na interferencję i zakłócenia
• Najszybsze medium wykorzystujące miedziane przewody
• Odległość miedzy wzmacniaczami musi być mniejsza niż dla kabli koncentrycznych
Skrętka nieekranowana
UTP Unshilded Twisted
Pair
Idea działania skretki
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Sygnał kodowany
różnicowo bez
zakłócenia
Wyindukowane
zakłócenie nie
wpływa na sygnał
róznicowy
Skrętka ekranowana
S/FTP Shield Twisted
Pair
• Łączy technikę ekranowania i skręcania przewodów
• Odporność na zakłócenia elektromagnetyczne i pochodzące od fal radiowych
• Droższa niż UPT
• niezależnie od kategorii i typu używa odrębnych przewodów dla wyprowadzeń dodatnich i ujemnych, dla funkcji wysyłania i odbioru
• specyfikacja określa równowagę miedzy szerokością pasma - określa grubość i długością przewodu, rodzaje terminatorów, maks. długości kabla
• kategorie wydajności
– seria testów
– udowodnienie odpowiedniego poziomu wydajności niezależna od budowy kabla, grubości i innych szczegółów
– kategorie 1 i 2 uznane za przestarzale w 1995
– popularne 3 i 5
– 3 UTP oferuje pasmo o szerokości 16MHz które umożliwia przesyłania sygnałów z prędkością do 10 Mbps na odległość maksymalna 100 metrów
– k4 – 20MHz, rzadko stosowana oferująca zbyt mały wzrost wydajności w stosunku do k3
– k5 - 100MHz, 100Mbps, 155Mbps, 256 Mbps
• zwiększenie maksymalnej szybkości przesyłania danych zmniejsza odległość maksymalna
Skrętka ekranowana STP
Shield Twistem Pair
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/21/FTP_cable3.jpg
Skrętka ekranowana FTP Shield
Twistem Pair
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/aa/TwistedPair_S-FTP.jpg/800px-TwistedPair_S-FTP.jpg
Kabel
Światłowodowy
• wyższe częstotliwości spektrum elektromagnetycznego – światło
• dostępne w wielu kształtach, rozmiarach i kategoriach długości fal
• znacznie większa przepustowość niż UTP STP i koncentryk
• odporny na zakłócenia elektromagnetyczne i fale radiowe - bezpieczne transmisje
• znacznie większe odległości niż w przypadku innych mediów
• niewielka średnica - plaski
• wykorzystywane parami – do wysyłania sygnałów i odbioru
• w sieciach LAN do łączenia serwerów i koncentratorów
• droższy
• trudniejszy do zainstalowania
• transmisja światłowodowa:
– wielomodowa – diada LED, rozpraszanie, podatność na tłumienie, tańsze niż jednomodowe
– jednomodowa – laser – koncentracja wiązki promienia, sygnał dociera do miejsca przeznaczenia w jednym modzie w całości w jednym punkcie czasu – wysoki koszt – do tworzenia wysokiej jakości infrastruktur informacyjnych (komercyjne sieci telefoniczne) niż do sieci lokalnych
podsumowanie
• proces transmisji - kodowaniem
• dane - tekst , obraz, dźwięk są reprezentowane przez impulsy elektryczne/świetlne i przenoszone przez przewody
• stosowany materiał określa ilość danych i szybkość - przepustowość
• wf dzieli ramki na strumienie zer i jedynek - włączeń i wyłączeń
• nośnik nie jest częścią jednak istotnym dodatkiem
• wf określa wymagania co do wydajności przewodnika miedzy komunikującymi się urządzeniami
• decyzja o wyborze kabla zależy od wielu czynników
– do przyłączania stacji – nieekranowana skrętka dwużyłowa kategorii 5
– do łączenia koncentratorów i serwerów – kable światłowodowy 850 nm
