9. prednáška (26.4.2010)gursky/siete/2010/uploads/prednasky/prednaska09.pdfkomunikačné kanály,...

1

9. prednáška (26.4.2010)

Spojová vrstva1.časť

158.197.31.4

00:21:9b:a3:5b:0cRARPARP

ÚINF/PSE1/03 Počítačové siete 2

Prehľad prednášky Úvod do spojovej vrstvy Implementácia spojovej

vrstvy Odhaľovanie chýb

kontrola parity kontrolný súčet CRC

Protokoly s viacnásobným prístupom delený kanál zdieľaný prístup “štafetový” prístup

Adresácia na spojovej vrstve MAC adresy ARP, RARP

Ethernet 802.3 rámec algoritmus CSMA/CD

Topológie LAN Hub Switch


Spojová vrstva: úvodTerminológia: stanice a routre sú uzly komunikačné kanály, ktoré

spájajú priľahlé uzly napojené na ne, sú spoje káblové spoje bezdrôtové spoje LAN

paket z pohľadu druhej vrstvy sa nazýva rámec (frame), zaobaľuje datagram

spojová vrstva má za úlohu dopraviťdatagram z jedného uzla na druhý priľahlý uzol prostredníctvom spoja


Spojová vrstva: prenos datagramu rámcami

datagram je na ceste prenášaný rôznymi protokolmi spojovej vrstvy a rôznymi typmi spojov: napr. koaxiálny kábel na

prvom spoji, WiFi na poslednom

každý spojový protokol môže poskytovať iné služby napr. môže poskytovať

spoľahlivý prenos dát

Analógia cesta z Košíc na Lomnický štít

autobus: z UPJŠ na stanicu v Košiciach

vlak: z Košíc do Popradu električka: z Popradu do

Tatranskej Lomnice lanovka: z Tatranskej Lomnice na

Lomnický štít človek = datagram úsek cesty = spoj spôsob prepravy po spoji =

protokol spojovej vrstvy naplánovanie trasy = smerovací

algoritmus prestupné stanice = routre


Možné služby spojovej vrstvy vytváranie rámcov, prístup k spoju:

zabaľuje datagram do rámca, pridáva hlavičku a chvost ak je zdieľaný spoj, zisťuje, kedy má komunikovať na identifikáciu zdroja a cieľa používa “MAC”

(hardvérové, fyzické) adresy • rôzne od IP adries!

spoľahlivý prenos medzi priľahlými uzlami spôsob ako to dosiahnuť, sme sa už naučili pri TCP málokedy sa používa na spojoch s nízkou mierou

chybovosti (optika, krútené dvojlinky) wireless spojenia: vysoká chybovosť


Možné služby spojovej vrstvy kontrola toku dát:

kontrola pretečenia zásobníka prijímateľa odhaľovanie chýb:

chyby spôsobené útlmom signálu, rušením prijímateľ zistí prítomnosť chýb v rámci:

• požada odosielateľa o preposlanie alebo zahodí rámec oprava chýb:

prijímateľ identifikuje a opraví bitové chyby bez opätovného preposlania

half-duplex a full-duplex s half duplexom môžu uzly na koncoch spoja odosielať daným

spojom, ale nie v rovnakom čase


Kde je implementovaná spojová vrstva?

na každej stanici a routri v sieťovej karte (sieťový

adaptér) Ethernetová karta, PCMCI

karta, WiFi karta implementuje spojovú a

fyzickú vrstvu pripojená na systémovú

zbernicu počítača kombinácia hardvéru,

softvéru, firmvéru

kontroler

fyzickýprenos

cpu pamäť

systémová zbernica (napr. PCI)

sieťová karta

schéma stanice

aplikačnátransportná

sieťováspojová

spojováfyzická


Komunikácia so sieťovým adaptérom

odosielateľ: zabalí datagram do rámca pridá kontrolu chýb,

spoľahlivý prenos dát, kontrolu toku dát, ...

prijímateľ: zisťuje chyby, rieši kontrolu

toku dát, ... extrahuje datagram, pošle ho

vyššej vrstve na spracovanie

kontroler kontroler

odosielateľ prijímateľ

datagram datagram

datagram

rámec


Odhaľovanie chýb

Do rámca sa pridajú extra kontrolné bity na kontrolu a prípadne aj opravu chýb

Kontrola môže zahrnúť aj hlavičku rámca Odhaľovanie chýb nie je 100% spoľahlivé!

