odkaz

B4. Počítačové sítě a decentralizované systémy
Jakub MÍŠA (2006)
2.
Přenosové technologie v sítích LAN (Fast Ethernet, Gigabit
Ethernet, FDDI, 100VG-AnyLAN, VLAN sítě, bezdrátové sítě).
Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet
Ethernet je v současné době nejpoužívanější síťovou technologií. Struktura sítě je sběrnicová
a nekruhová. Všechny rychlostní verze Ethernetu jsou založeny na principu CSMA/CD.
CSMA/CD je metoda s náhodným přístupem používaná v sítích Ethernet. V této metodě je zjišťován
stav na sběrnici u jednotlivých připojených počítačů (stanic). V případě, že některá stanice vysílá, jsou
ostatní zablokované do té doby, než je sběrnice opět volná. Může se stát, že na vysílání čeká více stanic
najednou. Detekci kolize provádí přímo vysílací uzel. Ten po zjištění klidového stavu kanálu začne
vysílat data a současně monitoruje stav přenosového kanálu, aby zjistil případnou kolizi. Pokud takovou
kolizi zjistí, ukončí vysílání. Tento algoritmus je poměrně jednoduchý, nepotřebuje řídicí prvek.
Na druhou stranu ale tato metoda není deterministická, neumožňuje vysílajícímu uzlu zjistit, zda
adresát obdržel zprávu. CSMA/CD je momentálně nejrozšířenější přístupová metoda.
Klasický Ethernet – přenosová rychlost 10 Mb/s:
10Base-2 na tenkém koaxiálním kabelu, max. délka segmentu 185 metrů
10Base-5 na tlustém koaxiálním kabelu, max. délka segmentu 500 metrů
10Base-T na kroucené dvojlince, délka kabelu mezi uzlem a aktivním prvkem je max. 100 metrů
10Base-FL na MM optickém kabelu, max. délka mezi uzly až 2 km
Fast Ethernet – přenosová kapacita 100 Mb/s:
100Base-TX na kroucené dvojlince, délka mezi uzlem a aktivním prvkem max. 100 metrů
100Base-T4 na kroucené dvojlince, max. 100 metrů, využívá všechny 4 páry kabelu, nerozšířená
100Base-FX na MM optickém kabelu (existuje i modifikace pro SM), délka mezi uzly 2 km
Gigabit Ethernet – přenosová kapacita 1000 Mb/s:
1000Base-SX na MM optickém kabelu, délka segmentu je ovlivněna parametry kabelu
1000Base-LX na MM nebo SM optickém kabelu, délka segmentu závisí na kabelu
Multimodový optický kabel (MM, Multi-mode fiber) – optické vlákno umožňující vedení více vidů
světla, nižší cena oproti SM, dosah do 2 km
Singlemodový optický kabel (SM, Single-mode fiber) – Jednovidové optické vlákno s malým průměrem
(běžně 9 mikronů), přenášející jen jeden světelný mód (vid). Jednovidová vlákna mají větší šířku pásma
než vícevidová, vyžadují ale světelný zdroj s úzkou spektrální šířkou (např. laser). Jsou dražší než MM
a mají dosah přes 3 km (až desítky km).
FDDI
FDDI (Fiber Distributed Data Interface) je historicky nejstarší vysokorychlostní přenosovou sítí, která
používá jako přenosové médium vláknovou optiku (větší odolnost proti rušivým vlivům). Přenáší data
rychlostí 100 Mb/s na vzdálenost až 200 km, na kterou lze připojit až 1000 stanic. Bohužel na rychlosti
100 Mb/s zřejmě už také zůstane, nic nenasvědčuje dalšímu zvyšování rychlosti.
Kabely FDDI jsou položeny tak, že vytvářejí dva kruhy, jeden hlavní a druhý záložní. Jedním se vysílá ve
směru hodinových ručiček a druhým naopak. Jestliže se hlavní kruh přeruší, lze použít záložní. Jestliže
se přeruší oba kabely ve stejném bodě, např. vyhořením nebo jinou událostí, lze oba kruhy spojit do
B4-02
1/3
jednoho kruhu, který je asi dvakrát tak dlouhý. V případě
přerušení ve dvou místech se už síť rozdělí na dvě části.
