Sieci komputerowe. Wykład 2: Sieci LAN w technologii Ethernet. Marcin Bieńkowski. Instytut Informatyki Uniwersytet Wrocławski

Sieci komputerowe Wykład 2: Sieci LAN w technologii Ethernet Marcin Bieńkowski Instytut Informatyki Uniwersytet Wrocławski Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 1 / 27

Sieci LAN LAN: Local Area Network sieć lokalna Zazwyczaj nieduża Na małym obszarze (do kilkuset metrów) Szybka Dzisiaj zajmiemy się warstwa 1 (fizyczna) i 2 (łacza danych) dla najpopularniejszego typu sieci lokalnych: Ethernetu. Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 2 / 27

Sieci LAN LAN: Local Area Network sieć lokalna Zazwyczaj nieduża Na małym obszarze (do kilkuset metrów) Szybka Dzisiaj zajmiemy się warstwa 1 (fizyczna) i 2 (łacza danych) dla najpopularniejszego typu sieci lokalnych: Ethernetu. Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 2 / 27

Warstwa fizyczna Warstwa fizyczna 3 podstawowe typy Ethernetu, różniace się szybkościami przesyłu Ethernet (10 Mbit/sek) Fast Ethernet (100 Mbit/sek) Gigabit Ethernet (1 Gbit/sek) Uwaga: M = Mega = 1.000. Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 3 / 27

Kable Warstwa fizyczna Kabel koncentryczny (10Base2) Ethernet 10 Mbit/sek Obrazek ze strony http://www.phy.davidson.edu/stuhome/phstewart/il/speed/cableinfo.html Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 4 / 27

Kable, cd. Warstwa fizyczna Koncentryk, cd. Kabel długości do 200m Transmisja półdupleksowa Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 5 / 27

Kable, cd. Warstwa fizyczna Światłowody Wszystkie przepustowości (choć stosowany raczej przy wyższych przepustowościach). Niewrażliwe na przepięcia, zakłócenia elektromagnetyczne. Moga być bardzo długie. Trudno się podpiać w środku bezpieczeństwo. Transmisja zazwyczaj simpleksowa (po jednej stronie dioda laserowa do nadawania, po drugiej fotodioda do odbierania). Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 6 / 27

Kable, cd. Warstwa fizyczna Skrętka (ang. twisted pair), (10Base-T, 100Base-T*, 1000Base-T*) Najtańsze i najpopularniejsze rozwiazanie Różne kategorie przewodów z różnymi możliwościami kat. 3-16 Mhz kat. 5-100 Mhz kat. 6-250 Mhz Działa na odległość ok. 100m, powyżej tego limitu wzmacniaki (repeater) Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 7 / 27

Kable, cd. Warstwa fizyczna Skrętka, cd. 8 przewodów w środku. Dwupunktowa: komputer z komputerem lub komputer z urzadzeniem sieciowym Więcej niż dwa komputery koncentrator (hub) W obu przypadkach kable takie same, ale permutacja przewodów na złaczach jest różna kabel prosty, kabel z przeplotem (crossed) Możliwa transmisja pełnodupleksowa Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 8 / 27

Przesyłanie bitów Warstwa fizyczna Standardowe podejście: kodujemy bit 0 jako 1V, a 1 jako 1V (albo podobnie). Problem długie ciagi zer lub jedynek moga być źle zliczane przez odbiornik. Rozwiazanie Kodowanie Manchester Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 9 / 27

Przesyłanie bitów Warstwa fizyczna Standardowe podejście: kodujemy bit 0 jako 1V, a 1 jako 1V (albo podobnie). Problem długie ciagi zer lub jedynek moga być źle zliczane przez odbiornik. Rozwiazanie Kodowanie Manchester 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 Kodowanie binarne Kodowanie Manchester Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 9 / 27