sieć LAN bez wzmacniaków
• dwa komputery + zgodne karty sieciowe + niewielka odległość
• skrzyżowanie ścieżek wysyłania i odbierania – okablowanie skrętką
dwużyłową – para której jedno urządzenie używa do wysyłania jest
ta na której drugie urządzenie oczekuje transmisji
Kabel skrośny (skretka)
• Para 1,2 – nadawanie
• Para 3,6 – odbieranie
• Kabel skrośny
Nadawanie hosta 1
łączymy z
odbieraniem hosta 2 i
odwrotnie, nadawanie
hosta 2 łączymy z
odbieraniem hosta 1
magistralowe sieci LAN
• nośnik
• interfejs fizyczny, nad-biornik dla każdego urządzenia przyłączanego
do sieci
• nie używają wzmacniaków – ogranicza odległość i liczbę urządzeń
• zapomniane
sieci oparte na koncentratorze
• wzmacnia sygnał – większa odległość i liczba urządzeń
• Wzmacniak – urz. elektroniczne do wzmacniania sygnałów, przy przesyłaniu sygnałów na duże odległości, aby zrekompensować straty sygnału powstające na długich nośnikach. telekomunikacja, radiofonia przewodowa, technika cyfrowa - sieci LAN -funkcje wzmacniaka pełni koncentrator
sieci WAN
• łączą sieci LAN – routery – bez utraty odrębności
• dowolna odległość
• wiele wzmacniaków które stanowią całkowicie zintegrowana
część infrastruktury komercyjnej
typy i topologie sieci LAN
• atrybuty sieci LAN (podział sieci na warstwy): – metodologia dostępu do zasobów sieci
• w jaki sposób przyłączone do sieci zasoby są udostępniane
• typy sieci:
– równorzędne
– oparte na serwerach
– topologia sieci• sposób organizacji koncentratorów i okablowania
• magistrala
• pierścień
• gwiazda
• przełączana
urządzenia sieci LAN
• funkcje LAN – przyłączanie:– stacji
– serwera
– do sieci WAN
– do szkieletu
• zasoby LAN:– klienci – dostęp do zasobów
– serwery – komputer udostępniający zasoby, wielodostępny, zwykle wyspecjalizowane w wykonywaniu określonych funkcji
• plików
• wydruków
• aplikacji
– drukarki
Typy serwerów• plików
– scentralizowany mechanizm składowania plików
– centralna lokalizacja, przeszukiwanie, logowanie
– zabezpieczenie źródła zasilania –podtrzymanie napięcia ups
– zorganizowane archiwizowanie danych – kopie zapasowe
– szybkość – niezawodna, konfigurowalna, wydajna platforma
• wydruków– przyjmowanie żądań wydruków
– ustawianie ich w kolejki
– spoolowanie ich do odpowiedniej drukarki - buforowanie
• aplikacji– centralne składy oprogramowania
użytkowego
– miejsce gdzie znajdują się wykonywalne programy użytkowe
– wielodostępna kopia programu –koszty nabycia i konserwacji niższe
– aplikacje tworzące i obsługujące bazy danych
Typy sieci ze względu na
architekturę• równorzędne, każdy z każdym, Peer – to – peer
• oparte na serwerach, klient-serwer, client/serwer
sieci równorzędne • nieustrukturalizowany dostęp do zasobów sieci
• każde urządzenie może być klientem i serwerem
• korzyści:– łatwe do wdrożenia i obsługi:
• wymaga jedynie zainstalowania koncentratorów
– tanie w eksploatacji• odpada: administracja, klimatyzacja, szkolenie
– mogą być ustanawiane przy wykorzystaniu prostych systemów operacyjnych
– odporne na błędy związane z uszkodzeniem serwera – pojedynczy punkt defektu
• ograniczenia:– wiele haseł
– brak centralnych zasobów
– bezpieczeństwo całej sieci proporcjonalne do wiedzy i umiejętności jej technicznie najmniej biegłego uczestnika
