Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής Τμ. Μηχ/κων Βιομηχανικού Σχεδιασμού και Παραγωγής. Δίκτυα Υπολογιστών. Διάλεξη 5: Επίπεδο 2 - «ζεύξης δεδομένων»

Transcript

1 Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής Τμ. Μηχ/κων Βιομηχανικού Σχεδιασμού και Παραγωγής Δίκτυα Υπολογιστών Διάλεξη 5: Επίπεδο 2 - «ζεύξης δεδομένων»

2 Το πρωτόκολλο High Level Data Link Control Το πιο αντιπροσωπευτικό παράδειγμα πρωτοκόλλου 2 ου στρώματος HDLC ISO 33009, ISO 4335

3 Πεδίο σημαίας Μπαίνει στην αρχή και το τέλος του πλαισίου και το οριοθετεί Η τιμή της είναι Ο δέκτης ψάχνει συνεχώς μέχρι να ανιχνεύσει τη σημαία για να συγχρονιστεί Επειδή η ίδια αλληλουχία Bit μπορεί να υπάρχει στα δεδομένα, χρησιμοποιείται η τεχνική Bit stuffing για αποφυγή σύγχυσης Ο πομπός εισάγει ένα 0 μετά από οποιαδήποτε αλληλουχία 5 διαδοχικών 1 Εάν ο δέκτης αντιληφθεί 5 διαδοχικά 1, ελέγχει το επόμενο ψηφίο Εάν είναι 0, το διαγράφει Εάν είναι 1, ελέγχει το επόμενο ψηφίο Εάν είναι 0, τότε το εκλαμβάνει ως σημαία Εάν είναι 1, τότε ο δέκτης το απορρίπτει

4 Bit Stuffing Παράδειγμα

5 Τύποι πλαισίων Οι τύποι πλαισίου είναι τρεις: Πληροφορίας Information: μεταφέρει δεδομένα του ανώτερου στρώματος Επίβλεψης - Supervisory Μη αριθμημένα πλαίσια - Unnumbered Ο τύπος του πλαισίου φαίνεται από το ένα ή τα δύο πρώτα bits του πεδίου ελέγχου Η δομή του είναι διαφορετική για κάθε τύπο πλαισίου

6 Το πεδίο ελέγχου Επέκταση πεδίου ελέγχου

7 Πεδίο Frame Check Sequence FCS Πεδίο ανίχνευσης λαθών Χρησιμοποιούμενος κώδικας: 16 bit CRC Προεραιτικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί 32 bit CRC

8 Συστήματα τοπικών δικτύων Ethernet CSMA/CD Δακτύλιος κουπονιού (Token ring ) και FDDI Δίαυλος οπτικής Ίνας Ασύρματα τοπικά δίκτυα

9 LAN Protocols in Context

10 IEEE 802.x standards

11 Τα στρώματα του στρώμα ζεύξης δεδομένων Στα τοπικά δίκτυα διακρίνονται δύο υποστρώματα Το στρώμα ελέγχου λογικής σύνδεσης και Το στρώμα ελέγχου πρόσβασης

12 Έλεγχος λογικής ζεύξης (Logical Link Control) Πρέπει να υποστηρίζει πολυεκπομπή και κατανεμημένο μέσο Το επίπεδο MAC αναλαμβάνει τις λεπτομέρειες της πρόσβασης Διευθυνσιοδότηση προσδιορισμός πηγής LLC - προορισμού LLC

13 Έλεγχος πρόσβασης στο μέσο Media Access Control MAC Διοικεί την πρόσβαση στο μέσο μετάδοσης προσδιορίζει ποιος έχει δικαίωμα πρόσβασης σε κάθε χρονική στιγμή (δεν είναι τυπική λειτουργία πρωτοκόλλων 2 ου στρώματος) Ενθυλάκωση δεδομένων σε πλαίσια με διεύθυνση και πεδία ελέγχου λαθών Για το ίδιο πρωτόκολλο LLC, ενδέχεται να υπάρχουν διαφορετικά MAC

14 IEEE Frame Format

15 Ethernet Architecture of the original Ethernet.

16 HUB Hub

17 H λειτουργία του hub Η πλήμνη (hub) είναι μια συσκευή που αναγεννά το σήμα που έρχεται από οποιαδήποτε είσοδο και ακολούθως αναμεταδίδει σε όλες τις εξόδους της Επέτρεψε την μετατροπή της φυσικής τοπολογίας των δικτύων Ethernet σε αστέρα (ενώ η λογική τοπολογία παρέμενε αρτηρίας) Επίσης επέτρεψε την κυριαρχία των ευέλικτων καλωδίων UTP5 (Unshielded Twisted Pair) και των βυσμάτων RJ45.

