Transcript Sieci_komputerowe_2

Wykład 2
Sieci lokalne – architektury, topologie,
model warstwowy
Przedmiot: Sieci komputerowe
Ryszard Wiatr
Sieci lokalne – główne pojęcia
Protokół – zbiór zasad, według którego wykonywane są
pewne funkcje i usługi
Architektura sieci – struktura sieci zdefiniowana przez zastosowane przy
jej tworzeniu standardy i protokoły
Topologia sieci – fizyczna konstrukcja sieci,
układ nośnika sygnału - okablowania
Budowanie sieci na podstawie standardów
Góra
7
Warstwa aplikacji
6
Warstwa prezentacji
5
Warstwa sesji
4
Warstwa transportowa
3
Warstwa sieciowa
2
Warstwa łącza danych
1
Warstwa fizyczna
- to układanie protokołów w warstwy
w celu utworzenia architektury sieci
Różnorodność protokołów
- potrzeba opracowania standardu
niezależnego od producenta
Dół
Cele architektur sieci
Łatwość zestawiania połączeń
Modułowość
Łatwość implementacji
Łatwość używania
Niezawodność
Łatwość modyfikacji
Topologia MAGISTRALI LINIOWEJ
np. gruby Ethernet (10Base5), cienki Ethernet (10Base2)
stacje robocze
serwer
terminal 50 Ω
terminal 50 Ω
kabel koncentryczny
Topologia GWIAZDY
koncentrator
np. ETHERNET 10Base-T (skrętka)
Topologia Pierścienia
np. FDDI, Token Ring
dane
Topologia
Magistrala
liniowa
Gwiazda
Pierścień
Drzewo
Pierścieniowogwiaździsta
Zalety
Wady
Najmniejsza długość kabla
Prosty układ okablowania
Prostota, a więc niezawodność
Łatwe rozszerzanie sieci
Utrudniona lokalizacja błędów
i diagnostyka
Układ okablowania łatwy
do modyfikowania
Łatwość dodawania następnych stacji
Łatwa lokalizacja i diagnostyka
problemów
Wymagana duża ilość kabla, a więc
wzrost kosztów
Centralny hub jest punktem, którego
awaria może wywołać awarię
całej sieci
Mniejsza całkowita długość kabla
Nie wymaga wydzielonego miejsca
do łączenia wszystkich kabli
Awaria pojedynczego miejsca wywołuje
awarię całej sieci
Trudniejsza lokalizacja i diagnostyka
awarii
Modyfikacja sieci wymaga jej wyłączenia
Łatwa rozbudowa sieci
Łatwa lokalizacja awarii
Cała struktura uzależniona od
głównego pnia drzewa
Łatwa lokalizacja błędów
Konstrukcja modułowa umożliwia
rozbudowę
Skomplikowane konfigurowanie sieci
Złożony system okablowania
Topologia PIERŚCIENIOWO-GWIAŹDZISTA
gwiazda
Jednostka MAU
RI
RO
RI
RO
RI
RO
RI
RO
RI
RO
RI
RO
gwiazda
RI - Ring Input
RO – Ring Output
Organizacje definiujące standardy
CCITT (Consultative Committee on International
Telegraphy and Telephony)
– standardy X.25. X.400, X.500, X.75
ISO – (International Standards Organization)
- model warstwowy OSI
rok 1946, siedziba w Genewie
IEEE – (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
- zestaw standardów IEEE 802
ANSI – (American National Standards Institute)
- uczestniczy w pracach organizacji ustan. standardy globalne
IEC – (Iinternational Electrotechnical Commission)
- rok 1909, siedziba w Genewie
IAB – (Internet Architectura Board)
- bada nowe technologie dot. Internetu
Metody dostępu
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
Każda stacja dokonuje detekcji ruchu w sieci
i transmituje dane, gdy sieć jest wolna
Przekazywanie znacznika (token)
Dane może transmitować ta stacja, która aktualnie posiada znacznik,
przekazywany od stacji do stacji
Odpytywanie (polling)
Przydzielaniem prawa do transmisji zajmuje się urządzenie centralne,
komunikujące się kolejno ze stacjami
Protokoły komunikacyjne - przykłady
IBM - zestaw protokołów NETBIOS
Novell - własna wersja protokołu XNS firmy Xerox
Sun Microsystems - zestaw protokołów TOPS
Microsoft - NetBEUI, własna implementacja protokołu NETBIOS
zestaw protokołów TCP/IP - opracowany w departamencie
obrony USA dla sieci Arpanet
Ethernet
Opracowany w latach 60-tych na Uniwersytecie Hawajskim
(gdzie opracowano metodę dostępu CSMA/CD),
udoskonalona przez firmę Xerox w r. 1972,
od 1982 standard IEEE 802.3
Przepustowość 10/100/1000 Mb/s
Zdolność używania różnych protokołów komunikacyjnych,
w szczególności TCP/IP