– problemy logistyczne:• nieskoordynowane i niekonsekwentne tworzenie kopii zapasowych
• zdecentralizowana odpowiedzialność
– dla małych instytucji
oparte na
serwerach
• hierarchia – sterowalność – skala
• zasoby gromadzone w serwerach – brak użytkowników bezpośrednich
• korzyści:– bezpieczeństwo, liczba haseł,
kopie zapasowe
– wydajność – przetwarzanie przez specjalnie skonfigurowany serwer – większa moc, pamięć, szybszy dysk
– administracja
– skalowalność – zmiana rozmiarów sieci nie wpływa na jej wydajność
• ograniczenia: – koszt zainstalowani i obsługi czy
przestoju
• dla dużych instytucji wymagających bezpieczeństwa
topologie
• logiczna - opisuje standardy z których powinna korzystać sieć podczas komunikacji. definiuje IEEE
• fizyczna - zbiór zasad fizycznego łączenia poszczególnych części sieci ze sobą takich jak np. koncentratory, hosty
• teoretyczna struktura
• rodzaj topologii wynika z rodzaju zastosowanych technologii sieci LAN
– siec Token Ring – topologia pierścienia, koncentratory (MSAU) –rozmyły różnice między topologia sieci a gwiazdy – pierścienie gwiaździste
• przełączanie rozdzieliło topologię od technologii (rodzaj ramki i metody dostępu, protokół warstwy łącza danych) – Ethernet, Token Ring, FDDI
– magistrali
– pierścienia
– gwiazdy
– przełączane (switch)
• jeden kabel – jeden kanał
• sieć równorzędna
• terminatory - odbicia
• proste
• niedrogie
• ograniczenia:
– odległość
– funkcjonalność
– skalowalność
– dla małych sieci
• specyfikacja IEEE 802.4 magistrali Token Bus sieci LAN – technologia odporna na błędy, wysoki stopień determinizmu (podobna do Token Ring) kontrola poprzez określenie maksymalnej ilości czasu podczas którego ramka danych może znajdować się w transmisji
• formy Ethernetu – 10Base2 i 10Base5 oparte na magistrali i kablu koncentrycznym
magistrala
pierścień
• prosta sieć równorzędna – każda staja robocza ma 2 połączenia, działa jak wzmacniak – fizyczna pętla. dane przesyłane w jednym kierunku
• czas odpowiedzi możliwy do ustalenia – im więcej urządzeń tym dłuższy
• uszkodzenie jednej stacji –unieruchamia całą sieć
• Token Ring IBM – IEEE 802.5 –koncentratory wzmacniające, eliminacja wad – kształt pierścienia (wirtualny – logiczna topologia) lecz fizycznie zastosowana topologia gwiazdy i metoda dostępu cyklicznego (round-robin) do nośnika – token przesyłany do pktów końcowych mimo koncentratora (hub)
gwiazda
• połączenia rozchodzą się z koncentratora –jednostka dostępu do stacji wieloterminalowej
• każde urządzenie może uzyskać bezpośredni i niezależny dostęp do nośnika – urządzenia współdzielą dostępne szerokości pasma koncentratora – 10BaseT Eternet
• dominujące, elastyczne, skalowalne, tanie w porównaniu z bardziej skomplikowanymi sieciami LAN o ściśle regulowanych metodach dostępu
• podstawa topologii przełączanej
• Hub (koncentrator)
– urządzenie łączące wiele urządzeń sieciowych w sieci komputerowej o topologii gwiazdy
– do huba podłączane są komputery będące stacjami roboczymi lub serwerami, drukarki sieciowe oraz inne urządzenia sieciowe
– podłączany do routera
– działa na poziomie pierwszej warstwy OSI, kopiując sygnał z jednego komputera do wszystkich pozostałych do niego podłączonych
– stosowane coraz rzadziej, zastąpione szybszymi switchami