protokolu môžu niektoré chyby uniknúť, ale zriedkakedy

čím viac kontrolných bitov, tým lepšia detekcia a väčšia možnosť opravenia chyby


Kontrola parityJeden paritný bit:Odhalí jednu bitovú chybu

Bloková parita bitov:- odhalí viac chýb - opraví jednu bitovú chybu

01110001101010 1dátové bity paritný

bit

bm+1,1 bm+1,1 bm+1,n bm+1,n+1

bm,1 bm,2 bm,n bm,n+1

b2,1 b2,2 b2,n b2,n+1

b1,1 b1,2 b1,n b1,n+1

...

...

...

...

... ... ... ...

parita riadkov

paritastĺpcov

101011111100011101101010

101011101100011101101010

chyba parity

chyba parity

bez chyby


Kontrolný súčet

Odosielateľ: berie obsah segmentu ako

postupnosť 16 bitových čísiel

kontrolný súčet: invertovaný súčet všetkých čísiel bez prenesených bitov

odosielateľ vloží kontrolný súčet do hlavičky segmentu

Prijímateľ: vypočíta súčet dôjdeného

segmentu ako postupnosti 16 bitových čísiel a kontrolný súčet

ak je vo výsledku aspoň jedna nula, odhalili sme chybu

ak má výsledok samé jednotky, tak sa žiadna chyba neodhalila (ale môže tam byť)

Použitie: v transportnej vrstve (náročné pre hardvérovú implementáciu)


CRC: Cyclic Redundancy Check = zvyšok po delení cyklickým polynómom nad koeficientami

modulo 2 cyklický polynóm nad koeficientami modulo 2 je taký, že

koeficienty sú 0 alebo 1 na dátové bity D, sa pozeráme, ako na koeficienty takého

cyklického polynómu D(x)

1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1

1x + 0x + 0x + 0x + 1x + 0x + 1x + 1x + 0x + 1x + 0x + 1 234567891011...

D

D(x)


CRC: matematický pohľad vezmeme “dátový polynóm” D(x) vynásobený x vezmeme vopred dohodnutý kontrolný polynóm G(x) stupňa r delíme dátový polynóm vynásobený x kontrolným polynómom

G(x) nad číslami modulo 2 a zistíme zvyšok po delení R(x)

(1x + 0x + 1x +0x +1x + 0x + 0x + 0) : (1x + 0x + 1x + 1) 7 6 35

r

2234

majme dáta D = 1 0 1 0 1

D(x) * x = (1x + 0x + 1x +0x +1) * x4 3 323

majme G(x) = 1x + 1x + 1 3

počítame

r


CRC: matematický pohľad delíme dátový polynóm vynásobený x kontrolným polynómom G(x)

nad číslami modulo 2 a zistíme zvyšok po delení R(x)

(1x + 0x + 1x +0x +1x + 0x + 0x + 0) : (1x + 0x + 1x + 1) = x7 6 35 2234 4

+(1x + 0x + 1x +1x )7 6 5 4

1x4

r

nad číslami modulo 2 sú operácie plus, mínus aj XOR rovnaké

0 + 0 = 0 0 – 0 = 0 0 XOR 0 = 00 + 1 = 1 0 – 1 = 1 0 XOR 1 = 11 + 0 = 1 1 – 0 = 1 1 XOR 0 = 11 + 1 = 0 1 – 1 = 0 1 XOR 1 = 0


CRC: matematický pohľad

(1x + 0x + 1x +0x +1x + 0x + 0x + 0) : (1x + 0x + 1x + 1) = x + x7 6 35 2234 4

+(1x + 0x + 1x +1x )7 6 5 4

1x + 1x + 0x + 0x4 3 2

+(1x + 0x + 1x + 1x )4 3 2

1x + 1x + 1x3 2

delíme dátový polynóm vynásobený x kontrolným polynómom G(x) nad číslami modulo 2 a zistíme zvyšok po delení R(x)

r


CRC: matematický pohľad

(1x + 0x + 1x +0x +1x + 0x + 0x + 0) : (1x + 0x + 1x + 1) = x + x +17 6 35 2234 4