Každá pracovní stanice obsahuje přepínače, kterými ji lze
jak připojit na oba okruhy, tak i obejít v době, kdy jsou s ní
problémy. FDDI definuje dva typy stanic, A a B. Stanice
třídy A se připojuje k oběma kruhům. Levnější stanice třídy
B se mohou připojovat pouze k jednomu kruhu. Třída se
může volit při instalaci podle toho, jak je v daném případě důležitá odolnosti proti výpadkům.
Z hlediska řízení přístupu je FDDI v podstatě kruh řízený příznakem oprávnění s deterministickou
metodou přístupu k médiu. Aby stanice mohla vysílat data, musí nejprve získat příznak oprávnění.
Každý uzel přijímá data z příchozího směru (upstream) a posílá je dál (downstream). Pokud jsou data
adresována jemu, zkopíruje si je pro sebe a v odchozím směru v nich příznakem označí, že je převzal.
Tato data postupně postupují sítí dále až k původnímu odesílateli, který má tak potvrzení o úspěšném
doručení dat.
FDDI může pracovat ve dvou režimech: asynchronním a synchronním. V asynchronním režimu
se nepoužívají priority a tudíž nelze zabezpečit pravidelný přísun dat, což je nevhodné zejména pro
multimédia. Synchronní režim podporuje priority, takže je možné zaručit pravidelný přísun dat, ovšem
ne každé FDDI zařízení toto umí.
100VG–AnyLAN
Jedná se o technologii lokální počítačové sítě, která je schopna přenášet data s přenosovou rychlostí
100 Mb/s a používá čtyři páry UTP kabelu nebo optické vlákno. V základu je shodná s ostatními typy
Ethernetových sítí, používá však zvláštní protokol přístupu k médiu – deterministickou přístupovou
metodu nazvanou „demand priority“.
Síť je určena pro pokrytí většího prostoru kaskádním zapojování shluků uzlů spojených společným
rozbočovačem a pro přenos datových segmentů různých délek. Lze s ní propojit mostem kteroukoliv
síť (AnyLAN). Jednoúrovňová VG AnyLAN má shodnou topologii se sítěmi typu 10Base-T. Rozbočovače
jsou vedle portů pro propojení uzlů jejich úrovní vybaveny portem pro připojení daného rozbočovače
v roli uzlu sítě k hierarchicky vyššímu rozbočovači. Kaskádní propojování se může paralelně větvit,
hierarchie se však musí zachovat.
Za řízení podle protokolu přístupu k médiu odpovídá rozbočovač nejvyšší úrovně. Jedná se o cyklický
plánovací algoritmus, rozbočovač nejvyšší úrovně postupně (opakovaně zleva doprava) vyzývá
k přenosu rámce jednotlivě hierarchicky podřízené uzly včetně podřízených rozbočovačů. Tuto funkci
hierarchicky podřízené rozbočovače postupně přebírají a předávají zpět. Uzel, který je vyzván a má
připravena
data
k přenosu,
vyšle
rámec.
Připravenost
uzlu
k vysílání
se
oznamuje
Rozbočovač
odpovídajícímu rozbočovači. Požadavky na vysílání
lze zadávat ve dvou prioritních třídách. Počet
hierarchických úrovní a počet uzlů (rozbočovačů)
Rozbočovač
Rozbočovač
mostů připojitelných k jednomu rozbočovači je
omezen normou (což je podmínkou pro účinné
uplatnění cyklického plánovacího algoritmu).
Rozbočovač
Maximální délka kabeláže je 100 metrů u UTP
kabelu nebo 2000 metrů u optického kabelu.
B4-02
2/3
VLAN sítě
Pod pojmem VLAN sítě se skrývají „virtuální sítě LAN“. Jedná se o skupinu zařízení v jedné nebo více
lokálních sítích, která jsou zkonfigurována tak, že mohou komunikovat jako by byly připojeny
k jednomu síťovému segmentu. Jednotlivé počítače tak nemusí znát detailní umístění svého protějšku,
jsou navzájem propojeny pomocí virtuální cesty.