przełączana • wiele połączeń urządzeń z portami koncentratora przełączającego
– każdy port oraz urządzenie doń przyłączone ma własną dedykowaną szerokość pasma
• tymczasowo między nadawcą ramki i jej odbiorcą tworzone są ścieżki przełączane (komutowane)
• pierwotnie przełączniki przesyłały ramki na podstawie adresów fizycznych, obecnie potrafią używać adresów warstwy 3
• przełączniki poprawiają sprawność sieci LAN:
– zwiększają szerokość pasma dostępnego w sieci (np. przełączany koncentrator Ethernetu o 8 portach zawiera 8 odrębnych domen kolizji z których każda przesyła dane z prędkością 10Mbps co daje łączną szerokość pasma rzędu 80Mbps
– zmniejszanie liczby urządzeń wymuszających udostępnienie wszystkich segmentów pasma szerokości. każda przełączana domena kolizji składa się z 2 urządzeń: sieciowego oraz portu koncentratora przełączanego. tylko te 2 urz. rywalizują o szerokość pasma 10Mbps w segmencie w którym się znajdują –sieci Token Ring, FDDI nie korzysta z metody dostępu do nośnika na zasadzie rywalizacji lecz tokeny krążą miedzy dużo mniejsza liczba urządzeń sieciowych
– segmentacja domeny kolizji a nie domeny rozgłaszania
• problem – przełączniki nie rozróżniają rozgłoszeniowych transmisji danych. nadmierne natężenie rozgłaszania może niekorzystnie wpłynąć na wydajność sieci LAN
• Switch (przełącznik, wieloport, komutator)– łączy segmenty sieci
– przekazuje ramki między segmentami
– pracuje w warstwie 2
– wieloportowy most - używa logiki podobnej jak most do przekazywania ramek tylko do docelowego segmentu sieci (a nie do wszystkich segmentów jak hub)
– inteligentnych hub - umożliwia połączenie wielu segmentów sieci w gwiazdę jak hub (nie jest ograniczony do łączenia dwóch segmentów jak most)
Ethernet = 802.3 IEEE
• Technologia stosowane do budowy sieci lokalnych (najpopularniejsza)
• Określa typ nośnika (kable) oraz wartości sygnałów
• Projektant - Roberta Metcalfa w Xerox PARC (standard od 1976)
• Wysyłane dane w postaci ramek! o zmiennej długości
• Walka o dostęp do medium CSMA/CD (ang. Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection).
• Idea węzłów podłączonych do wspólnego medium
• Wszystkie węzły posiadają unikalny adres MAC.
Standardy 10MB
• 10BASE5 - Kabel koncentryczny, 50 [ohm]-
Baseband(manchester) – Magistrala - 500m –
100
• 10BASE2 - Kabel koncentryczny 50[ohm]-
Baseband(manchester) – Magistrala - 185m - 30
• 10Base-T - Nieekranowana skrętka przewodów-
Baseband(manchester) – Gwiazda - 100m
• 10Base_FP – Światlowód - Manchester on-off –
Gwiazda - 500m - 33
Syandard 100Mb/s
• 100Base-TX - podobny do 10BASE-T, ale z szybkością 100Mb/s. Wymaga 2 par skrętki kategorii 5. Obecnie jeden z najpopularniejszych standardów sieci opartych na 'skrętce'.
• 100Base-T4 - Używa 4 par 'skrętki' kategorii 3. Obecnie przestarzały.
• 100Base-T2 - Miał używać 2 par 'skrętki' kategorii 3 jednak nie ma sprzętu sieciowego wspierającego ten typ Ethernetu.
• 100Base-FX - Ethernet 100Mb/s za pomocą włókien światłowodowych wielomodowych. Zasięg rozwiązania wynosi do 2km.
• 100Base-LX - Ethernet 100Mb/s za pomocą włókien światłowodowych.
• 100Base-LX10 - Ethernet 100Mb/s za pomocą włókien światłowodowych jedno i wielomodowych. Zasięg dla jednomodów wynosi 10km, dla wielomodów 550m.
