Transcript Studij FER-2 Studijski program Računarstvo VI semestar Modul Telekomunikacije i informatika Predmet Lokalne mreže (preporučeni izborni predmet modula) Uvod u lokalne mreže doc.

Studij FER-2
Studijski program Računarstvo
VI semestar
Modul Telekomunikacije i informatika
Predmet Lokalne mreže
(preporučeni izborni predmet modula)
Uvod u lokalne mreže
doc. dr. sc. Željko Ilić
.
Osnovna obilježja LAN-ova

najčešće instaliran unutar jedne zgrade ili
skupine zgrada unutar ograničenog područja

broj krajnjih uređaja spojenih u lokalnu
mrežu je ograničen

od nekoliko desetaka do nekoliko stotina krajnjih
uređaja u jednoj lokalnoj mreži;

LAN je obično u vlasništvu jedne
organizacije

u lokalnim mrežama se u pravilu koriste
velike prijenosne brzine

u rasponu od 1 Mbit/s do 10 Gbit/s
Uvod u lokalne mreže
2/36
Osnovna obilježja LAN-ova (2)

parametar a

omjer vremena prostiranja signala prijenosnim
medijem s kraja na kraj poveznice (linka) i
vremena slanja paketa na poveznicu
d
dR
a v 
L vL
R


d – duljina poveznice [m], v – brzina prostiranja
EM vala poveznicom [m/s], L – duljina okvira
(paketa) [bit], R – prijenosna brzina [bit/s]
u LAN-ovima a unutar intervala [0.01, 0.1]

u novije vrijeme, uslijed sve većih prijenosnih brzina u
lokalnim mrežama, parametar a postaje veći od 0.1
Uvod u lokalne mreže
3/36
Osnovna obilježja LAN-ova (3)

prve inačice LAN-ova povezivale su krajnje
uređaje u zajedničku mrežu pomoću tzv.
dijeljenog medija (shared media)

od sredine devedesetih godina prošlog
stoljeća u lokalne mreže se sve intenzivnije
uvode LAN komutatori (LAN switch)


danas dominira komutirana topologija
u LAN-ovima kašnjenje u prijenosu između
dva krajnja uređaja je vrlo malo u odnosu
na kašnjenja u javnoj mreži
Uvod u lokalne mreže
4/36
Osnovna obilježja LAN-ova (4)

vjerojatnost nastupa pogreške na simbolima
(BER – Bit Error Ratio) prenošenim LAN-om
je također mala

krajnji uređaji u lokalnim mrežama se
nalaze u ravnopravnom (peer) odnosu



tzv. komunikacije na načelu peer-to-peer
zbog ravnopravnosti krajnjih uređaja i topologije
dijeljenog medija svi okviri u LAN-u moraju
sadržavati adresu primatelja (odredišta) i
pošiljatelja (izvora)
za podatkovne jedinice na protokolnoj razini
lokalnih mreža koristi se naziv okviri
Uvod u lokalne mreže
5/36
Osnovni kriterij za određivanje granica LAN-a
WAN
MAN
usmjerivač
komutator
LAN 1
Uvod u lokalne mreže
LAN 2
6/36
Klasifikacija LAN-ova

vrsta prijenosa


u osnovnom i u pomaknutom pojasu
topologija


PSD
fizička topologija
logička topologija
baseband
wideband

pristupni protokol (MAC)

zajednički prijenosni medij


broadband
0
Rc 2Rc
fg-Rcfg
fg+Rc
frekvencija
žični (parica, koaks, PLC), optički, bežični (eter)
brzina prijenosa po zajedničkom mediju

R = 1/T [bit/s], T – trajanje bita
Uvod u lokalne mreže
7/36
Topologije LAN-ova
sabirnica
prsten
stablo
Uvod u lokalne mreže
zvijezda
8/36
Protokolna arhitektura lokalnih mreža

odbor IEEE 802 definirao je univerzalnu
protokolnu arhitekturu LAN-ova

mrežni sloj
mrežni sloj
podsloj LLC
sloj podakovnog linka
podsloj MAC
fizički sloj
fizički sloj
model OSI RM
model IEEE 802
MAC je implementiran hardverski na mrežnoj
kartici stanice ili u priključku mrežnog uređaja


viši protokolni slojevi
za svaku vrstu LAN-a definiran specifičan MAC
LLC je implementiran softverski u obliku pogonskog
programa (driver) ili kao modul softvera uređaja

