Telekomunikační sítě LAN sítě

Transkript

1 Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB-TU Ostrava Telekomunikační sítě LAN sítě Datum: Autor: Ing. Petr Machník, Ph.D. Kontakt: petr.machnik@vsb.cz Předmět: Telekomunikační sítě ts_120214_kapitola3

2 LAN sítě Ing. Petr Machník, Ph.D.

3 LAN sítě Cílem LAN (Local Area Networks) sítí je propojit počítače umístěné v omezené oblasti do podoby počítačové sítě. LAN je obvykle spravována pouze jednou organizací. Důležité charakteristiky LAN sítí: velikost pokrytého území, počet připojených počítačů, počet a typ nabízených služeb, požadované přenosové rychlosti. V LAN sítích se používají kabelové i bezdrátové technologie. V LAN sítích se používají obvykle jiné technologie než ve WAN sítích. 2

4 Sada protokolů v LAN sítích LAN technologie využívají jen funkce fyzické a spojové vrstvy. Fyzická vrstva se zabývá reprezentací bitů pomocí elektrických nebo optických signálů nebo elektromagnetických vln, dále se zabývá kabely, konektory, kódováním bitů atd. Spojová vrstva má dvě podvrstvy Řízení logického spoje (Logical Link Control - LLC) a Řízení přístupu k médiu (Media Access Control - MAC). Funkce LLC podvrstvy jsou obvykle implementovány softwarově a funkce MAC podvrstvy jsou implementovány jak pomocí hardwaru (síťový adaptér, síťová karta), tak i pomocí softwaru (ovladač síťové karty). 3

5 Sada protokolů v LAN sítích podle IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) (vybrané protokoly) 4

6 MAC podvrstva zajišťuje přístup k přenosovému médiu, vytváří rámce, přenáší rámce mezi zařízeními v síti. Jedním z hlavních algoritmů pro přístup k sdílenému přenosovému médiu je náhodný přístup. Jeho principem je, že stanice s rámcem připraveným k přenosu se ho pokusí odeslat bez koordinace využívání sdíleného přenosového média s jinými stanicemi. Důsledkem je riziko kolize. Tato metoda negarantuje přenos rámce v určitém čase. 5

7 Deterministický přístup je jinou metodou přístupu k sdílenému přenosovému médiu. U této metody je doba čekání na přístup k médiu předem známa. Existují dva algoritmy s deterministickým přístupem k médiu: token passing a polling. Sítě s deterministickým přístupem lépe podporují kvalitu služby (QoS) a lépe fungují v době zahlcení sítě provozem. Na druhou stranu sítě s náhodným přístupem jsou efektivnější a levnější. 6

8 LLC podvrstva vytváří rozhraní k síťové vrstvě, která s ní sousedí, zajišťuje bezchybný přenos rámců mezi zdrojem a cílem. LLC podvrstva umožňuje spolupráci různých protokolů síťové vrstvy s různými přístupovými metodami a technologiemi definovanými v MAC podvrstvě. 7

9 Síťové topologie Fyzická topologie popisuje, jak jsou síťová zařízení mezi sebou pospojována. Logická topologie popisuje, jakým způsobem jsou data vyměňována mezi síťovými zařízeními. Příklady topologií: sběrnice, kruh, hvězda, rozšířená hvězda. Srovnání: počítače propojené pomocí rozbočovače (hub) fyzickou topologií je hvězda, logickou topologií je sběrnice. Počítače propojené pomocí přepínače (switch) fyzickou i logickou topologií je hvězda. 8

10 Ethernet (IEEE 802.3) Ethernet je v současnosti nejrozšířenější LAN technologie. Hlavní příčinou úspěchu Ethernetu je jeho jednoduchost a nízká cena. Pojem Ethernet obvykle zahrnuje různé varianty této technologie Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10G Ethernet, 40G Ethernet a 100G Ethernet. V užším smyslu je Ethernet síťový standard pro přenos dat rychlostí 10 Mbit/s, který byl vytvořen koncem 70. let 20. století jako proprietární standard. Začátkem 80. let byl Ethernet standardizován pracovní skupinou IEEE

11 CSMA/CD CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) je přístupová metoda používaná u Ethernetu. Je to metoda s náhodným přístupem. Tento algoritmus umožňuje více stanicím pokusit se o přístup k sdílenému přenosovému médiu. Pokud je médium volné (není detekována nosná frekvence), stanice může vyslat svůj rámec. Pokud médium není volné, stanice musí počkat, dokud médium nebude volné. Naslouchání nosné nezaručuje eliminaci situace, kdy se dvě nebo více stanic pokusí současně vyslat své rámce, protože detekují prázdné přenosové médium. Taková situace se nazývá kolize. Poté, co je kolize detekována, musí tyto stanice přestat vysílat a pak musí čekat po náhodnou dobu než se pokusí o nové vysílání. 10

12 Tato čekací doba exponenciálně roste, pokud nastane více po sobě jdoucích kolizí. Formát Ethernet rámce Existuje více verzí Ethernet rámců DIX/Ethernet II, 802.3/LLC, původní 802.3/Novell 802.3, Ethernet SNAP. DIX/Ethernet II je nejběžnější typ rámce v IP sítích. V Ethernetu se používají jako fyzické adresy zařízení v síti MAC adresy. Formát Ethernet rámce (DIX/Ethernet II) 11

