Sieci lokalne LAN. Plan wykładu. Warstwa LLC i MAC Topologie LAN Protokoły warstwy MAC Okablowanie strukturalne Sprzęt sieciowy Sieci WLAN

Transkrypt

1 Sieci lokalne LAN Janusz Kleban Plan wykładu Warstwa LLC i MAC Topologie LAN Protokoły warstwy MAC Okablowanie strukturalne Sprzęt sieciowy Sieci WLAN Janusz Kleban Sieci LAN 2 Warstwa sieciowa Warstwa łącza danych Warstwa fizyczna OSI/ISO Warstwa sieciowa Warstwa sterowania logicznego łączem danych (LLC) Warstwa sterowania dostępem do łącza danych (MAC) Warstwa fizyczna IEEE 802 Relacja między modelem OSI/ISO a architekturą IEEE 802 Janusz Kleban Sieci LAN 3

2 Logical Link Control IEEE 802 MAC CSMA/CD BUS IEEE TOKEN BUS IEEE TOKEN RING IEEE Kabel współosiowy (Coaxial) Skrętka (Twisted pair) Kabel współosiowy (Coaxial) Skrętka (Twisted pair) Zalecenia komitetu IEEE 802 Janusz Kleban Sieci LAN 4 Warstwa sterowania logicznego łączem danych LLC Funkcje: uniezależnienie wyższych warstw sieci od procedur sterowania dostępem do medium transmisyjnego; zapewnienie bezbłędnego przekazywania danych obejmujące zabezpieczenie przeciwko zagubieniu lub duplikacji ramek i sterowanie przepływem; zdefiniowanie i obsługa styku pomiędzy siecią lokalną a korzystającymi z jej usług protokołami wyższych warstw. Janusz Kleban Sieci LAN 5 Format ramki LLC DSAP oktet SSAP oktet CONTROL lub 2 oktety DATA N oktetów Zdefiniowano trzy typy ramek LLC: informacyjne (information transfer); nadzorcze (supervisory); nienumerowane (unnumbered). Janusz Kleban Sieci LAN 6

3 Format pola sterującego ramek LLC Information 0 N(S) P/F N(R) Supervisory 0 S S X X X X P/F N(R) Unnumbered M M P/F M M M N(S) numer ramki nadawanej; N(R) numer ramki oczekiwanej; SS typ ramki nadzorczej; MMMMMM typ ramki nienumerowanej; P/F rozkaz/odpowiedź. Janusz Kleban Sieci LAN 7 Ramki nadzorcze Ramki nadzorcze są używane do nadawania potwierdzeń i kontroli przepływu danych. Za pomocą pola SS wyróżnia się 3 rodzaje komend: RR Receive Ready: ramka wykorzystywana do potwierdzania odbieranych ramek w sytuacji braku własnych danych do nadania; RNR Receive Not Ready: ramka potwierdzająca odbiór ramek z jednoczesnym żądaniem wstrzymania przesyłania dalszych ramek; REJ Reject: ramka informująca o odrzuceniu ramki z numerem N(R), co jest równoznaczne z żądaniem powtórzenia tej i wszystkich później nadanych ramek. Janusz Kleban Sieci LAN 8 Ramki nienumerowane Ramki nienumerowane, czyli nie oznaczone numerami sekwencyjnymi, są wykorzystywane do przesyłania danych w trybie bezpołączeniowym oraz informacji sterujących. Na bitach M kodowane są następujące typy ramek nienumerowanych: UI Unnumbered Information; SABME Set Asynchronous Balanced Mode Extended; DISC Disconnect; XID Exchange Identification; TEST Test; AC Acknowledged Connectionless Information. Janusz Kleban Sieci LAN 9