LLC je jednak za sve vrste LAN-ova, neovisno o MAC-u
Uvod u lokalne mreže
9/36
Standardizacija LAN-ova

odbor IEEE 802.1 zadužen je za pitanja koja
su zajednička svim vrstama lokalnih mreža



adresiranje,
upravljanje mrežom (network management),
povezivanje lokalnih mreža pomoću mostova
(bridge) i dr.

odbor IEEE 802.2 bavi se problemima
vezanim uz podsloj LLC

odbor IEEE 802.3 – CSMA/CD u LAN-ovima

odbori IEEE 802.4 i IEEE 802.5 – token
passing u LAN-ovima
Uvod u lokalne mreže
10/36
Ostali IEEE odbori

IEEE 802.11 – WLAN-ovi (Wi-Fi)

IEEE 802.12 – Demand Priority (DPAM)

IEEE 802.13 – Cat 6. 10GbE LAN

IEEE 802.15 – bežični PAN-ovi

Personal Area Network

IEEE 802.16 – WiMAX (BWA)

IEEE 802.17 – Resilient Packet Ring (MAN)

IEEE 802.20 – MBWA

IEEE 802.22 – bežične regionalne mreže
Uvod u lokalne mreže
11/36
Odnos odbora i protokolnih slojeva
802.10 Standard for interoperable LAN security (SILS)
Internetworking
802.2 Logical Link Control (LLC)
Architecture
Address Management
802.1 Higher Layer Interfaces

Layer
2
802.10 Secure Data Exchange (SDE)
802.3
802.4
802.5
802.6
802.9
802.11
802.12
MAC
CSMA/CD
Token
Bus
Token
Ring
MANs
(DQDB)
IVD
Wireless
LAN
Fast
LANs
Physical
802.7
Broadband TAG

Logical
Link
802.1 MAC bridges
Layer
1
802.8
Fibre optic TAG
žuto označeni – raspušteni odbori
ostali raspušteni odbori – IEEE 802.14
Uvod u lokalne mreže
12/36
Fizička i logička poveznica

unutar jedne fizičke poveznice može
istovremeno postojati više logičkih poveznica
IP
IPX
AppleTalk
LLC
IP
IPX
MAC
AppleTalk
IP
IPX
PHY
LLC
AppleTalk
LLC
MAC
MAC
logičke
poveznice
PHY
IP
IPX
AppleTalk
PHY
IP
IPX
AppleTalk
LLC
LLC
MAC
MAC
PHY
PHY
fizička poveznica
Uvod u lokalne mreže
13/36
Podsloj LLC

osnovne zadaće LLC-a



tri vrste usluga koje podsloj LLC pruža višim
protokolnim slojevima:




transfer PDU-a između dva krajnja uređaja (stanice)
multipleksiranje protokola višeg sloja na link
nespojna usluga bez potvrde primitka okvira
spojna usluga
nespojna usluga s potvrdom primitka okvira
pri kreiranju osnovnog protokola podsloja LLC
preuzeti su temeljni mehanizmi protokola HDLC
Uvod u lokalne mreže
14/36
Nespojna usluga bez potvrde primitka okvira

datagramska usluga koja omogućava
jednostavno slanje i prijem LLC PDU-a

prijemnik ne mora poslati predajniku potvrdu o
ispravnom primitku LLC PDU-a

u ovoj usluzi nije implementirano upravljanje
prometnim tokovima niti upravljanje linkom
s ciljem otklanjanja pogrešaka

ova usluga podržava



slanje okvira na jedno odredište (unicast),
slanje okvira većem broju odredišta (multicast) i
razašiljanje okvira (broadcast)
Uvod u lokalne mreže
15/36
Spojna usluga

omogućava dvojici korisnika podsloja LLC da
prije početka transfera informacija između
sebe uspostave logičku vezu

