Modul 8:

1. Modul 8: Ethernet Switching

2. Colissions • Ethernet = zdieľateľné médium – v danom momente vysiela jeden uzol; • pridanie uzla spôsobí: • väčšie požiadavky na šírku pásma a prietok médiom; • väčšia pravdepodobnosť kolízie (viac opakovaných prenosov); • riešenie: vložiť zariadenia, ktoré rozdelí sieť na segmenty, do izolovaných kolíznych domén.

3. Bridge • dvojportové zariadenie; • rozdelí sieť len na dve nezávislé kolízne domény; • nerozdeľuje logickú (broadcastovú) doménu; • sieť bez zariadenia s logickou adresou (napr. routera) = rovnaký logický adresný priestor; • posielanie paketov - na základe MAC adries a príslušných portov; • logické (IP) adresy - nepodstatné pre posielanie paketov v rámci LAN siete.

4. Layer 2 bridging • bridge (práve zapojený do siete) - prázdna tabuľka MAC adries; • čaká na posielanie paketov z jednotlivých segmentov; • prenos - vysielajúca aj prijímacia stanica sú dostupné; • bridge prijaté údaje na svojom porte začne spracovávať; • v rámci jednej kolíznej domény posielané pakety spracováva aj prijímač aj bridge; • do tabuľky pridá - zdrojová adresa uvedená v rámci (nie cieľová!!!); • v tabuľke - MAC adresa a príslušný port, cez ktorý údaj prišiel; • ak cieľová MAC adresa nie je v premosťovacej tabuľke - údaje sa pošlú do obidvoch segmentov; • cieľová adresa v rámci < > MAC adrese stanice - rámec odmietne; • cieľová adresa rámca v premosťovacej tabuľke - rámec sa pošle portom uvedeným pri MAC adrese do príslušného segmentu;

5. Switch • - rýchlejšie zariadenie s väčším počtom portov ako bridge; • 1 port = 1 kolízna doména; • dynamicky vytvára a spravuje tabuľku pamäte adresovateľnej podľa obsahu (Content-Addressable Memory, CAM) - MAC informácie pre všetky porty; • prepojenie switch – 1 uzol = kolízna doména s dvoma uzlami (switch a stanica) - tvoria mikrosegment; • krútená dvojlinka: • 1 pár na vysielanie a 1 na príjem signálov; • súčasné posielanie a vysielanie signálov (plne duplexná komunikácia); • zdvojnásobenie výkonu siete; • odstránenie kolíznych domén. • port uplink – slúži na pripojenie ďalšieho switcha alebo hubu.

6. CAM • pamäť - porovnáva prichádzajúce údaje so svojimi pôvodnými; • „hľadá“ port k príslušnej MAC adrese; • ak sa údaje uložia do pamäte, vrátia sa príslušnej adrese; • ASIC (Application-specific Intergrated Circuit) • obsahuje integrovaný obvod; • dovoľuje, aby niektoré softvérové aplikácie sa vykonávali v hardvéri; • znižuje tým oneskorenie prenosu; • umožňuje switchu rýchlejší prenos bitov.

7. Latency • oneskorenie, ktoré vzniká od momentu, keď prvé bity rámca opúšťajú vysielajúcu stanicu až po čas, keď prvá časť rámca dôjde k cieľovému zariadeniu; • ovplyvňujúce faktory: • typ prenosového média (max. rýchlosť siete); • elektronika spracujúca signály počas prenosu (oneskorenie v obvodoch); • rozhodnutie softvéru pri zavedení prepínania paketov a protokolov (softvérové omeškanie);

8. Switch modes • režimy prepínania: • priebežnom prepínaní (cut–through); • symetrické prepínanie; • „ulož a pošli“ (store-to-forward); • prepínanie s obmedzením pre malé rámce (fragment-free);

9. Cut–through • prichádzajúci rámec sa prepína na výstupný port hneď po doručení prvých bitov spolu s cieľovou MAC adresou a po zistení príslušného výstupného portu; • vysielanie rámca cez port sa začne ešte pred prijatím celého rámca na vstupný port; • oba porty, cieľový aj zdrojový, musia pracovať s rovnakou šírkou pásma (t.j. symetrické prepínanie); • switch neoveruje kontrolný súčet.

10. Store-to-forward • rámec najskôr načíta do pamäte a uloží; • switch po uložení overí kontrolný súčet; • FCS nesprávny: • switch rámec zruší; • nešíri rámec do iného segmentu; • na základe MAC adresy a portu v tabuľke switcha, sa po kontrole FCS celý rámec pošle výstupným portom do príslušného segmentu; • rýchlosť posielania bitov zdrojového a cieľového portu sa nemusí zhodovať, lebo sa rámec neposiela priebežne (asymetrické prepínanie); • v komunikácii klient/server.

11. Fragment-free • najprv sa prečíta prvých 64 oktetov (hlavička rámca i MAC adresa); • zistí sa, či nedošlo k výskytu krátkeho rámca; • rámec sa pošle skôr ako switch prečíta údajové pole a kontrolný súčet; • overí sa správnosť adresácie; • informácie LLC protokolu dohliadajú na to, že údaje budú doručené správnemu cieľovému zariadeniu;

12. Latency - switching • najkratšia - cut-through; • najväčšia - store-to-forward.

13. Switching loops • sieť s použitím switchov: • zvyčajne majú prebytočné cesty; • prenos – spoľahlivejší; • počíta sa s chybami v sieti; • možný vznik prepínacích okruhov; • zdroj zahltenia siete;

14. Spanning-Tree Protocol (STP) • smerovací protokol; • vytvára logickú hierarchickú stromovú architektúru bez okruhov; • lokálny switch s protokolom STP, posiela zo všetkých svojich portov protokolové dátové jednotky bridgov (Bridge Protokol Data Units), ktoré zamedzujú tvorbe okruhov; • pri vytvorení okruhu: • zablokuje sa jeden port alebo všetky porty, ktoré vytvorili paralelné zapojenie; • zaistí sa, že každý lokálny segment bude prístupný z každého uzlu práve jednou cestou;

15. Ports with STP • stav: • blokovanie; • počúvanie; • učenie sa; • posielania paketov; • nečinný; • zo stavu inicializácie - do stavu blokovania; • zo stavu blokovania - z neho do stavu počúvania a postupnou zmenou stavu až do stavu posielania paketov. • do stavu nečinnosti - z ktoréhokoľvek vyššie uvedeného stavu.

