IT_420 Komunikační technologie a služby

Transkript

KIT VŠE v Praze
IT_420
Komunikační technologie a služby
Téma 6:
Lokální komunikační sítě LAN
Verze 1.5
© Jandoš, Matuška
Obsah

Lokální sítě (LAN) - úvod

Standardy LAN

Topologie, strukturovaná kabeláž
Metody přístupu k médiu
IEEE 802.3* (*Ethernet)
Další technologie (Token Ring/Bus, ATM,
100VG AnyLAN, FDDI)
Virtuální LAN (VLAN)
IT_420 Komunikační technologie a služby – téma 6
2
LANy - úvod

Základní rozdělení místních sítí LAN
(Local Area Network) dle media
využívaného pro přenos na:

Drátové místní sítě
Bezdrátové místní sítě
V tomto tématu si všimneme drátových
LAN (a společných partií s bezdrátovými).
Bezdrátových LAN si všimneme v dalších
tématech
3
LAN (1)

Místní síť - omezená geografická oblast (jednotky
kilometrů)
Pravidelná topologie
Přenosové médium je společné všem koncovým
uzlům =>nutnost řízení přístupu k médiu
Menší počet mezilehlých zařízení mezi koncovými
uzly než ve WAN (nebo i žádné)
Přenosové médium je typicky ve vlastnictví
uživatele sítě
Levnější technologie pro určitou rychlost než u
WAN
4
LAN (2)

Nižší chybovost než u WAN
Na rozdíl od WAN typicky možnost jedním
vysláním (tzv. broadcast) poslat rámec
všem uzlům v síti (přesněji ve vysílací
doméně – viz téma č. 7).
5
Topologie LAN (1)

Způsob rozmístění uzlů a jejich
vzájemného propojení

Fyzická – jak jsou uzly propojeny spoji
Logická – jak putují data sítí
U LAN spíše pravidelné topologie

Sběrnicová: společné přenosové médium
Kruhová: každý uzel má spojení na dva další
Stromová (hvězdicová): centrální prvek a
větve na listové uzly nebo další rozvětvovače
6
Topologie LAN (2)
Sběrnicová
Bus
Hvězdicová
Star/Extended star
Stromová
Kruhová
Tree/Extended Tree
Ring
7
Topologie LAN (3)

Fyzická a logická topologie se může lišit !
Díky některým charakteristikám fyzického média
se ukázalo výhodné řešit fyzickou topologii jinak
než logickou.
Sítě měnily svou fyzickou topologii s vývojem
nových médií, ale logické toky dat musely zůstat
stejné kvůli kompatibilitě.
Např. Ethernet s koncentrátory (hubs)

Původně fyzická i logická sběrnice
Dnes fyzický strom + logická sběrnice (ale i ta
ustupuje stromu)
8
Sdílené médium

Data jsou vyslána do společného komunikačního prostředí (sdílené
médium), kde naslouchají všechny okolní stanice.
Pokud jsou data pro ně (poznají z adresy), pak je přečtou
V jeden čas může vysílat pouze jedna stanice, pokud více=>kolize, data
jsou nečitelná a musí se poslat znovu
Potřeba řízení přístupu k médiu (použitím určité přístupové metody
náhodné X deterministické), rozdělování času a přenosové kapacity
jednotlivým stanicím
Stanice, která získá přístup k mediu může typicky vyslat jeden rámec.
• Koaxiální kabel
Sdílené médium
• Frekvenční spektrum v atmosféře
• Dvoubodové spoje propojené
koncentrátory na 1. vrstvě OSI
(hub, opakovač)
9
Metody přístupu k médiu (1)

Stanice může chtít vysílat

V libovolném okamžiku
Různou délku rámce (v určitém rozsahu)
Metody přístupu k mediu (MPM)

Neřízené (nedeterministické): nepoužívají řídící prvek
(arbitr), který rozhoduje o tom, která stanice může
vysílat. Negarantují stanici přístup k mediu v čase.
Řízené (deterministické): používají řídící prvek. Garantují
stanici přístup k mediu v čase.

Centralizované: arbitr je jeden předem pevně určený uzel
Decentralizované: roli arbitra plní více (všechny) uzlů
10
Metody přístupu k médiu (2)

Prioritní X neprioritní metody – zdali může
některá stanice získat více pásma (např.
vyslání více rámců) na úkor ostatních
Nejčastěji se využívá neřízená
(nedeterministická) metoda (např.CSMA)
nebo deterministická decentralizovaná
metoda (např. předávání vysílacího práva)
11
MPM – CSMA (3)

Metoda CSMA – Carrier Sense Multiple
Access

Neřízená metoda pro sběrnicové uspořádání
Uzly soupeří o získání přístupu k mediu
CS – Uzly musí nejdříve naslouchat, zdali nikdo
nic nepřenáší, a až poté může začít vysílat
MA – I přesto může zahájit vysílání ve stejném
okamžiku několik uzlů – nastane kolize
Kolizi je potřeba určitými prostředky řešit –
např. rozšířením metody o dekeci kolize
vysílacím uzlem - CSMA/CD
12
MPM – CSMA/CD (1)

