IT_420 Komunikační technologie a služby

KIT VŠE v Praze IT_420 Komunikační technologie a služby Téma 6: Lokální komunikační sítě LAN Verze 1.5 Jandoš, Matuška

Obsah Lokální sítě (LAN) - úvod Topologie, strukturovaná kabeláž Metody přístupu k médiu Standardy LAN IEEE 802.3* (*Ethernet) Další technologie (Token Ring/Bus, ATM, 100VG AnyLAN, FDDI) Virtuální LAN (VLAN) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 2

LANy - úvod Základní rozdělení místních sítí LAN (Local Area Network) dle media využívaného pro přenos na: Drátové místní sítě Bezdrátové místní sítě V tomto tématu si všimneme drátových LAN (a společných partií s bezdrátovými). Bezdrátových LAN si všimneme v dalších tématech IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 3

LAN (1) Místní síť - omezená geografická oblast (jednotky kilometrů) Pravidelná topologie Přenosové médium je společné všem koncovým uzlům =>nutnost řízení přístupu k médiu Menší počet mezilehlých zařízení mezi koncovými uzly než ve WAN (nebo i žádné) Přenosové médium je typicky ve vlastnictví uživatele sítě Levnější technologie pro určitou rychlost než u WAN IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 4

LAN (2) Nižší chybovost než u WAN Na rozdíl od WAN typicky možnost jedním vysláním (tzv. broadcast) poslat rámec všem uzlům v síti (přesněji ve vysílací doméně viz téma č. 7). IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 5

Topologie LAN (1) Způsob rozmístění uzlů a jejich vzájemného propojení Fyzická jak jsou uzly propojeny spoji Logická jak putují data sítí U LAN spíše pravidelné topologie Sběrnicová: společné přenosové médium Kruhová: každý uzel má spojení na dva další Stromová (hvězdicová): centrální prvek a větve na listové uzly nebo další rozvětvovače IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 6

Topologie LAN (2) Sběrnicová Bus Hvězdicová Star/Extended star Stromová Tree/Extended Tree Kruhová Ring IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 7

Topologie LAN (3) Fyzická a logická topologie se může lišit! Díky některým charakteristikám fyzického média se ukázalo výhodné řešit fyzickou topologii jinak než logickou. Sítě měnily svou fyzickou topologii s vývojem nových médií, ale logické toky dat musely zůstat stejné kvůli kompatibilitě. Např. Ethernet s koncentrátory (hubs) Původně fyzická i logická sběrnice Dnes fyzický strom + logická sběrnice (ale i ta ustupuje stromu) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 8

Sdílené médium Data jsou vyslána do společného komunikačního prostředí (sdílené médium), kde naslouchají všechny okolní stanice. Pokud jsou data pro ně (poznají z adresy), pak je přečtou V jeden čas může vysílat pouze jedna stanice, pokud více=>kolize, data jsou nečitelná a musí se poslat znovu Potřeba řízení přístupu k médiu (použitím určité přístupové metody náhodné X deterministické), rozdělování času a přenosové kapacity jednotlivým stanicím Stanice, která získá přístup k mediu může typicky vyslat jeden rámec. Koaxiální kabel Sdílené médium Frekvenční spektrum v atmosféře Dvoubodové spoje propojené koncentrátory na 1. vrstvě OSI (hub, opakovač) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 9

Metody přístupu k médiu (1) Stanice může chtít vysílat V libovolném okamžiku Různou délku rámce (v určitém rozsahu) Metody přístupu k mediu (MPM) Neřízené (nedeterministické): nepoužívají řídící prvek (arbitr), který rozhoduje o tom, která stanice může vysílat. Negarantují stanici přístup k mediu v čase. Řízené (deterministické): používají řídící prvek. Garantují stanici přístup k mediu v čase. Centralizované: arbitr je jeden předem pevně určený uzel Decentralizované: roli arbitra plní více (všechny) uzlů IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 10

Metody přístupu k médiu (2) Prioritní X neprioritní metody zdali může některá stanice získat více pásma (např. vyslání více rámců) na úkor ostatních Nejčastěji se využívá neřízená (nedeterministická) metoda (např.csma) nebo deterministická decentralizovaná metoda (např. předávání vysílacího práva) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 11

MPM CSMA (3) Metoda CSMA Carrier Sense Multiple Access Neřízená metoda pro sběrnicové uspořádání Uzly soupeří o získání přístupu k mediu CS Uzly musí nejdříve naslouchat, zdali nikdo nic nepřenáší, a až poté může začít vysílat MA I přesto může zahájit vysílání ve stejném okamžiku několik uzlů nastane kolize Kolizi je potřeba určitými prostředky řešit např. rozšířením metody o dekeci kolize vysílacím uzlem - CSMA/CD IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 12