+(1x + 0x + 1x +1x )7 6 5 4

1x + 1x + 0x + 0x4 3 2

+(1x + 0x + 1x + 1x )4 3 2

1x + 1x + 1x + 03 2


r

+(1x + 0x + 1x + 1 )3 2

1x + 0x + 1 = R(x)2

vypočítali sme

pošleme D(x) * x + R(x)r

D(x) * x R(x)r

G(x) G(x)= Q(x) +


CRC: cez binárne čísla

(1x + 0x + 1x +0x +1x + 0x + 0x + 0) : (1x + 0x + 1x + 1) = x + x +17 6 35 2234 4

+(1x + 0x + 1x +1x )7 6 5 4

1x + 1x + 0x + 0x4 3 2

+(1x + 0x + 1x + 1x )4 3 2

1x + 1x + 1x + 03 2


r

+(1x + 0x + 1x + 1 )3 2

1x + 0x + 1 = R(x)2

vypočítali sme

pošleme D(x) * x + R(x)r

D(x) * x R(x)r

G(x) G(x)= Q(x) +

výpočet nad binárnymi číslami:

10101000 : 1011 = ?xor 1011 0001100 xor 1011 01110 xor 1011 0101


CRC: u prijímateľa vypočítali sme

pošleme D(x) * x + R(x)

u prijímateľa počítame (plus a mínus fungujú rovnako):

dostávame výsledok bezo zvyšku ak predsa máme zvyšok,

odhalili sme chybu

r

D(x) * x R(x)r

G(x) G(x)= Q(x) +

D(x) * x + R(x) R(x) R(x)G(x) G(x) G(x)

= Q(x) + + = Q(x)r

výpočet nad binárnymi číslami:

10101101 : 1011 = ?xor 1011 0001110 xor 1011 01011 xor 1011 0000 – zvyšok OK


CRC: implementácia reálne posielame iba koeficienty polynómov a zvyšku

implementácia výpočtu zvyšku cez posuvné registre a XOR ľahko realizovateľné hardvérovou implementáciou

D: dátové bity R: CRC bityd bitov r bitov

D * x + Rr

odosielame:

matematicky:

D * x XOR Rv tomto prípade platí aj: rposun D o r miest doľavaa namiesto pridaných núl

skopírovanie R

3x + x + 1D alebo D,R

namiesto každej 1dáme XOR


CRC: všeobecne

vie odhaliť všetky zhluky chýb menšie ako r+1 bitov

CRC-16 x + x + x +1

CRC-32 x +x +x +x +x +x +x +x +x +x +x +x +x +x+1 zhluky chýb dlhšie ako 32 bitov odhalí s

pravdepodobnosťou 99,99999998% používané v Ethernete (802.3)

32

15 2

26 23 22 16 12 11 10 8 7 5 4 2

16


Spoje a protokoly s viacnásobným prístupomDva typy spojov: bod-bod

PPP (point-to-point protocol) pre dial-up pripojenie spojenie bod-bod medzi Ethernetovým switchom a stanicou

zdieľaný kábel alebo médium Ethernet “po starom” HFC (hybrid fiber coax) 802.11 wireless LAN

zdieľaný kábel (napr. Ethernet 802.3)

zdieľaná frekvencia (napr. 802.11 WiFi)

zdieľaná frekvencia(satelit)

ľudia na párty(zdieľaný vzduchna šírenie zvuku)


Protokoly s viacnásobným prístupom spoločné zdieľané médium ak dva alebo viac uzlov súčasne vysiela nastáva

interferencia kolízia ak uzol odhalí v rovnakom čase v médiu viac signálov

protokoly s viacnásobným prístupom založené na distribuovanom algoritme, ktorý určí, akým

spôsobom sa má zdieľať prenosový kanál, t.j. určí, kedy môže ktorý uzol vysielať

komunikácia o riadení kanála používa ten istý kanál žiaden extra kanál na riadenie


Ideálny protokol s viacnásobným prístupomZdieľaný kanál so šírkou pásma R:1. ak chce vysielať iba jeden uzol, môže vysielať

rýchlosťou R2. ak chce vysielať M uzlov, každý vysiela priemernou

rýchlosťou R/M3. plne decentralizovaný:

neexistuje uzol, ktorý riadi celú komunikáciu žiadna synchronizácia hodín, slotov