Metoda CSMA/CD (Collision Detection)

Uzly musí být schopny zjistit, že nastala kolize
Pokud nastala, přestanou vysílat a znovu se pokusí
vyslat totéž po náhodném časovém intervalu (opět
musí nejdříve poslouchat, zda nikdo jiný nevysílá)
Pokud se nové poslání nepodaří (nová kolize), postup
se opakuje až do 16 pokusů, po kterých je o
neúspěchu informována vyšší vrstva
Tímto způsobem se musí chovat všechny stanice v síti
(důležitý je zejména náhodný interval, aby se kolize
neustále neopakovaly a vzájemně nekryly)
Je možno vysílat „broadcast“ pro všechny uzly v síti
najednou
13
MPM – CSMA/CD (2)

Výhody CSMA/CD

Jednoduchý algoritmus, snadná implementace, dobře
vyzkoušeno v praxi dlouhodobým používáním
Zcela distribuovaný postup, nemá centrální prvek, jehož
poškození by odstavilo celou síť
Nevýhody CSMA/CD

Nezaručuje uzlu přístup k médiu v konečném čase
Sama o sobě nezaručuje potvrzení o doručení rámce
(musí zajistit vyšší vrstvy)
Při vysoké zátěži a četných kolizích je přenos sítě velmi
nízký
14
MPM – CSMA/CD (3)
Metoda CSMA/CD
Vysílá A
Vysílají B+C
Vysílají C+D
Vysílá D
- síť nevyužita
Soupeření, kolize
Metoda předávání vysílacího práva
Vysílá A
Vysílá B
Vysílá C
Vysílá D
Vysílá A
- předávání vysílacího práva
15
MPM: předávání vysílacího práva 1

Metoda předávání vysílacího práva (PVP - token
passing)

Od jednoho uzlu ke druhému je předávána speciální
zpráva („token“, „žeton“ nebo „pešek“), která
představuje právo na vysílání do sítě
Stanice bez žetonu nesmí vysílat
Pokud chce stanice s právem vysílat, pošle požadovaný
rámec do sítě a vysílací právo odevzdá následujícímu
uzlu (určenému logickým uspořádáním sítě)
Pokud vysílat nechce, pouze předá vysílací právo dále
16

Použití v fyzické kruhové topologii:

U kruhu se zpráva i vysílací právo pošle další stanici v kruhu a
postupně tak dojde cílovému uzlu. Až zpráva obejde celý kruh (a je
potvrzena příjemcem), je zdrojovou stanicí stažena z oběhu
Varianty předání vysílacího práva ihned po vyslání (RAT), nebo až
po obdržení potvrzení o doručení (RAR)
Není možno vysílat „broadcast“ pro všechny uzly v síti najednou
Použití ve fyzické sběrnicové topologii:

Postup, ve kterém si stanice posílají vysílající právo (kruh), se
vytvoří pouze logicky dle adres stanic
Zprávu je (pokud má stanice vysílací právo) možno ihned vyslat
příjemci po sdíleném médiu
Vysílací právo se předá uzlu s nejbližší nižší adresou (je nutno
evidovat přihlášené stanice do sítě a rekonfigurovat při změnách)
Je možno vysílat „broadcast“ pro všechny uzly v síti najednou
17

Při zvyšování počtu aktivních stanic v síti se
odpovídajícím způsobem snižuje přenosový výkon
sítě (ale všem stejně)
Výhody metody předávání vysílacího práva:

Každý uzel v síti má zajištěno, že se během určité
maximální doby dostane k vysílání
Snadné předání potvrzení o doručení zprávy
Nevýhody předávání vysílacího práva:

Složitější implementace na uzlech, více aplikační logiky
Část přenosového pásma spotřebuje režie (předávání
žetonu)
Více možností chybových stavů (ztráta nebo duplikace
vysílacího práva,…)
18
MPM – CSMA/CD versus PVP

CSMA/CD

Přenosový výkon nezávisí na počtu připojených stanic,
ale na jejich potřebě vysílat
Se zvýšením požadavků na přenosy sítě klesá celkový
přenosový výkon, protože narůstá počet kolizí a čas
potřebný pro jejich vyřešení, některá stanice může získat
více kapacity na úkor jiné
Nelze předpovídat chování a garantovat přenosovou
kapacitu
Předávání vysílacího práva

Přenosový výkon závisí na počtu stanic připojených k síti
Předávání práva zvyšuje zpoždění a snižuje výkon sítě
Se zvýšením požadavků na přenosy zůstává výkon sítě v
zásadě stejný (nedochází ke kolizím), férový přístup
Lze předpovídat chování a garantovat kapacitu
19
MPM – CSMA/CD versus PVP

Shrnutí: CSMA/CD versus předávání práva

U sítě s málo stanicemi a velkými požadavky na
přenos může být předávání práva výhodnější
než CSMA/CD
U sítě s mnoho stanicemi a středními
požadavky na přenos může být CSMA/CD
výhodnější než předávání práva
Nelze jednoznačně určit lepší metodu – záleží
na použití, charakteru provozu a potřebách
garantovat kapacitu
20
MPM – prázdné rámce