MPM CSMA/CD (1) Metoda CSMA/CD (Collision Detection) Uzly musí být schopny zjistit, že nastala kolize Pokud nastala, přestanou vysílat a znovu se pokusí vyslat totéž po náhodném časovém intervalu (opět musí nejdříve poslouchat, zda nikdo jiný nevysílá) Pokud se nové poslání nepodaří (nová kolize), postup se opakuje až do 16 pokusů, po kterých je o neúspěchu informována vyšší vrstva Tímto způsobem se musí chovat všechny stanice v síti (důležitý je zejména náhodný interval, aby se kolize neustále neopakovaly a vzájemně nekryly) Je možno vysílat broadcast pro všechny uzly v síti najednou IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 13

MPM CSMA/CD (2) Výhody CSMA/CD Jednoduchý algoritmus, snadná implementace, dobře vyzkoušeno v praxi dlouhodobým používáním Zcela distribuovaný postup, nemá centrální prvek, jehož poškození by odstavilo celou síť Nevýhody CSMA/CD Nezaručuje uzlu přístup k médiu v konečném čase Sama o sobě nezaručuje potvrzení o doručení rámce (musí zajistit vyšší vrstvy) Při vysoké zátěži a četných kolizích je přenos sítě velmi nízký IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 14

MPM CSMA/CD (3) Vysílá A Vysílají B+C Vysílají C+D Vysílá D -síť nevyužita Metoda CSMA/CD Soupeření, kolize Metoda předávání vysílacího práva Vysílá A Vysílá B Vysílá C Vysílá D Vysílá A -předávání vysílacího práva IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 15

MPM: předávání vysílacího práva 1 Metoda předávání vysílacího práva (PVP - token passing) Od jednoho uzlu ke druhému je předávána speciální zpráva ( token, žeton nebo pešek ), která představuje právo na vysílání do sítě Stanice bez žetonu nesmí vysílat Pokud chce stanice s právem vysílat, pošle požadovaný rámec do sítě a vysílací právo odevzdá následujícímu uzlu (určenému logickým uspořádáním sítě) Pokud vysílat nechce, pouze předá vysílací právo dále IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 16

MPM: předávání vysílacího práva 2 Použití v fyzické kruhové topologii: U kruhu se zpráva i vysílací právo pošle další stanici v kruhu a postupně tak dojde cílovému uzlu. Až zpráva obejde celý kruh (a je potvrzena příjemcem), je zdrojovou stanicí stažena z oběhu Varianty předání vysílacího práva ihned po vyslání (RAT), nebo až po obdržení potvrzení o doručení (RAR) Není možno vysílat broadcast pro všechny uzly v síti najednou Použití ve fyzické sběrnicové topologii: Postup, ve kterém si stanice posílají vysílající právo (kruh), se vytvoří pouze logicky dle adres stanic Zprávu je (pokud má stanice vysílací právo) možno ihned vyslat příjemci po sdíleném médiu Vysílací právo se předá uzlu s nejbližší nižší adresou (je nutno evidovat přihlášené stanice do sítě a rekonfigurovat při změnách) Je možno vysílat broadcast pro všechny uzly v síti najednou IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 17

MPM: předávání vysílacího práva 3 Při zvyšování počtu aktivních stanic v síti se odpovídajícím způsobem snižuje přenosový výkon sítě (ale všem stejně) Výhody metody předávání vysílacího práva: Každý uzel v síti má zajištěno, že se během určité maximální doby dostane k vysílání Snadné předání potvrzení o doručení zprávy Nevýhody předávání vysílacího práva: Složitější implementace na uzlech, více aplikační logiky Část přenosového pásma spotřebuje režie (předávání žetonu) Více možností chybových stavů (ztráta nebo duplikace vysílacího práva, ) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 18

MPM CSMA/CD versus PVP CSMA/CD Přenosový výkon nezávisí na počtu připojených stanic, ale na jejich potřebě vysílat Se zvýšením požadavků na přenosy sítě klesá celkový přenosový výkon, protože narůstá počet kolizí a čas potřebný pro jejich vyřešení, některá stanice může získat více kapacity na úkor jiné Nelze předpovídat chování a garantovat přenosovou kapacitu Předávání vysílacího práva Přenosový výkon závisí na počtu stanic připojených k síti Předávání práva zvyšuje zpoždění a snižuje výkon sítě Se zvýšením požadavků na přenosy zůstává výkon sítě v zásadě stejný (nedochází ke kolizím), férový přístup Lze předpovídat chování a garantovat kapacitu IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 19

MPM CSMA/CD versus PVP Shrnutí: CSMA/CD versus předávání práva U sítě s málo stanicemi a velkými požadavky na přenos může být předávání práva výhodnější než CSMA/CD U sítě s mnoho stanicemi a středními požadavky na přenos může být CSMA/CD výhodnější než předávání práva Nelze jednoznačně určit lepší metodu záleží na použití, charakteru provozu a potřebách garantovat kapacitu IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 20