18 Wireless LANs (a) Wireless networking with a base station. (b) Ad hoc networking.

19 Wireless LANs (2) The range of a single radio may not cover the entire system.

20 Η λειτουργία του μεταγωγέα (switch) Ο μεταγωγέας δεν βγάζει άκριτα σε όλες τις εξόδους του τα πλαίσια αλλά μόνο σε αυτή που οδηγεί στον υπολογιστή προορισμού. Για να πετύχει αυτό δημιουργεί πίνακες δρομολόγησης που δείχνουν τους υπολογιστές (MAC addresses) πίσω από κάθε πόρτα, παρακολουθώντας τους όταν στέλνουν πακέτα (selflearning). Επιπροσθέτως, για να στείλει τα πλαίσια εκτελεί το αλγόριθμο MAC σε κάθε πόρτα ώστε να αποφεύγει περιττές συγκρούσεις (διαχωρισμός επικρατειών συγκρούσεων)

21 Χρήση του μεταγωγέα To Internet Router hub

22 Παράδειγμα πίνακα μεταγωγέα Διεύθυνση MAC Πόρτα Χρόνος 55-Α2-44-3Β :22 7F-6A :27 2B Β :11 77-B Β :25

23 Έλεγχος πρόσβασης Media Access Control Η απόφαση για το δικαίωμα πρόσβασης μπορεί να λαμβάνεται Κεντρικά Κατανεμημένα Αποδίδοντας Σταθερή χωρητικότητα σε κάθε χρήστη (με σύγχρονο τρόπο) ή Αποδίδοντας τη χωρητικότητα δυναμικά ανάλογα με τη στιγμιαία ζήτηση (με ασύγχρονο τρόπο)

24 «Ασύγχρονη» απόδοση χωρητικότητας Κυκλικά (Round robin)- εκ περιτροπής Με κρατήσεις (Reservation) Ανταγωνισμό (Contention)

25 Ethernet (CSMA/CD) Πολλαπλή πρόσβαση με ανίχνευση φέροντος με ανίχνευση σύγκρουσης - Carriers Sense Multiple Access with Collision Detection IEEE 802.3

26 IEEE802.3 Medium Access Control Τυχαία πρόσβαση Ανταγωνισμός ( Contention) Οι σταθμοί ανταγωνίζονται για να εξασφαλίσει χρόνο μετάδοσης επί του κοινόχρηστου μέσου

27 ALOHA η 1 η τεχνική Ο πομπός Όταν ένας σταθμός έχει ένα πλαίσιο προς μετάδοση, το μεταδίδει Ο σταθμός ακούει για διάστημα ίσο με τη μέγιστη πιθανή καθυστέρηση μετ επιστροφής επαυξημένο κατά ένα μικρό χρονικό διάστημα Εάν λάβει επιβεβαίωση (ACK), η διαδικασία έχει ολοκληρωθεί επιτυχώς. Εάν όχι, μεταδίδει ξανά. Εάν δεν λάβει ACK μετά από συγκεκριμένο αριθμό προσπαθειών, εγκαταλείπει την προσπάθεια Χρησιμοποιείται έλεγχος λαθών όπως στο HDLC

28 ALOHA η 1 η τεχνική Ο δέκτης Εάν λάβει ορθά το πλαίσιο και η διεύθυνση είναι η δική του, τότε στέλνει επιβεβαίωση Το πλαίσιο μπορεί να καταστραφεί είτε από θόρυβο (όπως σε κάθε άλλο σύστημα) είτε από τη μετάδοση ενός άλλου σταθμού (σύγκρουση) Οποιαδήποτε επικάλυψη μεταδόσεων προκαλεί σύγκρουση Επιδόσεις: Μέγιστη χρησιμοποίηση 18%