Metoda prázdných rámců (slotted access)

V síti cirkuluje řada rámců konstantní délky,
které je možné naplnit a označit, že jsou plné
Příjemce rámce opět vyprázdní a označí jako
volné
Zapisovat je možno pouze do volných rámců
21
Strukturovaná kabeláž (1)

Systematické zřízení kabeláže (přenosových
médií) v budově
Ohled na dlouhou životnost a úsporu nákladů
Dobře navržená strukturovaná kabeláž umožní
využívat:

Řadu různých přenosových technologií
Po dlouhou dobu
I při změněných podmínkách (požadavky na rychlost,
místo připojení apod.)
Bez nutnosti stavět nové spoje (stačí jen přepojit)
Sada dvoubodových spojů v pevné topologii,
které se propojí v určených místech dle potřeby
22

Standard EIA/TIA 568 specifikuje a doporučuje

Topologie: Strom, rozšířený strom
Média a způsob jejich propojení: UTP, optické vlákno
Zapojení aktivních prvků: přepínače, směrovače
Způsob administrace a změn v kabeláži
Kabeláž není pokládána náhodně, ale v budově se
vytvoří několik propojovacích skříní v hierarchické
struktuře a z nich jsou rozváděny dvoubodové spoje
ke koncovým stanicím
MCC – Main Cross Connect: centrální bod podniku
ICC – Intermediate Cross Connect: hlavní skříň
každé budovy
TC – Telecommunication Closet: rozváděče na patře
23
Budova A
Patro budovy
TC
9.
TC
8.
TC
7.
TC
6.
ICC/IDF
5.
Budova C
Budova B
Patro budovy
TC
7.
TC
6.
TC
5.
4.
TC
4.
TC
TC
3.
TC
TC
3.
TC
2.
TC
TC
2.
TC
1.
MCC/MDF
1.
ICC/IDF
ICC/IDF
DF = Distribution facility
Připojení k
telekomunikačnímu
operátorovi
Vertikální kabeláž mezi MCC a ICC – páteř sítě
Vertikální kabeláž mezi ICC a TC
Horizontální kabeláž mezi TC a zásuvkou
uživatele v kanceláři
24

Ve zdech, šachtách a lištách jsou nataženy kabely s
určitou rezervou pro budoucí použití
Spojují MCC/ICC/TC mezi sebou a *CC se zásuvkami
v kancelářích
V případě potřeby (nový prvek sítě) stačí pouze
přepojit zásuvku a spoj v odpovídajícím *CC
(nemusí se znovu natahovat kabely)
Výhody:

Přehlednost, snadná řiditelnost
Kabeláž je modulární, snadné doplňování nových stanic
Porucha jedné stanice neovlivní provoz sítě
Telefonní, datový a jiný provoz po jednom typu média
Snadný přechod od sdíleného média k vyhrazenému
25
UTP kabel může být
dlouhý maximálně
100 metrů:
páteř
MCC
Propojení v rámci
CC – 6 metrů
páteř
ICC
TC
ICC
TC
TC
TC
EIA/TIA 568 definuje:
zásuvka
Koaxiální kabel: maximálně
185/500 metrů
Optický kabel: maximálně 2 km
vícevidové, 3 km jednovidové
PC
90 metrů
kabelu
„ve zdi“
zásuvka
PC
3 metry
kabelu „v
kanceláři“
26
Přenos signálu v LAN

Širokopásmová síť (broadband)

Analogový přenosový signál
Nosný vysokofrekvenční signál (modulovaný) je v jiném
frekvenčním pásmu než informační (jímž modulujeme)
Vhodnější na delší vzdálenosti
Možné použití FDM (v rozsahu typicky 10-400 MHz)
Přenos v základním pásmu (baseband)

Digitální přenosový signál
Je nutno využít pásmo, které signál zaujímá, nedochází
k modulaci
V LAN převažuje tento typ přenosu
Možné použití TDM
27
Standardizace LAN (1)

Pro LANy ( drátové i bezdrátové) je
standardizována 1. a 2. vrstva RM OSI

2. vrstva určuje metodu přístupu k médiu, formát
rámců a adresaci v rámci LAN
1. vrstva určuje mechanické a elektrické vlastnosti sítě
(frekvence, modulace, úrovně napětí, konektory,
rozložení signálů atd.), zejména pak způsob kódování
na médiu. Pro dané médium určuje též jeho
maximální délku („maximální délku segmentu“– viz
kapitola o propojování sítí) a případně maximální
vzájemnou vzdálenost stanic u bezdrátové sítě.
28

Protokoly 3. vrstvy RM OSI nejsou
svázány s konkrétní technologií LAN,
používají se např.:

AppleTalk (v sítích Apple)
IPX (v sítích Novell)
IP (v sítích Internet/Intranet, DoD)
29

Standardizace v IEEE (později i v ISO)
Charakteristiky sítí LAN:

