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

Studij FER-2
Studijski program Računarstvo
VI semestar
Modul Telekomunikacije i informatika
Predmet Lokalne mreže
(preporučeni izborni predmet modula)
Osnove Etherneta
doc. dr. sc. Željko Ilić
ZTEL
Počeci Etherneta

22. svibnja 1973. Bob Metcalf (Xerox) s
kolegama razvio prvi eksperimentalni
ethernetski sustav




namijenjen povezivanju uređaja Xerox Alto
prijenosna brzina 2,94 Mbit/s
nazvana Alto Aloha Network
1973. ime promijenjeno u Ethernet


namijenjen povezivanju bilo kakvih računala
1976. Ethernet prikazan po prvi puta
National Computer Conference
 prvi rad "Ethernet: Distributed Packet Switching for
Local Computer Networks"
 1978. izdan patent za Ethernet

Osnove Etherneta
2/30
Originalni ethernetski sustav
Osnove Etherneta
3/30
Razvoj standarda

originalni standard za Ethernet 10 Mbit/s





objavili ga Digital, Intel i Xerox 1980.
DIX Ethernet "The Ethernet, A Local Area
Network Data Link Layer and Physical Layer
Specifications"
standard je predan na usvajanje odboru IEEE
802, grupi Data Link and Medium Access Control
DIX v2.0 – Ethernet II (zadnja verzija, 1982.)
1982. združene DIX i IEEE verzije


nastala prva verzija standarda IEEE 802.3
prihvatili ga i NIST, ECMA, ANSI, a 1990. ISO
kao ISO/IEC 8802-3
Osnove Etherneta
4/30
Struktura Ethernet okvira
IEEE 802.3 okvir
preambula
SFD
DA
SA
L/ET
LLC PDU
FCS
7
1
6
6
2
46 do 1500
4
Ethernet DIX okvir

DA
SA
ET
korisnička informacija
FCS
8
6
6
2
46 do 1500
4
preambula




preambula
namijenjena sinkronizaciji prijemnika
IEEE 802.3 – 7  10101010
Ethernet DIX – 7  10101010 + 10101011
SFD – samo u IEEE 802.3 = 10101011
Osnove Etherneta
5/30
Struktura Ethernet okvira (II)

DA


IEEE 802.3 – bitovi I/G, U/L
Ethernet DIX – samo I/G, U/L = 0

osim u slučaju razašiljanja

Ethernet DIX – ET

IEEE 802.3 – L/ET





ET dodan standardu 1997.
ako je L/ET ≤ 1500 – to je L
ako je L/ET ≥ 1536 (0x06-00) – to je ET
međudjelovanje oba standarda je omogućeno
vrijednosti polja ET na http://standards.ieee.org
Osnove Etherneta
6/30
Struktura Ethernet okvira (III)

polje korisničke informacije

Ethernet DIX, duljina između 46 i 1500 okteta



IEEE 802.3, duljina između 46 i 1500 okteta
ako je LLC SDU manji od 46 okteta, koristi se
polje PAD za nadopunjavanje


softver mrežnog protokola zadužen da šalje barem 46
okteta
sadržaj polja PAD nije definiran standardom
detekcija kraja okvira

sučelje poravnava primljeni okvir na višekratnik
od osam bita da se izbjegnu tzv. dribble bits

Osnove Etherneta
ako je vrijednost CRC-a u redu, okvir je ispravan
7/30
Protokol CSMA/CD

krajnji uređaj (DTE A) mjeri napon na
mediju

time otkriva eventualno prisustvo nosioca na
mediju (carrier sensing)
ako je mjereni napon dovoljno velik, stanica A
zaključuje da već neka druga stanica u lokalnoj mreži
šalje svoj okvir
 DTE A odgađa slanje vlastitog okvira

kad je napon kojeg stanica A mjeri na mediju dovoljno
mali, A zaključuje da je medij slobodan (idle)
 pokrene brojač koji mjeri IFG (traje koliko i 96 bita)
 nakon isteka IFG-a stanica A počinje slati okvir

Osnove Etherneta
8/30
Sudari okvira

ako je za vrijeme dok A šalje svoj okvir neki
drugi krajnji uređaj počeo slati okvir






nastupit će sudar ta dva okvira (kolizija)
u slučaju sudara okvira sve će stanice u LAN-u
izmjeriti povećani napon i utvrditi koliziju
ta se procedura naziva otkrivanje sudara
okvira
stanice koje su za to vrijeme slale okvire
obustavit će daljnje slanje korisničkih informacija
neposredno nakon toga će svaka od njih poslati
signal zagušenja (jam signal) duljine 32 bita i
potpuno prekinuti slanje bilo kakvog signala
svaka stanica pokreće algoritam TBEB
Osnove Etherneta
9/30
Minimalna duljina MAC okvira
DTE
A

