Sieci Komputerowe Standardy i rodzaje sieci

Sieci Komputerowe
Standardy i rodzaje sieci
dr Zbigniew Lipiński
Instytut Matematyki i Informatyki
ul. Oleska 48
50-204 Opole
[email protected]
Zagadnienia
Podstawowe pojęcia dotyczące sieci:
•
sieć komputerowa
•
sieciowy system operacyjny
•
topologia fizyczna, topologia logiczna sieci.
Typy sieci: LAN, WLAN, MAN, WAN, VSAT.
Rodzaje topologii sieci: gwiazdy, szyny, pierścienia.
Standardy sieci LAN: Ethernet, Token Ring, FDDI.
2
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe
Podstawowe Pojęcia
Siec komputerowa
grupa połączonych ze sobą urządzeń sieciowych (komputerów, drukarek wyposaŜonych w karty
sieciowe) w jeden systemem komunikacyjny.
Sieciowy system operacyjny
system operacyjny pozwalający na współdzielenie zasobów i urządzeń sieciowych.
Topologia fizyczna sieci
sposób okablowania sieci, fizyczny układ połączeń między urządzeniami w sieci (węzłami).
Topologia logiczna
sposób komunikacji między węzłami w sieci.
3
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe
Sieci LAN - Local Area Network
Sieć lokalna
sieć telekomunikacyjna, rozmieszczona na niewielkim obszarze, np. w jednym budynku, zawierająca
do kilkudziesięciu węzłów.
Standardy sieci LAN:
•
Ethernet 10 Mb/s, Fast Ethernet 100 Mb/s, Gigabit Ethernet 2 Gb/s
•
Token Ring, szybkość transmisji do 128 Mb/s
•
Fiber Distributed Data Interface (FDDI), szybkość do 100 Mb/s
•
LocalTalk (standard firmy Apple), szybkość 0.2 Mb/s.
Oznaczenie: B - bajt, b – bit
Cechy sieci LAN:
•
ograniczony zasięg (do 10 km)
•
duŜa prędkość transmisji (do 2 Gb/s)
•
łatwe w budowie i rozbudowie.
4
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe
Sieci WLAN - Wireless Local Area Network
WLAN, bezprzewodowa sieć typu LAN.
Standardy sieci bezprzewodowych:
•
IEEE 802.11b, transmisja w paśmie 2.4 GHz, przepustowość 11 Mbps, 2002.
Schemat modulacji Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS).
•
IEEE 802.11a, transmisja w paśmie 5 GHz, przepustowość 54 Mbps, brak zgodności ze standardem IEEE 802.11b 1999.
Schemat modulacji Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM).
•
IEEE 802.11g, transmisja w paśmie 2.4 GHz, przepustowość 54 Mbps, typ modulacji OFDM.
•
High Performance Radio LAN (HyperLAN), standard European Telecommunications Standards Institute.
Transmisja w paśmie 5,15 - 5,3 GHz i 17,1 - 17,3 GHz.
•
IEEE 802.15, BlueTooth, transmisja synchroniczna, metoda rozpraszania Fast-Frequency-Hopping,
z szybkością 1 Mbps, w paśmie 2.4 GHz sieci ISM, typ modulacji Gaussian Frequency Shift Keying (GFSK).
•
IEEE 802.16, WiMAX (World Interoperability for Microwave Access), zasięg do 50 km, prędkość transmisji do 70 Mbit/s,
pasmo 2.5 GHz, 3.5 GHz licencjonowane i 5.8 GHz nielicencjonowane.
•
Infrared, standard Infrared Data Association, sygnał świetlny 850 nm - 950 nm, zakres do 1 m.
5
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe
Sieci MAN - Metropolitan Area Network
MAN - sieci miejskie.
Sieci MAN składają się z wielu sieci lokalnych LAN.
6
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe
Sieci WAN - Wide Area Network
WAN - sieć rozległa łączy sieci lokalne LAN, miejskie MAN i sieci oparte o technologie bezprzewodowe.
Technologie i standardy sieci WAN:
•
protokół X.25
•
protokół Frame Relay
•
Integrated Services Digital Network (ISDN) (protokół 1, 2, 3 warstwy modelu OSI)
•
protokół ppp, (ang.) Point-to-Point Protocol
•
cyfrowe łącza telefoniczne typu point-to-point:
USA
: T1 (1.544Mbps, 24 kanały), T2 (6.312 Mbps, 96), T3 (44.736 Mbps, 672)
Europa: E1 (2.048 Mbps), E2, E3 (34.368 Mbps)
•
USA
: SONET, (ang.) Synchronous Optical Network
Europa: SDH, (ang.) Synchronous Digital Hierarchy
•
ATM, (ang.) Asynchronous Transfer Mode.