2. vrstva je v IEEE rozdělena do dvou podvrstev

Metody přístupu k médiu: řízený i neřízený
Přenosové rychlosti (v Mbit/s)
Širokopásmové sítě X Sítě s přenosem v základním
pásmu
Přenosové médium: koaxiální kabel, dvojdrát, vláknová
optika, vzduch – bezdrátové LANy
LLC (Logical Link Control): nezávislá na přístupové
metodě
MAC (Media Access Control ): závislá na přístupové
metodě, ale nezávislá na médiu
1. vrstva specifikuje též médium a jeho vlastnosti
30
LLC
MAC
fyzická

1. vrstva OSI
Podvrstva MAC a 1. vrstva realizovány v síťové kartě,
jsou implementovány ve všech uzlech sítě, nejčastěji ve
speciálních zákaznických obvodech (přímo v hardware)

2. vrstva OSI
Zajišťuje rychlé provádění algoritmu přístupu k médiu
Relativně levná realizace připojení k síti
Podvrstva LLC je realizována obslužným programem
(driverem) síťové karty (rozhraní)

Variabilita v připojení do různých oper. systémů a vyšších vrstev
31
LLC
- IEEE 802.2 -

6
2. 1
80
m
mé
diu
2.1
2
80
mé
dia
2. 1
80
m
…
mé
diu
2.5
mé
dia
80
2.4
80
mé
dia
FYZ
růz
n
dle á mé
80 dia
2.3
1
IEEE IEEE IEEE
IEEE
IEEE
IEEE
…
MAC 802.3 802.4 802.5
802.11 802.12 802.16
V rámci jednoho MAC standardu se může vyskytovat na
fyzické vrstvě více standardů pro charakteristiky přenosu a
přenosových médií (=jedna LAN technologie funguje na
více médiích)
32
Číslo Téma pracovní skupiny IEEE
802.1
802.2
*802.3
802.4
802.5
802.6
802.7
802.9
802.10
*802.11
802.12
*802.15
*802.16
Přehled a architektura LAN
Locical Link Control (LLC)
CSMA/CD („Ethernet“)
Token Bus
Token Ring
DQDB
Širokopásmové LAN
Isochronní LAN
Virtuální sítě a bezpečnost
Bezdrátové LAN (mj. Wi-Fi)
100 VG AnyLAN (Demand Priority)
Osobní sítě (Bluetooth)
Bezdrátové MAN (BWA, FWA)
* - Důležité technologie
33

Pro daný standard LAN – např. 802.3u – je
standardizováno několik variant fyzické vrstvy
(=síť dle 802.3u může fungovat na řadě
různých přenosových médií)
LLC
2
MAC
2
FYZ
1
(média)
-
(802.2) -
- 802.3u 100BASE-FX
optické vlákno
multimode
(vícevidové)
100BASE-TX
UTP kabely
metalické,
kategorie 5,
4 páry
100BASE-T4
UTP kabely
metalické,
kategorie 3,
4 páry
100BASE-T2
UTP kabely
metalické,
kategorie 3,
2 páry
34

Dále si všimneme pouze drátových LANů.
Podvrstva MAC a 1. vrstva - standardy

IEEE 802.3 CSMA/CD (tzv. Ethernet, sběrnicové a
modifikované pseudo-sběrnicové topologie)
IEEE 802.4 Token Bus (předávání vysílacího práva po
sběrnicové topologii)
IEEE 802.5 Token Ring (předávání práva po kruhové
topologii)
A další (IEEE 802.6 DQDB…)
35
IEEE 802.2 LLC

Podvrstva LLC – standard

IEEE 802.2 (podmnožina protokolu HDLC,
všechny technologie LAN standardizované v
IEEE používají stejné formáty LLC PDU,
kterými se komunikuje s MAC vrstvou)
Zajišťuje tyto služby:

Službu bez spojení

Bez potvrzení adresáta (A)
S potvrzením (B)
Službu se spojením (C)
36
IEEE 802.2 LLC

Povinně je potřeba realizovat službu bez
spojení a bez potvrzení adresáta (A),
ostatní jsou volitelné
Služba (A) je také nejčastěji používána:

V LAN je nízká četnost chyb a vysoká
rychlost, potvrzování a ustavování spojení by
brzdilo provoz
Služby (B) a (C) mohou řešit výhodněji vyšší
vrstvy
37
IEEE 802.4 Token Bus

Sběrnicová topologie využívající přístupovou
metodu předávání vysílacího práva
Logický kruh – řeší MAC vrstva

Předávání vysílacího práva uzlu s nejbližší nižší
adresou
Uzel s nejnižší adresou předá právo stanici s nejvyšší
adresou
“Kruh” se průběžně aktualizuje (jak se připojují a
odpojují stanice)
Širokopásmový přenos
38
IEEE 802.5 Token Ring

Původně kruhová topologie využívající přístupovou metodu
předávání vysílacího práva
MAC vrstva řeší:

Obsluhu různých fyzických poruch sítě (kabelu, uzlu) – koloběh
informací kruhem může být poruchou narušen (nefunguje celá síť)
Obsluhu předávání vysílacího práva – určen uzel, který předávání
monitoruje a je schopen rekonstruovat právo (ale neřídí provoz)
Dá se nastavit priorita provozu
Rychlost 1, 4 a 16 Mbit/s
Nejznámější implementace od IBM

Topologie: hvězdicová (fyzická) kruh (logická)
Centrální rozvětvovače, které řídí provoz a předávají vysílací právo
postupně uzlům k němu připojeným, schopné detekovat poruchu
Různé druhy medií (metalika, optika) – IBM Cabling
39
FDDI, FDDI 2

Fiber Distributed Data Interface

Rychlá (100 Mbit/s) síť s využitím zejména vláknové
optiky. Délka kruhu max. 200 m => LAN i MAN
Využití zejména v rychlých páteřích LAN
Vychází z IEEE 802.5 (předávání vysílacího práva)
Dva nezávislé kruhy – optická vlákna, opačný směr
přenosu: velká spolehlivost a odolnost při poruše

Důležité uzly (servery) lze připojit na oba kruhy
Běžné uzly (koncové stanice) se obvykle připojí jen na jeden kruh
Při výpadku jsou schopny se uzly rekonfigurovat a uzavřít okruh
dle potřeby
Na oba kruhy jsou připojeny koncentrátory, ke kterým se
hvězdicově připojují koncové stanice
Možné přenosy s vyšší prioritou, primárně pro data
FDDI 2 – vhodné i pro isochronní přenosy (např. hlas)
40
FDDI, FDDI 2
Topologie FDDI
Unixový server
Ethernet…
FDDI
Router
V případě poruchy na uzlu
výše dojde k rekonfiguraci
kruhu – uzavření na
sousedních uzlech
Token Ring…
Koncentrátor
PC
Unixový
server
PC
41
IEEE 802.6 DQDB

Distributed Queue Dual Bus
Spojování LAN sítí v metropolitním rozsahu, typicky veřejné
Vhodná i pro isochronní přenosy
Používá ATM v MAC vrstvě
Dvě sběrnice na bázi optického vlákna (každá pro jeden
směr přenosu, stanice musí vědět, na které straně je cíl)

Stanice jsou fyzicky spojeny optickými vlákny typu bod-bod, ale
pokud příchozí data nejdou určena pro stanici, pošle je dál po
dalším spoji – logická sběrnice
Přenos metodou prázdných slotů (cel), stanovování priorit
provozu, rezervace slotů pro určitou stanici
Fronta požadavků pro každou prioritu na každé stanici
(proto distribuovaná fronta), zpracování přenosů FIFO
Rychlosti dle PDH a SDH (34-155 Mbit/s)
42
IEEE 802.6 DQDB
Topologie DQDB
Sběrnice A
G
Sběrnice B
G
Vysílání
Příjem
Stanice
G
Generátor prázdných rámců
Ukončení sběrnice
43
IEEE 802.3 (1)

Jednoduchá, snadno implementovatelná metoda
nedeterministického přístupu k médiu s řešením
případných kolizí (CSMA/CD)
Neustálý vývoj podle požadavků síťových aplikací
– důsledná snaha o zpětnou kompatibilitu při
uvedení nového řešení, není potřeba upravovat
aplikace, kabeláž či některé prvky.
Široký okruh přenosových médií (nezávislost na
jednom druhu): optická, dvoudrát, koaxiální kabel
44
IEEE 802.3 (2)

Velmi škálovatelná technologie (postupně
přidávaná funkčnost a výkon):

Rychlostně: 10 Mbit/s – 10 Gbit/s
Funkčně: polovičně/plně duplexní provoz, provozování
ve víceméně libovolné topologii, snadná integrace
různých verzí Ethernetu
Laciné obvody (díky velkému rozšíření a
jednoduchosti principu), při upgradech sítě stačí
vyměnit jen některé prvky a zbytek sítě může
fungovat dál beze změny
45
IEEE 802.3 – standardy (3)
Název
Rychlost
(Mbit/s)
Standard IEEE
Ethernet
10
802.3
Fast Ethernet
100
802.3u
Gigabit
Ethernet
1 000
802.3z
10G Ethernet
10 000
802.3ae
46
IEEE 802.3 (4)

Kompatibilita jednotlivých verzí (10M,
100M, 1G, 10G) – výrazně kladně ovlivňuje
popularitu 802.3. Zahrnuje:

Formát rámce
Minimální a maximální velikost rámce
Adresy
MAC rozhraní
Lze tak přenášet stejný rámec dle potřeby
po různě rychlých spojích
47
IEEE 802.3 (5)

Formát rámce:

Úvodní sekvence (8
bytů)
Cílová adresa (6 bytů)
Zdrojová adresa (6 bytů)
Druh nebo délka
Datový obsah (+
eventuální vycpávka)
Kontrolní součet CRC (4
byty)
48
IEEE 802.3 (6) – délka rámce