Kolizje Warstwa fizyczna Sieć złożona z komputerów, wzmacniaków i koncentratorów. Jeśli jeden komputer wysyła bit, to słysza go wszystkie inne komputery. Jeśli dwa komputery nadaja jednocześnie, to pojawiaja się kolizje. Sama warstwa fizyczna nie umie sobie radzić z kolizjami; potrzebuje pomocy warstwy drugiej. Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 10 / 27

Kolizje Warstwa fizyczna Sieć złożona z komputerów, wzmacniaków i koncentratorów. Jeśli jeden komputer wysyła bit, to słysza go wszystkie inne komputery. Jeśli dwa komputery nadaja jednocześnie, to pojawiaja się kolizje. Sama warstwa fizyczna nie umie sobie radzić z kolizjami; potrzebuje pomocy warstwy drugiej. Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 10 / 27

Kolizje, cd. Warstwa łacza danych Można kupić sprzęt, który działa jak koncentrator, ale madrzej: przełacznik sieciowy (ang. switch). Jednak: O przełacznikach będzie potem. A jeśli nas nie stać na przełacznik? A jeśli żyjemy w latach, kiedy jeszcze nie było przełaczników? Co z sieciami radiowymi? Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 11 / 27

Warstwa łacza danych Protokół CSMA/CD Protokół CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) Załozenia: Wiele nadajników korzysta ze wspólnego medium. Wykrywanie nośnej (carrier sense) wszyscy wiedza kiedy ktoś inny nadaje. Wykrywanie kolizji wiemy, że nastapiła. Nie ma dodatkowego kanału na komunikaty kontrolne. Sytuacja jak w rozmowie konferencyjnej paru osób. Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 12 / 27

Warstwa łacza danych Protokół CSMA/CD, cd. Algorytm odczekiwania wykładniczego (wersja podstawowa) Zaczynamy w momencie kiedy zwolni się łacze. Dzielimy czas na szczeliny, każda długości 2 τ, gdzie τ = max czas propagacji sygnału. 1 k 0 2 Patrzymy na fazę f k złożona z 2 k szczelin, losujemy jedna szczelinę r z f k. 3 Próbujemy nadać w r. O niepowodzeniu dowiadujemy się przed końcem bieżacej szczeliny. 4 Koniec fazy f k 5 k k + 1; powrót do 2. Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 13 / 27

Warstwa łacza danych Protokół CSMA/CD, cd. Algorytm odczekiwania wykładniczego (wersja rzeczywista) Fazy f k dla k > 10 składaja się z 2 10 szczelin Jeśli k > 16, to algorytm poddaje się i zgłasza bład wysyłania warstwie 3. Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 14 / 27

Warstwa łacza danych Protokół CSMA/CD, cd. Będziemy analizować prostszy algorytm: W każdej szczelinie każdy z komputerów nadaje z prawdopodobieństwem p. Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 15 / 27

Warstwa łacza danych Co się dzieje w warstwie drugiej Zadania warstwy drugiej Udostępniać dobrze zdefiniowany interfejs warstwie trzeciej (WYŚLIJ_PAKIET / ODBIERZ_PAKIET) Radzić sobie z błędami transmisji Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 16 / 27

Warstwa łacza danych Budowa ramki ethernetowej 8 6 6 2 0 1500 0 46 4 Preambu la Adres docelowy Adres zrodlowy D lug. Dane Wype lnienie Suma kontrolna Dane to pole, w którym jest zazwyczaj pakiet wygenerowany przez warstwę trzecia. Preambuła: ciag 0101010101..., zakodowany Manchesterem pozwala zsynchronizować zegar nadajnika z zegarem odbiornika. Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 17 / 27

Warstwa łacza danych Adresy ethernetowe Adres MAC 6-bajtowy ciag, przykładowo: 00:14:2A:1F:F3:BA. Przypisany (teoretycznie) na stałe do karty sieciowej. W praktyce można go łatwo zmienić. Pierwsze trzy bajty przyznaje IEEE producentowi kart sieciowych, ostatnie trzy nadaje nadaje producent dowolnie. Teoretycznie unikatowy. Przypadki szczególne Jeśli wszystkie bity adresu odbiorcy sa równe 1, to jest to adres broadcast. Jeśli pierwszy adresu odbiorcy jest równy 1, to jest to adres multicast (rozgłaszania grupowego). musi być obsługiwany przez infrastrukturę sieciowa. Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 18 / 27