DTE
B
odsječak




traje kao 512 bita
minimalna duljina
MAC okvira mora biti
veća ili jednaka
trajanju odsječka
(slot)
2
signal
zagušenja
t
Osnove Etherneta
t
10/30
Algoritam TBEB (Truncated Binary Exponential
Backoff)

pokreće se nakon što nastupi kolizija pri slanju
nekog paketa


k = 1 /*postavlja se kod prvog sudara na paketu*/
ako je k  attempt limit /*pri narednim sudarima*/
m = min(k, backoff limit)
 odaberi n, 0  n < 2m
 vrijeme ponovnog slanja okvira = n  (trajanje odsječka)
k = k + 1


u IEEE 802.3


attempt limit = 16, backoff limit = 10
ako zbog kolizija stanica niti nakon 16 pokušaja
slanja istog okvira ne uspije, prekida slanje i
obavještava više slojeve
Osnove Etherneta
11/30
Primjer ethernetskog CSMA/CD LAN-a
kad stanice 2 i 5 pokušavaju istovremeno poslati okvire,
dolazi do sudara
Osnove Etherneta
12/30
Rani i kasni sudari okvira
rani sudar:



stanica A još uvijek šalje
okvir i mjeri napon na
mediju
detektira sudar
šalje signal zagušenja i
ponavlja postupak slanja
okvira
Osnove Etherneta
kasni sudar:


stanica A je prestala sa
slanjem okvira prije nego
što je signal sudara došao
do nje
nije detektirala koliziju
13/30
Rani kasni sudari okvira (II)

rani sudari su normalna pojava u
ethernetskim LAN-ovima



krnji okvir koji nastane kolizijom naziva se
fragment (runt)
ako sudar nastane na preambuli, stanica završava
njeno slanje i šalje signal zagušenja
kasni sudari su neregularna pojava

ukazuju na napravilno dimenzioniranu lokalnu
mrežu (maksimalne udaljenosti u LAN-u prevelike)
Osnove Etherneta
14/30
Naizmjenični i dvosmjerni prijenos
stanica
B
stanica
A
Rx
Tx
fizička poveznica (link)
Tx
Rx
kolizija
A→B
A→B
t
t
B→A
B→A
t
t
a)


b)
a) naizmjenični prijenos (half-duplex)
b) dvosmjerni prijenos (full-duplex)
Osnove Etherneta
15/30
Naizmjenični i dvosmjerni Ethernet

ako se na linku koristi CSMA/CD



to je naizmjenični ethernetski link
podržavaju ga i obnavljači i komutatori
ako se na linku ne koristi CSMA/CD



to je dvosmjerni ethernetski link
podržavaju ga samo komutatori
u dvosmjernom načinu rada podsloj MAC koristi
samo tri parametra metode CSMA/CD:
IFG (96 bita),
 minimalnu duljinu okvira (64 okteta) i
 maksimalnu duljinu okvira (1518 okteta)

Osnove Etherneta
16/30
Ethernet brzine 10 Mbit/s
viši slojevi
IEEE adresa
EPROM
LLC
MAC
LAN
kontroler
PLS
spremnik
AUI
PHY
transformator
AUI
MAU =
transceiver
PMA
MDI
transceiver
NIC
(mrežna
kartica)
prijenosni medij

fizički sloj (PHY) čine
podslojevi PLS i PMA te
sučelja AUI i MDI
Osnove Etherneta
RJ-45
konektor
AUI
BNC konektor
konektor
17/30
Standardi fizičkog sloja pri brzini 10 Mbit/s

10BASE5 – debeli Ethernet (Thick Ethernet)

10BASE2 – tanki Ethernet (Cheapernet)

10BASE-T – parični Ethernet

FOIRL (Fibre Optic Inter-Repeater Link)


optički standard za povezivanje obnavljača
10BASE-F – optički standardi

10BASE-FL
(Fiber Link)
- specificira uporabu dviju višemodnih
optičkih niti


10BASE-FB (Fiber Backbone) – samo za povezivanje obnavljača
10BASE-FP (Fiber Passive) – pasivni optički LAN
Osnove Etherneta
18/30
Segmenti ethernetskog LAN-a
STA 1
STA 2
....
STA N
mrežni segment
obnavljač
i
žn t
re en
m gm
se
STA 1
....
STA N
komutator
i
žn t
re en
m gm
se
STA 1
Osnove Etherneta
....
STA N
19/30
10BASE5

maksimalna duljina segmenta 500 metara



na segmentu dozvoljeno maksimalno 100 MAU-a
minimalni dozvoljeni razmak između MAU-a 2,5 m
debeli koaksijalni kabel


promjer 1 cm
radijus savijanja manji od 25,4 cm
debeli koaksijalni segment
(max. 500m)
MAU