16. Shared media environments • siete - niekoľko typov prostredia; • prostredie zdieľaného prenosového média- na jedno prenosové médium majú povolený prístup viaceré stanice; • prostredie rozšíreného zdieľaného média - sieťové zariadenia, ktoré umožňujú viacnásobný prístup k médiu alebo dokonca predlžujú kábel; • poit-to-point sieťové prostredie: • pripojenie dialup, (dve zariadenia); • napr. prepojenie počítača s poskytovateľom Internetu pomocou modemu a telefónnej linky;

17. Collision domains I. • vzniká zapojením niekoľkých počítačov na jedno zdieľané médium bez ďalších sieťových zariadení; • časť siete, v ktorej sa šíri kolízia; • po vzniku kolízie - všetky prenosy sa zastavia na určitý náhodný čas určený backoff algoritmom pre všetky sieťové zariadenia; • rozdelenie kolíznej domény na menšie časti: • pre každý port je jedna kolízna doména • zariadenia na druhej vrstvy OSI modelu; • zariadenia tretej vrstve OSI modelu; • segmentácia: • rozdelenie kolíznej domény na segmenty; • výhoda: kolízia z jedného segmentu, sa nerozšíri do ďalších segmentov.

18. KO1 KO2 KO3 1xKO Collision domains II.

19. Physical layer - collisions • zariadenia fyzickej vrstvy • rozširujú počet pripojených zariadení v sieti; • signály len zosilňujú a nezasahujú do prístupu k médiu; • počet kolízii je omnoho vyšší ako v sieťach s bridgom, switchom alebo routrom; • v sieti s repeatermi platí pravidlo 5-4-3: • narušením sa môže zvýšiť maximálna hodnota oneskorenia šírenia signálu); • dodržiavanie pravidla - čas prenosu signálu celým systémom medzi dvoma komunikujúcimi zariadeniami sa nezvýši (round-trip delay);

20. Layer 2 broadcasts • komunikácia kolíznych domén: • broadcastovým a multicastovým rámcom linkovej vrstvy OSI modelu. • vysielajú ich pracovné stanice, routre a multicastové aplikácie; • zabezpečujú protokoly; • správa všetkým hostom v sieti - broadcastový rámec s MAC adresou 0xFFFFFFFFFFFF; • broadcastové „žiarenie“: • zhromažďovanie broadcastových a multicastových prenosov; • nadmerným nahromadením vzniká „záplava“ siete (bráni akémukoľvek prenosu údajov); • nepovolí žiadne sieťové pripojenie; • všetky prebiehajúce procesy sa zastavia; • výkon počítačov sa výrazne zníži; • sieť so switchmi - veľká pravdepodobnosť vzniku „záplavy“. • klientské stanice vysielajú ARP žiadosti (Address Resolution Protocol), keď potrebujú zistiť MAC adresu, ktorá sa nenachádza v ARP tabuľke.

21. Broadcast Domains • tvorená skupinou kolíznych domén, ktoré sú navzájom prepojené zariadeniami druhej vrstvy OSI modelu; • zariadenia posielajú broadcast, ktorý prijímajú všetky zariadenia v jednej broadcastovej doméne; • riadenie prenosu: • nie je to funkcia zariadení druhej vrstvy; • funkcia zariadení sieťovej vrstvy (napr. routra): • oddeľujú jednotlivé broadcastové domény; • prijatý broadcast z jednej broadcastovej domény už neprepustia do inej domény. • znižuje sa počet kolízií; • zvyšuje sa šanca, že údaje dôjdu k cieľu; • všetky napojené kolízne domény spracovávajú rovnaký broadcastový rámec.

22. Router pracuje na 3 vrstvách: • 1. vrstva • fyzické prepojenie (prenos údajov fyzickým médiom); • 2. vrstva • zapúzdrenie na všetkých rozhraniach; • riadenie kolíznych domén; • rovnaké funkcie ako pri zariadeniach 2. vrstvy OSI modelu; • 3. vrstva • broadcastové domény; • posielanie paketov na základe logických (IP) adries mimo lokálnej siete, príp. medzi broadcastovými doménami.

23. Data flow • tok údajov v kolíznych a broadcastových doménach je popísaný tokom rámcov; • najdôležitejšie presuny – 1. - 3. vrstva; • sieťová vrstva • logické (IP) adresy (cieľové); • zariadenia delia sieť na viacero kolíznych aj broadcastových domén; • linková vrstva • hardvérové (MAC) adresy (zdrojové aj cieľové); • filtrácia rámcov na základe MAC adries; • zariadenia delia sieť na viacero kolíznych domén; • všetky tvoria len jednu broadcastovú doménu; • fyzická vrstva • údaje sa nefiltrujú, len prenášajú; • obnovenie na pôvodnú kvalitu prenášaného signálu; • zariadenia sú v rovnakej doméne, broadcastovej aj kolíznej.