Warstwa łacza danych Adresy ethernetowe Adres MAC 6-bajtowy ciag, przykładowo: 00:14:2A:1F:F3:BA. Przypisany (teoretycznie) na stałe do karty sieciowej. W praktyce można go łatwo zmienić. Pierwsze trzy bajty przyznaje IEEE producentowi kart sieciowych, ostatnie trzy nadaje nadaje producent dowolnie. Teoretycznie unikatowy. Przypadki szczególne Jeśli wszystkie bity adresu odbiorcy sa równe 1, to jest to adres broadcast. Jeśli pierwszy adresu odbiorcy jest równy 1, to jest to adres multicast (rozgłaszania grupowego). musi być obsługiwany przez infrastrukturę sieciowa. Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 18 / 27

Warstwa łacza danych Adresy ethernetowe, cd. Tryb nasłuchu (promiscuous mode) Tryb, w którym karta przetwarza wszystkie adresy, nie tylko przeznaczone dla niej. Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 19 / 27

Długość ramki Warstwa łacza danych Max długość danych = 1500 bajtów = max długość ramki = 1518 (+ preambuła). Względy historyczne droga pamięć RAM. Małe dane maja większa szanse na dotarcie. Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 20 / 27

Warstwa łacza danych Długość ramki, cd Min długość danych = 46 bajtów (za mało danych = wypełnienie). Łatwiej odróżnić poprawna ramkę od śmieci. Wysyłanie powinno trwać minimalnie czas 2 τ (τ = czas propagacji sygnału przez cały kabel). Gwarancja, że nadawca dowie się o niepowodzeniu wysyłania. Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 21 / 27

Mosty Przełaczanie w warstwie łacza danych Most (ang. bridge) Łaczy dwie sieci lokalne. Rozumie protokoły warstwy drugiej. Uczy się w trakcie działania, które adresy MAC leża w której sieci lokalnej. Kolejne transmisje przechodza przez most tylko w razie konieczności: izolacja kolizji wewnatrz sieci lokalnych, ale komunikacja między sieciami możliwa większa prywatność. Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 22 / 27

Przełaczanie w warstwie łacza danych Przełaczniki sieciowe Przełacznik (ang. switch) Generalizacja mostu, wiele złacz Do złacz można podpiać całe sieci jak i pojedyncze komputery. Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 23 / 27

Przełaczanie w warstwie łacza danych Domena kolizyjna Domena kolizyjna: pozdbiór krawędzi po których propaguja się kolizje. Przykładowo: S H Zamiennie używa się pojęcia segment sieci. Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 24 / 27

Przełaczanie w warstwie łacza danych Domena broadcast Domena broadcast Komputery osiagalne przez adres rozgłoszeniowy. Domena broadcast jest cała sieć LAN. Granice d.b. = routery i inne urzadzenia pracujace w warstwie trzeciej. Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 25 / 27

Sumy kontrolne Korekcja błędów Ramka ethernetowa zawiera 4-bajtowe pole na sumę kontrolna. Jest to tak zwana suma CRC. Znacznie prostszym schematem kontrolnym jest bit parzystości. Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 26 / 27

Bit parzystości Korekcja błędów m-bitowy komunikat; dodajemy 1 bit, tak żeby suma bitów równych 1 w powstałym (m + 1)-bitowym ciagu była parzysta. Bit parzystości pozwala wykryć wszystkie błędy polegajace na zamianie pojedynczego bitu. Ale juz zamiana dwóch bitów przejdzie niezauważona. Sieci komputerowe (II UWr) Wykład 2 27 / 27