Sieci komputerowe - warstwa fizyczna

Transkrypt

1 Sieci komputerowe - warstwa fizyczna mgr inż. Rafał Watza Katedra Telekomunikacji AGH Al. Mickiewicza 30, Kraków, Polska tel , fax watza@kt.agh.edu.pl

2 Wprowadzenie Algorytmy dostępu do wspólnego medium transmisyjnego Aloha CSMA, CSMA/CD, CSMA/CD Token Passing Protokół Ethernet struktura ramki znaczenie bitów i pól Rafał Watza KT AGH watza@kt.agh.edu.pl 2

3 Rywalizacja Metody dostępu do wspólnego medium Konkurencja o dostępny kanał lub pasmo Wspólna domena kolizyjna Brak centralnego punktu sterującego Przekazywanie tokenu Wskaźnik, ramka której posiadanie zezwala na nadawanie danych Przekazywanie tokena po skończonym nadawaniu, gdy brak transmisji Możliwość przetrzymania tokena przez krótki czas w przypadku braku danych do transmisji (lub niezwłoczne przekazanie dalej) Węzeł odpowiedzialny za odświeżanie tokena, włączanie nowych stacji i likwidacji nieaktywnych Priorytety żądań i przesłań Przełączania między stacjami nadającymi Rafał Watza KT AGH watza@kt.agh.edu.pl 3

4 Metody dostępu do wspólnego medium Priorytety żądań i przesłań standard dla sieci 100 Mb/s zapewnienie obsługi procesów uprzywilejowanych przesłanie sygnału idle przez wolny port urządzenia algorytmy arbitrażowe dla procesów równoprawnych niemożliwość nadawania dwa razy pod rząd żądania normalne otrzymują wysoki priorytet po oczekiwaniu 250 ms Przełączania między stacjami nadającymi najczęściej w komutowanych sieciach LAN zamiast poprzednich algorytmów zwiększa się sprawność sieci LAN przy przełączaniu współdzielonych koncentratorów lub urządzeń przełączanie na zasadzie rywalizacji lub tokenu Rafał Watza KT AGH watza@kt.agh.edu.pl 4

5 Algorytm ALOHA Stosowanie w sieciach radiowych Rozpoczęcie nadawania przez stację w dowolnym momencie Nadanie całej ramki (dozwolonej MTU) Potwierdzenie odebrania ramki przez odbiorcę Bardzo niska odporność na kolizje Losowa długość czasu opóźnienia w przypadku konieczności retransmisji Rafał Watza KT AGH watza@kt.agh.edu.pl 5

6 Carrier Sense Multiple Access W danej chwili w danym segmencie fizycznym sieci nadawać może tylko jedna jednostka Nasłuchiwanie stanu zajętości łącza (carrier sense) Brak transmisji = możliwość nadawania Strefa buforowa (rand time), transmisja danych, strefa buforowa (fixed time 9,6 µs) 96 bitów dla 10 Mb/s Kolizja przy dwóch lub więcej transmisjach jednoczesnych Rywalizacja bitów 0 i 1 Transmisja sygnału między PC1 i PC2 w skończonym odcinku medium, w czasie t Wykrycie kolizji po tym czasie t Rafał Watza KT AGH watza@kt.agh.edu.pl 6

7 Carrier Sense Multiple Access Odsłuchanie swojego sygnału, decyzja o przerwaniu i ponowieniu nadawania Określony czas nadawania (zajętości łącza przez jedną jednostkę) Nadawanie w trybie Simplex Nadawanie w trybie Full-Duplex wymaga medium oferującego min 2 kanały (koncentryk się nie nadaje) Ciągła komunikacja dwukierunkowa tylko przy dwóch urządzeniach lub między switchami Rafał Watza KT AGH watza@kt.agh.edu.pl 7

8 CSMA / Collision Detection Odmiana CSMA Konieczność retransmisji Brak konieczności potwierdzenia odbioru Podtrzymanie nadawania po wykryciu kolizji w celu zwiększenia prawdopodobieństwa wykrycia kolizji przez pozostałe jednostki Czas wymuszenia transmisji to 32bity (3,2 µs dla 10 Mb/s) Kolizja przy transmisji preambuły = ponowienie preambuły i zaprzestanie nadawania Maksymalnie 16 prób retransmisji Rafał Watza KT AGH watza@kt.agh.edu.pl 8

9 Sieć Ethernet Standard protokołu Ethernet IEEE Topologia: magistrala Medium: cienki kabel koncentryczny Prędkość transmisji: 10Mbit/s Najczęściej sieć LAN Protokół warstwy fizycznej Geneza: Xerox Corporation 1975 r. + rozwinięcie DEC oraz Intel Adresacja na poziomie fizycznym (MAC) Rafał Watza KT AGH watza@kt.agh.edu.pl 9

