1 / 75

4.3 Ethernet-lähiverkko

4.3 Ethernet-lähiverkko . Yleisin lähiverkkoteknologia IEEE:n standardoima LAN-verkko CSMA/CD (kuulosteluväylä) Muita lähiverkkostandardeja esim. Token ring (vuororengas) FDDI WLAN (langaton lähiverkko) ei käsitellä tällä kurssilla. väylä. Eetteriverkon rakenne. kaapeli. u tähti

lou
Télécharger la présentation

4.3 Ethernet-lähiverkko

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. 4.3 Ethernet-lähiverkko • Yleisin lähiverkkoteknologia • IEEE:n standardoima LAN-verkko • CSMA/CD (kuulosteluväylä) • Muita lähiverkkostandardeja • esim. • Token ring (vuororengas) • FDDI • WLAN (langaton lähiverkko) ei käsitellä tällä kurssilla

  2. väylä Eetteriverkon rakenne kaapeli utähti - hub toimii toistimen tavoin HUB Kaksi parijohtoa

  3. Kaapelit 10Base2 ohut kaapeli • 10 => 10 Mbps • Base => kantataajuus • 2 => 200 m • 10Base-T kierretty pari & central hub • helppo hallita, kallis, suosio kasvaa • 10Base-F valokaapeli • kallis, luotettava, tehokas • 100Base-T, 100 Base-F • Fast Ethernet

  4. Lyhyet etäisyydet, pieni määrä laitteita • sovittimesta keskittimeen (hub) maks. 100 m • väylä • pituus maks. < 200 metriä, • syynä vaimeneminen • solmuja maks. 30 kpl • syynä CSMA/CD => liikaa törmäyksiä • maks. 5 väylää voidaan yhdistää toistimilla • => ~1000 m, 150 laitetta • valokuitua käytettäessä hieman pitemmät etäisyydet

  5. Signaalin koodaus • Manchester-koodaus • tahdistus • jännitteen muutos keskellä bittiä • ei kellon tarvetta • lisätarve kaistanleveys • bitin koodaus • 1-bitti: jännite ensin ylhäällä, puolivälissä alas • 0-bitti: jännite ensin alhaalla ja puolivälissä ylös

  6. differential Manchester • aina siirtymä keskellä • 1-bitti: ei siirtymää alussa • 0-bitti: siirtymä alussa • monimutkaisempi laitteisto • parempi kohinan sieto

  7. Ehternet-kehys Source address Destin. address type data CRC

  8. MAC-protokolla • tahdistuskuvio (preamble) • 7 tavua 1010101010 • synkronointia varten • kehyksen alku • 10101011 • kohde- ja lähdeosoitteet • osoitteessa 6 tavua (tai 2 tavua) • 0xxxxx… yksilöosoite • 1xxxxx … ryhmäosoite • 11111 …. kaikkia • yksi bitti: paikallinen vai globaali osoite

  9. kehyksen pituus • 0-1500 tavua • mutta • kehyksen pituus vähintään 64 tavua • tarvittaessa täytettä (PAD) • jotta kehys erottuu roskasta • jotta lähettäjä ehtii havaita kehyksen törmänneen • riittävä kuunteluaika

  10. kuuntelutarve • kehyksen lähetys ei saa päättyä ennen kuin alku on perillä ja mahdollinen törmäysääni kuultu • alku perillä => loppukin onnistuu • pahimmassakin tapauksessa • => kehyksen lähetyksen minimikesto: 2t

  11. 10 Mbps • LAN-pituus korkeintaan 2500 m • toistimia korkeintaan 4 • lähetyksen kestettävä ainakin 51.2 ms • eli 64 tavua • 1 Gbps • => 6400 tavua

  12. Törmäyksen jälkeinen uudelleenlähetys • törmäyksen jälkeen aika jaetaan lokeroiksi • 51.2 ms vastaten 512 bittiä eli 64 tavua • 1. törmäyksen jälkeen asema odottaa 0 tai lokeron ajan ennen kuin yrittää uudelleen • 2. törmäyksen jälkeen 0, 1, 2 tai 3 lokeroa

  13. Binary exponential backoff • n. törmäyksen jälkeen valitaan odotusaika väliltä: 0 - 2**n-1 • 10. törmäyksen jälkeen väliä [0-1023] ei enää kasvateta • 16. törmäyksen jälkeen luovutaan ja ilmoitetaan ‘asiakkaalle’ ( eli verkkokerrokselle) epäonnistumisesta • yhä liian paljon yrittäjiä!

