Računalne mreže. Lokalne mreže: zahtjevi. Lokalne mreže: arhitektura. Lokalne mreže: zahtjevi. Upravljanje logičkom vezom, LLC (Logical Link Control)

Transcription

1 2 Lokalne mreže: definicija i osnovne funkcije Računalne mreže Arhitektura računalnih mreža Lokalna mreža komunikacijska mreža koja omogućava međusobno povezivanje različitih uređaja koji razmjenjuju podatke unutar malenog prostora (površina koju pokriva lokalna mreža obuhvaća najčešće jednu zgradu ili skupinu od nekoliko zgrada). Osnovna funkcija lokalne mreže prijenos podataka velikom brzinom na malim udaljenostima (unutar jedne zgrade ili skupine zgrada). Propusnost komunikacijskog kanala lokalne mreže mjerljiva je s propusnošću sabirnica osobnih računala Umrežavanjem računala mogućnost dijeljenja zajedničkih resursa npr. više korisnika radi s istom bazom podataka ili više korisnika šalje dokumente na zajednički pisač, također se koriste mogućnosti komunikacije putem elektroničke pošte, razmjena datoteka s podacima, arhiviranje itd. 3 4 Lokalne mreže: zahtjevi Lokalna mreža mora biti projektirana tako da zadovolji zahtjeve radne okoline. Najvažniji zahtjevi pri projektiranju lokalne mreže su: Velika brzina prijenosa i širina propusnog pojasa - Brzina i kapacitet komunikacijskog kanala moraju biti usporedivi sa brzinom i kapacitetom sabirnice računala, da bi se zadovoljili zahtjevi korisnika za brzim prijenosom velikih količina informacija. Pouzdanost i održavanje - Komponente lokalne mreže moraju biti pouzdane, tako da su kvarovi rijetki. U slučaju kvara pojedine komponente u mreži to se ne smije odraziti na ostatak mreže. Održavanje treba biti riješeno tako da izaziva minimalno prekidanje rada mreže. Niska cijena Lokalne mreže: zahtjevi Zahtjevi nastavak Kompatibilnost - omogućava nabavu uređaja od različitih proizvođača, s čim de dobije bolji izbor u pogledu odnosa cijeni i performansa. Fleksibilnost i proširivost - mreža mora omogućiti dodavanje i premještanje uređaja. Prijenosni medij mora biti postavljen tako da je lako dostupan radi priključivanja uređaja. Jednostavnost - lokalna mreža mora biti jednostavna za konfiguriranje, priključivanje uređaja i upotrebu. Standardi - standardi za lokalne mreže su serija standarda IEEE 802 tj. ISO Lokalne mreže: arhitektura Arhitektura lokalnih mreža definirana je: fizičkim slojem slojem upravljanja pristupom ili MAC (Medium Access Control) slojem upravljanja logičkom vezom ili (Logical Link Control) Mrežni sloj Podatkovni sloj 5 Upravljanje logičkom vezom, (Logical Link Control) sloj vrši funkciju komunikacije prema višim slojevima OSI modela. Funkcije ovog sloja su nezavisne o mehanizmu upravljanja pristupom mediju i o samom mediju, a definirane su standardom IEEE sloj za upravljanje logičkom vezom, zajednički je za različite tipove mehanizama pristupa mediju