MAU obavlja



detekciju sudara
SQE test
DTE
detekciju
predugačkih
okvira
Osnove Etherneta
MDI
15-pinski AUI konektor
mrežna
kartica
AUI kabel
(max. 50m)
“N” konektor
terminator 50 
20/30
10BASE2

maksimalna duljina segmenta 185 metara



na segmentu dozvoljeno maksimalno 30 MAU-a
minimalni dozvoljeni razmak između MAU-a 0,5 m
tanki koaksijalni kabel


promjer 0,5 cm
radijus savijanja manji od 5 cm
tanki koaksijalni kabel
(max. 185m)
BNC konektor
DTE
mrežna
kartica
MAU
BNC-T konektor
BNC terminator 50 
BNC MDI
Osnove Etherneta
21/30
10BASE-T
parični obnavljač (hub)
8-pinski RJ-45
15-pinski AUI konektor
BNC MDI
DTE
mrežna
kartica
MAU
UTP kabel, 100 oma
max. 100 m
8-pinski konektor (MDI)

standardom 10BASE-T moguće je i izravno povezati
dva računala (bez posredstva obnavljača)
Osnove Etherneta
22/30
Optički standardi

FOIRL (Fibre Optic Inter-Repeater Link)


10BASE-FL




DTE-obnavljač; obnavljač-obnavljač
dvije multimodne optičke niti (MMF)
maksimalna duljina linka između dva MAU-a 2 km
10BASE-FB




maksimalna duljina linka između obnavljača 1 km
dvije MM niti
samo za povezivanje obnavljača
maksimalna duljina linka između dva MAU-a 2 km
10BASE-FP


duljina segmenta je ograničena na 1 km
na središnju pasivnu zvijezdu smije biti priključeno najviše
33 stanice
Osnove Etherneta
23/30
Obnavljači

obnavljač (repeater) je uređaj za
međusobno povezivanje segmenata LAN-a



radi isključivo na fizičkom sloju
ako ima više od dva priključka naziva se
multiport repeater
obnavljač u 10BASE-T okolini se naziva hub
1
2
3
4
5
6
7
8
obnavljač
A šalje
okvir
DTE
A
Osnove Etherneta
B prima
okvir
DTE
B
C prima
okvir
DTE
C
D prima
okvir
DTE
D
24/30
Osnovna načela rada obnavljača
Osnove Etherneta
25/30
Protokolni slojevi u obnavljaču

osnovna zadaća obnavljača:



ako obnavljač na jednom od priključaka
detektira sudar, tada prekida slanje okvira i
šalje signal zagušenja svim aktivnim
priključcima
sloj
obnavljača
AUI
port partitioning
obnavljač mora obnoviti preambulu primljenog
signala


obnavljač
obnavljač izolira segment u kvaru


obnavljač će primljeni signal pojačati, obnoviti mu
oblik, i poslati na sve ostale aktivne priključke
obrada okvira u obnavljaču dovodi do pojave
zamjetnog kašnjenja
PMA
MAU
MDI
prijenosni medij
u obnavljaču se skraćuje IFG
Osnove Etherneta
26/30
Domena sudara okvira

to je područje unutar LAN-a unutar kojeg
kad bilo koja dva uređaja šalju svoje okvire
istovremeno nastupi sudar okvira
most/usmjerivač
kraj područja razašiljanja na
fizičkom sloju, tj. kolizijske
domene
obnavljač
obnavljač
obnavljač
mreža obnavljača
radna
stanica
Osnove Etherneta
domena sudara okvira
radna
stanica
27/30
Međusbno povezivanje obnavljača

pravilo: okvir između bilo koje dvije stanice smije
proći kroz najviše četiri (pet) obnavljača
Osnove Etherneta
28/30
Međusbno povezivanje obnavljača (II)

efikasniji način povezivanja obnavljača
Osnove Etherneta
29/30
Najveći dozvoljeni raspon 10BASE LAN-a

ako se LAN sastoji samo od obnavljača i krajnjih
korisničkih uređaja


max. 2800 m
detaljna pravila za
projektiranje LAN-ova
definirana u
dokumentima IEEE-a


Transmission System
Model 1 & 2
osnovno pravilo 5/4/3
Osnove Etherneta
30/30