  14. binäärinen eksponentiaalinen perääntymien on joustava • kuorma kasvaa => väli kasvaa • vaihtoehtona kiinteä valintaväli • aina [0- 1023] • aina [0-1] • aina [a-n] • entä suorituskyky?

  15. Kytkentäinen 802.3 LAN • entä kun kuorma kasvaa? • väyläprotokolla skaalautuu huonosti • yhdistetään asemat kytkimellä • kytkimessä 4-32 korttia, 8 liitintä jokaisessa • reititys • samalle kortille • muualle => vastaanottajan kortille

  16. Kaksi aktiivista lähettäjää yhden kortin alueella? • kortti ja sen asemat ~ LAN • kortti on törmäysalue (collision domain) • törmäykset kuten LANissa • puskuroitu porti, reitittäjä • portti on törmäysalue • aseman tilalla voi olla keskitin (hub) ==> silta (bridge)

  17. Vuororengas (802.5) • rengas on ketju kaksipisteyhteyksiä • ei siis yleislähetystä • tekniikka hallussa • digitaalitekniikkaa (melkein kokonaan) • kierretty pari • koaksiaalikaapeli • valokuitu • IBM:n valinta

  18. Bitin pituus • siirtonopeus renkaassa R Mbps => bitti lähetetään joka 1/R sekunti • siirtoviive kaapelissa 200 000 km/s = 200 m/ms • kukin bitti vie tällöin 200/R metriä • Jos R = 1 Mbps ja renkaan koko 1000 m, niin renkaaseen mahtuu vain 5 bittiä (a’ 200 metriä)

  19. Lähetys vuororenkaassa • renkaassa kiertää vuoromerkki • erityinen bittikuvio • vuoromerkin tulee mahtua renkaaseen • kunkin aseman aiheuttama viive (1 bitti) • öisin keinotekoinen viive • siirtoviive • kuuntelu moodi • kopioi bittejä sisääntulosta ulosmenoon

  20. lähetysmoodi • vain jos on vuoromerkki • omaa dataa siirretään ulosmenoon • lähetetyt bitit kiertävät koko renkaan ja lähettäjä poistaa ne • voi tutkia, onko kehyksissä virheitä • lopetettuaan lähettäjä lähettää vuoromerkin renkaaseen • rengas ei rajoita kehyksen kokoa

  21. jos kevyt kuorma • vuoromerkki kiertelee renkaassa • joskus joku lähettää • jos raskas kuorma • kaikilla asemilla jonoa • kaikki lähettävät maksimimäärän ja siirtävät vuoromerkin seuraavalle • renkaan suoritusteho lähes 100%

  22. Kuittaukset • kehyksessä 1 bitti kuittausta varten • aluksi 0 • vastaanottaja muuttaa 1:ksi • entä jos useita vastaanottajia? • monimutkaisempi kuittaus • ei lainkaan kuittausta

  23. 802.5-rengas • kierretty pari • 1, 4 tai 16 Mbps • differential Manchester -koodaus • kehyksen alussa ja lopussa koodausta, joka ei ole normaalia dataa (high-high tai low-low)

  24. Renkaan ylläpito • ongelma: rengas katkeaa! • johtokeskus (wire center) • jokainen asema yhdistetty johtokeskukseen kahdella kierretyllä parilla • releen virroitus asemalta • virta katkeaa => rele sulkeutuu • asema siirtyy ohitustilaan • asema voidaan myös ohjelmallisesti irroittaa renkaasta • esim. testausta varten

  25. MAC-protokolla • token holding -time • 10 ms • access control -kenttä (1 tavu) • vuoromerkki (3 bittiä) • monitor-bitti • prioriteettibitit • varausbitit • frame status -kenttä ( 1 tavu) • automaattinen kuittaus: • A = nähnyt, C = kopioinut