7
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe
Sieci VSAT - Sieci Satelitarne
Sieci i systemy w których dane są transmitowane miedzy węzłami przez satelity.
Technologie i standardy sieci VSAT:
•
Global System for Mobile Communications (GSM)
•
Code Division Multiple Access (CDMA)
•
Personal Communications Services (PCS), standard ITU.
8
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe
Rodzaje topologii sieci
Rodzaje topologii sieci:
•
topologia gwiazdy
•
topologia pierścienia
•
topologia szyny
•
topologia 'mesh' (kaŜdy-z-kaŜdym)
•
inne.
Topologia fizyczna sieci - sposób okablowania sieci, fizyczny układ połączeń między węzłami w sieci.
Topologia logiczna - sposób w jaki węzły sieci są połączone i komunikują się między sobą.
Przyczyny powstania roŜnych topologii sieci:
•
koszty instalacji sieci, koszty urządzeń transmisyjnych, kabli
•
elastyczność architektury, tzn. łatwość rozbudowy, zmiany konfiguracji sieci
•
niezawodność komunikacji
•
zapewnienie odpowiedniej szybkość transmisji
•
bezpieczeństwo sieci.
9
Topologie sieci a metody dostępu do medium transmisyjnego
Wybrane metody dostępu do medium transmisyjnego:
Podział częstotliwości - zakres częstotliwości jest dzielony na uŜytkowników sieci.
Podział czasu - czas dostępu jest dzielony na uŜytkowników sieci.
CDMA - węzły mają pełny dostęp do medium.
CSMA - węzły mają pełny dostęp do medium, ale tylko jedna stacja moŜe nadawać.
Znacznik -dostęp do medium ma posiadacz znacznika (tokenu).
W sieciach Ethernet węzły mają dostęp do medium typu CSMA/CD.
W sieciach bezprzewodowych stosowana jest metoda dostępu CSMA/CA.
W sieciach typu Token Ring, FDDI dostęp do medium ma posiadacz znacznika.
10
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe
Code Division Multiple Access
CDMA (Code Division Multiple Access) – metoda dostępu stosowana w bezprzewodowej
broadcastowej transmisji kanałowej (satelity, telefony komórkowe).
Cechy:
• KaŜdemu uŜytkownikowi sieci nadawany jest unikalny kod.
• Wszyscy uŜytkownicy wykorzystują tą samą częstotliwość, ale kaŜdy uŜytkownik ma swoją własną
sekwencje kodowania danych.
• Kodowanie wymaga wysokich częstotliwości (chipping frequency).
• Wielu uŜytkowników ma jednoczesny dostęp do medium.
11
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe
Przykład sieci w topologii gwiazdy
host
skaner
host
drukarka
koncentrator
host
host
host
Fizyczna Topologia gwiazdy
3C om
3Co m
3Co m
3Com
12
Topologia gwiazdy
Fizyczna topologia gwiazdy - wszystkie węzły podłączone są do wspólnego urządzenia transmisyjnego
(np. koncentratora).
W sieci o logicznej topologii gwiazdy dwa węzły mogą komunikować się bezpośrednio między sobą.
Logiczna topologia gwiazdy jest rozszerzeniem połączeń punkt-punkt.
Połączenie punkt-punkt zbudowane przez przełącznik nazywa się obwodem wirtualnym (dwupunktowa
domena kolizyjna)
Zalety topologii gwiazdy:
•
łatwa budowa i rozbudowa sieci
•
prosta administracja i monitorowanie sieci
•
łatwa lokalizacja uszkodzeń.
13
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe
Topologia pierścienia
Fizyczna topologia pierścienia - kaŜdy węzeł sieci połączony jest tylko z dwoma sąsiadującymi
węzłami. Połączenia tworzą zamknięta pętle.
W transmisji między dwoma węzłami biorą udział wszystkie węzły które znajdują się miedzy danymi
węzłami.
Węzły pośredniczące retransmitują i wzmacniają sygnał.
Zalety topologii pierścienia:
•
łatwa lokalizacja uszkodzeń
•
małe zuŜycie kabla
•
duŜa szybkość transmisji.
host
host
drukarka
host
host
skaner
Topologia pierscienia
14
Topologia szyny
Fizyczna topologia szyny - wszystkie węzły sieci podłączone są do wspólnego kabla (szyny, magistrali).