10 Działanie sieci Ethernet Ramka zawierająca bity pakietów IP (enkapsulacja) Komunikacja między maszynami na podstawie adresu fizycznego karty (MAC) Przesyłanie ramki w medium na zasadzie broadcast-u Rafał Watza KT AGH watza@kt.agh.edu.pl 10

11 Budowa ramki Ethernet Długość w bajtach Zawartość Preambuła Adres docelowy Adres źródłowy Długość Dane FCS (CRC) Rafał Watza KT AGH watza@kt.agh.edu.pl 11

12 Opis pól ramki Preambuła naprzemienny ciąg 0 i 1 informujący o rozpoczęciu ramki SFD (Start of Frame Delimiter) kończy ciąg preambuły ciągiem Adresy liczby 48- bitowe określające nadawcę i odbiorcę ramki (MAC) Długość liczba bajtów danych, które nastąpią w następnym polu (max 1500). Czasem jest to kod protokołu warstwy wyższej Dane bity pochodzące z warstwy wyższej (np. pakiet IP) PAD wypełnienie bitowe, w przypadku długości danych mniejszej niż 46 bajty FCS (Frame Check Sequence) suma kontrolna potwierdzająca prawidłowy odbiór danych przez odbiorcę Rafał Watza KT AGH watza@kt.agh.edu.pl 12

13 Cechy ramki Ethernet Szczelina czasowa to 512 bitów (dla 10 Mb/s i 100 Mb/s) Czas potrzebny na przejście sygnału między końcami segmentu o max rozmiarze (czas propagacji) Czas potrzebny na rozwiązanie kolizji między jednostkami Bufor urządzeń sieciowych i czas reakcji Minimalny rozmiar ramki to 64 B Rafał Watza KT AGH watza@kt.agh.edu.pl 13

14 Rozmiary ramki Minimalnie (bez preambuły i SFD) 6B + 6B + 2B + 46B + 4B = 64B Maksymalnie (jw.) 6B + 6B + 2B B + 4B = 1518B Rafał Watza KT AGH watza@kt.agh.edu.pl 14

15 Warstwy LLC i MAC (802.3) LLC sterowanie łączem logicznym Izoluje protokoły warstwy wyższej od właściwej metody dostępu do medium Mechanizm uniezależniający protokoły warstw wyższych od różnych topologii i architektur sieci Wspólny interfejs dla wszystkich architektur i odmian sieci Rafał Watza KT AGH watza@kt.agh.edu.pl 15

16 Warstwy LLC i MAC MAC sterowanie dostępem do nośnika Odpowiada za połączenie z warstwą fizyczną i wysłanie sygnału Enkapsulacja danych w ramki Ethernetowe Testy integralności danych, sprawdzanie poprawności bitów ramki Ocena dostępności pasma dla przesłania danych (własne algorytmy oczekiwania na dostępność pasma) Wykrywa kolizje i dokonuje retransmisje Rafał Watza KT AGH watza@kt.agh.edu.pl 16

17 Funkcje MAC (Media Access Control) Adres MAC nadawany przez organizację międzynarodową, każdemu producentowi unikalną pulę adresów (48-bitowe) Protokół kontroli MAC odpowiedzialny jest za obsługę wadliwych ramek Jeśli stacja odbierze kod 0x8808 w polu typu ramki, to odczytuje kod operacji (pierwsze dwa bajty pola danych) Obsługuje zagubione ramki, uszkodzone, niewłaściwe typy lub przeterminowane Rafał Watza KT AGH watza@kt.agh.edu.pl 17

18 Zasady działania Eternetu Określona długość jednego segmentu fizycznego (185 m lub 500 m), określone zasady łączenia segmentów Zakończenia magistrali: 50Ω terminatory Minimalna odległość między urządzeniami: 0,5 m lub 2,5 m Uziemienie tylko w jednym miejscu! Rafał Watza KT AGH watza@kt.agh.edu.pl 18

19 Wady protokołu Ethernet Brak mechanizmów kontroli przepływu i sterowania pasmem Brak obsługi sieci VLAN Brak realizacji QoS Stosunkowe krótkie ramki ( bajtów) Rafał Watza KT AGH watza@kt.agh.edu.pl 19

20 Modyfikacje standardu Wprowadzenie skrętki zamiast koncentryka (cienkiego i grubego) 1990 Topologia gwiazdy Większa elastyczność połączeń Większa niezawodność pracy Możliwość wprowadzenia dróg zapasowych Rafał Watza KT AGH watza@kt.agh.edu.pl 20

21 HDLC SDLC Inne protokoły warstwy fizycznej Rafał Watza KT AGH 21

22 Podsumowanie Rafał Watza KT AGH 22