MPM prázdné rámce Metoda prázdných rámců (slotted access) V síti cirkuluje řada rámců konstantní délky, které je možné naplnit a označit, že jsou plné Příjemce rámce opět vyprázdní a označí jako volné Zapisovat je možno pouze do volných rámců IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 21

Strukturovaná kabeláž (1) Systematické zřízení kabeláže (přenosových médií) v budově Ohled na dlouhou životnost a úsporu nákladů Dobře navržená strukturovaná kabeláž umožní využívat: Řadu různých přenosových technologií Po dlouhou dobu I při změněných podmínkách (požadavky na rychlost, místo připojení apod.) Bez nutnosti stavět nové spoje (stačí jen přepojit) Sada dvoubodových spojů v pevné topologii, které se propojí v určených místech dle potřeby IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 22

Strukturovaná kabeláž (2) Standard EIA/TIA 568 specifikuje a doporučuje Topologie: Strom, rozšířený strom Média a způsob jejich propojení: UTP, optické vlákno Zapojení aktivních prvků: přepínače, směrovače Způsob administrace a změn v kabeláži Kabeláž není pokládána náhodně, ale v budově se vytvoří několik propojovacích skříní v hierarchické struktuře a z nich jsou rozváděny dvoubodové spoje ke koncovým stanicím MCC Main Cross Connect: centrální bod podniku ICC Intermediate Cross Connect: hlavní skříň každé budovy TC Telecommunication Closet: rozváděče na patře IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 23

Strukturovaná kabeláž (3) Budova A TC TC TC TC ICC/IDF TC TC Patro budovy 9. 8. 7. 6. 5. 4. 3. Budova B TC TC Budova C TC TC TC ICC/IDF TC Patro budovy 7. 6. 5. 4. 3. TC 2. TC TC 2. MCC/MDF 1. ICC/IDF TC 1. Připojení k telekomunikačnímu operátorovi Vertikální kabeláž mezi MCC a ICC páteř sítě Vertikální kabeláž mezi ICC a TC DF = Distribution facility Horizontální kabeláž mezi TC a zásuvkou uživatele v kanceláři IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 24

Strukturovaná kabeláž (4) Ve zdech, šachtách a lištách jsou nataženy kabely s určitou rezervou pro budoucí použití Spojují MCC/ICC/TC mezi sebou a *CC se zásuvkami v kancelářích V případě potřeby (nový prvek sítě) stačí pouze přepojit zásuvku a spoj v odpovídajícím *CC (nemusí se znovu natahovat kabely) Výhody: Přehlednost, snadná řiditelnost Kabeláž je modulární, snadné doplňování nových stanic Porucha jedné stanice neovlivní provoz sítě Telefonní, datový a jiný provoz po jednom typu média Snadný přechod od sdíleného média k vyhrazenému IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 25

Strukturovaná kabeláž (5) páteř MCC UTP kabel může být dlouhý maximálně 100 metrů: ICC páteř ICC Propojení v rámci CC 6 metrů TC EIA/TIA 568 definuje: Koaxiální kabel: maximálně 185/500 metrů TC Optický kabel: maximálně 2 km vícevidové, 3 km jednovidové zásuvka PC TC zásuvka PC TC 90 metrů kabelu ve zdi 3 metry kabelu v kanceláři IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 26

Přenos signálu v LAN Širokopásmová síť (broadband) Analogový přenosový signál Nosný vysokofrekvenční signál (modulovaný) je v jiném frekvenčním pásmu než informační (jímž modulujeme) Vhodnější na delší vzdálenosti Možné použití FDM (v rozsahu typicky 10-400 MHz) Přenos v základním pásmu (baseband) Digitální přenosový signál Je nutno využít pásmo, které signál zaujímá, nedochází k modulaci V LAN převažuje tento typ přenosu Možné použití TDM IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 27

Standardizace LAN (1) Pro LANy ( drátové i bezdrátové) je standardizována 1. a 2. vrstva RM OSI 2. vrstva určuje metodu přístupu k médiu, formát rámců a adresaci v rámci LAN 1. vrstva určuje mechanické a elektrické vlastnosti sítě (frekvence, modulace, úrovně napětí, konektory, rozložení signálů atd.), zejména pak způsob kódování na médiu. Pro dané médium určuje též jeho maximální délku ( maximální délku segmentu viz kapitola o propojování sítí) a případně maximální vzájemnou vzdálenost stanic u bezdrátové sítě. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 28

Standardizace LAN (2) Protokoly 3. vrstvy RM OSI nejsou svázány s konkrétní technologií LAN, používají se např.: AppleTalk (v sítích Apple) IPX (v sítích Novell) IP (v sítích Internet/Intranet, DoD) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 29