4 Warstwa sterowania dostępem do medium transmisyjnego MAC Zadaniem warstwy MAC (Medium Access Control) jest sterowanie dostępem do medium transmisyjnego przez wiele jednostek LLC umiejscowionych w różnych stacjach sieci. Dzięki zdefiniowanemu stykowi z warstwą MAC jednostki warstwy LLC mogą zlecić nadanie ramki nie troszcząc się o to, w jaki sposób sieć rozstrzyga o prawie do nadawania. Janusz Kleban Sieci LAN 0 Warstwa MAC - protokoły Protokoły dostępu do medium transmisyjnego stosowane w sieciach LAN (warstwa MAC): CSMA (Carrier Sense Multiple Access); CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection); Token Bus; Token Ring. Janusz Kleban Sieci LAN Format ramki IEEE /6 2/ PR SFD DA SA LE LLC PAD CRC PR 0000 SFD Janusz Kleban Sieci LAN 2

5 Format ramki IEEE /6 2/ PR SFD FC DA SA DANE CRC EFD SFD NN0NN000, N- non-data MAC symbol, FC 0000PPP, PPP priorytet dla ramki retransmitowanej, EFD NNNNIE, E bit błędu. Janusz Kleban Sieci LAN 3 Format ramki IEEE /6 2/6 zmienne 4 SD AC FC DA SA DANE CRC ED FS SD JK0JK000, AC PPPTMRRR, w wolnym tokenie T=0, FC FFZZZZZZ, dla ramki z danymi FF=0, ED JKJKIE, FS ACrrACrr, AC=00 brak stacji docelowej w pętli, AC=0-brak akceptacji ramki przez stację docelową, AC=-potwierdzenie odbioru ramki przez stację docelową. Janusz Kleban Sieci LAN 4 Format tokenu IEEE SD AC ED Janusz Kleban Sieci LAN 5

6 Format ramki sieci Ethernet 8 2/6 2/ PR DA SA TYPE LLC PAD CRC TYPE określa protokół warstwy sieciowej MinInterFrameGap 9,6 µs (96bitów x 0, µs), AttemptLimit 6 (prób), MaxFrameSize 244 b (58 bajtów), MinFrameSize 52 b (64 bajty), okno kolizji 5,2 µs Janusz Kleban Sieci LAN 6 Topologie sieci LAN Pętla Magistrala Gwiazda Janusz Kleban Sieci LAN 7 Sieć Ethernet Pierwsza wersja sieci Ethernet powstała w 972 roku. Nazwa pochodzi od słów: ether(łac.) oznacza środowisko, w którym rozchodzą się fale elektromagnetyczne; net(ang.) oznacza sieć. Ethernet to sieć o architekturze magistrali, w której wykorzystywany jest nasłuch i wykrywanie kolizji. Pracuje zgodnie z protokołem CSMA/CD z szybkością 0Mb/s. Janusz Kleban Sieci LAN 8

7 Architektura sieci Ethernet Janusz Kleban Sieci LAN 9 Rozwój technologii Ethernet Fast Ethernet, pracujący z prędkością 00Mb/s; istnieje kilka odmian tego standardu wykorzystujących różne media transmisyjne. Gigabit Ethernet, pracujący z wykorzystaniem zarówno skrętki miedzianej, jak i światłowodów, z prędkością 000Mb/s. W 2002 roku zakończono prace nad 0 Gb/s wersją Ethernetu. Janusz Kleban Sieci LAN 20 Rozwój technologii Ethernet W celu opracowania standardu sieci Ethernet pracującej z prędkością większą niż Gb/s w 999 roku utworzono komisję High Speed Study Group, która analizuje różne aspekty techniczne przyszłej szybkiej wersji Ethernetu. Obecnie dyskutowane są dwie propozycje superszybkiego Ethernetu: 40Gb/s i 00Gb/s. Janusz Kleban Sieci LAN 2

8 Okablowanie strukturalne System okablowania strukturalnego, to zespół standardów pozwalających na ujednolicenie infrastruktury kablowej budynku w odniesieniu do sieci telefonicznej i teleinformatycznej. Standardy te określają jednolity system łączenia elementów i środowisk pochodzących od różnych producentów, dzięki czemu możliwa jest współpraca producentów: urządzeń aktywnych, kabli, gniazd, złączy itd. Janusz Kleban Sieci LAN 22 Podstawowe standardy dotyczące okablowania strukturalnego wydane zostały przez stowarzyszenia: TIA (Telecommunications Industry Association) EIA (Electronic Industries Association). Podstawowa norma dla okablowania strukturalnego to: EIA/TIA 568 Commercial Building Telecommunication Cabling Standard wydana w 99 roku. Janusz Kleban Sieci LAN 23 Na podstawie norm amerykańskich powstała norma międzynarodowa: ISO/IEC 80 Information technology - Generic cabling for customer premises. W oparciu o normę międzynarodową stworzono normę europejską: EN 5073 Information technology Generic cabling systems. Janusz Kleban Sieci LAN 24