• 100Base-SX - Ethernet 100Mb/s za pomocą włókien światłowodowych wielomodowych. Zasięg około 460 m.
• 100Base-CX - Ethernet 100Mb/s za pomocą 2 par skrętki. Zasięg około 25 m.
Ramka
• Preambuła - 7 bajtów złożonych z naprzemiennych jedynek i zer:
• SFD - (ang. start frame delimiter), 8-bitowy znacznik początku ramki: hex AB
• adres MAC odbiorcy (6 bajtów)
• adres MAC nadawcy (6 bajtów)
• typ (2 bajty) - jeżeli wartość mniejsza niż 1500, to oznacza długość ramki, jeżeli większa to typ pakietu
• dane (46 - 1500 bajtów) - jeżeli dane mniejsze niż 46 bajtów, to uzupełniane są zerami
• suma kontrolna (4 bajty) CRC
Simplex / duplex / półduplex
• Sposób wymiany danych pomiędzy
– Simplex – transmisja jednokierunkowa
– Półduplex – jak jeden nadaje to drugi słucha
– Duplex – jednoczesne nadawanie i odbieranie
Dostęp do medium - kolizje
• Na raz nie mogą nadawać dwa urządzenia – nakładanie się sygnałów z różnych źródeł (kabel koncentryczny, hub)!!!
• Jeśli jedno nadaje to inne muszą słuchać
• Kolizja powoduje zniszczenie sygnału i konieczność jego retransmisji
• W przypadku switchów realizują
one buforowanie ramek i dbają o to
by nie powstawały kolizje, standard
100Gb Ethernet wymaga używania
switchów!
CSMA/CD (ang. Carrier Sense Multiple
Access with Collision Detection).Główna procedura
• Przygotuj ramkę do transmisji (zebranie danych do przesłania)
• Sprawdź stan medium czy jest wolne jeśli nie czekaj stałą przerwę między ramkową (9.6 µs w przypadku 10 Mbit/s Ethernet).
• Rozpocznij transmisję
• W przypadku wystąpienia kolizji przejdź to procedury jej rozwiązania
• Wyzeruj licznik transmisji i skończ wysyłanie
Procedura kolizji
• Kontynuuj transmisję do momentu osiągnięcia limitu czasu transmisji, tak by wszystkie odbiorniki wykryły istnienie kolizji
• Zwiększ licznik retransmisji
• Sprawdź licznik prób retransmisji, jeśli przekroczony limit nie wysyłaj nic więcej
• Wylicz i wyznacz losowe opóźnienie bazując na liczbie kolizji
• Wróć do głównej procedury.
Token Ring
• Projekt IBM lata 1970
• Dwa rozwiązanie– projekt IBM
• IBM Token Ring bazuje na strukturze gwiazdy gdzie wszystkie urządzenia końcowe podłączone są do koncentratora zwanego „multistation access unit” (MSAU).
• Jednoznaczna specyfikacja medium transmisyjnego – kabel, skrętka
– projekt IEEE
• Standard IEEE 802.5 (token ring) nie definiuje topologii sieci
• Nie definiuje medium transmisyjnego
Zasada działania – Token passing
• Obydwa standardy – token passing (również FDDI)
• Zasada działania sieci typu token passing– Token – mała ramka podróżująca po sieci.