Minimální délka rámce u CSMA/CD je zapotřebí pro
to, aby i nejvzdálenější stanice v kolizní doméně, v
případě že vysílá informace na medium, mohla
detekovat vysílání jinou stanicí dříve než tato
stanice vyšle celý rámec na medium a přestane
sběrnici využívat ("odpojí" se od ní).
Pokud by tomu tak nebylo, nebyla by detekována
vysílacími stanicemi kolize na mediu, tyto stanice
by se domnívaly, že rámec byl v pořádku vyslán na
medium - a při tom by došlo na mediu k jeho
zničení, aniž by byl tento stav zjištěn.
49

V mezním případě se jedná o krajní (tj. na
opačných koncích kolizní domény umístěné)
stanice sítě. Je-li doba přenosu signálu mezi těmto
krajními stanicemi rovna T, musí být minimální
doba vysílání stanice rovna 2T, aby byla správně
detekována kolize.
Tento stav odpovídá situaci, kdy krajní stanice
vyslala rámec na medium, ten se za čas T dostal
ke druhé krajní stanici, ale ta těsně před tím
(protože medium bylo volné) začala sama vysílat.
50

S rostoucí přenosovou rychlostí při shodném
rozsahu kolizní domény se minimální délka rámce
zvyšuje.
U sítí dle 802.3 je z důvodů kompatibility pro
všechny rychlosti minimální délka rovna 64 bytů
(u gigabitových sítí interně rozšířená), což u
vyšších rychlostí vede k redukci domény (a délky
segmentů sítě).
Vyslání minimálního rámce musí vysílací stanice
vždy dokončit, i když detekuje kolizi již v průběhu
jeho vysílání. V případě kolize je 64 vyslaných
bytů ztraceno, což snižuje výkon sítě.
51
Připojení stanice na médium

Je zajištěno tzv. síťovým adaptérem (síťovou
kartou), zajištující funkce MAC a fyzické (1.)
vrstvy.
Síťová karta:

Obsahuje (typicky v HW) MAC adresu využívanou v MAC
vrstvě
Případně podporuje některé pokročilé vlastnosti,
například plný duplex, 802.1q (VLAN), 802.1p (QoS –
priority) apod.
Síťová karta je považována (sama o sobě) za
zařízení pracující na 2. vrstvě RM OSI (MAC
podvrstva)
52

Další související standardy k 802.3:

802.3x Řízení toku na plném duplexu
802.1Q - Virtuální sítě VLAN
802.1p - Kvalita služby

Standard je definován pro Ethernet, Token Ring a
FDDI a je svázán se standardem pro VLAN 802.1Q
Do standardní hlavičky přidává několik bytů navíc,
konkrétně v případě Ethernetu jsou to 4 byte (TPID a
TCI)
Políčko v TCI, zajišťující prioritu, obsahuje 3 bity, což
představuje 8 úrovní priorit. L2 přepínače pak na
základě tohoto pole mohou rámce upřednostnit.
53
54
IEEE 802.3 – vývoj (1)

Jinak též „Ethernet“, dnes nejpoužívanější LAN
technologie
1970 Aloha network – radiová síť, počátky CSMA
principů
1972 Robert Metcalfe zkouší v PARC Xerox
propojení uzlů pomocí společného sdíleného
drátového média - „éter“ (angl. ether), staví na
idejích sítě Aloha, rychlost 3,7 a později 10 Mbit/s
1980 Úspěch, firmy Xerox, DEC a Intel používají
princip ve své síťové technologii Ethernet
Dílčí změny v návrhu, nicméně stále stejný princip
1985 Standardizace v IEEE pod 802.3
55

1985: 10 Mbit/s standard 802.3 „Ethernet“

1994: 100 Mbit/s Fast Ethernet

Dnešní využití: pro koncové stanice
Pro koncové stanice s velkými požadavky na přenosy a
servery
Sdílený i přepínaný, plný i poloviční duplex
1998: 1 Gbit/s Gigabit Ethernet

Pro výkonné servery, paměťové sítě SAN a páteřní spoje
(propojení LAN)
Již pouze přepínaný, plný i poloviční duplex (poloviční
duplex se však příliš nerozšířil)
Orientován zejména na optická vlákna (až 5 kilometrů pro
jednovidová), ale funguje i na kabeláži kategorie CAT5e
56

Od sdíleného k přepínanému Ethernetu:

Sdílený přístup – využívá typicky
propojovacích prvků v 1. vrstvě, na 2. vrstvě
využívá můstky (zřídka), v zásadě sběrnicová
topologie. Sdílení přenosového média.
Přepínaný přístup – využívá na 2. vrstvě
přepínače, stromová topologie. Segmentace
přenosového média na více menších částí,
přepínání rámců mezi nimi (viz téma aktivní
prvky a propojování sítí).
57

2002: 10 Gbit/s Ethernet (pro páteřní
vysokorychlostní spoje)