9 System okablowania strukturalnego obejmuje: okablowanie poziome prowadzi od urządzeń końcowych do punktu dystrybucyjnego piętra; okablowanie pionowe (szkieletowe) łączy wszystkie kondygnacyjne punkty dystrybucyjne z głównym punktem dystrybucyjnym; punkty dystrybucyjne miejsca, w których następuje połączenie okablowania poziomego z pionowym; typowy punkt zawiera krosownicę z zakończeniami przebiegów poziomych, kable krosowe i aktywne urządzenia sieci LAN. Janusz Kleban Sieci LAN 25 Janusz Kleban Sieci LAN 26 Media transmisyjne Kabel koncentryczny: 0Base-5: RG-8, RG- o impedancji falowej 50Ω i grubości ½ (Thick Ethernet); 0Base-2: RG-58 o impedancji falowej 50Ω i grubości ¼ (Thin Ethernet). Złącze BNC Janusz Kleban Sieci LAN 27

10 Skrętka (Twisted Pair Cable) CAT 5 (00Base-T): transmisja sygnałów o częstotliwościach do 00 MHz (max. dł. 60 m); wystarczająca dla Fast Ethernet i ATM; cztery skrętki (pary) o 26 skrętach na metr; mała pojemność i niski poziom przesłuchów; UTP (Unshielded Twisted Pair) skrętka nieekranowana; STP (Shielded Twisted Pair) skrętka ekranowana; S-STP (Screened STP) skrętka podwójnie ekranowana; FTP (Foiled Twisted Pair) skrętka foliowana; S-FTP (Screened FTP) -skrętka foliowana z ekranem. Janusz Kleban Sieci LAN 28 W celu połączenia skrętki z urządzeniami stosowane są złącza RJ-45 (ośmiopozycyjny łącznik modularny). Gniazda RJ-45 Wtyk RJ-45 Janusz Kleban Sieci LAN 29 Światłowód - budowa:. włókno optyczne wykonane z dwóch rodzajów szkła o różnych współczynnikach załamania: część wewnętrzna - rdzeń (Core) - np. o średnicy 62,5 µm lub 50 µm dla światłowodów wielomodowych i gradientowych, kilka µm dla światłowodów jednomodowych; część zewnętrzna płaszcz zewnętrzny (Cladding) o średnicy 25 µm. 2. elementy izolacyjne i zabezpieczające: warstwa akrylowa, tuba izolacyjna, oplot kewlarowy, izolacja zewnętrzna, ew. elementy wzmacniające. Janusz Kleban Sieci LAN 30

11 Światłowód skokowy propagacja promieni Janusz Kleban Sieci LAN 3 Współczynnik tłumienia szkła kwarcowego Janusz Kleban Sieci LAN 32 Rodzaje światłowodów Janusz Kleban Sieci LAN 33

12 Rodzaje i budowa kabli światłowodowych Janusz Kleban Sieci LAN 34 Światłowód własności: szerokie pasmo transmisyjne; całkowicie odporny na zakłócenia elektromagnetyczne; może być stosowany we wszystkich standardach sieci Ethernet: 0Base-FL, 00Base-FX, 000Base-LX, 000Base-SX (światłowody MMF, SMF); umożliwia wydłużenie segmentów do 2000 m, a nawet do 5000 m (w zależności od rodzaju włókna); w transmisji wykorzystujemy najczęściej dwa włókna: jedno do nadawania i jedno do odbierania sygnału optycznego. Janusz Kleban Sieci LAN 35 Szafy montażowe Szafy montażowe są centralnymi punktami okablowania oraz umiejscowienia sprzętu aktywnego sieci. Pozwalają na estetyczne i skuteczne zabezpieczenie urządzeń aktywnych oraz okablowania przed przypadkowym uszkodzeniem. Są również używane jako miejsca usytuowania serwera sieci. Janusz Kleban Sieci LAN 36