Topologia magistrali liniowej, gwiazdy lub drzewa,
możliwość podziału sieci na segmenty przy pomocy mostów i przełączników
Ethernet - rodzaje okablowania
10BASE2 – „cienki” Ethernet
maksymalna długość segmentu ok. 185 m
maksymalna ilość węzłów – 30
maksymalna ilość segmentów - 5
10BASE5 – „gruby” Ethernet
maksymalna długość segmentu ok. 500 m
maksymalna ilość węzłów - 100
10BASE-T – skrętka nieekranowana UTP
maksymalna długość odcinka kabla 100 m
maksymalna ilość węzłów - 100
Wtyk RJ45
Przejściówka realizująca przeplot
Ethernet - podział magistrali na segmenty
repeater
1 segment
magistrali
repeater
2 segment
magistrali
Trójnik BNC
repeater
3 segment
magistrali
4 segment
magistrali
Terminator 50 Ω
maksimum 5 segmentów
repeater (wzmacniak) generuje sygnał na nowo
Model
warstwowy
ISO/OSI
Niektóre protokoły
stosowane w Internecie
Stos protokołów
Warstwa aplikacji
Warstwa prezentacji
Warstwa aplikacji
Telnet
FTP
HTTP
SMTP
POP
DNS
NFS
SNMP
RIP
Warstwa sesji
Warstwa transportowa
Warstwa sieciowa
Warstwa łącza danych
Warstwa fizyczna
Warstwa transportowa
TCP
Warstwa sieciowa
(Internetu)
UDP
IP
ICMP
ARP
Warstwa dostępu
do sieci
CSMA/CD
Ethernet
SLIP
PPP
Token Ring
FDDI
inne…
Warstwowy model OSI
Warstwa
Góra
7
Warstwa aplikacji
6
Warstwa prezentacji
5
Warstwa sesji
4
Warstwa transportowa
3
Warstwa sieciowa
2
Warstwa łącza danych
1
Warstwa fizyczna
CCITT – ConsultativeCommittee
on International Telegraphy
and Telephony
Genewa 1978
LLC
MAC
Dół
(Logical Link Control)
(Media Access Control)
Enkapsulacja danych
Każda kolejna warstwa dodaje lub usuwa kolejny nagłówek
Każda warstwa zna format danych wymagany do komunikacji
Przez warstwę niższą
NAGŁÓWEK 3
DANE
NAGŁÓWEK 1
DANE
NAGŁÓWEK 2
NAGŁÓWEK 1
DANE
NAGŁÓWEK 2
NAGŁÓWEK 1
DANE
Nadawca
Odbiorca
Warstwa 7
Warstwa 7
....
....
Warstwa 2
Warstwa 2
Warstwa 1
Warstwa 1
Sieć
Funkcje warstwy fizycznej:
Nadawanie:
zamiana danych znajdujących się w ramkach
na strumienie binarne
realizacja takiego sposobu dostępu do nośnika, jak tego żąda warstwa łącza danych
przesyłanie danych szeregowo, jako strumień binarny, bit po bicie
Odbieranie:
oczekiwanie na dane przychodzące do stacji adresowane do niej
odbieranie strumieni binarnych o właściwym adresie
przekazywanie strumieni binarnych do warstwy łącza danych,
która składa z niego z powrotem ramki
Nie sprawdza integralności danych
Warstwa fizyczna (physical layer):
Zapewnia transmisję danych pomiędzy węzłami sieci.
Definiuje interfejsy sieciowe i medium transmisji.
Określa m.in. sposób połączenia mechanicznego (wtyczki, złącza),
elektrycznego (poziomy napięć, prądów),
standard fizycznej transmisji danych.
Warstwa łącza danych (data link layer):
Zapewnia niezawodność łącza danych.
Definiuje mechanizmy kontroli błędów w przesyłanych ramkach lub
pakietach - CRC (Cyclic Redundancy Check).
Jest ona ściśle powiązana z warstwą fizyczną, która narzuca topologię.
Warstwa ta często zajmuje się również kompresją danych.
W skład jej obiektów wchodzą sterowniki urządzeń sieciowych,
np.: sterowniki (drivery) kart sieciowych oraz mosty (bridge) i przełączniki (switche).
Pakiet ethernetowy IEEE 802.3
podstawowa
Długość pól w oktetach
7
1
6
Adres
Preambuła SFD docelowy
6
2
46 - 1500
Adres
Długość
źródłowy
Dane
4
FCS
ramka
Preambuła - naprzemienny ciąg bitów 0 i 1, służacy do synchornizaci tranmsmisji i informaujący
o nadchodzącej ramce
SFD - Ogranicznik początku ramki, 10101011, wskazuje jej pocztąek
FCS - Sekwecja kontrolna ramki w procesie CRC - cyklicznej kontroli nadmiarowej
CSMA/CD
Długość odcinka czasu czekania po wykryciu kolizji,
przed następną próbą nadania pakietu:
Ti = Ri * S
gdzie:
S - szerokość szczeliny czasowej
Ri - liczba losowa z przedziału <1, 2n-1>, n=min(i,10),
samo losowanie wg pewnego algorytmu związanego
z adresem karty sieciowej
Szczelina czasowa S
czas transmisji 512 bitów dla sieci Ethernet 10 i 100Mb/s
4096 bitów dla sieci 1Gb/s.