Standardizace LAN (3) Standardizace v IEEE (později i v ISO) Charakteristiky sítí LAN: Metody přístupu k médiu: řízený i neřízený Přenosové rychlosti (v Mbit/s) Širokopásmové sítě X Sítě s přenosem v základním pásmu Přenosové médium: koaxiální kabel, dvojdrát, vláknová optika, vzduch bezdrátové LANy 2. vrstva je v IEEE rozdělena do dvou podvrstev LLC (Logical Link Control): nezávislá na přístupové metodě MAC (Media Access Control ): závislá na přístupové metodě, ale nezávislá na médiu 1. vrstva specifikuje též médium a jeho vlastnosti IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 30

Standardizace LAN (4) LLC MAC fyzická 2. vrstva OSI 1. vrstva OSI Podvrstva MAC a 1. vrstva realizovány v síťové kartě, jsou implementovány ve všech uzlech sítě, nejčastěji ve speciálních zákaznických obvodech (přímo v hardware) Zajišťuje rychlé provádění algoritmu přístupu k médiu Relativně levná realizace připojení k síti Podvrstva LLC je realizována obslužným programem (driverem) síťové karty (rozhraní) Variabilita v připojení do různých oper. systémů a vyšších vrstev IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 31

Standardizace LAN (5) LLC - IEEE 802.2 - MAC IEEE 802.3 IEEE 802.4 IEEE 802.5 IEEE 802.11 IEEE 802.12 IEEE 802.16 FYZ různá média dle 802.3 média 802.4 média 802.5 médium 802.11 média 802.12 médium 802.16 V rámci jednoho MAC standardu se může vyskytovat na fyzické vrstvě více standardů pro charakteristiky přenosu a přenosových médií (=jedna LAN technologie funguje na více médiích) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 32

Číslo Téma pracovní skupiny IEEE 802.1 Přehled a architektura LAN Standardizace LAN (6) 802.2 Locical Link Control (LLC) *802.3 CSMA/CD ( Ethernet ) 802.4 Token Bus 802.5 Token Ring 802.6 DQDB 802.7 Širokopásmové LAN 802.9 Isochronní LAN 802.10 Virtuální sítě a bezpečnost *802.11 Bezdrátové LAN (mj. Wi-Fi) 802.12 100 VG AnyLAN (Demand Priority) *802.15 Osobní sítě (Bluetooth) *802.16 Bezdrátové MAN (BWA, FWA) * - Důležité technologie IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 33

Standardizace LAN (7) Pro daný standard LAN např. 802.3u je standardizováno několik variant fyzické vrstvy (=síť dle 802.3u může fungovat na řadě různých přenosových médií) LLC MAC FYZ (média) 2 2 1 100BASE-FX optické vlákno multimode (vícevidové) 100BASE-TX UTP kabely metalické, kategorie 5, 4 páry - (802.2) - - 802.3u - 100BASE-T4 UTP kabely metalické, kategorie 3, 4 páry 100BASE-T2 UTP kabely metalické, kategorie 3, 2 páry IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 34

Standardizace LAN (8) Dále si všimneme pouze drátových LANů. Podvrstva MAC a 1. vrstva -standardy IEEE 802.3 CSMA/CD (tzv. Ethernet, sběrnicové a modifikované pseudo-sběrnicové topologie) IEEE 802.4 Token Bus (předávání vysílacího práva po sběrnicové topologii) IEEE 802.5 Token Ring (předávání práva po kruhové topologii) A další (IEEE 802.6 DQDB ) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 35

IEEE 802.2 LLC Podvrstva LLC standard IEEE 802.2 (podmnožina protokolu HDLC, všechny technologie LAN standardizované v IEEE používají stejné formáty LLC PDU, kterými se komunikuje s MAC vrstvou) Zajišťuje tyto služby: Službu bez spojení Bez potvrzení adresáta (A) S potvrzením (B) Službu se spojením (C) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 36

IEEE 802.2 LLC Povinně je potřeba realizovat službu bez spojení a bez potvrzení adresáta (A), ostatní jsou volitelné Služba (A) je také nejčastěji používána: V LAN je nízká četnost chyb a vysoká rychlost, potvrzování a ustavování spojení by brzdilo provoz Služby (B) a (C) mohou řešit výhodněji vyšší vrstvy IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 37

IEEE 802.4 Token Bus Sběrnicová topologie využívající přístupovou metodu předávání vysílacího práva Logický kruh řeší MAC vrstva Předávání vysílacího práva uzlu s nejbližší nižší adresou Uzel s nejnižší adresou předá právo stanici s nejvyšší adresou Kruh se průběžně aktualizuje (jak se připojují a odpojují stanice) Širokopásmový přenos IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 38

IEEE 802.5 Token Ring Původně kruhová topologie využívající přístupovou metodu předávání vysílacího práva MAC vrstva řeší: Obsluhu různých fyzických poruch sítě (kabelu, uzlu) koloběh informací kruhem může být poruchou narušen (nefunguje celá síť) Obsluhu předávání vysílacího práva určen uzel, který předávání monitoruje a je schopen rekonstruovat právo (ale neřídí provoz) Dá se nastavit priorita provozu Rychlost 1, 4 a 16 Mbit/s Nejznámější implementace od IBM Topologie: hvězdicová (fyzická) kruh (logická) Centrální rozvětvovače, které řídí provoz a předávají vysílací právo postupně uzlům k němu připojeným, schopné detekovat poruchu Různé druhy medií (metalika, optika) IBM Cabling IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 39