13 Elementami wyposażenia dodatkowego szaf są: półki, zestawy zasilające, elementy konstrukcyjno-montażowe dla urządzeń 9, zestawy chłodzące, elementy ułatwiające prowadzenie okablowania wewnątrz szafy, elementy podstawy (np. kółka), panele krosujące - patch panele. Janusz Kleban Sieci LAN 37 Panel krosujący (patch panel) jest to element, którego zastosowanie znacznie ułatwia zarządzanie okablowaniem. Przykładowy panel krosujący Janusz Kleban Sieci LAN 38 Instalacja elektryczna Projektowanie i budowa instalacji elektrycznych w Polsce, w tym dedykowanych sieci do zasilania sprzętu komputerowego w sieciach LAN/WAN, pod względem przepisów prawnych należy do systemu legislacyjnego w dziedzinie budownictwa. Instalacje elektryczne do zasilania sprzętu komputerowego w sieciach LAN muszą być zgodne z warunkami technicznymi określonymi przez rozporządzenie ministra gospodarki przestrzennej i budownictwa z dnia 4 grudnia 994 roku. Janusz Kleban Sieci LAN 39

14 W elektrycznym okablowaniu poziomym stosuje się przewody miedziane o przekroju 2,5 mm 2. Przewody te układa się w plastikowych listwach (naściennych lub napodłogowych) lub kanałach kablowych między kondygnacyjną rozdzielnicą elektryczną, a gniazdami dedykowanej instalacji. Janusz Kleban Sieci LAN 40 Kable elektryczne o przekroju zależnym od obciążeń na poszczególnych kondygnacjach, łączą kondygnacyjne rozdzielnice elektryczne z rozdzielnicą główną dedykowanej instalacji elektrycznej. Kable wewnętrznych linii zasilających prowadzone są w pionowych szybach kablowych (przytwierdzone do drabinek instalacyjnych), natomiast nad sufitami podwieszanymi oraz pod podłogą w metalowych lub plastikowych korytach kablowych. Janusz Kleban Sieci LAN 4 Zasilanie awaryjne W celu zapobieżenia szkodliwym wpływom zaników i przerw w zasilaniu stosuje się następujące metody bezpiecznego zasilania: zasilanie z wykorzystaniem energii akumulatorów przez klasyczne bezprzerwowe zasilacze awaryjne UPS o zerowej przerwie przełączania; możemy stosować UPS centralny lub UPSy indywidualne dla poszczególnych urządzeń sieciowych i komputerów; stosowanie generatorów prądu zmiennego napędzanych energią silników spalinowych. Janusz Kleban Sieci LAN 42

15 Urządzenia sieciowe Urządzenia sieciowe pozwalają na stworzenie fizycznej i logicznej struktury sieci. Najważniejsze ich funkcje to: zapewnienie komunikacji między stacjami roboczymi i serwerami; łączenie segmentów sieci lub różnych sieci LAN ze sobą; zapewnienie odpowiednich parametrów pracy sieci; tworzenie wirtualnych sieci LAN tzw. VLAN; zapewnienie możliwości rozbudowy sieci w przyszłości; łączenie sieci LAN z sieciami rozległymi. Janusz Kleban Sieci LAN 43 Do urządzeń sieciowych zaliczamy: karty sieciowe; koncentratory, regeneratory; mosty (bridges); przełączniki; routery; bramy(gateways). Janusz Kleban Sieci LAN 44 Adres fizyczny (MAC) EUI-64 kod producenta numer seryjny wyrobu AC DE AB CD Bit G/I (Group/Individual) Bit U/L (Universal/Local) INTEL 00-AA-00 3Com AF Cisco C Janusz Kleban Sieci LAN 45