  26. loppumerkissä • E-bitti • asetetaan, jos havaitaan epäkelpo merkki • enf-of-file -bitti • viimeinen kehys

  27. Prioriteetti • monitasoisia prioriteettejä • vuoromerkin prioriteetti • määrää minkä prioriteetin kehyksiä saa lähettää • kolme bittiä vuoromerkissä • vuoromerkin prioriteetin asetus • datakehyksen varausbittien avulla • varataan vuoromerkkiä korkean prioriteetin lähetykselle • kun lähetys loppuu uusi vuoromerkki saa korkeimman varauksen prioriteetin

  28. vuoromerkin prioriteetin nostanut, myös laskee sen! • alemman prioriteetin kehykset voivat joutua odottamaan ikuisesti

  29. Vuororenkaan ylläpito • keskitetty ylläpito • yksi asema toimii valvoja-asemana • kaikki asemat voivat toimia valvonta-asemana • jos valvoja-asema vikaantuu • ACTIVE_MONITOR_PRESENT -kehystä ei tule • tilanteen havainnut asema lähettää • CLAIM_TOKEN -kehyksen • jos useita => kilpailemalla saadaan uusi valvonta-asema

  30. Valvoja-asema valvoo renkaan toimintaa • vuoromerkin katoaminen • vuoromerkin kiertoa valvova ajastin • jos laukeaa, rengas tyhjennetään ja lähetetään uusi vuoromerkki • vaurioituneet kehykset • väärä kehysmuoto, tarkistussumma ei täsmää • tyhjennys ja uusi vuoromerkki

  31. ‘orvot’ kehykset • lähettäjä vikaantui, eikä poistanut kehystä • kehyksessä monitoribitti • valvoja asettaa kehyksen monitoribitin aina, kun kehys ohittaa sen • jos kehyksessä on jo bitti asetettu, kehys poistetaan • renkaan pituuden säätely • 24 bitin vuoromerkin tulee mahtua renkaaseen • valvoja lisää viivettä tarvittaessa • jos renkaan pituus + asemien aiheutamat 1 bitin viipeet eivät riitä

  32. renkaan rikkoutuminen • kun asema huomaa renkaan katkenneen • sen naapurit vaikuttavat ‘kuollelta’ • lähettää BEACON-kehyksen • jossa oletetun rikkoutuneen aseman osoite • kehys etenee niin pitkälle kuin voi • voidaan päätellä katkoksen alku • poistetaan rikkoutuneet ohitusreleen avulla • rengas kuntoon

  33. 802.3 CSMA/CDhyvät puolet • yleisesti käytetty • yksinkertainen protokolla • asemien lisääminen helppoa • passiivinen kaapeli, • ei modeemia, • kevyellä kuormalla lähetysviive nolla

  34. 802.3 CSMA/CD huonot puolet • analoginen törmäyksen havaitseminen • pienin kehys 64 tavua • => yleisrasitetta, jos sanomat lyhyitä • epädetermistinen • ei prioriteetteja • raskas kuorma • => törmäyksiä => suoritusteho laskee

  35. 802.5 vuororengashyvät puolet • kaksipisteyhteyksiä • rengas voidaan rakentaa mistä tahansa • täysin digitaalinen • johtokeskus • => automaattinen vikojen havaitseminen ja korjaaminen • prioriteetit • alimman prioriteetin sanomat eivät saa lähetysaikaa

  36. hyvin lyhyet ja hyvin pitkät kehykset mahdollisia • suorituskykyinen ja tehokas • huonot puolet • keskitetty valvontatoiminto • seonnut valvoja voi tehdä mitä vaan • kevyellä kuormalla turhaa odotusta

  37. LLC (Logical Link Control) • LAN 802 - ja MAN-verkot • vuonvalvonta, virhevalvonta, yhtenäinen rajapinta erilaisiin verkkoihin • ~ OSI-malli, HDLC • Palvelut: • epäluotettava datasähkepalvelu, • kuittaava datasähkepalvelu, • luotettava yhteydellinen palvelu