2 Podatkovni sloj Upravljanje logičkom vezom, (Logical Link Control) 7 Upravljanje pristupom, MAC (Medium Access Control) 8 čini gornju polovinu podatkovnog sloja, druga polovica je MAC podsloj. protokol skriva razliku između različitih 802 mreža, tako da omogućava jedinstveni format i sučelje prema mrežnom sloju. blok, bloku korisničkih podataka dodaje svoje zaglavlje, koje sadrži informacije za upravljanje protokolom između dva udaljena sloja. Mrežni sloj MAC paket paket MAC paket MAC MAC sloj zajedno s odgovarajućim fizičkim slojem, definiran je odgovarajućim standardima i to: za CSMA/CD (Ethernet) za "token-bus" za "token-ring" za MAN za WLAN Broadband WLAN...kojima se dodaje standard čime je cjelovito definiran određeni LAN protokol Digital Equipment Corporation and Intel Corporation pridružili su se godine Xerox-u i definirali 10 megabitni Ethernet standard. Ovaj standard je bio osnova kasnije nastalog IEEE standarda. Ethernet standard iz godine može se smatrati podskupom standarda, točnije definira veći broj fizičkih medija za prijenos podataka. Standard IEEE obuhvaća 100 megabitnu verziju (Fast Ethernet) i 1000 megabitnu verziju (Gigabit Ethernet). Često se koristi izraz Ethernet kao sinonim za sve CSMA/CD (Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection) protokole, iako je Ethernet samo jedan od produkata koji implementira IEEE standard. IEEE standard definira tip kabela, najveću dozvoljenu udaljenost među računalima u mreži, format podataka (okvira) i koristi 1-persistent CSMA/CD mehanizam za kontrolu pristupa fizičkom mediju. Kod CSMA mehanizma potreban je algoritam koji određuje što treba stanica uraditi ako je medij zauzet. Obzirom da su sve stanice spojene na zajednički medij, mora postojati način kako će svaka od njih znati kada je medij slobodan, a kad zauzet za slanje podataka, i kako detektirati koliziju podataka sa nekom drugom stanicom: 1-persistent CSMA/CD je jedan od algoritama za rješavanje tog problema CSMA/CD (Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection) CSMA/CD (Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection) mehanizam (1-persistent) je namijenjen mreži koja ima topologiju sabirnice. Pristup čvora (stanice) prijenosnom mediju tj. sabirnici je slučajan. Stanica koja želi uspostaviti komunikaciju "osluškuje" stanje medija i ponaša se po sljedećim pravilima: ako je medij slobodan, šalje odmah podatke ako je medij zauzet, osluškuje dok se ne ustanovi da je medij slobodan i odmah šalje ako pri odašiljanju ustanovi da je došlo do kolizije, čeka slučajno odabrano vrijeme i ponovo šalje podatke Kolizija nastaje jer dvije stanice u isto vrijeme ustanovljavaju da je medij slobodan za slanje podataka. Što je veće kašnjenje (propagation delay) na fizičkom mediju, to je veća vjerojatnost za koliziju. 11 Razlog za definiranje minimalne veličine okvira je sprječavanje stanice da završi prijenos kratkog okvira prije nego prvi bit stigne do najdaljeg dijela kabela, gdje može doći do kolizije s drugim okvirom t=0 A šalje okvir = vrijeme propagacije t = - B šalje okvir t = - paket još nije došao do B t = 2 A je svjestan kolizije 12 2

3 13 14 U t=0 stanica A šalje okvir ( je vrijeme propagacije tj. vrijeme potrebno da okvir stigne na drugu stranu). U - druga stanica B šalje svoj okvir, jer ne zna da stanica A šalje podatke. Kad stanica B vidi da je došlo do kolizije prekida slanje i šalje 48-bitni okvir (noise burst) s kojim obavještava ostale stanice da je došlo do kolizije. Za otprilike 2, pošiljatelj (stanica A) primi noise burst i prekida prijenos, zatim čeka slučajno vrijeme t i šalje ponovo. Ako stanica šalje kratke okvire moguće je da je došlo do kolizije, ali je prijenos završen prije nego je okvir sa porukom o koliziji stigao do nje. Pošiljatelj će krivo zaključiti da je okvir uspješno poslan. Zato se svi okviri moraju slati najmanje 2 vremena. Npr. Za 10Mbps LAN maksimalne duljine 2500 m i 4 ponavljača (engl. repeater) minimalno trajanje okvira je 51,2 s, što odgovara 64 byta. Okviri manje duljine se nadopunjavaju do 64 byta. Sa napretkom računalnih mreža tj. sve većim brzinama prijenosa, ovaj problem se može riješiti tako da minimalna duljina okvira mora rasti ili maksimalna duljina kabela mora padati. Za 2500 metarski LAN koji radi na brzini od 1Gbps minimalna duljina okvira je 6400 byta. Minimalna duljina okvira može biti i 640 byta, ali je tada maksimalni razmak između dvije stanice 250 m Mbps Fast Ethernet IEEE 802.3u Naziv Kabel Max seg. Čvorova/seg. Prednosti 10Base5 Debeli coax 500 m 100 zastario 10Base2 Tanki coax 185 m 30 bez huba 10Base-T parica 100 m 1024 najjeftiniji 10Base-F optički 2000 m 1024 između zgrada Naziv Kabel Max seg. Prednosti 100Base-T4 parice 100 m Koristi CAT UTP 3 100Base-TX parice 100 m Full duplex na 100Mbps CAT 5 UTP 100Base-FX optika 2000 m Full duplex na 100Mbps 100Base-T4 koristi sva 4 para parica jednu za jedan smjer,drugu za drugi, a ostale dvije mijenja s obzirom na trenutačni smjer prijenosa 100Base-Tx koristi samo 2 para parica Gigabitni Ethernet IEEE 802.3z Naziv Kabel Max seg. Prednosti 1000Base-SX Optika 550 m Multimode optika 1000Base-LX Optika 5000 m Single ili multimode optika 1000Base-CX 2 para STP 25 m STP 1000Base-T 4 para UTP 100 m CAT 5 UTP IEEE format okvira PRE AMBULA SFD ADRESA ODREDIŠTA ADRESA IZVORA DUŽINA PODACI PAD FCS byta ili 6 2 ili do do 46 4 Preambula sinkronizacija SFD (Start of the Frame Delimiter) sadrži sekvencu kako bi se označio početak samog okvira Adresa odredišta može biti adresa jedne radne stanice, grupe stanica ili čak nekoliko grupa stanica Adresa izvora daje adresu stanice koja šalje podatke Dužina dužina polja sa podacima Podaci podaci za prijenos; duljina može biti od bytova, ako je manja tada se okvir nadopunjuje sa PAD poljem FCS (Frame Check Sequence) - polje za provjeru; sastoji se od 32-bitne sekvence dobivene cikličkim kodom (CRC-32); računa se iz svih polja osim preambule, SFD polja i naravno samog FCS polja 3