4. jednoduchý


Rozdelenie typov spojových protokolov Delený kanál

rozdelený kanál na menšie “kúsky” (časové úseky, frekvencia)

vyhradená časť kanála pre dané spojenie Zdieľaný prístup

kanál sa nedelí, každý “vysiela, keď potrebuje” možné kolízie a zotavovanie z nich

“Štafetový” prístup uzly si vymieňajú informáciu o tom, kto je na rade uzly, ktoré nemajú čo vysielať, sú na rade kratšie ako tie,

čo majú čo vysielať


Spojové protokoly s delením kanála: TDMA

TDMA: time division multiple access prístup ku kanálu v kolách každá stanica dostane v každom kole časový úsek

fixnej dĺžky (dĺžka = čas na posielanie rámcov) nevyužité úseky nevedia použiť iné stanice príklad: 6-uzlov na LAN: iba uzly 1, 3 a 4 majú čo

posielať, úseky 2, 5 a 6 sú nevyužité

1 3 4 1 3 4

kolo


Spojové protokoly s delením kanála: FDMA

FDMA: frequency division multiple access kanál je rozdelený na frekvenčné pásma každý uzol má pridelené fixne veľké frekvenčné pásmo nevyužité pásma nevedia použiť iné stanice príklad: 6-uzlov na LAN: iba uzly 1, 3 a 4 majú čo posielať,

pásma 2, 5 a 6 sú nevyužité

frek

venč

né p

ásm

ačas

FDM kábel


Protokoly pre zdieľaný prístup

ak uzol má čo vysielať vysiela plnou rýchlosťou prenovosného pásma R žiadne riadenie toho, kedy môže kto vysielať

ak vysialajú dva alebo viac uzlov ➜ “kolízia” protokol pre zdieľaný prístup určuje:

ako odhaliť kolízie ako sa zotaviť z kolízie (napr. cez pozdržané preposlanie)

príklady protokolov pre zdieľaný prístup: úseková ALOHA ALOHA CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA


Úseková ALOHA (slotted ALOHA)

Predpoklady: všetky rámce majú

rovnakú veľkosť čas je rozdelený na

rovnaké časové úseky - čas na odoslanie 1 rámca

uzly začínajú vysielať iba na začiatku úseku

uzly sú zosynchronizované

ak 2 alebo viac uzlov vysiela v jednom úseku, všetky uzly zistia kolíziu

Fungovanie: ak uzol chce poslať rámec,

vyšle ho v najbližšom časovom úseku ak nenastala kolízia:

v ďalšom úseku môže odoslať ďalší rámec

ak nastala kolízia: uzol prepošle rámec v niektorom z ďalších úsekov s pravdepodobnosťou p až pokiaľ neuspeje


Úseková ALOHA

Pozitíva ak je jediný vysielajúci uzol,

môže neustále vysielať plnou rýchlosťou

decentralizovaná: potrebujeme iba synchronizovať časové úseky

jednoduchý

Negatíva kolízie nevyužité úseky uzly by mohli zisiť kolíziu aj

pred doposielaním rámca počas kolízie

synchronizácia časových úsekov


maximálna efektivita: treba nájsť p' také, že maximalizuje Np(1-p)N-1

pre mnoho uzlov vypočítame limitu Np*(1-p')N-1 pre N idúce do nekonečna, dostaneme:

max. efektivitu = 1/e = 0,37

Efektivita úsekovej Alohy

N uzlov s nekonečou zásobou rámcov na odoslanie

každý uzol posiela dáta v slote s pravdepodobnosťou p

pravdepodobnosť, že uzlu sa podarí vyslať rámec je p(1-p)N-1

pravdepodonosť, že ľubovolnému uzlu sa podarí vyslať rámec je Np(1-p)N-1

Efektivita : pomer úspešných prenosov k neúspešným, ak veľa uzlov na spoločnom médiu má stále čo posielať

Kanál sa dá využiť pri najlepšom iba 37% času !