13 Varianty Ethernetu Variantami Ethernetu jsou: Klasický Ethernet (přenosová rychlost 10 Mbit/s), Fast Ethernet - IEEE 802.3u (přenosová rychlost 100 Mbit/s), Gigabit Ethernet - IEEE 802.3z pro optické a STP kabely, IEEE 802.3ab pro UTP kabely, 10 Gigabit Ethernet - IEEE 802.3ae, 40 Gigabit Ethernet a 100 Gigabit Ethernet - IEEE 802.3ba. Liší se použitým bitovým kódováním. Varianty s vyšší rychlostí mají vyšší požadavky na kvalitu kabelů. 10, 40 a 100 Gigabit Ethernet jsou navrženy pro plně duplexní spojení typu bod bod přes optická vlákna. Na krátkou vzdálenost (do 10 m) lze použít i metalický kabel. Jsou velmi užitečné i v MAN a WAN sítích. Metoda CSMA/CD již není použitá. 12

14 Token Ring (IEEE 802.5) U technologie Token Ring se používá deterministická přístupová metoda, která se nazývá token passing. Používá se zde kruhová topologie, v níž se odeslaný rámec vždy vrátí k odesílateli. V některých případech je síť schopna automaticky opravit chyby (například ztracené rámce token mohou být obnoveny). Řízením komunikace je pověřena jedna stanice. Princip přístupové metody token passing: V síti Token Ring každá stanice může obdržet data přímo jen od jedné stanice té, která ji předchází v rámci kruhu. Každá stanice posílá svá data do nejbližší sousední stanice v definovaném směru v rámci kruhu. Když stanice přijme rámec token a nemá data k odeslání, pošle token k další stanici. 13

15 Pokud token dorazí do stanice, která má data k odeslání, tak tato stanice token odebere ze sítě, což jí dá právo k přístupu k fyzickému médiu a tím k odeslání svých dat. Stanice odešle svá data do sítě pomocí speciálního rámce. Tento rámec obsahuje zdrojovou a cílovou adresu. Přenášená data putují kruhovou sítí jedním směrem od jedné stanice k druhé. Když rámec dorazí k cílové stanici, stanice rozpozná podle cílové adresy, že jí tento rámec náleží, a proto jej zkopíruje do vnitřního bufferu. Poté nastaví v rámci indikátor potvrzení přijetí a rámec odešle dál do sítě. Když stanice, která původně rámec odeslala do sítě, ho opět obdrží včetně potvrzení o přijetí cílovou stanicí, tak rámec ze sítě odebere a odešle do sítě nový token. Tím je umožněno dalším stanicím přenášet svá data. 14

16 Přenosové rychlosti: 4 Mbit/s nebo 16 Mbit/s. Maximální počet stanic je 260, maximální délka kruhu tvořícího síť je 4 km. Token Ring je spolehlivější než Ethernet a lépe přenáší prioritní data. V současnosti je ale tato technologie již zastaralá ve srovnání s vysokorychlostními verzemi Ethernetu. Síť Token Ring 15

17 FDDI (Fiber Distributed Data Interface) FDDI byla první LAN technologie, která začala používat optická vlákna jako přenosové médium. Lze ale použít i metalické kabely. FDDI vychází v mnoha ohledech z technologie Token Ring. Sítě FDDI jsou tvořeny dvěma kruhy, které propojují jednotlivé stanice. Jeden kruh je hlavní a druhý záložní. Použití dvou kruhů zvyšuje odolnost sítě vůči poruchám. Důležité stanice, které potřebují větší odolnost proti poruchám, jsou připojeny k oběma kruhům. Technologie FDDI umožňuje přenášet rámce přenosovou rychlostí 100 Mbit/s pomocí dvojitého kruhu tvořeného optickými vlákny o délce až 100 km. Maximální počet stanic propojených kruhem je

18 Funkce FDDI Za normálních okolností jsou data přenášena mezi stanicemi jen přes primární kruh. Tento mód činnosti se označuje jako tzv. thru mode. Sekundární kruh se v tomto případě nepoužívá. Pokud dojde k poruše (z důvodu přerušení kabelu nebo výpadku některé stanice) a část primárního kruhu není možné použít k přenosu dat, propojí se primární a sekundární kruh tak, aby společně vytvořily uzavřený kruh. Tento mód činnosti se nazývá wrap mode. FDDI sítě jsou odolné vůči poruše jedné její části. Při více poruchách se síť rozdělí do několika oddělených částí. FDDI používá stejnou přístupovou metodu jako Token Ring, tj. token passing. 17

19 Síť FDDI FDDI nabízí dvě služby: synchronní služba garantuje určitou přenosovou rychlost jednotlivým stanicím. Zbytek se použije pro asynchronní službu. asynchronní služba dynamicky přiděluje přenosovou rychlost. 18

20 Typy koncových zařízení Standard FDDI definuje následující typy koncových zařízení: stanice třídy A je připojena k oběma kruhům, stanice třídy B je připojena jen k primárnímu kruhu, koncentrátor připojuje stanice třídy B k oběma kruhům. 19

21 Použití FDDI Technologie FDDI byla vyvinuta pro propojení velkých LAN sítí například pro propojení více budov. Také se používala pro připojení výkonných serverů do sítě. Výhody: přenos dat vysokou rychlostí, odolnost vůči poruchám, velký dosah sítě. Nevýhody: vysoká cena. 20

22 FDDI II FDDI II nabízí vedle synchronní a asynchronní služby i izochronní službu. Tato služba používá přepínání kanálů. FFOL (FDDI-Follow-On-LAN) Technologie FFOL byla navržena pro propojení sítí FDDI. Data může přenášet rychlostmi 155 Mbit/s a 622 Mbit/s, které vycházejí z rychlostí používaných páteřní transportní technologií SDH (Synchronous Digital Hierarchy). 21

23 Použitá literatura: OLIFER, Natalia, OLIFER, Victor. Computer Networks: Principles, Technologies and Protocols for Network Design. Chichester : John Wiley & Sons, s. ISBN BLUNÁR, Karol, DIVIŠ, Zdeněk. Telekomunikační sítě, 1.díl. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, ISBN