Wykad 4: Warstwa cza danych: dzielone medium i standardy 802.xMikoaj Leszczuk

*

LiteraturaAloha Protocol - Computer Science - Provided by Laynetworks.com http://www.laynetworks.com/ALOHA%20PROTOCOL.htmCSMA http://www.cs.mu.oz.au/353/notes/node126.html'Get IEEE 802'TM Home Page http://standards.ieee.org/getieee802/Sieci Profil Dydaktyczny http://irogozinska.strony.wi.ps.pl/Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) http://www.erg.abdn.ac.uk/users/gorry/course/lan-pages/csma-cd.htmlWikipedia, http://www.wikipedia.pl/

*

Dzielone medium (1/4)Sie Ethernet moe by uyta do zapewnienia dzielonego dostpuDostp grupy powizanych wzw (=komputerw)Dostp do medium fizycznego (=kabla), ktre te wzy aczyWtedy takie wzy tworz tak zwan collision domain (domen kolizyjn)

*

Dzielone medium (2/4)Wszystkie ramki wysane przez medium s odbierane przez wszystkich odbiorcwJednake nagwek MAC zawiera adres celuMAC Medium Access Control (kontrola dostpu do medium)Zapewnia to, e tylko wybrany wze docelowy przetwarza ramk Wszystkie inne komputery odrzucaj ramki, ktre nie s do nich adresowane

*

Dzielone medium (3/4)Wyobramy sobie sie czterech komputerw Podczone do wsplnego kabla ethernetowego:Jeden komputer (niebieski) wysya ramkMedium jest przez dzieloneAdres docelowy ramki = adres czerwonego komputera

*

Dzielone medium (4/4)Kabel propaguje sygna w obu kierunkach, tak wic sygna (ostatecznie) dociera do wszystkich komputerwRezystory terminujce na kocach kabla absorbuj energi ramkiZapobiegaj odbijaniu sygnau z powrotem do kablaBadany jest nagwek, by zadecydowa, czy zaakceptowa ramk w danym komputerze

*

Metody dostpu do dzielonego mediumPrzepytywanieAlohaCSMACSMA/CACSMA/CDPrzesyanie znacznikaMagistrala (=kabel) z przesyaniem znacznikaPiercie szczelinowyMetoda z wtrcanym rejestrem

*

Protok ALOHAProtok Aloha (metoda Aloha) prosty algorytm komunikacyjny, rdo (nadajnik) w sieci wysya dane zawsze kiedy tylko pojawia si ramka do wysania:gdy ramka szczliwie dotrze do celu (odbiornika), wysyana jest kolejna ramka,gdy ramka nie moe by odebrana u celu, jest wysyana ponownie,Pierwotnie stworzony na Uniwersytecie Hawajskim w celu uycia go w systemie komunikacji satelitarnej na Pacyfiku

*

Protok CSMA (1/5)Carrier Sense Multiple Access (wielodostp z wykrywaniem nonej)Zapewnia rwnouprawnienie wszystkim uytkownikomUniezalenia sie od awarii ktrejkolwiek ze stacjiUrzdzenia mog transmitowa ramki w kadej chwiliMultiple Access (wielodostp)

*

Protok CSMA (2/5)adne urzdzenie nie moe transmitowa swojej ramki odbierajc jak inn ramkCarrier Sense (wykrywanie nonej)Metoda CSMA jest bardzo popularna w sieciach LANMona j stosowa wycznie w sieciach o topologii magistrali lub drzewaTopologa = architektura

*

Protok CSMA (3/5)W sieciach CSMA przekazywana informacja jest dostpna dla wszystkich stacji, jednake odbieraj j stacje, do ktrych jest przeznaczona.Wraz z informacj przesyany jest adres odbiorcy.Decyzj o rozpoczciu nadawania stacja podejmuje na podstawie aktualnego stanu sieci, nasuchujc rozpoznaje czy sie jest wolna (pusta), czy te trwa transmisja.Zasadniczy problem pojawia si wtedy, gdy dwie stacje stwierdz brak transmisji w sieci i jednoczenie przystpi do nadawania.