(Neúseková) ALOHA Aloha: jednoduchšia, nepotrebuje synchronizáciu ak potrebujeme vyslať rámec, vyšleme ho okamžite narastá pravdepodobnosť kolízií:

rámec vyslaný v čase t0 koliduje s rámcami vyslanými v čase [t0-1,t0+1]

t -1 t t +10 0 0

i.rámec

kolízia začiatkui.rámca

kolízia koncai.rámca


Efektivita Alohy

P(úspech odoslania rámca z uzla) = P(uzol vysiela) * P(nik nevysiela v čase [t -1,t ]) * P(nik nevysiela v čase [t , t +1]) = = p * (1-p) * (1-p)= p * (1-p)

vyberieme optimálne p a počítame limitu pre N idúce do nekonečna

= 1/2e = 0.18 horšie ako v prípade úsekovej Alohy !

0 0

00N+1 N+1

N+2


CSMA (Carrier Sense Multiple Access)

CSMA: počúvame pred posielaním: Ak neregistrujeme, že v kanále niekto vysiela, pošleme

celý rámec Ak sa kanál používa, nevysielame

analógia: neskáčem do reči, keď niekto rozpráva!


CSMA kolíziekolízie môžu stále nastávať:čas prenášania kanálom môže spôsobiť, že dva uzly nevedia, že vysielajú súčasne

kolízia:celý čas vysielania je nevyužitý - stratený

poznámka:na zistenie pravdepodobnosti kolízie musíme počítať s časom prenosu a vzdialenosťou uzlov


CSMA/CD (Collision Detection)CSMA/CD: zistenie prenášania oddiali vysielanie

ako v CSMA, ale: detekcia kolízie v krátkom čase aj počas vysielania pri kolízii sa prestáva odosielať zmenšenie nevyužitého času

odhalenie kolízie: jednoduchá na káblových LAN: meriame silu signálu,

porovnávame so silou, ktorá sa vysiela a prijíma ťažké pri wireless LAN: prichádzajúca sila signálu

je menšia ako sila vysielaného signálu


CSMA/CD detekcia kolízie


“Štafetové” spojové protokoly

Protokoly na delenie kanála: efektívne a spravodlivo zdieľajú kanál bez kolízií pri

intenzívnom posielaní všetkými uzlami neefektívne pri zriedkavom posielaní: čakanie na

prístup ku kanálu, šírka pásma iba 1/N aj keď chce posielať iba jeden

Protokoly so zdieľaným prístupom efektívne pri zriedkavom posielaní: jediný uzol vie

využiť plnú šírku kanála intenzívne posielanie všetkými: množstvo kolízií

“Štafetové” protokoly snaha vyťažiť pozitíva oboch predchádzajúcich


“Štafetové” spojové protokolyVyzývanie: hlavný uzol vyzve

ostatné uzly aby postupne posielali svoje rámce

má zmysel pre hlúpe zariadenia

problémy: vyzývanie stojí čas oneskorenia single point of failure

(hlavný uzol)

hlavný uzol

výzvy

dáta

dáta 1

3


“Štafetové” spojové protokolyPodávanie tokenu:❒ kontrolný token si

stanice podávajú v určenom poradí

❒ vysielam ak mám token❒ ak mám token a nemám

čo vysielať pošlem token ďalej

❒ problémy:❍ posielanie tokenu stojí čas ❍ oneskorenia❍ single point of failure

(token)

T

dáta

1

2

3

4


Prehľad spojových protokolov

delenie kanála podľa času, podľa frekvencie

zdieľaný prístup ALOHA, S-ALOHA, CSMA, CSMA/CD zisťovanie kolízie: jednoduché v kábloch, ťažké vo

wireless CSMA/CD v Ethernete CSMA/CA (collision avoidance) v 802.11 (WiFi)

štafetové protokoly vyzývanie z hlavného uzla, posielanie tokenu Bluetooth, FDDI, IBM Token Ring


MAC adresy

MAC = media access control32-bitové IP adresy:

adresy sieťovej vrstvy používané na dopravenie datagramu do správnej IP siete

MAC (fyzická, hardvérová, ethernetová) adresa: použitie: dopraviť rámec z jedného sieťového adaptéra k

inému vrámci tej istej siete 48 bitová MAC adresa

• napálená v ROM sieťovej karty, často aj softvérovo nastaviteľná


MAC adresykaždý sieťový adaptér má jedinečnú MAC adresu

Broadcastová adresa =FF-FF-FF-FF-FF-FF

= sieťový adaptér

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN(káblová alebowireless)