Pouze přepínaný a pouze plný duplex
Média – zatím pouze optická vlákna, snaha o zavedení i
omezených metalických spojů
Speciální kódování pro použití v SDH sítích (vedle
běžného použití v LAN), umožňuje přenosy po
infrastruktuře SDH na velké vzdálenosti (až 40 km)
Náklady cca 3x-5x vyšší než na 1Gbit/s Ethernet
LAN -> MAN (díky podpoře pro SDH a větší vzdálenosti)
Automatické postupy pro detekování použité
rychlosti na kabelu (FLP pulsy)
58
Rychlost
Sdílený Přepínaný Poloviční
přístup
přístup
duplex
Plný
duplex
Přenosová
média
10M
+
(+)
+
(+)
Koaxiální
kabel,
UTP, optika
100M
+
+
+
+
UTP, optika
1G
+
+
(+)
+
UTP, optika
+
optika
(pokusy o
UTP)
10G
-
+
-
59
IEEE 802.3 – média (1)
Název standardu
Typ média
Vzdálenost
1BASE5
UTP 2
250m
10BASE5
50Ω 10mm
500m
10BASE2
50Ω 5mm
185m
10BASE-T
UTP 2 CAT3
100m
10BASE-FP
10BASE-F
10BASE-FB
1000m
850nm MMF
10BASE-FL
100BASE-X
100BASE-T
2000m
75Ω
10BROAD36
2000m
100BASE-FX 1300nm MMF
3600m
2000m
100BASE-TX UTP 2 CAT5
100BASE-T4
UTP 4 CAT3
100BASE-T2
UTP 2 CAT3
100m
60
IEEE 802.3 CSMA/CD
1300nm MMF
Médium
Název standardu
1000BASE-X
1000BASE-FX
1000BASE-LX
1000BASE-SX
1000BASE-CX
1000BASE-T
10GBASE-X
10GBASE-R
10GBASE-W
10GBASE-TX4
Délka
550m
1300nm SMF
5000m
850nm MMF
550m
STP 2 pair
25m
UTP 4 CAT5
100m
1310nm MMF 300m
1310nm SMF
10km
10GBASE-SR
850nm MMF
65m
10GBASE-LR
1310nm SMF
10km
10GBASE-ER
1550nm SMF
40km
10GBASE-SW
850nm MMF
65m
10GBASE-LW
1310nm SMF
10km
10GBASE-EW
1550nm SMF
40km
10GBASE-LW4 (multiplex)
1310nm SMF
10km
61

Přenosová média – vysvětlivky k tabulkám:
Media označená v tabulce:
10xxx – jsou určena standardem 802.3 (10 Mbit/s)
100xxx – jsou určena standardem 802.3u (100 Mbit/s)
1000xxx – jsou určena standardem 802.3z pro optická
vedení a 802.3ab pro metalická UTP vedení (1 Gbit/s)
10Gxxx – jsou určena standardem 802.3ae (10 Gbit/s)

Ve vývoji je i 10 Gbit/s Ethernet přes metalické UTP vedení
62

Přenosová média - vysvětlivky k tabulkám:
Označení standardu:
<Přen.rychlost>BASE<typ media>/<max. délka segmentu>
(v Mbit/s) (ev. BROAD)
(ve stovkách metrů)
Např.: 10Base5: Rychlost 10 Mbit/s na vzdálenost 500 metrů
(koaxiální kabel)
10BaseT: Rychlost 10 Mbit/s přes UTP kabel
(do 100 metrů)
BASE udává, že jde o přenos v základním pásmu, BROAD
širokopásmový přenos
63

Přenosová média – vysvětlivky k tabulkám:

Typ média:
T=UTP kabel
F,X=optická vlákna (R,W udává styl kódování rámce;
S,L,E použitou vlnovou délku)
MMF/SMF – Multi/Single Mode Fiber - více/jednovidové
optické vlákno s odpovídající vlnovou délkou v
nanometrech
UTP 2/4 – Počet nutných párů vodičů v UTP kabelu
CAT3/5 – Odpovídá jednotlivým kategoriím standardu
strukturované kabeláže UTP dle EIA/TIA 568
50Ω 10mm – označení impedance a průměru koaxiálního
kabelu (v tomto případě jde o tzv. tlustý koaxiální kabel
pro datové přenosy)
64
IEEE 802.12 100VG-Any LAN

100 Mbit/s síť původně navržená jako náhrada 10
Mbit/s 802.3 (soupeř 802.3u)
Na rozdíl od Fast Ethernetu není tolik kompatibilní:

nepoužívá přístupovou metodu CSMA/CD ale
deterministickou Demand Priority – požadavek na přenos
musí předem odsouhlasit rozbočovač (stanice spolu
nesoupeří)
Připouští různé formáty MAC rámce (proto „Any LAN“),
nejen dle 802.3
Média podobná jako u Fast Ethernetu
Hůře integrovatelná s 802.3 „Ethernetem“ (potřeba
vyměnit většinu prvků), malý zájem výrobců a vyšší
cena
Síť nevzbudila zájem uživatelů a postupně zaniká
65
ATM v LAN

V porovnání s (10)Gigabitovým Ethernetem

ATM je výrazně dražší a méně rozšířené
Rychlostně porovnatelné, ale začíná zaostávat
Zaručuje kvalitu služby už v původním návrhu (Ethernet ji
implementuje až později 802.1p)
Použití