u spojnoj usluzi implementirani su



upravljanje prometnim tokovima,
oporavak linka od pogrešaka (error recovery) i
mehanizam praćenja ispravnosti redoslijeda
primljenih okvira
ovom je uslugom podržano isključivo slanje
okvira na jedno odredište
Uvod u lokalne mreže
16/36
Nespojna usluga s potvrdom primitka okvira

pruža mehanizam pomoću kojeg krajnji
korisnici mogu



slati pakete s korisničkim informacijama i
primati potvrdu za svaki poslani paket,
a da pri tome ne mora biti uspostavljena
veza između krajnjih uređaja
Uvod u lokalne mreže
17/36
Tri vrste LLC-a

ovisno o tri navedene usluge koje pruža LLC
definirane su tri vrste LLC-a:

LLC Type 1 – podržava nespojnu uslugu bez
potvrde primitka okvira (usluga best effort)


LLC Type 2 – podržava spojnu uslugu


većina LAN-ova na podsloju LLC koristi protokol Type 1
Uređaji koji koriste LLC Type 2 moraju podržavati i LLC
Type 1 za uspostavu LLC-2 veza
LLC Type 3 – podržava nespojnu usluga s
potvrdom primitka okvira

posebno dizajniran za IEEE 802.4 Token Bus LAN-ove
Uvod u lokalne mreže
18/36
LLC PDU
LLC PCI
broj
bita


LLC SDU
DSAP
SSAP
upravljačka informacija
korisnička informacija
8
8
8 ili 16
varijabilan
u sva tri načina rada protokola podsloja LLC
koristi se isti format LLC PDU-a
koncept točke pristupa usluzi protokolnog
sloja (SAP) omogućava da nad jednim
podslojem LLC djeluje više različitih
protokola mrežnog sloja


multipleksiranje protokola mrežnog sloja na
zajedničku sabirnicu
svakom protokolu mrežnog sloja pridružen je
specifičan SAP
Uvod u lokalne mreže
19/36
Struktura SAP-a
G/L
G/I
8 bita

bit G/L (1 = Global/0 = Local)


označava da li je SAP dodijeljen od strane IEEE-a
(globalno) ili ga je dodijelio vlasnik mreže (lokalno)
bit G/I (1 = Group/0 = Individual)

označava da li je okvir namijenjen jednom
protokolu ili većem broju protokola viših slojeva
bit G/I u DSAP-u određuje da li se radi o pojedinačnoj
adresi (određuje jedan SAP, G/I = 0) ili skupnoj adresi
(određuje skupinu SAP-ova, G/I = 1)
 bit G/I u SSAP-u određuje da li se radi o naredbi
(command, G/I = 0) ili odgovoru (response, G/I = 1)

Uvod u lokalne mreže
20/36
Struktura SAP-a (2)

SAP koji se sastoji od 8 binarnih jedinica
(SAP = 11111111) predstavlja sve SAP-ove

to je adresa razašiljanja na podsloju LLC

SAP koji se sastoji od 7 binarnih nula i bita
G/L postavljenog u jedinicu (SAP =
00000010) označava sam DLL

pri korištenju protokola kojima je dodijeljen
globalni SAP polja DSAP i SSAP imaju isti
sadržaj (ne računajući bit G/I)
Uvod u lokalne mreže
21/36
Vrste LLC PDU-a

određena sadržajem upravljačkog polja

korisnički LLC PDU


nadzorni LLC PDU


za prijenos korisničkih informacija
za upravljanje prometnim tokovima i pogreškama
neoznačeni LLC PDU
za upravljanje logičkom poveznicom
 neoznačeni okviri imaju u upravljačkom polju 0x03 (x'03)
 protokol LLC Type 1 koristi neoznačene LLC PDU-ove


duljina upravljačkog polja iznosi 8 ili 16 bita
Uvod u lokalne mreže
22/36
Struktura upravljačkog polja
LSB
1
MSB LSB
2
3
4
0
5
6
7
8
N(S)
9
MSB
10
P/F
11
12
13
14
15
16
N(R)
informacijski PDU
1
0
S
0
0
0
0
P/F
N(R)
nadzorni PDU
1
1
M
P/F
M
neoznačeni PDU