Logiczna topologia szyny - sygnały, nadawane przez jeden węzeł, docierają do wszystkich węzłów w
sieci.
Przykładem sieci o topologii szyny jest sieć typu Ethernet.
host
host
skaner
Zalety topologii szyny:
•
•
łatwy podział na mniejsze podsieci (łatwa segmentacja sieci)
prosta instalacja i rozbudowa sieci.
drukarka
host
Topologia szyny
Wady topologii szyny:
•
w tym samym czasie moŜe nadawca tylko jeden węzeł sieci (węzły tworzą jedna domenę kolizyjna)
•
nadawane dane docierają do wszystkich węzłów
•
zasoby sieci są współdzielone (np. czas dostępu do medium)
•
konieczne są mechanizmy obsługi błędów (które spowalniają transmisje).
15
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe
Topologia fizyczna a topologia logiczna sieci
skaner
host
host
drukarka
host
skaner
host
host
3Com
drukarka
host
Topologia szyny
Sieć Ethernet.
Topologia fizyczna szyny
pokrywa się z topologią logiczną.
host
host
Topologia gwiazdy
Sieć Ethernet.
Fizyczna topologia gwiazdy,
logiczna topologia szyny.
16
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe
Standardy sieci LAN
Sieci Ethernet
Sieci Token Ring
Sieci FDDI
17
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe
Sieci Ethernet
Wykład 'Standard Ethernet'.
18
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe
Sieci Token Ring
Token Ring jest standardem sieci opracowanym przez firmę IBM.
Siec typu Token Ring jest zgodna ze standardem IEEE 802.5, tzn. moŜe współpracować z innymi
standardami sieci LAN, np. Ethernet'em.
Siec Token Ring jest przykładem sieci o topologii pierścienia.
Prędkość transmisji w sieciach Token Ring wynosi do 128 Mb/s.
Węzły sieci token ring przekazują miedzy sobą ramkę sterująca - znacznik, (ang.) token.
Tylko węzeł posiadający token moŜe nadawać.
W sieciach token ring brak jest kolizji.
host
host
drukarka
Token-ring
host
host
Siec typu Token Ring
19
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe
Sieci Token Ring
Funkcje tokenu:
•
przyznaje przywilej dostępu do sieci
•
śluzy do budowy ramek (podstawowa ramka tokenu jest przekształcana w nagłówki roŜnych typów
ramek).
W sieci moŜe być tylko jeden token.
Urządzenie nadające wykorzystuje token (modyfikuje go) do tworzenia nagłówków ramek z danymi.
Urządzenie które nie posiada tokenu nie moŜe utworzyć nagłówka ramki i nie moŜe nadawać.
W sieciach token ring nadawane sygnały przechodzą przez wszystkie węzły sieci i wracają do węzła
nadającego. JeŜeli urządzenie nie chce więcej nadawać ramka danych jest przekształcana w token i
przesyłana do sąsiedniego węzła.
Pola ramki tokenu:
•
pole ogranicznik początku
•
pole sterowanie dostępem
•
pole ogranicznik końca.
20
Typy ramek w sieciach Token Ring
KaŜda funkcja, np. przesyłanie danych wymaga ramki o określonej strukturze.
Rodzaje ramek w sieci token ring :
•
ramka token
•
ramka danych
•
ramka danych LLC
•
ramki zarządzania MAC
•
ramka przerwania.
Ramka MAC słuŜy do zarządzania siecią:
•
test podłączenia węzła (lobe test)
•
inicjalizacja pierścienia
•
czyszczenie pierścienia
•
token zgłoszenia
•
funkcje monitora aktywnego.
Ramka przerywania jest wykorzystywana do zakończenia transmisji.
Ramka przerywania zawiera: pole znak początku, pole znak końca.
21
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe
Sieci Token Ring
Sieci Token Ring posiadają:
•
mechanizm monitorowania sieci
•
mechanizm automatycznego wykrywania awarii i informowania o nich innych węzłów pierścienia
•
system zarządzania węzłami sieci
•
mechanizmy dostrajania działania pierścienia.
Do zarządzania węzłami słuŜą aplikacje 'agenci węzłów.
Agenci zajmują się zbieraniem i wysyłaniem danych do serwerów zarządzających pierścieniem.
Rodzaje agentów i serwerów:
•
monitor aktywny, monitor oczekujący
•
monitor błędów pierścienia
•
serwer raportu konfiguracji
•
serwer parametrów pierścienia.
22
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe
Fizyczna budowa sieci Token Ring
W sieciach Token Ring stosowane są następujące kable:
•
skrętka UTP IBM typ 3
•
kable telefoniczne (skrętka kat.1.).