*

Protok CSMA (4/5)Niekoniecznie musi to by zgodne co do uamka sekundy, Sygnay w sieci rozchodz si przecie z skoczon prdkociNajprostsze rozwizanie problemu polegaoby na wysaniu sygnaw potwierdzajcych przez stacje odbiorcze, Jednake nie jest ono najbardziej efektywneW przypadku persistent CSMA (uporczywego CSMA), gdy urzdzenie wykrywa, e odbiera cudz ramk, wyle swoj wasn ramk zaraz po odebraniu cudzejW przypadku non-persistent CSMA (nie-uporczywego CSMA), urzdzenie poczeka pewien losowy czas przed rozpoczciem nadawania

*

Protok CSMA (5/5)Mog wystpi kolizje tak wic ten protok spornyW praktyce stosuje si dwie metody zapobiegania konfliktom transmisji:CSMA z wykrywaniem kolizji (CSMA/CD)CSMA z unikaniem kolizji (CSMA/CA)Idea metody CSMA/CA sprowadza si do unikania kolizji, natomiast CSMA/CA do naprawienia sytuacji powstaej w wyniku kolizji

*

Protok CSMA/CA (1/5)Zasada CSMA/CA polega na unikaniu kolizjiTakie jest te znaczenie liter CA ang. Collision Avoidance (unikanie kolizji)W CSMA/CA stacja przed przystpieniem do transmisji sprawdza stan sieci

*

Protok CSMA/CA (2/5)Jeeli nie wykrywa transmisji pochodzcej od innej stacji, wysya bardzo krtki, unikalny sygna Oznacza on ch nadawania (zgoszenie nadawania) Nastpnie oczekuje okrelony przedzia czasu, aby upewni si, e w sygna dotar do wszystkich stacjiDopiero wtedy rozpoczyna nadawanie

*

Protok CSMA/CA (3/5)Obowizkiem kadej stacji, ktra w trakcie nadawania otrzymaa zgoszenie nadawania innej stacji, jest zaprzestanie transmisji i odczekanie czasu o przypadkowej dugociOczywicie zawsze moe wystpi: kolizja sygnaw, zgosze nadawaniaProblem ten jest rozwizywany podobnie jak w przypadku kolizji sygnau zgoszenia nadawania z normaln transmisjStacja wykrywajca kolizj zaprzestaje nadawania na krtki czas o losowej dugoci, a nastpnie ponawia prb zarezerwowania sieci dla potrzeb transmisji

*

Protok CSMA/CA (4/5)Po wystpieniu kolizji, o prawo dostpu do sieci ubiegaj si tylko niektre stacjeTe, ktrych sygnay zgoszenia nadawania bray udzia w tej kolizji (inaczej bdzie w CSMA/CD)Stacja, ktra wygra rywalizacj o dostp do sieci: nadajeWszystkie pozostae stacje nasuchuj w tym czasie nadejcia sygnau oznaczajcego zakoczenie ramki Po jego wykryciu znw rozpoczyna si walka o dostp

*

Protok CSMA/CA (5/5)

*

Protok CSMA/CD (1/7)IEEE 802.3 Z ang. Carrier Sense Multiple Access with Collision DetectionWielodostp z wykrywaniem nonej i detekcj kolizjiDzielone medium sieci lokalnejTryb pracy urzdze komputerowych full duplex (w obie strony).Najczciej stosowane w:10BASE-T (Ethernet 10 Mbit/s),100BASE-T (Ethernet 100 Mbit/s),1000BASE-T (Ethernet 1000 Mbit/s = Ethernet 1 Gbit/s = Gigabit Ethernet)

*

Protok CSMA/CD (2/7)Kiedy pojawiaj si dane czekajce na wysanie, kady transmitujcy wze monitoruje swoj wasn transmisjGdy wze zauwaa kolizj zatrzymuje od razu swoj transmisjNatenie prdu wysze ni generowane przez wze, tj. >24 mA dla kabla koncentrycznego, Zamiast niej wysya 32-bitow tzw. Ethernet jam sequence (ethernetow sekwencj zaguszajc)Celem tej sekwencji jest upewnienie si, e kady inny wze ktry mgby aktualnie odbiera ramk odbierze sygna zaguszajcy zamiast 32-bitowej sumy kontrolnej MAC CRC, co spowoduje, e odbiorcy odrzuc ramk z powodu bdu sumy kontrolnej CRC

*

Protok CSMA/CD (3/7)Aby mie pewno, e aden wze nie odebra kompletnej ramki zanim wze transmitujcy skoczy jej wysyanie, Ethernet definiuje minimalny rozmiar ramki (tj. adna ramka nie moe mie mniej ni 46 bajtw czci informacyjnej).Minimalny rozmiar ramki jest zwizany z:odlegoci miedzy kracami sieci,rodzajem uywanego medium,liczba repeaterw przez ktre sygna moe musie przej, aby dotrze do pozostaej czci LANu.Wsplnie razem parametry te definiuj warto znan jako Ethernet slot time (czas szczeliny Ethernetu) = 512 bitw przy 10 Mbit/s