Bezdrátové sítě
Bezdrátové sítě využívají využívající rádiových signálů a jsou vhodné v lokalitách, kde nelze nainstalovat
kabelový síťový rozvod (památky) nebo v případech, kdy je vyžadována flexibilita a mobilita pracovních
stanic. Existují různé systémy pracující na různých frekvencích s rychlostí od kb do stovek Mb/s,
s různým dosahem.
Standard pro bezdrátové lokální sítě IEEE 802.11 specifikuje dvě možné konfigurace sítí:
Nezávislá konfigurace. Jednotlivé stanice jsou vybaveny modulem pro bezdrátovou
komunikaci. Stanice komunikují přímo mezi sebou (každý s každým). Toto řešení je levnější,
ovšem síť má menší dosah. Kromě toho se u těchto sítí objevují i technické problémy
v případě, že více stanic chce současně komunikovat s toutéž stanicí.
Konfigurace s distribučním systémem. Množina uživatelských stanic je doplněna o zařízení,
které řídí distribuci signálu. Je obdobou přepínače v drátových sítích. Nazývá se přístupový uzel
(Access Point – AP) a umožňuje připojit příslušnou bezdrátovou podsíť do další síťové
struktury. Pokrytí tohoto typu sít je mnohem větší v porovnání s předchozím typem. Navíc je
možné do páteřní sítě připojit více přístupových uzlů, aby se jejich oblasti pokrytí vzájemně
částečně překrývaly. Tak může vzniknout velmi rozsáhlá síť pokrytí, přičemž jednotlivé mobilní
stanice mohou přecházet z oblasti jednonoho přístupového uzlu do oblasti sousední
(např. mobilní sítě).
Cenově dostupné jsou systémy standardu Wi-Fi pracující ve frekvenčním pásmu kolem frekvence
2,4 GHz. Wi-Fi používá DSSS, což je rozprostření signálu do širšího spektra přenášených frekvencí,
než by odpovídalo přímé modulaci signálu přenášeným datovým tokem. To má za důsledek lepší
odolnost proti rušení. Vzhledem k typické šířce DSSS kanálu mohou v přiděleném bezlicenčním pásmu
2400 až 2483 MHz pracovat vedle sebe nezávisle maximálně 3 kanály DSSS. Jejich středové kmitočty
musí být voleny tak, aby se vzájemně nedotýkaly ani okraji zabraných pásem. Pro 3 nezávislé sítě
je tedy nejlepší použít kanály 1,6 a 11 (kmitočty 2412, 2437 a 2462 MHz). Více než 3 sítě v jednom
místě se budou navzájem rušit. Omezení rušení lze dosáhnout použitím směrových antén, které
výrazně potlačí rušení přicházející z jiných směrů. U Wi-Fi sítí velmi záleží na co nejmenším útlumu
přijímaného signálu. Používaná frekvence 2,4 GHz se velmi obtížně přenáší kabelem a proto kabel
k anténě by i při použití toho nejkvalitnějšího neměl být delší než 20 metrů. Je nutné používat koaxiální
kabely určené pro Wi-Fi a nepoužívat kabely např. pro televizní antény.
Existuje několik verzí Wi-Fi sítí, respektive variant standardu IEEE 802.11:
IEEE 802.11 – první norma, rychlost 1 nebo 2 Mb/s.
IEEE 802.11b – dnes nejrozšířenější, rychlost 1; 2; 5,5 a 11 Mb/s.
IEEE 802.11g – nástupce verze b, zpětně kompatibilní, rychlost do 54 Mb/s; pro vyšší rychlosti potřebuje
výrazně lepší signál, proto se na větší vzdálenost chová jako b.
IEEE 802.11a – frekvence 5 GHz, rychlost až 54 Mb/s.
IEEE 802.11h – norma a doplněná o podporu dynamické volby kmitočtu (DFS) a automatické regulace
výkonu (TPC), zatím neexistují dostupná hotová zařízení.
Výhodou je jednoduchá instalace a dosah až 5 km (v potřebným vybavením).
Nevýhodou je na dnešní poměry nižší rychlost a zatížitelnost (se vzrůstajícím počtem aktivních klientů
se snižuje celková rychlost).
B4-02
3/3