29 Σενάριο Σύγκρουσης t 0 αρχή εκπομπής του Α Α Β Γ Δ t 1 αρχή εκπομπής του Δ Α Β Γ Δ t 2 Δ ανιχνεύει σύγκρουση Α Β Γ Δ t 3 Α ανιχνεύει σύγκρουση Α Β Γ Δ

30 Slotted ALOHA- ALOHA με σχισμές Ο χρόνος χωρίζεται σε σχισμές διάρκειας ίσης με το χρόνο μετάδοσης ενός πλαισίου Εισάγει την ανάγκη για κεντρικό χρονισμό Η μετάδοση ξεκινά πάντα στην αρχή μιας σχισμής Τα πλαίσια είτε επικαλύπτονται πλήρως είτε μεταδίδονται επιτυχώς Επιδόσεις: Μέγιστη χρησιμοποίηση 37%

31 CSMA/CD- εξελιγμένο πρωτόκολλο Οι σταθμοί ακούνε ενώ μεταδίδουν 1. Εάν το μέσο είναι αδρανές, μετάδωσε. Αλλιώς, πήγαινε στο βήμα 2 2. Εάν το μέσο είναι απασχολημένο, συνέχισε να ακούς μέχρι να το ανιχνεύσεις αδρανές. Μετά μετάδωσε αμέσως 3. Εάν ανιχνευθεί σύγκρουση, (jam) μετάδωσε βραχύ σήμα παρεμβολής και μετά σταμάτα τη μετάδοση 4. Μετά την παρεμβολή, περίμενε για τυχαίο χρόνο και άρχισε ξανά από το βήμα 1

32 Gigabit Ethernet Configuration

33 Οι προδιαγραφές του Gigabit Ethernet Φυσικό στρώμα (log scale)

34 Οι προδιαγραφές του 10Gbps Ethernet Φυσικό στρώμα (log scale)

35 Δακτύλιος σκυτάλης Token Ring (802.5) Κάθε σταθμός διαθέτει έναν επαναλήπτη Στη λήψη Ανιχνεύει τη ροή bit προς εύρεση-αναγνώριση Της διεύθυνσης του σταθμού Της σκυτάλης δικαιώματος εκπομπής Αντιγράφει τα εισερχόμενα bit και τα στέλνει στο σταθμό ενώ τα προωθεί Τροποποιεί ένα bit για να δείξει ότι έλαβε ένα πλαίσιο (ACK)

36 Δακτύλιος σκυτάλης - μετάδοση σύμφωνα με το πρωτόκολλο Όταν το μέσο είναι αδρανές, ένα μικρό πλαίσιο σκυτάλη κυκλοφορεί Κάθε σταθμός περιμένει για τη σκυτάλη Αλλάζει ένα bit στη σκυτάλη για να τη χρησιμοποιήσει δηλαδή για να μεταδώσει πλαίσιο δεδομένων Μεταδίδει το πλαίσιο δεδομένων Το πλαίσιο περνά από όλους τους σταθμούς και φτάνει πίσω στον πομπό ο οποίος το «απορροφά» Ο σταθμός εισάγει εκ νέου τη σκυτάλη όταν ολοκληρώσει τη μετάδοση του πλαισίου Επιδόσεις: Στα χαμηλά φορτία, μικρή αναποτελεσματικότητα Στα υψηλά φορτία, κυκλική πρόσβαση

37 Παοχέτευση Σύγκριση επιδόσεων 1 0,9 0,8 0,7 Token ring, Ν=1 Token ring, Ν=10 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 CSMA/CD, N=2 CSMA/CD, N=10 0 0, α

38 Οι καταστάσεις του επναλήπτη

39 Η λειτουργία του δακτυλίου σκυτάλης

40 Άσκηση (hub-switch)

41 Εξεταστέα ύλη Βιβλίο TANENBAUM ANDREW, Δίκτυα επικοινωνιών Ciccarelli Faulkner, Δίκτυα Υπολογιστών Εισαγωγή στη Σύγχρονη Τεχνολογία Κεφάλαιο Κεφάλαιο 2, Κεφάλαιο 3, κεφάλαιο 4 Κεφάλαιο 5, Κεφάλαιο 7, κεφάλαιο 8, κεφάλαιο 10 σελ