16 Koncentratory Koncentratory (regeneratory, huby), to podstawowe urządzenia pozwalające na wymianę informacji w sieci LAN. Zadaniem ich jest odbieranie sygnału, regenerowanie i powielanie do wszystkich portów oprócz portu, na którym sygnał został odebrany. Wszystkie komputery dołączone do koncentratora otrzymują tę samą ramkę zgodnie z zasadami protokołu CSMA/CD. Cała dostępna przepustowość jest współdzielona między stacjami dołączonymi do koncentratora. Janusz Kleban Sieci LAN 46 Mosty Mosty wykonują podstawową filtrację ramek Ethernet. Oznacza to, że ramki są przesyłane tylko do tego segmentu sieci LAN, w którym znajduje się adresat ramki. W ten sposób mosty izolują ruch w różnych segmentach sieci. Most uczy się położenia stacji w sieci zapamiętując: adres nadawcy, numer portu, na którym odebrana została ramka oraz czas pojawienia się ramki (w celu wymazania nieaktualnych zapisów). Janusz Kleban Sieci LAN 47 Typy mostów. Transparentne (przezroczyste) standard IEEE 802.d, pracują w oparciu o algorytm drzewa opinającego (ang. Spanning Tree). 2. Mosty z routingiem źródłowym (ang. source routing bridges) wykorzystywane są do łączenia sieci typu Token Ring, przesyłają ramki po trasie zdefiniowanej przez stację źródłową. 3. Mosty łączone SRT (Source Routing Transparent). 4. Mosty translacyjne (tłumaczące). Janusz Kleban Sieci LAN 48

17 Przełączniki Przełączniki to inteligentne mosty zwiększające szybkość działania sieci. Dokonują szybkiego przekazania ramki do portu, do którego dołączony jest odbiorca ramki. Mogą pracować w różnych trybach: cut-through, fragment free, store and forward, intelligent switching. Pozwalają na tworzenie sieci VLAN, czyli logicznego grupowania użytkowników, niezależnie od ich fizycznej lokalizacji w sieci. Janusz Kleban Sieci LAN 49 Routery Routery to urządzenia działające w warstwie fizycznej, łącza danych i sieciowej. Podstawowym zadaniem routera jest wybór właściwej trasy, wzdłuż której należy skierować pakiet. W tym celu router powinien znać topologię sieci i realizować stosowne algorytmy wyboru trasy. Routery mogą być wykorzystywane do zwiększenia segmentacji sieci w dużej sieci LAN, łączenia sieci LAN- WAN oraz LAN-MAN, a przede wszystkim jako węzły sieci WAN. Janusz Kleban Sieci LAN 50 Bezprzewodowe sieci LAN - WLAN Na podstawie protokołu DFW MAC (Distributed Foundation Wireless MAC) mogą być realizowane dwa typy sieci WLAN:. jednokomórkowe obejmują one stacje robocze w zasięgu wzajemnej słyszalności i organizowane jako sieci o doraźnej, nietrwałej strukturze organizacyjnej (tzw. sieci ad hoc), 2. wielokomórkowe stacje robocze znajdujące się w różnych domenach (obszarach obsługi BSA ang. Basic Service Area) komunikują się wzajemnie za pomocą tzw. punktów dostępowych (AP ang. Access Point). Janusz Kleban Sieci LAN 5

18 WLAN przepływności i zasięgi Janusz Kleban Sieci LAN 52 WLAN IEEE prędkość przesyłu danych lub 2 Mb/s, częstotliwość 2,4 GHz, modulacja FHSS lub DSSS, a prędkość przesyłu danych 54 Mb/s, częstotliwość 5 GHz, kodowanie OFDM (ang. Orthogonal Frequency Division Multiplexing), b (High Rate lub Wi-Fi WireLess Fidelity) prędkość przesyłu Mb/s, częstotliwość 2,4 GHz, kodowanie DSSS, g prędkość przesyłu 54 Mb/s, częstotliwość 2,4 GHz, modulacja DSSS, możliwość współpracy z urządzeniami standardu 802.b, możliwość implementacji modulacji OFDM/CCK. Janusz Kleban Sieci LAN 53 HiperLAN Standard HiperLAN (ang. High-Performance Radio LAN) zaproponował ETSI. Standard ten ma realizować połączenie o przepustowości rzędu 20 Mb/s. Rozwinięciem tego standardu jest technika modulacyjna OFDM dla sieci pakietowych. Na jej podstawie komitet IEEE zdefiniował standard IEEE 802.a. Pozwala na realizację transmisji na małe odległości (kilkaset metrów). Transmisja odbywa się w paśmie od 5,5 GHz do 5,30 GHz. Pasmo to podzielone jest na 5 kanałów częstotliwości nośne są oddalone od siebie o 23,5 MHz. Janusz Kleban Sieci LAN 54