FDDI, FDDI 2 Fiber Distributed Data Interface Rychlá (100 Mbit/s) síť s využitím zejména vláknové optiky. Délka kruhu max. 200 m => LAN i MAN Využití zejména v rychlých páteřích LAN Vychází z IEEE 802.5 (předávání vysílacího práva) Dva nezávislé kruhy optická vlákna, opačný směr přenosu: velká spolehlivost a odolnost při poruše Důležité uzly (servery) lze připojit na oba kruhy Běžné uzly (koncové stanice) se obvykle připojí jen na jeden kruh Při výpadku jsou schopny se uzly rekonfigurovat a uzavřít okruh dle potřeby Na oba kruhy jsou připojeny koncentrátory, ke kterým se hvězdicově připojují koncové stanice Možné přenosy s vyšší prioritou, primárně pro data FDDI 2 vhodné i pro isochronní přenosy (např. hlas) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 40

FDDI, FDDI 2 Topologie FDDI Unixový server Ethernet FDDI Router V případě poruchy na uzlu výše dojde k rekonfiguraci kruhu uzavření na sousedních uzlech Token Ring Koncentrátor PC Unixový server PC IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 41

IEEE 802.6 DQDB Distributed Queue Dual Bus Spojování LAN sítí v metropolitním rozsahu, typicky veřejné Vhodná i pro isochronní přenosy Používá ATM v MAC vrstvě Dvě sběrnice na bázi optického vlákna (každá pro jeden směr přenosu, stanice musí vědět, na které straně je cíl) Stanice jsou fyzicky spojeny optickými vlákny typu bod-bod, ale pokud příchozí data nejdou určena pro stanici, pošle je dál po dalším spoji logická sběrnice Přenos metodou prázdných slotů (cel), stanovování priorit provozu, rezervace slotů pro určitou stanici Fronta požadavků pro každou prioritu na každé stanici (proto distribuovaná fronta), zpracování přenosů FIFO Rychlosti dle PDH a SDH (34-155 Mbit/s) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 42

IEEE 802.6 DQDB Topologie DQDB G Sběrnice A Sběrnice B G Vysílání Příjem Stanice G Generátor prázdných rámců Ukončení sběrnice IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 43

IEEE 802.3 (1) Jednoduchá, snadno implementovatelná metoda nedeterministického přístupu k médiu s řešením případných kolizí (CSMA/CD) Neustálý vývoj podle požadavků síťových aplikací důsledná snaha o zpětnou kompatibilitu při uvedení nového řešení, není potřeba upravovat aplikace, kabeláž či některé prvky. Široký okruh přenosových médií (nezávislost na jednom druhu): optická, dvoudrát, koaxiální kabel IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 44

IEEE 802.3 (2) Velmi škálovatelná technologie (postupně přidávaná funkčnost a výkon): Rychlostně: 10 Mbit/s 10 Gbit/s Funkčně: polovičně/plně duplexní provoz, provozování ve víceméně libovolné topologii, snadná integrace různých verzí Ethernetu Laciné obvody (díky velkému rozšíření a jednoduchosti principu), při upgradech sítě stačí vyměnit jen některé prvky a zbytek sítě může fungovat dál beze změny IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 45

IEEE 802.3 standardy (3) Název Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet 10G Ethernet Rychlost (Mbit/s) 10 100 1 000 10 000 Standard IEEE 802.3 802.3u 802.3z 802.3ae IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 46

IEEE 802.3 (4) Kompatibilita jednotlivých verzí (10M, 100M, 1G, 10G) výrazně kladně ovlivňuje popularitu 802.3. Zahrnuje: Formát rámce Minimální a maximální velikost rámce Adresy MAC rozhraní Lze tak přenášet stejný rámec dle potřeby po různě rychlých spojích IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 47

IEEE 802.3 (5) Formát rámce: Úvodní sekvence (8 bytů) Cílová adresa (6 bytů) Zdrojová adresa (6 bytů) Druh nebo délka Datový obsah (+ eventuální vycpávka) Kontrolní součet CRC (4 byty) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 48

IEEE 802.3 (6) délka rámce Minimální délka rámce u CSMA/CD je zapotřebí pro to, aby i nejvzdálenější stanice v kolizní doméně, v případě že vysílá informace na medium, mohla detekovat vysílání jinou stanicí dříve než tato stanice vyšle celý rámec na medium a přestane sběrnici využívat ("odpojí" se od ní). Pokud by tomu tak nebylo, nebyla by detekována vysílacími stanicemi kolize na mediu, tyto stanice by se domnívaly, že rámec byl v pořádku vyslán na medium - a při tom by došlo na mediu k jeho zničení, aniž by byl tento stav zjištěn. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 49

