4. Media komunikacyjne w sieciach komputerowych. Urządzenia fizyczne infrastruktury sieciowej Flashcards
LAN
- LAN Local Area Network
- Umożliwiają wymianę zbiorów informacji, wspólne użytkowanie zasobów oraz komunikatów między użytkownikami znajdującymi się na niewielkim obszarze geograficznym (zwykle laboratorium, biuro).
- Cechą LAN jest nie zbalansowany ruch – zapotrzebowanie jest chwilowe, ale dużej przepustowości
- LAN nie wymusza stosowania konkretnej topologii sieci lub medium transmisyjnego
- Jedną z implementacji LAN można realizować z użyciem sieci Ethernet (pierwsze zajęcia laboratoryjne)
Ethernet
różne media fizyczne - od archaicznych kabli koncentrycznych, przez skrętkę po światłowody
Skrętka
(TP - Twisted Pair) - para miedziana, linie fizycznie
skręcane w kablu, różne wyposażenia kabli (izolacje), różne kategorie (wpływają na max. częstotliwość transmisji) i pośrednio na dopuszczony wariant Ethernet -10/100/1000/10G/40G/100G BASE-T(X)
Problem asymetrii linii w łączu, nomenklatura:
- DTE - Data Terminal Equipment czyli urządzenia końcowe, np. stacje PC, rutery
- DCE - Data Communications Equipment czyli urządzenia pośredniczące w komunikacji, np. przełączniki, hub’y
Gdy łączymy DTE z DCE - stosujemy kabel „bez przeplotu” (bez zamiany linii), w innym przypadku - z przeplotem (1,2 3,6)
Ethernet - realizacja w topologii gwiazdy lub drzewa
• Urządzenia DCE: koncentratory
- Switch (przełącznik)
- Hub
• Urządzenia DTE:
- Stacje (hosty)
- Interfejsy ruterów
• Możliwe jest uproszczenie topologii do połączenia punkt-punkt bez
koncentratora (DTE-DTE, kabel z przeplotem)
• Limit długości medium: 100m
• Możliwość stosowania wielu koncentratorów - w przypadku przełączników wprowadza się wtedy topologię drzewa
• Możliwość realizacji każdego segmentu sieci w innej technologii fizycznej.
Konwersja medium: poprzez stosowanie różnych typów portów w przełącznikach lub poprzez użycie konwerterów medium
Mechanizmy automatycznej negocjacji param. łącza
• Negocjowanie trybu pracy łącza ma na celu ustalenie lepszych wspólnie wspieranych parametrów pracy urządzeń
• Sygnalizacja FLP (Fast Link Pulse) – umożliwia automatyczne ustalenie prędkości oraz trybu transmisji:
- Simplex – transmisja jest możliwa tylko w jedną stronę (analogia: ulica jednokierunkowa)
- Half-duplex – transmisja w obie strony ale w danym czasie tylko w jedną (analogia: ruch na remontowanym moście)
- Duplex – równoczesna transmisja (ulica dwukierunkowa)
• Funkcjonalność Auto MDI-X (Medium Dependent Interface CrossOver) – automatyczny wybór MDI lub MDI-X zależnie od rodzaju wykrytego kabla łączącego interfejsy
Budowa ramki IEEE 802.3
Ramka IEEE 802.3 jest poprzedzona preambułą i bajtem zwanym znacznikiem początku ramki (SFD). Minimalna długość ramki wynosi 64 bajty (po 8 bitów), preambuła składa się z 56 bitów, a SFD z 8 bitów.
W przypadku obecnych wariantów Ethernetu pole preambuły integruje w sobie SFD .
• Spotykane warianty nazewnictwa ramek:
• Layer 2 Ethernet Frame – gdy jest interpretowana jako nie zawierająca preambuły i SFD (długość 64-1518 oktetów)
• Layer 1 Ethernet Frame – gdy zawiera powyższe elementy (długość 72 - 1526 oktetów)
Preambuła
naprzemienny ciąg bitów 1 i 0, informujący o nadchodzącej ramce. Najczęściej nie jest on włączany do wielkości ramki. Wymagany w procesie synchronizacji odbiornika.
SFD
– (Start of Frame Delimiter) – bajt kończący preambułę. Ma (wyrażoną binarnie) wartość: ‘10101011’ (standard IEEE 802.3) Dwa bity o wartości 1 to sygnał końca procesu synchronizacji odbiornika i rozpoczęcia faktycznej transmisji ramki.
Budowa pakietu IEEE 802.3 - pola ramki
• Ethertype/długość – Pole długości pakietu. Może ono zmienić znaczenie (w wariancie Ethernet II) przenosząc zamiast długości identyfikator typu pakietu enkapsulowanego (tzw. Ethertype). Pole to posiada wówczas wartość większą niż 1536 (maksymalna długość danych w podstawowej ramce Ethernet). W
przeciwległym przypadku pole posiada wartość mniejszą niż 1500 (MTU, czyli Maximum Transmission Unit dla Ethernet)
• Dane – jeśli ilość danych jest mniejsza od 46 bajtów, wprowadzane jest tzw. uzupełnienie PAD (padding) i dane są dopełniane jedynkami, tak aby ramka nie
była mniejsza niż 512 bitów (slot time dla sieci 10Mbps).