– Urządzenie posiadające token ma prawo nadawania
– Jeżeli urządzenie nie ma nic do nadania – przesyła token dalej
– Każde urządzenie może posiadać token przez max. Określony czaas
– Jeżeli stacja posiadająca token chce nadawać, ustawia odpowiedni bit tokena oraz traktuje go jako początek nadawanej ramki
– Ramka przesyłana jest do kolejnej/kolejnych stacji w sieci (więc inne stacje nie mogą nadawać, chyba że w sieci zaimplementowana jest technologia z wstępnym uwalnianiem tokena)
– Jeżeli informacja (ramka nadawana) dotrze ponownie do stacji nadającej (dokona pełnego obiegu pierścienia) następuje zwolnienie tokena i przekazanie dalej. Nadajnik ma więc kontrolę nad jakością przesyłanych informacji
Zalety Token Ring nad Ethernet
• Brak możliwości powstawania kolizji
• Możliwość kontroli przesyłanych danych (wykrywanie uszkodzeń przez porównanie danych wysyłanych i odbieranych)
• Możliwość oszacowania czasu w jakim dane zostaną transmitowane (determinizm!!!)Zastosowanie
– automoatyka
– robotyka
– Przemysł
• Priorytetowanie – możliwość nadawanie priorytetów poszczególnym stacjom– Możliwość rezerwacji tokena
FDDI (ang. Fiber Distributed Data Interface)
• Standard zaproponowany przez ANSI w połowie lat 1980
• Medium transmisyjne - światłowodach
• Przepustowość 100Mb/s
• Max. dystans 2km (światłowód wielomodowy, przy jednomodowym nawet więcej)
• Dostęp do medium – Token Passing
• Zasada działania – podwójny pierścień bazujący na łączach światłowodowych
• Zastosowanie FDDI – szybka i wydajna sieć szkieletowa o dużej przepustowości i dużych odległościach (znacznie większych niż połączenia kablowe)
• Również wersja CDDI (ang. Copper Data Distribution Interface) – implementacja bazująca na skrętce
FDDI - podstawy
• Wykorzystuje architekturę podwójnego
pierścienia z przeciwstawnym ruchem na
obydwu pierścieniach
• Podwójny ring to ring podstawowy i wtórny
• Normalna praca to wykorzystanie
pierścienia podstawowego (pierścień
wtórny jest niewykorzystywany)
• Ring (pierścień) wtórny wykorzystywany
podczas problemów w celu zapewnienia
niezawodności
FDDI cd.
• FDDI opisuje pierwsze dwie warstwy modelu OSI (fizyczną i danych)
• Nie jest standardem tylko specyfikacją techniczną
• Umożliwia działanie wyższych warstw modelu OSI implementujących takie protokoły jak TCP/IP IPX/SPX
• FDDI określa 4 specyfikacje:– Media Access Control (MAC)
– Physical Layer Protocol (PHY)
– Physical-Medium Dependent (PMD)
– Station Management (SMT)
FDDI - specyfikacje
• MAC określa sposób dostępu do medium – format ramki, adresowanie, uchwyt tokena, algorytm weryfikacji sum kontrolnych CRC oraz mechanizm naprawiania błędów.
• PHY – opisuje sposób kodowania i dekodowania danych, wymagania zegara, formatowanie oraz kilka innych funkcji
• PMD – opisuje charakterystykę medium transmisyjnego czyli jakość łącza, poziomy mocy, bit-error rates (BER),komponenty optyczne itp.
• SMT to statyczna konfiguracja FDDI, konfiguracja pierścienia oraz cechy jego kontroli (dodawanie/usuwanie stacji, inicjalizacja, izolacja błędów i ich przywracanie, harmonogramowanie
Typy stacji i sposoby ich
podłącania• single-attachment station (SAS) – stacja podłączona pojedynczo
• dual-attachment station (DAS) – stacja podłączona podwójnie
• single-attached concentrator (SAC) – koncentrator podłączony pojedynczo
• and dual-attached concentrator (DAC) – koncentrator podłączony podwójnie
– SAS podłączony jest jedynie do ringu podstawowego za pośrednictwem koncentratoraKorzyści - podłączone urządzenie nie ma wpływu na działanie pierścienia w zależności od tego czy jest włączone czy nie
– DAS posiada dwa porty A i B za pośrednictwem których urządzenie podłączone jest jednocześnie do obydwu pierścienie. Urządzenia DAS gdy są odłączone zakłucają działanie rungu
ATM podstawy
• Asynchronous Transfer Mode (ATM) – standard organizacji International Telecommunication Union-Telecommunications Standards Section (ITU-T)
• Zorientowany na różne typy usług: wideo, dźwięk, dane.