IEEE 802.3 (7) délka rámce V mezním případě se jedná o krajní (tj. na opačných koncích kolizní domény umístěné) stanice sítě. Je-li doba přenosu signálu mezi těmto krajními stanicemi rovna T, musí být minimální doba vysílání stanice rovna 2T, aby byla správně detekována kolize. Tento stav odpovídá situaci, kdy krajní stanice vyslala rámec na medium, ten se za čas T dostal ke druhé krajní stanici, ale ta těsně před tím (protože medium bylo volné) začala sama vysílat. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 50

IEEE 802.3 (8) délka rámce S rostoucí přenosovou rychlostí při shodném rozsahu kolizní domény se minimální délka rámce zvyšuje. U sítí dle 802.3 je z důvodů kompatibility pro všechny rychlosti minimální délka rovna 64 bytů (u gigabitových sítí interně rozšířená), což u vyšších rychlostí vede k redukci domény (a délky segmentů sítě). Vyslání minimálního rámce musí vysílací stanice vždy dokončit, i když detekuje kolizi již v průběhu jeho vysílání. V případě kolize je 64 vyslaných bytů ztraceno, což snižuje výkon sítě. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 51

Připojení stanice na médium Je zajištěno tzv. síťovým adaptérem (síťovou kartou), zajištující funkce MAC a fyzické (1.) vrstvy. Síťová karta: Obsahuje (typicky v HW) MAC adresu využívanou v MAC vrstvě Případně podporuje některé pokročilé vlastnosti, například plný duplex, 802.1q (VLAN), 802.1p (QoS priority) apod. Síťová karta je považována (sama o sobě) za zařízení pracující na 2. vrstvě RM OSI (MAC podvrstva) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 52

IEEE 802.3 standardy (8) Další související standardy k 802.3: 802.3x Řízení toku na plném duplexu 802.1Q - Virtuální sítě VLAN 802.1p - Kvalita služby Standard je definován pro Ethernet, Token Ring a FDDI a je svázán se standardem pro VLAN 802.1Q Do standardní hlavičky přidává několik bytů navíc, konkrétně v případě Ethernetu jsou to 4 byte (TPID a TCI) Políčko v TCI, zajišťující prioritu, obsahuje 3 bity, což představuje 8 úrovní priorit. L2 přepínače pak na základě tohoto pole mohou rámce upřednostnit. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 53

IEEE 802.3 standardy (9) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 54

IEEE 802.3 vývoj (1) Jinak též Ethernet, dnes nejpoužívanější LAN technologie 1970 Aloha network radiová síť, počátky CSMA principů 1972 Robert Metcalfe zkouší v PARC Xerox propojení uzlů pomocí společného sdíleného drátového média - éter (angl. ether), staví na idejích sítě Aloha, rychlost 3,7 a později 10 Mbit/s 1980 Úspěch, firmy Xerox, DEC a Intel používají princip ve své síťové technologii Ethernet Dílčí změny v návrhu, nicméně stále stejný princip 1985 Standardizace v IEEE pod 802.3 IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 55

IEEE 802.3 vývoj (2) 1985: 10 Mbit/s standard 802.3 Ethernet Dnešní využití: pro koncové stanice 1994: 100 Mbit/s Fast Ethernet Pro koncové stanice s velkými požadavky na přenosy a servery Sdílený i přepínaný, plný i poloviční duplex 1998: 1 Gbit/s Gigabit Ethernet Pro výkonné servery, paměťové sítě SAN a páteřní spoje (propojení LAN) Již pouze přepínaný, plný i poloviční duplex (poloviční duplex se však příliš nerozšířil) Orientován zejména na optická vlákna (až 5 kilometrů pro jednovidová), ale funguje i na kabeláži kategorie CAT5e IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 56

IEEE 802.3 vývoj (3) Od sdíleného k přepínanému Ethernetu: Sdílený přístup využívá typicky propojovacích prvků v 1. vrstvě, na 2. vrstvě využívá můstky (zřídka), v zásadě sběrnicová topologie. Sdílení přenosového média. Přepínaný přístup využívá na 2. vrstvě přepínače, stromová topologie. Segmentace přenosového média na více menších částí, přepínání rámců mezi nimi (viz téma aktivní prvky a propojování sítí). IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 57

IEEE 802.3 vývoj (4) 2002: 10 Gbit/s Ethernet (pro páteřní vysokorychlostní spoje) Pouze přepínaný a pouze plný duplex Média zatím pouze optická vlákna, snaha o zavedení i omezených metalických spojů Speciální kódování pro použití v SDH sítích (vedle běžného použití v LAN), umožňuje přenosy po infrastruktuře SDH na velké vzdálenosti (až 40 km) Náklady cca 3x-5x vyšší než na 1Gbit/s Ethernet LAN -> MAN (díky podpoře pro SDH a větší vzdálenosti) Automatické postupy pro detekování použité rychlosti na kabelu (FLP pulsy) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 58