  38. 4.4 Silta (bridge) • yhdistää LAN-verkkoja • linkkitason olio • toistin: ‘pala kaapelia’; fyysisellä tasolla • silta: ‘ovi’ linkkitasolla • reititin: verkkotasolla

  39. Käyttötarpeita • osastoverkot • maantiede: hajautus • etäisyydet: yhdistäminen • kuormituksen jakaminen • häiriöiden rajoitus paikalliseksi • suojaus: lähiverkkojen looginen eristäminen

  40. Verkkojen yhdistäminen • voi yhdistää samanlaisia lähiverkkoja • eetteri-eetteri • vuoroväylä-vuoroväylä • vuororengas - vuororengas • voi yhdistää erilaisia lähiverkkoja • esim. eetteri- vuororengas • vuoroväylä - vuororengas • kaikkiaan 9 erilaista yhdistelmää • kaikissa omat ongelmat

  41. Yhteiset ongelmat yhdistämisessä • kehysrakenne • joka LANilla oma kehys • uuden kehyksen muodostaminen, • tarkistussumma laskettava uudelleen, • => silta on uusi virhelähde • siirtonopeus • eri datanopeuksia • CSMA/CD: 1, 2,10 Mbps • vuoroväylä: 1, 5, 10 Mbps • vuororengas: 1,4,16 Mbps

  42. CSMA/CD: törmäykset • eri virroilla yhteinen kohde => kehysten puskurointi tarpeen • puskurien ylivuoto • ylempien kerrosten ajastimet => tarpeettomia uudelleenlähetyksiä

  43. kehyksen maksimipituus • eetteriverkko 1500 tavua, • vuoroväylä 8191 tavua, • vuororengas vuoromerkki rajoittaa 5000 tavua • linkkikerroksen tehtäviin ei kuulu kehyksien pilkkominen ja kokoaminen • mitä tehdään ylipitkälle kehykselle? • jos liian iso, roskiin

  44. prioriteetti • CSMA/CD: ei prioriteettia • vuororengas ja vuoroväylä: prioriteetti, • mutta erilainen • kuittauspyyntö (vuoroväylä) • jos kehyksessä kuittauspyyntö, kuka vastaa • silta • ei kukaan • kuittaus (vuororengas) • A- ja C-bitit (nähty/kopioitu) • sama ongelma, kuka vastaa

  45. Siltojen edut • verkkojen ja asemien määrää helppo kasvattaa • erilaisia lähiverkkoa • sillat eivät näy ylemmille kerroksille • voidaan kerätä tietoja ja säädellä pääsyä • luotettavuus ja suorituskyky kasvaa

  46. Siltojen haitat • sillat puskuroivat ja aiheuttavat viivettä • ei vuonsäätelyä => sillan kapasiteetti voi ylittyä • kehysrakenteen muuttaminen => virheitä jää havaitsematta • Yleisesti edut selvästi suuremmat kuin haitat

  47. Sillan portit • Lähiverkko liitetään siltaan portin kautta • yksinkertaisissa silloissa vain kaksi porttia • monipuolisissa useita • Portti • MAC-piiri • noudattaa vastaavan lähiverkon protokollaa • CSMA/CD, vuororengas, vuoroväylä • ohjelmisto • huolehtii alustuksesta • puskurin hallinnasta

  48. Tuntumaton silta (transparent bridge, spanning tree bridge) • tavoitteena tuntumattomuus • 1 • ‘plug and play’ • ei mitään muutoksia laitteistoon, ohjelmistoon • ei reititystauluja ja parametrien asettelua • ei vaikuta itse LANien toimintaan • tuntumaton silta toimii ‘promiscuous’-moodissa • vastaanottaa kaikki siihen kytketyiltä LANeilta tulevat kehykset • joko hylkää tai reitittää edelleen

  49. kahden aseman välissä oleva silta ei näy kummallekaan asemalle • silta tekee kaikki reititysratkaisut • silta alustaa itse itsensä • silta sopeutuu dynaamisesti verkon muutoksiin

  50. useita sanomia voi saapua yhtäaikaa • talletetaan puskureihin • saapuneista sanomista valmistetaan niiden kohdeverkkoa vastaava kehys

More Related