N(S) – broj okvira pošiljatelja

N(R) – broj okvira primatelja

S – bitovi za nadzornu funkciju

M – modifier bits

P/F – poll/final – prozivanje (1)/odgovor na zahtjev (1)
Uvod u lokalne mreže
23/36
SNAP – Sub-Network Access Protocol

problem sa SAP-ovima:

IEEE je dodjeljivao SAP-ove samo onim
protokolima koje su dizajnirala standardizacijska
tijela odobrena od strane IEEE-a
npr. SAP protokola ISO 8473 Internet je 11111110
 moguće multipleksirati samo 128 korisnika (slojeva)



64 javna i 64 lokalna klijenta
rješenje problema: SNAP

za SNAP-a rezerviran globalni SAP 10101010 (SNAP SAP)
SNAP ID
LLC SNAP PDU
DSAP
10101010
SSAP
10101010
UI
0x03
OUI
(3 okteta)
PI
(2 okteta)
PDU mrežnog sloja
SNAP PDU
SNAP ID
SNAP/RFC1042
DSAP
10101010
SSAP
10101010
UI
0x03
OUI
0x00-00-00
PI
EtherType
PDU mrežnog sloja
PI za IP
0x08-00
PI za ARP
0x08-06
SNAP PDU
Uvod u lokalne mreže
24/36
Struktura SNAP PDU-a

polje OI (Organization Identifier)



polje PI (Protocol Identifier)



duljine tri okteta
označava organizaciju koja je definirala privatni
protokol mrežnog sloja
duljine dva okteta
određuje na jednoznačan način dotični privatni
protokol
opisani postupak transfera podatkovnih
jedinica protokola mrežnog sloja naziva se
SNAP enkapsulacija
Uvod u lokalne mreže
25/36
Višestruki pristup mediju

centralizirani
upravljač
zajednički medij
stanica
1

....
stanica
N
zajednički medij
decentralizirani
stanica
1
Uvod u lokalne mreže
stanica
2
stanica
2
....
stanica
N
26/36
Višestruki pristup mediju

centralizirani pristup

omogućava lakšu realizaciju (+)
dodjele prioriteta krajnjim uređajima za slanje okvira, i
 dodjele zajamčenog kapaciteta potrebnog za slanje okvira




omogućava korištenje jednostavnih logičkih sklopova
u stanicama (+)
izbjegnut je problem koordinacije između
ravnopravnih komunikacijskih entiteta (+)
u mreži postoji jedna kritična točka (upravljač)


u slučaju ispada upravljača iz rada, cijela mreža prestaje s
radom (-)
centralizirani pristup može ponekad kreirati usko grlo
u komunikaciji i pokvariti performanse mreže (-)
Uvod u lokalne mreže
27/36
Upravljanje pristupom mediju (MAC)

višestruki pristup po namjenskom kanalu






TDMA (Time Division Multiple Access)
FDMA (Frequency Division Multiple Access)
SDMA (Space Division Multiple Access)
CDMA (Code Division Multiple Access)
OFDMA (Orthogonal Frequency DMA)
višestruki pristup po zajedničkom kanalu


stanice se međusobno natječu za pristup mediju
dvije vrste pristupa po zajedničkom kanalu:


prozivanje (polling) i slučajni pristup (random access)
u LAN-ovima se najčešće koristi pristup po
zajedničkom kanalu
Uvod u lokalne mreže
28/36
Prozivanje

centralizirano kružno prozivanje
upravljač
DTE
1

DTE
2
. . .
DTE
N-1
DTE
N
decentralizirano kružno prozivanje
upravljač
DTE
1
Uvod u lokalne mreže
DTE
2
. . .
DTE
N-1
DTE
N
29/36
Slučajni pristup

starije tehnike





ALOHA (pure ALOHA)
S-ALOHA (slotted ALOHA)
rezervacijska ALOHA
ove su metode korištene u paketskim radijskim
mrežama
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA/CD (CSMA with Collision Detection)


uporaba u ethernetskim mrežama
CSMA/CA (CSMA with Collision Avoidance)