19 Technologia Bluetooth Za pomocą tej technologii można zbudować sieci AD HOC obardzo małym zasięgu (do 0 m). Pozwala ona połączyć niewielkie liczby urządzeń przenośnych takich jak telefony komórkowe czy notebooki, palmtopy, kamery cyfrowe, drukarki, myszki itd. Kanały transmisyjne wydzielane są za pomocą metody rozpraszania widma ze skakaniem po częstotliwościach FH SS (Frequency Hop Spread Spectrum). Cały system pracuje na częstotliwości 2,45 GHz, wykorzystując kanały o szerokości 80 MHz. Janusz Kleban Sieci LAN 55 Technologia Bluetooth Sieć Bluetooth oferuje dupleksowy przekaz informacji z szybkością dochodzącą do Mb/s. Komunikacja w sieci opiera się na zasadzie: master slave. Dwa lub więcej urządzeń tworzy pikosieć (pikokomórkę). W pikosieci jednocześnie może być aktywnych do maksimum 8 stacji wliczając w to stację nadrzędną. W danej pikosieci może być więcej urządzeń, ale muszą one być ustawione w stan oczekiwania (parked state). Łączna liczba stacji nie powinna przekroczyć 256 urządzeń. Janusz Kleban Sieci LAN 56 Technologia Bluetooth Dopuszcza się możliwość połączenia kilku pikosieci tworzy się wtedy sieć rozproszona. Jedna pikosieć może mieć jedną stację nadrzędną (master), ale za to jedno urządzenie może wchodzić w skład kilku pikosieci. Pikosieci nie powinny synchronizować się ani czasowo ani częstotliwościowo. Janusz Kleban Sieci LAN 57

20 Sieci BlueTooth Janusz Kleban Sieci LAN 58 Technologia IrDA Sieci bezprzewodowe oparte na podczerwieni IrDA (Infrared Data Association) pracują podobnie jak sieci radiowe. Sieć IrDA może pracować w konfiguracji rozproszonej (np. ad hoc) lub gwiazdy gdy stacje użytkowników komunikują się ze stacją centralną, która może być podłączona do sieci przewodowej. Szybkość transmisji waha się od 0,5 do 4 Mb/s. Dzieli się na: wolną podczerwień 0,576 Mb/s; umiarkowaną podczerwień,57 Mb/s; szybką podczerwień 4 Mb/s. Janusz Kleban Sieci LAN 59 Hot Spot Hot Spot, czyli publiczny punkt dostępowy do sieci bezprzewodowej, daje po zalogowaniu dostęp do usług oferowanych przez operatora, głównie chodzi o dostęp do Internetu. Daje możliwość tworzenia sieci PWLAN (ang. Public WLAN). Przy takich publicznych punktach dostępu istnieje ograniczenie mobilności, ale głównie chodzi o gwarantowanie usług bezprzewodowych tam, gdzie są one niezbędne (lotniska, dworce kolejowe, banki, hotele itd.). Sieć Hot Spot buduje się przy użyciu technologii 802.b z wykorzystaniem pasma 2,4 GHz. Janusz Kleban Sieci LAN 60

21 Hot Spot Istnieją dwa modele punktów Hot Spot:. płatny zainteresowani są głównie operatorzy sieci GSM, 2. bezpłatny zainteresowani są głównie przedstawiciele branży hotelarskiej, chcieliby oni oferować większy zakres usług. Janusz Kleban Sieci LAN 6