MAC adresy MAC adresy rozdeľuje IEEE výrobca sieťových kariet si zakúpi časť množiny MAC

adries, aby sa zabezpečila jedinečnosť analógia: (a) MAC adresa: rodné číslo (b) IP adresa: poštová adresa MAC adresa je prenositeľná

jedna sieťová karta sa môže presúvať z jednej siete do inej IP adresy sú hierarchické, t.j. nie prenositeľné

adresa je závislá na sieti, v ktorej je sieťová karta zapojená


ARP: Address Resolution Protocol

Každý uzol (stanica, router) má ARP tabuľku

ARP tabuľka: mapovanie IP/MAC pre niektoré uzly na LAN

< IP adresa; MAC adresa; TTL> TTL (Time To Live): čas,

po ktorom bude mapovanie zabudnuté (typicky 20 minút)

Úloha: zistiť MAC adresu uzla X, keď viem IP adresuuzla X

1A-2F-BB-76-09-AD

58-23-D7-FA-20-B0

0C-C4-11-6F-E3-98

71-65-F7-2B-08-53

LAN

137.196.7.23

137.196.7.78

137.196.7.14

137.196.7.88


ARP protokol

A chce poslať datagram pre B, ale MAC adresa B nie je v ARP tabuľke uzla A

A vyšle broadcastovú ARP otázku, obsahujúcu IP adresu uzla B cieľová MAC adresa = FF-

FF-FF-FF-FF-FF všetky zariadenia v

lokálnej sieti túto ARP otázku dostanú

B prijme ARP otázku, odpovie uzlu A so svojou MAC adresou unicastová odpoveď

A si uloží dvojicu IP a MAC adries uzla B v svojej ARP tabuľke ak je záznam v ARP

tabuľke príliš starý, maže sa, a obnoví sa, až keď znova potrebujem komunikovať s B

ARP je “plug-and-play”: uzly sa učia záznamy do

svojich ARP tabuliek bez zásahu administrátora siete alebo sieťového servera


postup: posielame datagram (nie rámec) z A do B cez R predpokladáme, že A vie IP adresu stanice B

dve ARP tabuľky v routri R: jedna pre každé rozhranie

Adresácia: smerovanie do inej siete

R

1A-23-F9-CD-06-9B

111.111.111.110

E6-E9-00-17-BB-4B

CC-49-DE-D0-AB-7D

111.111.111.112

111.111.111.111

A74-29-9C-E8-FF-55

222.222.222.221

88-B2-2F-54-1A-0F

B222.222.222.222

49-BD-D2-C7-56-2A

222.222.222.220


sieťová vrstva A vytvorí IP datagram so zdrojovou IP A, a cieľovou IP B, pomocou smerovacej tabuľky zistí, že má poslať datagram cez IP R (brána je 111.111.111.110) a pošle datagram spojovej vrstve

A použije ARP na zistenie MAC adresy routra R cez jeho IP 111.111.111.110 A zabalí datagram s cieľovou IP adresou B do rámca s MAC adresou R router R rozbalí dôjdený rámec a na základe cieľovej adresy (IP B) a svojej

smerovacej tabuľky zistí, že ho má poslať do lokálnej siete na inom rozhraní (brána je 0.0.0.0)

R použije ARP na zistenie MAC adresy B cez jej IP B R zabalí datagram s cieľovou IP B do rámca s MAC adresou B a pošle ho do

lokálnej siete, kde je B

R

1A-23-F9-CD-06-9B

111.111.111.110

E6-E9-00-17-BB-4B

CC-49-DE-D0-AB-7D

111.111.111.112

111.111.111.111

A74-29-9C-E8-FF-55

222.222.222.221

88-B2-2F-54-1A-0F

B222.222.222.222

49-BD-D2-C7-56-2A

222.222.222.220


RARP

inverzný protokol k ARP preklad MAC adresy na IP adresu nepotrebuje broadcast

vie cieľovú MAC adresu


Ethernetový rámecOdosielajúci adaptér zabaľuje IP datagram (alebo iný

paket sieťovej vrstvy) do ethernetového rámca

Preamble (preambula): 7 bajtov s hodnotou 10101010 a nakoniec ešte

jeden bajt s hodnotou 10101011 použitie na synchronizáciu hodín adaptérov

odosielateľa a prijímateľa


Ethernetový rámec Adresy: 6 bajtov

ak adaptér dostane rámec so zhodujúcou sa cieľovou adresou alebo broadcastovou adresou, pošle dáta sieťovej vrstve

inak sa rámec zahodí Type: identifikuje protokol vyššej vrstvy (väčšinou

IP ale môže byť aj napr. Novell IPX, AppleTalk) CRC: ak kontrola odhalí chybu, rámec sa zahodí