uporaba u bežičnim LAN-ovima
Uvod u lokalne mreže
30/36
Trendovi u razvoju lokalnih mreža

današnje žične i optičke lokalne mreže
koriste komutiranu topologiju

ona podržava višestruki pristup mediju
na poveznici koja povezuje dvije stanice (npr. mrežnu
karticu u PC-u i priključak na komutatoru)
 ovakav se način rada naziva i naizmjenični prijenos
(half-duplex)



i dvosmjerni prijenos (full-duplex)
višestruki pristup zajedničkom mediju
uglavnom se koristi u bežičnim LAN-ovima

najčešće korištena tehnika višestrukog pristupa
je OFDMA
Uvod u lokalne mreže
31/36
MAC PDU

MAC PDU = okvir
upravljačko
polje

LLC PDU
CRC
određuje funkciju okvira na razini MAC-a
MAC adresa – jednoznačno određuje stanicu

na LLC-u moguće filtriranje MAC adresa


izvorišna MAC
adresa
upravljačko polje


odredišna MAC
adresa
to je važno prilikom slanja na veći broj odredišta
CRC (Cyclic Redundancy Check)

tehnika zaštite okvira od pogrešaka nastalih u
prijenosu mrežom
Uvod u lokalne mreže
32/36
MAC adresa

duljina MAC adrese iznosi 16 ili 48 bita





danas se u svim LAN-ovima koriste uglavnom
MAC adrese duljine 48 bita
MAC adresa je ugrađena u firmware uređaja
primjer MAC adrese: x'a2-40-50-61-72-b1
IEEE je globalno vrhovno tijelo koje određuje na
koji način proizvođači mrežnih uređaja dodjeljuju
MAC adrese svojim proizvodima
svaka stanica mora imati jedinstvenu MAC
adresu na globalnoj razini

u praksi je bitno da je MAC adresa jedinstvena
unutar istog LAN-a
Uvod u lokalne mreže
33/36
Struktura MAC adrese

prvih 24 bita – OUI (Xerox, IEEE)


određuje proizvođača opreme
dostupni na http://standards.ieee.org

preostalih 24 bita – određuju stanicu

kanonski format MAC adrese


eksplicitno određuje da se na poziciji bita
najmanje težine (LSB) nalazi bit I/G
koristi se u IEEE 802.3 i IEEE 802.4 LAN-ovima
OUI (24 bita)
MSB
oznaka DTE-a (24 bita)
LSB
6 bita
U/L
I/G
preostalih 40 bita
1. oktet MAC adrese
Uvod u lokalne mreže
34/36
Struktura MAC adrese (2)

U/L (Universal/Local)

određuje da li se radi
o adresi koju je dodijelilo administracijsko tijelo (U = 0)
 ili se radi o lokalno generiranoj adresi (L = 1)


I/G (Individual/Group)

određuje da li MAC adresa označava
jedan krajnji uređaj (I = 0) ili
 skupinu krajnjih uređaja (G = 1)
 prilikom slanja okvira na jedno odredište ovaj je bit u
odredišnoj MAC adresi uvijek jednak nuli
 ako se radi o multicastu ili broadcastu bit I/G u
odredišnoj MAC adresi postavljen je u jedinicu
 bit I/G u izvorišnoj MAC adresi uvijek je nula
 odredišna MAC adresa za razašiljanje: x'ff-ff-ff-ff-ff-ff

Uvod u lokalne mreže
35/36
Struktura MAC adrese (3)

nekanonski oblik MAC adrese

koristi se u IEEE 802.5 i FDDI LAN-ovima
LSB
MSB
I/G
U/L
6 bita
preostalih 40 bita
1. oktet MAC adrese

ako je MAC okvir iz Token Ringa proslijeđen
u IEEE 802.3 LAN tada je u Ethernetu
adresama (DA i SA) sadržanim u okviru
potrebno promijeniti redoslijed bita, tj.
promijeniti nekanonski u kanonski oblik

tim se zadatkom bave uređaji za povezivanje
LAN-ova (usmjerivač ili translacijski most)
Uvod u lokalne mreže
36/36