*

Protok CSMA/CD (4/7)Kiedy dwa lub wicej transmitujce wzy jednoczenie wykryj kolizj, kady odpowiada w ten sam sposb wysyaj sekwencj zakcajcPonisza sekwencja przedstawia kolizj:W t=0, ramka jest wysyana przez puste medium do komputera B

*

Protok CSMA/CD (5/7)Krtk chwil pniej, komputer B take zaczyna nadawaW tym przypadku, medium, obserwowane z punktu widzenia komputera B take wydaje si by pustePo czasie, rwnym opnieniu propagacyjnemu sieci, komputer B wykrywa inn transmisj z komputera A, wic jest wiadom kolizji,Ale komputer A jeszcze nie zaobserwowa, e komputer B take nadaje

*

Protok CSMA/CD (6/7)

*

Protok CSMA/CD (7/7)Komputer B kontynuuje nadawanie, wysyajc 32-bitow Ethernet jam sequence (ethernetow sekwencj zaguszajc)Po upyniciu czasu tzw. round trip propagation time (rwnego dwm okresom czasu propagacji), oba komputery s wiadome kolizjiKomputer B wkrtce zaniecha nadawania jam sequence (sekwencji zaguszajcej), jednake komputer A bdzie nadawa j do kocaW kocu kabel (medium) stanie si pusty (wolny)

*

IEEE 802.xStandard sieci LAN i MANRodzina standardw 802.xStandardy publikowane dla:Sieci lokalnych optymizowanych pod ktem obszarw redniej wielkoci: Local Area Networks (LANs)Sieci metropolitalnych (=miejskich) optymizowanych pod ktem obszarw wikszych ni LAN: Metropolitan Area Networks (MANs)Zawieraj:Opisy samych sieciModel referencyjny standardw protokow

*

IEEE 802.1LAN/MAN Bridging...Dostp do sieci nierutowalnej (tylko lokalnej=bez wyjcia na wiat)Elementy usug i protokow pozwalajce na wymian informacji zarzdzajcych pomidzy stacjami wczonymi do sieci lokalnych i metropolitalnych (=miejskich)Zawiera specyfikacj zdalnie zarzdzanych obiektw

*

IEEE 802.2Logical Link ControlOpis podwarstwy LLC:FunkcjeCechyProtokoyUsugiSpecyfikacja:Usug wymaganych wobec, lub przez, podwarstw LLC w interfejsach logicznych z warstw sieciowFunkcji zarzdzajcych podwarstwy Medium Access Control (MAC) i podwarstwy LLCDefinicja struktury Protocol Data Unit (PDU)

*

IEEE 802.3CSMA/CD Access Method (1/2)Opis samego CSMA/CD (Ethernetu).Tryby pracy:Half-duplex koncentratory (ang. huby)Full-duplex przeczniki (ang. switche)Medium:Kabel koncentrycznySkrtkaKabel wiatowodowyZasig:Standardowo: LANNowe koncepcje: WAN

*

IEEE 802.3CSMA/CD Access Method (2/2)

*

IEEE 802.5Token Ring Access Method (1/2)Koncepcja oryginalnie stworzona przez firm IBM w latach siedemdziesitychWci stanowi podstawow technologi sieci lokalnej (LAN) firmy IBMSpecyfikacja IEEE 802.5 jest prawie identyczna i cakowicie kompatybilna sieci Token Ring firmy IBMW przeciwiestwie do CSMA/CD (sie Ethernet) Token Ring to sie deterministyczna, czyli z wyliczalnym maksymalnym czasem oczekiwania na transmisj

*

IEEE 802.5Token Ring Access Method (2/2)

*

IEEE 802.10LAN/MAN securitySpecyfikacja:Protokou wymiany danych w warstwie cza danych,Innych usug zwizanych z bezpieczestwem.SDE secure data exchange.KMP key management protocol.Znakowanie ramek dla celw bezpieczestwa.Opis metod wsppracy stacji szyfrujcych ramki.