1 - Čistá ATM LAN včetně stanic (síťové karty ATM)
2 - ATM na páteři LAN, stanice přistupují levnější
technologií
3 - Pouze propojení LAN na bázi ATM WAN (hraniční ATM
přepínač/směrovač)
66
ATM v LAN

Nutno použít odpovídající protokoly
(LANE, MPOA, CLIP…)
Od ATM v LAN se ustupuje směrem k
levnějším technologiím, zejména
Ethernetu.
67

Jde o rozdělení jedné fyzické LAN do více LAN
logických, mezi kterými je omezená komunikace.
Byly vytvořeny za účelem:

Privátní komunikace definovaných účastníků sítě LAN.
Např. pracovníci vývojového teamu, kteří jsou rozmístěni
v různých lokalitách LANu, chtějí komunikovat mezi
sebou tak, aby se jejich data nešířila i všem ostatním.
Omezení zátěže sítě a všesměrového (broadcast)
provozu. Seskupením uživatelů, kteří spolu typicky
komunikují, omezíme šíření většiny provozu do jiných sítí.
VLAN je realizována na 2. vrstvě RM OSI v přepínačích.
68

Množina uzlů seskupena dle různých kritérií bez
ohledu na jejich fyzické umístění

Kritérium členění členství stanice ve VLAN podle:

Uzly připojené k jedné logické LAN mohou být v různých
fyzických LAN
Připojeného portu (každý port může být v určitém VLANu)
MAC adresy (každá stanice může být v určitém VLANu)
A další (např. dle protokolu třetí vrstvy)
Pro koncové stanice se VLAN tváří jako skutečná
fyzická LAN. Komunikovat spolu mohou pouze uzly
stejné VLAN, ostatní stanice (byť jsou připojeny ke
stejnému přepínači) nejsou dostupné. Jde tedy o
logickou segmentaci sítě včetně přepínačů.
69
Nejpoužívanější kritéria VLAN:
dle portů
VLAN č. 1 – účetní oddělení
VLAN č. 2 – vývojový team
Přepínač - switch
1
2
3
Budova A
4
2
80
Q
.1
Přepínač - switch
1
2
3
4
Budova B
70
VLAN – standard IEEE 802.1Q

Přepínače si musí vyměňovat informace o
používaných VLAN sítích (který rámec kam patří).
Standard 802.1Q umožňuje koexistenci více VLAN
na jednom fyzickém spoji. Rámec je opatřen
značkou, určující příslušnost k určitému VLAN.

Jde o rozšíření Ethernetové hlavičky o 4 bajty
Po přijetí je označený rámec vysílán je pouze
stanicím, které jsou ve stejné VLAN.
Označování provádí buď koncová stanice (pokud
802.1Q podporuje), nebo první přepínač na
přenosové cestě (typicky).
71
VLAN – standard IEEE 802.1Q

Výhoda 802.1Q

Sdílení kapacity jednoho fyzického spoje
Přepínače mohou přepínat a filtrovat rámce
odpovídajícím způsobem bez nutnosti specifické
konfigurace filtrovacích a přepínacích pravidel.
Přepínací tabulka se sestaví automaticky, z
probíhajícího síťového provozu. Jediná
konfigurace VLAN se provede na vstupních
portech přepínače.
Možnost značkovat rámce dle různých pravidel
72
VLAN - využití

Současné využití VLAN:

Logická segmentace sítě, zejména omezení
velikosti broadcast domény a všesměrového
vysílání.
Snadná spravovatelnost a flexibilita sítě.
Při změně určení stanice ji není nutno fyzicky
přepojovat, stačí změnit nastavení na přepínači.
Úspora zařízení a spojů mezi nimi. Při
propojování počítačů z více lokalit do jedné
skupiny není nutno použít další kabel. Stejně tak
jeden přepínač může sloužit pro přepínání více
oddělených sítí.
73
Shrnutí LAN
802.3
802.4
Název
CSMA/CD
(Ethernet)
Topologie
802.5
802.6
802.9
802.12 FDDI
Token Bus Token
Ring
DQDB
Isochronní
LAN
100 VG
AnyLAN
FDDI
sběrnice
sběrnice
kruh
dvojitá
sběrnice
hvězda
hvězda
dvojitý
kruh
Přístup k
médiu
náhodný
determin.
determin.
determin.
náhodný
determin.
determin.
Metoda
řízení
CSMA/CD
Předávání
tokenu
Předávání
tokenu
Frontový
mechanis
mus
CSMA/CD
DPP
Předávání
tokenu
Rychlost
(Mbit/s)
10, 100,
1000,
10000
1-20
1,4,16
1,5-155
16,144
100
100
74
LANy – využívání

V současné době:

Zcela dominují LAN sítě dle 802.3 („Ethernet“)
ATM – využití omezeně jako páteřní sítě
Ostatní druhy (FDDI, 802.4) se vyskytují pouze
ve starších implementacích nebo se v minulosti
významněji nerozšířily (DQDB, 100 VG
AnyLAN)
75