Złącza:
•
IBM typ 1, typ 2
•
RJ-45, dla kabli UTP IBM typ 3
•
RJ-11, dla kabli telefonicznych.
Karty sieciowe:
•
PC Adaptor
•
TRN/A Adaptor.
Max. liczba węzłów
: 96
Max. liczba 8228 MAU (transceiver)
: 12
Max. odległość między węzłem i MAU*: 45m
Max. Odległość między wezlami
*MAU - Medium Attachment Unit
: 120m
23
Sieci FDDI
FDDI, (ang.) Fiber Distributed Data Interface.
Standard światłowodowej sieci LAN, ANSI X3T9.5.
Siec FDDI jest przykładem sieci o topologii podwójnego pierścienia.
Dostęp do medium jest regulowany przez znacznik, (ang.) token.
Token FDDI jest typu czasowego, tzn. posiadacz tokenu moŜe nadawać tylko przez określony czas.
W sieciach FDDI brak jest kolizji.
host
drukarka
host
FDDI Ring
host
host
Siec typu FDDI
24
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe
Sieci FDDI
Cechy sieci FDDI:
•
max. szybkość transmisji 100 Mbps
•
max. odległość między dwoma węzłami 2 km, (światłowód wielomodowy)
•
max. odległość miedzy dwoma węzłami 20 km, (światłowód jednomodowy)
•
dostęp do transmisji regulowany jest przez token
•
siec posiada mechanizm automatycznego wykrywania i usuwania awarii
•
kable: światłowód wielomodowy 62.5/125mm, światłowód jednomodowy 8.3/125nm, (min. pasmo
przenoszenia 160MHz×km dla fali 850nm, 500MHz×km dla 1300nm)
•
max. wielkość pierścienia 100 km
•
max. liczba węzłów 500.
25
Sieci FDDI - Warstwa MAC
Warstwa sterowania dostępem do nośnika (MAC) jest równowaŜna warstwie Łącza Danych modelu
OSI.
Warstwa określa zasady dostępu do nośnika oraz definiowanie formatów ramek.
Specyfikacje warstwy MAC określają zasady:
•
generowania tokenu i ramki
•
zarządzania ramkami
•
adresowania fizycznego (MAC)
•
wykrywania i usuwania błędów występujących przy odbiorze ramek.
26
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe
Sieci FDDI - Warstwa PHY
Protokół warstwy fizycznej (PHY) FDDI odpowiada warstwie Fizycznej modelu OSI.
Protokół odpowiada za przyjmowanie danych (strumienia bitów) i przekształcanie go na format
odpowiedni dla transmisji.
Protokół PHY odpowiada za taktowanie sieci.
Siec FDDI jest taktowana z częstotliwością 125 MHz.
Warstwa PHY generuje sygnał taktujący transmisje i synchronizuje go we wszystkich węzłach sieci.
27
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe
Sieci FDDI - Warstwa PMD
Medium transmisyjne warstwy fizycznej (PMD) określa parametry nośnika:
•
rodzaj nośnika (kabla)
•
poziom sygnału transmisyjnego
•
dopuszczalny poziom błędów
•
rodzaje złącz.
W standardzie FDDI wykorzystywany jest kabel światłowodowy o średnicy 62,5/125 mikrometrów.
W 1994 r. ANSI opracowało specyfikacje skrętki PMD (TP-PMD).
Standard przesyłania danych po kablu miedzianym nazwany został CDDI (ang.) Copper Distributed Data
Interface.
28
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe
Sieci FDDI - Warstwa SMT
Warstwa zarządzania stacja (SMT) składa się z zestawu protokołów FDDI słuŜących do zarządzania i
monitorowania węzłów w pierścieniu FDDI.
Warstwa zarządzania stacja (SMT) komunikuje się bezpośrednio z warstwami MAC, PHY i PMD, aby
monitorować i zarządzać węzłami.
Funkcje SMT:
•
obsługa ramek SMT
•
sterowanie połączeniem
•
sterowanie pierścieniem.
Usługi warstwy SMT:
•
przyłączanie stacji
•
odłączanie stacji
•
zbieranie danych statystycznych
•
identyfikacja i usuwanie uszkodzeń.
Standard:
ANSI INCITS 229-1994
Information Systems - Fibre Distributed Data interface (FDDI) - Station Management (SMT)
(formerly ANSI X3.229-1994 (R1999)).
29
Z. Lipiński, Instytut Matematyki i Informatyki, Uniwersytet Opolski, Sieci Komputerowe