*

IEEE 802.11Wireless LANsCSMA/CAParametry:802.11g: 2,4 GHz, 54 MBit/s802.11a: 5 GHz, 54 MBit/sIdentyfikator sieciBezpieczestwo:SzyfrowanieBlokada IP

*

802.11 802.11 to grupa standardw IEEE dotyczcych sieci bezprzewodowych sporzdzonych przez grup 11 z IEEE 802 Czasami okrelenia 802.11 uywa si te w stosunku do pierwszego standardu z tej rodzinyStandardy 801.11 stanowi podstaw certyfikatw WiFi

*

802.11 Rodzina 802.11 obejmuje tak na prawd trzy zupenie niezalenie protokoy skupiajce si na kodowaniu (a, b, g). Obecnie za bezpieczestwo odpowiadaj oddzielne standardy jak np. 802.11i. Pozostae standardy jak c-f, h-j oraz n to rozszerzenia usug czy poprawki w innych standardw z rodziny. Pierwszym powszechnie zaakceptowanym standardem by 802.11b, potem weszy 802.11a oraz 802.11g. Dostpnie w Polsce sieci wifi wykorzystuj standard 802.11b.

*

802.11 Zakres czstotliwoci fal radiowych wykorzystywany w 802.11 nie podlega koncesjonowaniu i dlatego mona bez adnych zezwole instalowa sieci tego typu. Jednak w pamie tym wystpuj znaczne zakcenia np. Pochodzce od kuchenek mikrofalowych.

*

Przegld standardw 802.11

*

Najwaniejsze standardy 802.11 802.11 oryginalny 802.11b 802.11a 802.11g 802.11n

*

802.11 oryginalny Pierwszym standardem sieci radiowej by IEEE 802.11 opublikowany w 1997 roku. Dzi dla odrnienia od rodziny oznacza si go jako 802.1y. Standard ten okrela dwie prdkoci transmisji 1 oraz 2 Mb/s. Medium miao by promieniowanie podczerwone oraz wykorzystywany w przemyle i medycynie zakres czstotliwoci 2,4 ghz. Podczerwie si nie przyja ze wzgldu na konkurencj standardu IrDA. Dalsze prace na wifi szybko doprowadziy do powstania standardu 802.11b.

*

802.11b Standard 802.11b ma zasig 46 m w pomieszczeniu i 96 m na otwartej przestrzeni. Standardowe anteny wykorzystywane w urzdzeniach 802.11b pozwalaj zwykle na przekaz z prdkoci 11 mb/s. Sprawno protokou obnia t prdko do 5,5 mb/s. Jednak materiay takie jak metal, woda lub beton znacznie pochaniaj fale i obniaj jako sygnau. Standard 802.11b przewiduje wykorzystanie algorytmw do wykrywania sygnaw zaguszajcych oraz unikania kolizji podczas komunikacji wielu radiowych kart sieciowych.

*

802.11b Odpowiednie anteny ze wzmacniaczami mog zwykle osiga zasig do 8 km. Przeprowadzono nawet testy, w ktrych poczenie 802.11b pracowao na dystansie 120 km. Praktycznym zastosowaniem tego typu urzdze jest zastpowanie drogich pocze operatora kablowego lub starszego sprztu to komunikacji mikrofalowej. Produkowane masowo urzdzenia 802.11b obsuguj szybko 11 mb/s, ale prdko mona obniy do 5,5 w oraz 1 mb/s. Spektrum 802.11b podzielone na 14 niezalenych kanaw o szerokoci 22 mhz. Jednak w polsce mona wykorzystywa tylko pasma od 2410 do 2470 MHz czyli od 1 do 12.

*

802.11bNiektrzy producenci wprowadzili wasne produkty dajce prdko 22, 33 oraz 44 mb/s oparte na standardzie. Swoj modyfikacj nazwali 802.11b+, ale nigdy nie staa si ona standardem uznanym przez IEEE.

*

802.11a Dopiero w roku 1999 ostatecznie ustalono specyfikacj 802.11a. Do produkcji urzdzenia zgodne ze standardem weszy w roku 2001. 802.11a wykorzystuje czstotliwo 5 ghz. Jego podstawowa prdko to 54 mb/s, ale w praktyce dziaa najlepiej w granicach 20 mb/s. Mniejsze dopuszczalne prdkoci to 48, 36, 34, 18, 12, 9 oraz 6 mb/s. 802.11a obejmuje 12 niezachodzcych kanaw, 8 przeznaczonych do pracy w budynkach oraz 4 przeznaczone do pracy midzy dwoma punktami (ang. Point to point). Istniay pewne prby uregulowania tego zakresu czstotliwoci przez niektre kraje, ale dzi wikszo pastw pozwala na niekoncesjonowane wykorzystanie pasma dla 802.11a.