Ethernet: nespoľahlivý, bez spojenia

bez spojenia: žiadne nadväzovanie spojenia medzi sieťovými adaptérmi

nespoľahlivý: prijímajúci adaptér neposiela kladné ani záporné potvrdenia rámce sa môžu zahodiť (zlé CRC) o preposlanie sa môže postarať TCP inak vznikajú v dátach chýbajúce kúsky

Ethernetový spojový protocol: CSMA/CD


Algoritmus CSMA/CD1. adaptér dostane datagram zo

sieťovej vrstvy a vyrobí rámec2. ak adaptér neregistruje žiadne

vysielanie na kábli, začne vysielať rámec,

ak adaptér registruje vysielanie na kábli, čaká, kým sa kábel uvoľní a potom začne vysielať

3. Ak celé vysielanie rámca prebehlo bez zistenia iného vysielania, rámec je považovaný za odoslaný !

4. Ak počas vysielania adaptér zistí, že vysiela aj niekto iný, skončí vysielanie a vyšle JAM signál

5. Po prerušení začne súperenie: po m-tej kolízii si adaptér vyberie náhodné číslo K z intervalu <0,2m-1>, adaptér potom čaká čas K*512 časových úsekov potrebných na odoslanie 1 bitu, a vráti sa do bodu 2


Algoritmus CSMA/CD

JAM signál: signál takej intenzity, aby

určite všetci zistili, že nastala kolízia; čas dĺžky 48 bitových časových úsekov

Bitový časový úsek: 0.1 mikrosekúnd pre

10 Mb/s, ak K=1023, čaká asi 50 msec

Súperenie: Cieľ: prispôsobiť čas

opätovného poslania aktuálnym požiadavkám na vysielanie na zdieľanom kábli veľa vysielateľov: v

priemere sa čaká dlhšie prvá kolízia: vyber K z množiny

{0,1}; čakanie bude K*512 bitových časových úsekov

po druhej kolízii: vyber K z množiny {0,1,2,3}…

po desiatich kolíziách: vyber K z množiny {0,1,2,3,4,…,1023}


CSMA/CD efektivita

t = maximálny čas prenosu medzi 2 uzlami t = čas na vyslanie rámca maximálnej dĺžky

efektivita sa blíži k 1 ak ak t sa blíži k nule ak t sa blíži k nekonečnu

lepšia efektivita ako ALOHA: a jednoduchšie, lacné a decentralizované riešenie!

prenos

posielanie

efektivita =1

1 + 5*t /tprenos posielanie

posielanie

prenos


Ethernet 802.3“dominantná” káblová LAN technológia: veľmi lacná: od 5 € za 100Mb/s sieťovú kartu, 9,50 € za

1Gb/s prvá rozšírená techmológia jednoduchšia a lacnejšia ako tokenové LAN alebo ATM zvláda aktuálne maximálne rýchlosti: 10 Mbps – 10 Gbps

Pôvodný návrh Ethernetu podľa Metcalfe-a


Topológia hviezdy zbernicová topológia populárna do polovice 90-tych

rokov všetky uzly v spoločnej kolíznej doméne

dnes prevláda topológia hviezdy v centre hviezdy je aktívny switch každý “lúč” realizuje nezávislý Ethernetový protokol