• Protokół połączeniowy!!!
• Mały i stały rozmiar ramki 53 oktety (bajty) – 5 nagłówek + 48 dane. (wcześniej omawiane standardy miały ruchomy rozmiar ramki)– Przewidywalność czasu transmisji
– Prostota budowy urządzeń
– W przypadku błędów transmisji duża łatwość ich usunięcia
ATM – cd.
• ATM jest technologią przełączania obwodów (circuit switching)– Gwarantuje pojemność i stały czas opóźnienia transmisji
• Inne opisywane technologie to przełączanie pakietów (packet switching)– Elastyczna i wydajna technologia użyteczna przy ruchu
okresowym (gwałtownym)
• ATM pozwala na dużą skalowalność przepustowości kilka Mb/2 do wielu Gb/s
• Ze względu na asynchroniczność może być bardziej wydajna od metod synchronicznych typu time-division multiplexing (TDM).
Pojęcia
• Kanał wirtualny – musi być ustanowiony przed
transmisją danych
• Wirtualna ścieżka – zbiór wirtualnych kanałów
• Ścieżka transmisyjna – zbór wirtualnych ścieżek
obszary funkcjonalne sieci LAN
• sieć LAN dzielona jest na składniki funkcjonalne co umożliwia zastosowanie odpowiedniej technologii dla każdej z realizowanych funkcji:
– przyłączanie stacji roboczej
– przyłączanie serwera
– przyłączanie do sieci WAN
– przyłączanie do szkieletu
• skalowalność topologii podstawowych jest ograniczona– rozszerzenia
– połączenia
• łańcuchy– szeregowe połączenie koncentratorów sieci – łańcuchowanie
– specyfikacja LAN -802.3 Ethernet – max rozmiar sieci LAN: max liczba koncentratorów i/lub wzmacniaków które można łączyć szeregowo
– max dł. kabla * max liczba urz. = max rozmiar sieci LAN – max średnica sieci
– problem: zwiększenie sieci nie zwiększa szerokości pasma ani domen kolizji
• hierarchie– pierścienie
– gwiazdy
– melanże
topologie złożone
– kilka warstw koncentratorów, każda w. realizuje inna funkcję sieci
– w. podstawowa – do komunikacji miedzy stacja roboczą a serwerem
– poziomy wyższe – grupowanie wielu poziomów użytkownika – wiele koncentratorów poziomu użytkownika połączonych jest za pomocą mniejszej liczby koncentratorów wyższego poziomu
– koncentratory takie same – różnią się warstwą na której się znajdują
– rozwiązują problem skalowalności i agregacji ruchu w sieci
• zwiększanie rozmiarów sieci pierścieniowych
• dwa pierścienie Token Ring o szybkości przesyłania danych rzędu 16 Mbps do łączenia komputerów użytkownika oraz pętle FDDI do łączenia serwerów i tworzenia szkieletu
hierarchiczne
pierścienie
hierarchiczne gwiazdy
• mogą być realizowane jako pojedyncze domeny kolizji lub dzielone przy użyciu przełączników, routerów i mostków na segmenty z których każdy jest domeną kolizji
• domena kolizji– składa się ze wszystkich urządzeń konkurujących o prawo do transmisji przy użyciu
współdzielonego nośnika
– przełączniki, mostki i routery dzielą domeny kolizji tworząc wiele mniejszych domen kolizji
• używa jednego poziomu do łączenia użytkownika z serwerem a drugiego jako szkielet
hierarchiczne
melanże
• nowoczesne koncentratory przełączające - łączenie wielu różnych technologii
– nowe topologie -wstawiając płytki logiczne w obudowę koncentratora przełączającego o wielu gniazdach
• do łączenia serwerów – sieć FDDI
• do łączenia stacji roboczych – Ethernet
• do łączenia koncentratorów poziomu użytkownika używany jest szkielet ATM asynchronicznego tryby przesyłania
przyłączanie