Czas ten wynika on z:
czasu potrzebnego na dotarcie sygnału z jednego końca sieci
o największej długości na drugi koniec i powrót tego sygnału
maksymalnego czasu potrzebnego na uporanie się z kolizją w razie jej wystąpienia
(wykrycie kolizji i wysłanie sygnału przez czas wymuszania kolizji)
Aby każdy z nadawców wykrył kolizje, długość ramki musi być przynajmniej taka jak S.
Czas potrzebny do rozprzestrzenienia się kolizji do wszystkich stacji w sieci
musi być mniejszy niż S.
Stacje nie mogą zakończyć transmisji ramki zanim
kolizja nie zostanie zidentyfikowana przez wszystkie stacje w sieci.
Długość 512 bitów szczeliny czasowej wyznacza
najmniejszy rozmiar ramki Ethernetowej na 64 bajty.
Wszystkie ramki mniejsze niż 64B są traktowane jako fragmenty kolizji
i automatycznie odrzucane przez stacje odbiorcze.
Dane techniczne dla Ethernetu 10 MB/s wg standardu 802.3:
Odstęp międzyramkowy - IFG
9,6 μs
Szerokość szczeliny czasowej
51,2 μs
Czas wymuszania kolizji
3,2 μs
Maksymalna długość ramki
1518 B
Minimalna długość ramki
64 B
Token Ring
Specyfikacja IEEE 802.5
Dane wysyła stacja
posiadająca znacznik
Dane są „doklejane” do znacznika
Dane przekazywane są stacji
docelowej po dotarciu do niej
Aby znacznik został zwolniony,
musi dotrzeć do stacji początkowej
Szybkość transmisji 4/16 MB/s
Topologia pierścieniowa lub
pierścieniowo-gwiaździsta
Karty sieciowe np. PC Adaptor do
magistral ISA, lub TRN/A Adaptor,
zastosowanie jednostek MAU
Format ramki Token Ring
Długość pól w oktetach
1
1
6
6
Ogranicznik
początku
ramki
Sterowanie
dostępem
Adres
odbiorcy
Adres
nadawcy
43 - 1497
1
Dane
Ogranicznik
końca
ramki
Token:
Ogranicznik
początku
ramki
Pole
sterowania
dostępem
Ogranicznik
końca
ramki
1 oktet
1 oktet
1 oktet
FDDI
(Fiber Distributed Data Interface)
Nośnik - światłowody
Dane wysyła stacja
posiadająca znacznik
Po wysłaniu danych stacja
wysyła znacznik dalej
Ramki synchroniczne
i asynchroniczne
Czas alokacji synchronicznej
TTRT (Target Token Rotation Time)
Szybkość transmisji 100/1000 MB/s
Rozbudowana obsługa błędów
W pierścieniu może jednocześnie krążyć
wiele ramek pochodzących od różnych stacji
Ramka okrąża pełny pierścień i jest usuwana
przez stację, która ją wysłała
Niezawodność (pętle
w podwójnym pierścieniu)
Format ramki FDDI
Długość pól w oktetach
Preambuła
Ogranicznik
początku
ramki
Kontrola
ramki
Adres
odbiorcy
Adres
nadawcy
Dane
Sekwencja
kontrolna
ramki
Ogranicznik
końca
ramki
Token:
Preambuła
Ogranicznik
początku
ramki
8 oktetów
1 oktet
Kontrola
ramki
1 oktet
Ogranicznik
końca
ramki
1 oktet
Stan
ramki
FDDI - format ramki
Pole
Długość w jednostkach 4-bitowych
Zawartość
PA
SD
FC
DA
SA
RI
DATA
FCS
ED
FS
4 lub więcej
2
2
4 lub 12
4 lub 12
0 do 60
0 lub więcej
8
1
3 lub więcej
Preambuła
Znacznik początku
Kontrola ramki
Adres odbiorcy
Adres nadawcy
Informacja o trasowaniu
Dane
Sekwencja kontrolna
Znacznik końca
Status ramki
Ramka FDDI może w sumie długość 4500 oktetów, w tym do ok.. 4000 oktetów danych
FDDI - samowykrywanie awarii
Pierścień sieci FDDI
Stacja wykonująca
pętlę zwrotną
Stacja uszkodzona
Pierścień sieci FDDI
Topologie przełączane
Przełącznik - urządzenie warstwy 2 modelu OSI
W chwili włączenia przełącznik identyfikuje topologię sieci i zapamiętuje MAC-adresy
kart sieciowych w tablicach trasowania
Przełącznik:
- odbiera dane od nadawcy
- określa odbiorcę (port, do którego dołączona jest karta odbiorcy)
- przesyła dane z portu wyjściowego do portu odbiorcy
Istota topologii polega na tworzeniu komutowaniu między nadawcą a odbiorcą
ścieżki przełączanej (komutowanej)
Domeny kolizji ograniczają się do zaledwie 2 urządzeń