• súčasne vysielajúce stanice nie sú v kolízii

switch

zbernica: koaxiálny kábel hviezda


Hub (rozbočovač) pracuje iba na fyzickej vrstve:

signály prichádzajúce z jedného spojenia po zosilnení odchádzajú všetkým ostatným spojeniam rovnako rýchlo

všetky uzly napojené na hub môžu spôsobovať medzi sebou kolízie

nepoznajú, čo je to rámec, nečakajú kým celý príde, aby ho preposlali

ak má len 2 zásuvky = repeater (opakovač)

krútená dvojlinka

hub


Switch (prepínač) zariadenie spojovej vrstvy: chytrejšie ako huby

prevezmú a pošlú celý rámec zvládnu prepájať aj rôzne rýchle spojenia zisťuje MAC adresy z rámcov a ak príde rámec pre

niektorú zo známych MAC adries, posiela rámec iba do jedného spoja

transparentné stanice nevedia o prítomnosti switchu v sieti

plug-and-play, samoučiace switche netreba konfigurovať

ak má len 2 zásuvky = bridge (most)


Switch: mnoho súbežných vysielaní

každý uzol má vyhradené samostatné spojenie k switchu

switch buffruje rámce nezávislý ethernetový protokol

na každom spoji žiadne kolízie: úplný duplex

každé spojenie má vlastnú kolíznu doménu

prepínanie: A-D a B-E môžu bežať nezávisle a bez kolízií to sa nedá, ak používame hub

A

D

B

E

C

F

switch so 6 zásuvkami(1,2,3,4,5,6)

1 23

456


Prepínacia tabuľka

Ako switch vie, že D je dostupné cez zásuvku 4 a E cez zásuvku 5?

Každý switch má prepínaciu tabuľku so záznamami: MAC adresa uzla číslo zásuvky, cez ktorú je tento

uzol dostupný časová pečiatka

skoro ako smerovacia tabuľka!

A

D

B

E

C

F

switch so 6 zásuvkami(1,2,3,4,5,6)

1 23

456


Switch je samoučiaci switch sa učí ktorý uzol

je dostupný cez ktorú zásuvku keď príde ľubovoľný

rámec, switch si zistí MAC adresu odosielateľa

uloží túto MAC adresu spolu so zásuvkou cez ktorú rámec prišiel v prepínacej tabuľke

A D

zdroj: Acieľ: D

MAC adresa zásuvka čas

prepínacia tabuľka(na začiatku prázdna)

A 1 60

A

D

B

E

C

F

1 23

456


Switch: posielanie rámcovKeď príde rámec:

1. ulož si zásuvku s odosielateľovou adresou2. nájdi v prepínacej tabuľke cieľovú MAC adresu3. ak sa našiel záznam pre daný cieľ

potom { ak cieľ je dostupný cez tú istú zásuvku ako odosielateľ

potom zahoď rámec inak pošli rámec k príjemcovi cez správnu zásuvku } inak pošli rámec všade okrem zásuvky odosielateľa


Prepojené switche switche môžu byť prepájané aj navzájom

A

B

❒ Ako vie switch S1 kam poslať rámec pre uzol F?❒ samoučenie! - funguje rovnako ako pri jednom

switchi v sieti❒ Vie S1, že rámec má ísť cez switche S4 a S2 ?

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G


Sieť organizácie

k externejsieti

router

IP sieť

mailový server

webový server


Switche a routre obe najprv príjmu celý paket a až potom ho odošlú ďalej

routre: zariadenia sieťovej vrstvy (skúma hlavičku sieťovej aj spojovej vrstvy) switche sú zariadenia spojovej vrstvy

routre si uchovávajú smerovaciu tabuľku púšťajú smerovacie protokoly každé rozhranie routra má vlastnú IP a MAC adresu, vlastnú ARP

tabuľku (ako stanice) switche si uchovávajú prepínaciu tabuľku

učia sa, cez ktorú zásuvku sú dostupné ktoré MAC adresy nemajú vlastnú IP ani MAC adresu

stanica switch router stanica


Porovnanie zariadení

hub routerswitchoddeleniekomunikácie

plug & play

výber optimálnejtrasy

prepojeniezariadenív rovnakej sieti

nie ánoáno

áno áno nie

nie nie áno

áno áno nie


Ďakujem za pozornosť

Modifikované slajdy z knihy:

Computer Networking: A Top Down Approach ,4th edition. Jim Kurose, Keith RossAddison-Wesley, July 2007.

9. prednáška (26.4.2010)gursky/siete/2010/uploads/prednasky/prednaska09.pdfkomunikačné kanály,...

Documents