stacji
• najmniejsze wymagania odnośnie wydajności sieci LAN
• koncentratory obsługują wiele technologii
• podstawowy sposób łączenia stacji roboczych i urz. peryferyjnych
• różne wymagania stacji roboczych mogą wymagać stosowania mieszanych rozwiązań topologiczno-technologicznych
przyłączanie
serwera
• solidniejsze od stacji roboczych
• miejsca dużego natężenia ruchu
• obsługa wielu klientów i /lub serwerów – agregowanie ruchu musi
być ujęte w projekcie topologii sieci LAN – żeby wydajność nie uległa obniżeniu
• przyłączalność serwerów musi być niezawodna w zakresie dostępnych szerokości pasma oraz metody dostępu
• serwery połączone za pomocą pętli FDDI, stacje robocze - Ethernetu
przyłączanie do
sieci WAN
• łączenie sieci LAN z WAN
• siec WAN jest przyłączana za
pomocą pojedynczego łącza
szkieletu z routerem
• technologie LAN używające
dostępu do nośnika na
zasadzie rywalizacji są
nieodpowiednie do
wykonywania tej funkcji –
zatkanie sieci
• wybór technologii –
niezawodna pod względem
jej nominalnej szybkości
transmisji oraz stosowanej
metody dostępu
przyłączanie
do szkieletu
• szkielet:– urządzenia do łączenia
koncentratorów
– w różnych topologiach za pomocą różnorodnych składników sieciowych
• szkielet łączy zasoby sieci lokalnej oraz sieć lokalną z siecią rozległą
• cechy wybranej topologii szkieletu:
– łatwość opracowania
– cena
– łatwość obsługi
– skalowalność – granica
– każda opcja musi być sprawdzona indywidualnie
topologie:
– szeregowy
– rozproszony
– segmentowy
– równoległy
szkielet
rozproszony
• rodzaj topologii hierarchicznej
• zamontowanie koncentratora szkieletowego w centralnym miejscu sieci
– centrum topologii okablowania – rozdzielnia telefoniczna
• połączenia rozchodzą się z tego koncentratora do innych w budynku
• umożliwia pokrycie dużych budynków bez obaw o przekroczenie maksymalnych średnic sieci
• znane: topologia okablowania budynku i ograniczenia długości poszczególnych nośników sieci LAN
• nośnik – kabel światłowodowy
szkielet
segmentowy
• centralnie umieszczony router łączy wszystkie segmenty sieci LAN
• router skutecznie tworzy wiele domen kolizji i rozgłaszania zwiększając wydajność każdego z segmentów – 3w –funkcjonują wolniej od koncentratorów – ograniczają wydajność transmisji miedzy segmentami LAN
• wprowadzają pojedynczy punkt defektu sieci LAN
• podczas projektowania sieci – minimalizowanie natężenia ruchu przechodzącego przez routery
szkielet
równoległy
• zmodyfikowana wersja szk. segmentowego
• grupy użytkowników porozrzucane po całym budynku
• niektóre z nich oraz niektóre aplikacja mogą mieć wysokie wymagania odnośnie bezpieczeństwa sieciowego
• potrzebny wysoki stopień dostępu do sieci
• przeprowadzenie połączeń równoległych od routera szkieletu segmentowego do szafki rozdzielczej umożliwia obsługę z tej szafki wielu segmentów
• pokój rozdzielni czy pojedyncza szafka rozdzielcza mogą obsługiwać wiele segmentów
• podniesienie kosztu utworzenia sieci
• zwiększenie wydajności każdego segmentu
• większe bezpieczeństwo
• dokładne zrozumienie potrzeb i wymagań klienta odnośnie każdego z obszarów funkcjonalności sieci LAN jest kluczowe do utworzenia idealnej topologii
• innowacje technologiczne będą zwiększać różnorodność topologiczna rozwiązań dostępnych dla projektantów sieci
Top Related