*

802.11aStandard 802.11a nie doczeka si jak dotd tak masowego wykorzystania jak 802.11b. Wynika to z problemw z zasigiem oraz wikszego poboru mocy. Z drugiej strony wiele obecnie dostpnych na rynku urzdze moe pracowa w oparciu o oba standardy. Niektre karty pozwalaj nawet na prac w dwch systemach rwnolegle.

*

802.11g W czerwcu 2003 roku ostatecznie uznano standard 802.11g. Pracuje on podobnie jak 802.11b na czstotliwoci 2,4 ghz, ale pozwala na transfer z prdkoci 54 mb/s. Standard 802.11g jest cakowicie zgodny w d ze standardem 802.11b. Jednak wykorzystanie starszych urzdze powoduje w praktyce redukcj prdkoci do 11 mb/s.

*

802.11g Ju przed wprowadzeniem standardu wiele firm rozpoczo wdraanie go w swoich produktach. W lecie 2003 roku pojawia si ca gama kart i access pointw dwu kanaowych oraz zgodnych z wszystkimi 3 standardami wifi czyli 802.11b, a i g.

*

802.11g Wielu producentw wprowadzio w swoich urzdzeniach opcj super G pozwalajc na czenie pasma kilku kanaw w jedno.Dziki wykorzystaniu super G udao si osign prdko 108 mb/s.Dodatkowo poprawiono algorytmy zarzdzania ruchem pakietw radiowych, co poprawio sprawno protokou.Niestety nie wszystkie urzdzenia sieciowe pozwalaj na pene wykorzystanie tych moliwoci.

*

802.11n W styczniu 2004 IEEE ogosio rozpoczcie prac nad nowym standardem 802.11n. Ma on obejmowa rozlege sieci bezprzewodowe. Prdkoci rzdu 100 mb/s albo nawet 250 mb/s maj sta si w peni dostpne. Zapowiedziano te zwikszenie zasigu. Prace standaryzacyjne powinny si zakoczy w przed kocem roku 2005.

*

Mniej istotne standardy 802.11 Prace IEEE doprowadziy do postania kilku mniej istotnych modyfikacji najpowszechniejszych standardw 802.11:Ieee 802.11d dodanie nowych pastw.IEEE 802.11e - wprowadzenie QoS oraz inteligentnego zarzdzania pakietami (ang. Packet bursting).Ieee 802.11f IAPP.Ieee 802.11h pasmo 5 ghz, (DCS/DFS) oraz TPC zgodnie z normami europejskimi.IEEE 802.11i (ogoszony 24 czerwca 2004) rozszerzenie bezpieczestwa.Ieee 802.11j modyfikacja na potrzeby japonii.

*

Certyfikaty Organizacja IEEE zajmuje si tylko ustalaniem standardw.Rozwj bezprzewodowych sieci komputerowych spowodowa powstanie potrzeby testowania poszczeglnych urzdze na zdolno wsppracy midzy sob.

*

Certyfikaty W odpowiedzi na ten problem stworzono logo WiFi.Obecnie wifi obejmuje wszystkie standardy 802.11 oraz zasady dotyczce bezpieczestwa (np.WPA2).Produkty z logiem wifi maj rwnie obowizek na wyranie podawana czstotliwoci, na ktrej pracuj.

*

IEEE 802.12demand priority access.Specyfikacja:charakterystyk kontroli dostepu do medium (MAC) dla priorytetowych metod dostpu na danie,zarzdzania podwarstw,warstw fizycznych,mediw, ktre obsuguj priorytetow metod dostpu:kabel symetryczny (skrtka) 100 (Kategorie 3...5),kabel symetryczny ekranowany 150 ,wiatowd.

*

IEEE 802.15wireless personal area nets.Sie o zasigu osobistymBluetoothPasmo: 2,4 ghzPrzepustowo: do 723 kbit/sDostp:CsmaCsma/caCsma/cd

*

IEEE 802.16broadband wireless mans.Szerokopasmowe, bezprzewodowe sieci miejskie.Konkurencja dla wiatowodw, kablwek i xdsl.Pasmo: od 2 do 11 ghz.Przepustowo: od 128 kbit/s do 1,5 mbit/s.BWA broadband wireless access.Integracja usug:Internetu,Danych,Audio,Wideo.