• FCS – Frame Check Sequence – zawiera 4 bajty kontrolne (cyclic redundancy check - CRC) wygenerowane przez interfejs nadający i sprawdzane przez odbierający. Określają one czy traść ramki nie została uszkodzona.
Adresy w ramce IEEE 802.3 i rozgłaszanie
• Każdy interfejs Ethernet urządzenia sieciowego posiada przydzielony przez producenta i teoretyczne niepowtarzalny identyfikator (adres) MAC (Media
Access Control).
• Długość adresu MAC dla Ethernet: 6 bajtów (48 bitów), gdzie pierwsze trzy bajty adresu identyfikują producenta karty, pozostałe są identyfikatorem egzemplarza.
• Adres docelowy w ramce Ethernet może być adresem:
- Pojedynczym (unicast)
- Rozgłoszeniowym (broadcast) o wartości 0xff:ff:ff:ff:ff:ff. Każdy host jest adresatem ramki broadcast. Z uwagi na funkcjonowanie w warstwie łącza danych ramka Ethernet typu broadcast nie opuści bieżącej sieci
WiFi
• Wireless Fidelity - zestaw standardów stworzonych do budowy bezprzewodowych sieci komputerowych
• Standardy oparte na specyfikacji IEEE 802.11
• Poszczególne specyfikacje definiują standardy produkcyjne stosowane w urządzeniach (np. b, g, n) lecz także jedynie rozszerzenia funkcjonalne (np. mostki między urządzeniami, roaming itp.)
• Alternatywa dla GSM/UMTS/GPRS, WiMAX i innych
• Problemy z bezpieczeństwem sieci, gdyż w większości przypadków dostęp jest anonimowy a liczne warstwy nadbudowane nad WiFi umożliwiają dostęp
publiczny
• W planach: stworzenie standardu WWAN, czyli Wireless Wide Area Network - połączenia GSM i WiFi.
Standard podstawowy: IEEE 802.11
Typy sieci opisane standardem IEEE 802.11:
• IBSS (Independent Basic Service Set) – komunikacja w parach, tzw. „z doskoku” – Ad Hoc
• Infrastructure – z użyciem jednostki centralnej lub wielu jednostek (Access point, AP) , zarządzającej systemem komunikowania:
- BSS (Basic Service Set) – zespół komunikujących się ze sobą urządzeń, bazujący na jednym, wyizolowanym od reszty sieci punkcje centralnym - bez narzucania reguł komunikowania.
- ESS – (Enhanced Basic Service Set) – wiele BSS posiadających AP - w celu komunikowania się pomiędzy BSS. Protokół IAPP (Inter Access Point Protocol) umożliwia określanie powiązań pomiędzy AP i uwierzytelnianie
IEEE 802.11 – transmisja ramek
• W ramach kanału do komunikacja pomiędzy daną stacją A i B wykorzystywany jest protokół RTS/CTS (Request to Send, Clear to Send), definiujący akty mowy: A->B: komunikat RTS, B->A: komunikat CTS, A>B: transmisja ramki, B->A: komunikat ACK
• Rywalizacja o nośnik w czasie transmisji: stacja rezerwuje łącze na czas potrzebny do transmisji ramki (CSMA/CA – Col. Avoidance)
• Network Allocation Vector – technika rezerwowania medium:
- Ramki posiadają pole duration (informujące o tym ile jeszcze czasu będzie potrzebne do zakończenia transmisji)
- Każda stacja posiada licznik NAV – ustawiany na podstawie odczytanego z odebranej ramki duration i zmniejszany. Gdy NAV=0 – medium jest wolne
- Występuje odstęp między ramkami, po nim okres rywalizacji o medium (tzw. okno rywalizacji)
IEEE 802.11 - DCF
• DCF (Distributed Coordination Function, dotyczy stacji klienckiej) / PCF (Point Coordination Function, dotyczy AP) – rozproszona koordynacja dostępu do medium, umożliwia przydział medium (w okresie rywalizacji o nie). Zasada działania:
Gdy medium zajęte, stacja czeka , gdy wolne - odczekuje czas DIFS (Distributed Inter Frame Space) i nadaje. Potem czeka na potwierdzenie od odbiorcy. Gdy potwierdzenie nie doszło – stacja rozpoczyna procedurę od nowa (retransmisja).
• DIFS to tzw. opóźnienie długie (standardowo dla stacji), lecz AP wykorzystuje krótszy czas: PIFS (Point Coordination Inter Frame Space) – co daje mu
pierwszeństwo w nadawaniu.
• SIFS (Short Inter Frame Space) – dla ramek wysokiego priorytetu.
• DCF /PCF zapewnia zatem wykrywanie błędów transmisji (przekroczenie czasów) i ponawianie transmisji ze zmiennym losowym opóźnieniem