Warstwa Fizyczna i Łącza

Transkrypt

1 Warstwa Fizyczna i Łącza

2 Warstwa fizyczna

3 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

4 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

5 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

6 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..

7 Parametry transmisji Częstotliwość [Hz - Hertz] (1Hz = 1 / s ) ilość okresów sygnału mieszczących się w czasie 1[s] Pasmo przepuszczania Brak tłumienia pasmo przepuszczania Silne tłumienie obszar zaporowy 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.

8 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..

9 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 Tłumienie sygnału (długość kanału)

10 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

11 Odbicia sygnału Impedancja wejściowa Brak dopasowania impedancyjnego powoduje odbicie sygnału. Odbicie - propagacja fali elektromagnetycznej w przeciwnym kierunku Aby nie było odbić Z we = Z 0 = Z k Dopasowanie impedancyjne sygnał dostarczany jest do medium z pełną mocą Z we = Z 0 = Z k = 50 Ohm (R=0) linia bezstratna Impedancja wyjściowa / końcowa Impedancja medium Brak dopasowania impedancyjnego Z k =100 Amplituda sygnału zależna od miejsca

12 Opóźnienie sygnału Prędkość fali elektromagnetycznej: Gdzie : c prędkość światła - przenikalność elektryczna ośrodka - przenikalność magnetyczna ośrodka Problem wykrycia zajętości kanału Stacja A rozpoczyna nadawanie

13 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

14 Opóźnienie sygnału Prędkość fali elektromagnetycznej: Gdzie : c prędkość światła - przenikalność elektryczna ośrodka - przenikalność magnetyczna ośrodka Problem wykrycia zajętości kanału Kolizja sygnałów konieczność retransmisji

15 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

16 zewnętrzny cylindryczny przewodnik otacza pojedynczy wewnętrzny przewodnik Kabel koncentryczny 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

17 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 Skrętka nieekranowana UTP Unshilded Twisted Pair Łatwy do zainstalowania Narażony na interferencję i zakłócenia Najszybsze medium wykorzystujące miedziane przewody Odległość miedzy wzmacniaczami musi być mniejsza niż dla kabli koncentrycznych

18 Idea działania skretki Sygnał kodowany różnicowo bez zakłócenia Wyindukowane zakłócenie nie wpływa na sygnał róznicowy

19 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 S/FTP Shield Twisted Pair

20 Skrętka ekranowana STP Shield Twistem Pair

21 Skrętka ekranowana FTP Shield Twistem Pair

22 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 Kabel Światłowodowy

23

24

25 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

26 Warstwa łącza

27 Typy i topologie sieci LAN składanie elementów w sieć

28 Typy sieci ze względu na rodzaj połączeń pomiędzy hostami

29 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

30 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

31 magistralowe sieci LAN nośnik interfejs fizyczny, nad-biornik dla każdego urządzenia przyłączanego do sieci nie używają wzmacniaków ogranicza odległość i liczbę urządzeń zapomniane

32 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

33 sieci WAN łączą sieci LAN routery bez utraty odrębności dowolna odległość wiele wzmacniaków które stanowią całkowicie zintegrowana część infrastruktury komercyjnej

34 Typy sieci LAN i topologie

35 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

36 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

37 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

38 Typy sieci ze względu na architekturę równorzędne, każdy z każdym, Peer to peer oparte na serwerach, klient-serwer, client/serwer

39 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

40 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 oparte na serwerach

41 Topologie sieci

42 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)

43 magistrala jeden kabel jeden kanał sieć równorzędna terminatory - odbicia proste niedrogie ograniczenia: odległość funkcjonalność skalowalność dla małych sieci specyfikacja IEEE 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

44 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 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)

45 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 gwiazda

46 przełączana wiele połączeń urządzeń z portami koncentratora przełączającego 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) 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

47 Technologie sieciowe Na podstawie: d/doc/cisintwk/ito_doc/

48 Technologie sieciowe Ethernet Token Ring FDDI ATM

49 Ethernet

50 Ethernet = 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.

51 Szybkości transmisji 10 Mb/s 100 Mb/s 1 Gb/s (1999 rok) 10 Gb/s (2002 rok) 100 Gb/s

52 Standardy 10MB 10BASE5 - Kabel koncentryczny, 50 [ohm]- Baseband(manchester) Magistrala - 500m BASE2 - Kabel koncentryczny 50[ohm]- Baseband(manchester) Magistrala - 185m Base-T - Nieekranowana skrętka przewodów- Baseband(manchester) Gwiazda - 100m 10Base_FP Światlowód - Manchester on-off Gwiazda - 500m - 33

53 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.

54 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 ( bajtów) - jeżeli dane mniejsze niż 46 bajtów, to uzupełniane są zerami suma kontrolna (4 bajty) CRC

55 Simplex / duplex / półduplex Sposób wymiany danych pomiędzy Simplex transmisja jednokierunkowa Półduplex jak jeden nadaje to drugi słucha Duplex jednoczesne nadawanie i odbieranie

56 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!

57 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.

58 IBM Token Ring/IEEE 802.5

59 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 (token ring) nie definiuje topologii sieci Nie definiuje medium transmisyjnego

60

61 IBM Token Ring Łączenie różnych MSAU w postaci ringu

62 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

63 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

64 FDDI

65 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

66 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

67 FDDI - podstawy

68 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)

69 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

70

71 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 koncentratora Korzyści - 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

72 Urządzenie DAS

73 Koncentrator DAC

74 Zasada niezawodności

75 ATM

76 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

77 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).

78 Pojęcia Kanał wirtualny musi być ustanowiony przed transmisją danych Wirtualna ścieżka zbiór wirtualnych kanałów Ścieżka transmisyjna zbór wirtualnych ścieżek

79 Topologie złożone

80 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

81 topologie złożone skalowalność topologii podstawowych jest ograniczona rozszerzenia połączenia łańcuchy szeregowe połączenie koncentratorów sieci łańcuchowanie specyfikacja LAN 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

82 hierarchiczne pierścienie 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

83 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

84 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 hierarchiczne melanże

85 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 topologicznotechnologicznych przyłączanie stacji

86 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 serwera

87 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 sieci WAN

88 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 przyłączanie do szkieletu

89 szereg koncentratorów połączonych łańcuchowo dla małych sieci szkielet szeregowy

90 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 rozproszony

91 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 segmentowy

92 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 szkielet równoległy

93 Alternatywne rozwiązania warstwy łacza

94 InfiniBand Myrinet Quadrics Scalable Coherent Interface