4 19 20 IEEE 802.4:TOKEN BUS Kod IEEE standarda stanice formiraju logički prsten (nakon posljednje stanice slijedi prva), a fizički se radi o linearnom kabelu tj. sabirnici. Svaka stanica poznaje prethodnu i sljedeću stanicu u nizu, a logički redoslijed stanica je neovisan o fizičkom rasporedu. Širokopojasni koaksijalni kabel Logički prsten IEEE 802.5:TOKEN RING IEEE tj. "token ring" definira prstenastu mrežu u kojoj stanice predaju "token" koji kruži fizičkim i logičkim prstenom. Sama izvedba fizičkog prstena može biti parica, koaksijalni kabel ili optičko vlakno. "token" kruži prstenom i kada stanica želi prenositi podatke mora maknuti "token" sa prstena. Rijetko se koristi (IBM) Stanice 3 i 4 nisu dio logičkog prstena Koristi se rijetko (General Motors) IEEE :WLAN - WiFi IEEE serija standarda je namijenjena lokalnim mrežama koje se zasnivaju na bežičnim tehnologijama, WLAN (engl. Wireless Local Area Network). Bežična lokalna mreža je tehnologija zemljopisno malih bežičnih mreža dimenzioniranih za male udaljenosti koje u gradskim uvjetima iznose od nekoliko desetaka do nekoliko stotina metara. Jedno od trenutačno najraširenijih WLAN inačica je WiFi. Postoje više verzija standarda koji su odobreni od strane IEEE (npr. a, b, g, n, p). Osnovna razlika u standardima je u radijskoj frekvenciji na kojoj rade. a radi na frekvencijama oko 5 GHz dok b i g rade na frekvenciji od 2,4 GHz. Ukupna snaga zračenja antene ne smije prelaziti 1 W. IEEE Predloženi standard dopušta rad u dva načina: Sa baznom stanicom (access point) Bez bazne stanice (ad hoc networking) infracrveno Podatkovni sloj FHSS DSSS OFDM HR-DSSS OFDM Tehnike modulacije: FHSS, DSSS, OFDM, HR- DSSS FHSS i DHSS koriste frekvencije za radio kraćeg dosega 2.4GHz ISM (brzine 1Mbps i 2 Mbps) OFDM i HR-DSSS brzine do 54Mbps i 11Mbps IEEE Control Trajanje Adresa 1 Adresa 2 Adresa 3 Seq. Adresa 4 Podaci CRC do Kontrolno polje ima 11 podpolja za verziju protokola, vrstu podataka (podaci, upravljanje), podtip RTS ili CTS, To DS i From DS (smjer okvira), Trajanje koliko dugo okvir i potvrda mogu zauzimati kanal Adresa 1 adresa pošiljatelja Adresa 2 adresa posrednika (ulazne bazne stanice) Adresa 3 adresa posrednika (izlazne bazne stanice) Slijedni broj broj okvira i fragmenta Adresa 4 adresa odredišta Podaci najviše 2312 byta CRC provjera Repeater Repeater je mrežni uređaji koji se koristi kad se želi izvesti mreža koja ima duljinu veću od specificirane Repeater regenerira signal i na taj način omogućavaju prijenos podataka na veće udaljenosti Prilikom korištenja repeatera mora se paziti na tzv. pravilo četiri repeatera. Smije se povezati maksimalno 5 segmenata koristeći 4 repeatera. Repeater ima samo 2 porta, jedan ulazni i jedan izlazni Repeater je uređaj fizičkog sloja Koristi se u lokalnim mrežama npr. Ethernetu i WiFi Access point može se konfigurirati da radi kao repeater. 4

5 25 26 Hub Repeateri i HUB-ovi Hub je mrežni uređaj koji međusobno spaja više računala Podaci koji stignu preko huba vide sva računala (po adresi se zna kome su namijenjena) Zbog toga dolazi do kolizija Hub je uređaj drugog sloja OSI sloja Brzine su 10Mbps i 100Mbps Broj portova varira (4, 5, 8 i 16) Prijenos podataka je half-duplex Pogodan samo za male lokalne mreže i danas se sve rjeđe koristi 27 Prospojnik (engl. SWITCH) Switch je mrežni uređaj koji radi na drugom sloju OSI modela. Switch kao i hub međusobno spaja računala, ali za razliku od huba prospaja samo ona dva računala koja komuniciraju (pošiljatelja i primatelja) Brzine 10/100/1000 Mbps Prijenos podataka je full-duplex 5