IEEE 802.3 vývoj (5) Rychlost Sdílený přístup Přepínaný přístup Poloviční duplex Plný duplex Přenosová média 10M + (+) + (+) Koaxiální kabel, UTP, optika 100M + + + + UTP, optika 1G + + (+) + UTP, optika optika 10G - + - + (pokusy o UTP) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 59

IEEE 802.3 média (1) Název standardu Typ média Vzdálenost 1BASE5 UTP 2 250m 10BASE5 50Ω 10mm 500m 10BASE2 50Ω 5mm 185m 10BASE-T UTP 2 CAT3 100m 10BASE-FP 1000m 10BASE-F 10BASE-FB 850nm MMF 2000m 10BASE-FL 2000m 10BROAD36 75Ω 3600m 100BASE-FX 1300nm MMF 2000m 100BASE-X 100BASE-TX UTP 2 CAT5 100BASE-T 100BASE-T4 UTP 4 CAT3 100m 100BASE-T2 UTP 2 CAT3 IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 60

Název standardu IEEE 802.3 CSMA/CD 1000BASE-FX 1000BASE-X 1000BASE-LX Médium 1300nm MMF 10GBASE-LW4 (multiplex) 1310nm SMF Délka 550m 1300nm SMF 5000m 1000BASE-SX 850nm MMF 550m 1000BASE-CX STP 2 pair 25m 1000BASE-T UTP 4 CAT5 100m 10GBASE-X 10GBASE-TX4 1310nm MMF 300m 1310nm SMF 10km 10GBASE-SR 850nm MMF 65m 10GBASE-R 10GBASE-LR 1310nm SMF 10km 10GBASE-ER 1550nm SMF 40km 10GBASE-SW 850nm MMF 65m 10GBASE-W 10GBASE-LW 1310nm SMF 10km 10GBASE-EW 1550nm SMF 40km 10km IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 61

IEEE 802.3 média (3) Přenosová média vysvětlivky k tabulkám: Media označená v tabulce: 10xxx jsou určena standardem 802.3 (10 Mbit/s) 100xxx jsou určena standardem 802.3u (100 Mbit/s) 1000xxx jsou určena standardem 802.3z pro optická vedení a 802.3ab pro metalická UTP vedení (1 Gbit/s) 10Gxxx jsou určena standardem 802.3ae (10 Gbit/s) Ve vývoji je i 10 Gbit/s Ethernet přes metalické UTP vedení IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 62

IEEE 802.3 média (4) Přenosová média - vysvětlivky k tabulkám: Označení standardu: <Přen.rychlost>BASE<typ media>/<max. délka segmentu> (v Mbit/s) (ev. BROAD) (ve stovkách metrů) Např.: 10Base5: Rychlost 10 Mbit/s na vzdálenost 500 metrů (koaxiální kabel) 10BaseT: Rychlost 10 Mbit/s přes UTP kabel (do 100 metrů) BASE udává, že jde o přenos v základním pásmu, BROAD širokopásmový přenos IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 63

IEEE 802.3 média (5) Přenosová média vysvětlivky k tabulkám: Typ média: T=UTP kabel F,X=optická vlákna (R,W udává styl kódování rámce; S,L,E použitou vlnovou délku) MMF/SMF Multi/Single Mode Fiber - více/jednovidové optické vlákno s odpovídající vlnovou délkou v nanometrech UTP 2/4 Počet nutných párů vodičů v UTP kabelu CAT3/5 Odpovídá jednotlivým kategoriím standardu strukturované kabeláže UTP dle EIA/TIA 568 50Ω 10mm označení impedance a průměru koaxiálního kabelu (v tomto případě jde o tzv. tlustý koaxiální kabel pro datové přenosy) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 64

IEEE 802.12 100VG-Any LAN 100 Mbit/s síť původně navržená jako náhrada 10 Mbit/s 802.3 (soupeř 802.3u) Na rozdíl od Fast Ethernetu není tolik kompatibilní: nepoužívá přístupovou metodu CSMA/CD ale deterministickou Demand Priority požadavek na přenos musí předem odsouhlasit rozbočovač (stanice spolu nesoupeří) Připouští různé formáty MAC rámce (proto Any LAN ), nejen dle 802.3 Média podobná jako u Fast Ethernetu Hůře integrovatelná s 802.3 Ethernetem (potřeba vyměnit většinu prvků), malý zájem výrobců a vyšší cena Síť nevzbudila zájem uživatelů a postupně zaniká IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 65

ATM v LAN V porovnání s (10)Gigabitovým Ethernetem ATM je výrazně dražší a méně rozšířené Rychlostně porovnatelné, ale začíná zaostávat Zaručuje kvalitu služby už v původním návrhu (Ethernet ji implementuje až později 802.1p) Použití 1 - Čistá ATM LAN včetně stanic (síťové karty ATM) 2 - ATM na páteři LAN, stanice přistupují levnější technologií 3 - Pouze propojení LAN na bázi ATM WAN (hraniční ATM přepínač/směrovač) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 66

ATM v LAN Nutno použít odpovídající protokoly (LANE, MPOA, CLIP ) Od ATM v LAN se ustupuje směrem k levnějším technologiím, zejména Ethernetu. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 67

Virtuální LAN (VLAN) Jde o rozdělení jedné fyzické LAN do více LAN logických, mezi kterými je omezená komunikace. Byly vytvořeny za účelem: Privátní komunikace definovaných účastníků sítě LAN. Např. pracovníci vývojového teamu, kteří jsou rozmístěni vrůzných lokalitách LANu, chtějí komunikovat mezi sebou tak, aby se jejich data nešířila i všem ostatním. Omezení zátěže sítě a všesměrového (broadcast) provozu. Seskupením uživatelů, kteří spolu typicky komunikují, omezíme šíření většiny provozu do jiných sítí. VLAN je realizována na 2. vrstvě RM OSI - vpřepínačích. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 68

Virtuální LAN (VLAN) Množina uzlů seskupena dle různých kritérií bez ohledu na jejich fyzické umístění Uzly připojené k jedné logické LAN mohou být v různých fyzických LAN Kritérium členění členství stanice ve VLAN podle: Připojeného portu (každý port může být v určitém VLANu) MAC adresy (každá stanice může být v určitém VLANu) A další (např. dle protokolu třetí vrstvy) Pro koncové stanice se VLAN tváří jako skutečná fyzická LAN. Komunikovat spolu mohou pouze uzly stejné VLAN, ostatní stanice (byť jsou připojeny ke stejnému přepínači) nejsou dostupné. Jde tedy o logickou segmentaci sítě včetně přepínačů. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 69

Virtuální LAN (VLAN) VLAN č. 1 účetní oddělení VLAN č. 2 vývojový team Nejpoužívanější kritéria VLAN: dle portů Přepínač -switch 1 2 3 4 802.1Q Přepínač -switch 1 2 3 4 Budova A Budova B IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 70

VLAN standard IEEE 802.1Q Přepínače si musí vyměňovat informace o používaných VLAN sítích (který rámec kam patří). Standard 802.1Q umožňuje koexistenci více VLAN na jednom fyzickém spoji. Rámec je opatřen značkou, určující příslušnost k určitému VLAN. Jde o rozšíření Ethernetové hlavičky o 4 bajty Po přijetí je označený rámec vysílán je pouze stanicím, které jsou ve stejné VLAN. Označování provádí buď koncová stanice (pokud 802.1Q podporuje), nebo první přepínač na přenosové cestě (typicky). IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 71

VLAN standard IEEE 802.1Q Výhoda 802.1Q Sdílení kapacity jednoho fyzického spoje Přepínače mohou přepínat a filtrovat rámce odpovídajícím způsobem bez nutnosti specifické konfigurace filtrovacích a přepínacích pravidel. Přepínací tabulka se sestaví automaticky, z probíhajícího síťového provozu. Jediná konfigurace VLAN se provede na vstupních portech přepínače. Možnost značkovat rámce dle různých pravidel IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 72

VLAN - využití Současné využití VLAN: Logická segmentace sítě, zejména omezení velikosti broadcast domény a všesměrového vysílání. Snadná spravovatelnost a flexibilita sítě. Při změně určení stanice ji není nutno fyzicky přepojovat, stačí změnit nastavení na přepínači. Úspora zařízení a spojů mezi nimi. Při propojování počítačů z více lokalit do jedné skupiny není nutno použít další kabel. Stejně tak jeden přepínač může sloužit pro přepínání více oddělených sítí. IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 73

Shrnutí LAN 802.3 802.4 802.5 802.6 802.9 802.12 FDDI Název CSMA/CD (Ethernet) Token Bus Token Ring DQDB Isochronní LAN 100 VG AnyLAN FDDI Topologie sběrnice sběrnice kruh dvojitá sběrnice hvězda hvězda dvojitý kruh Přístup k médiu náhodný determin. determin. determin. náhodný determin. determin. Metoda řízení CSMA/CD Předávání tokenu Předávání tokenu Frontový mechanis mus CSMA/CD DPP Předávání tokenu Rychlost (Mbit/s) 10, 100, 1000, 10000 1-20 1,4,16 1,5-155 16,144 100 100 IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 74

LANy využívání V současné době: Zcela dominují LAN sítě dle 802.3 ( Ethernet ) ATM využití omezeně jako páteřní sítě Ostatní druhy (FDDI, 802.4) se vyskytují pouze ve starších implementacích nebo se v minulosti významněji nerozšířily (DQDB, 100 VG AnyLAN) IT_420 Komunikační technologie a služby téma 6 75