ίκτυα - Internet Μάθηµα 5ο Ενότητες Μαθήµατος Παρασκευή 01 ΕΚ 2006 ιευθυνσιοδότηση στα Τοπικά ίκτυα (LAN).

Transcript

1 Ιόνιο Πανεπιστήµιο Τµήµα Αρχειονοµίας-Βιβλιοθηκονοµίας, Κέρκυρα Παρασκευή 01 ΕΚ 2006 ίκτυα - Internet Μάθηµα 5ο Ενότητες Μαθήµατος 1. Τεχνικές Πολλαπλής Πρόσβασης Πρωτόκολλα LAN ιευθυνσιοδότηση στα Τοπικά ίκτυα (LAN). 2. Ειδικός ικτυακός Εξοπλισµός Κάρτες ικτύου (NIC) Επαναλήπτες (Repeaters) ιανοµείς (Hubs) Γέφυρες (Bridges) Μεταγωγείς (Switches) ροµολογητές (Routers)

2 Εισαγωγή Πρωτόκολλα Πολλαπλής Πρόσβασης (στο δίκτυο) ίκτυα: ύο τρόποι επικοινωνίας Σύνδεσµοι «Σηµείο προς Σηµείο» (Point to Point links) Ένας κόµβος στο ένα άκρο του συνδέσµου και ένας στο άλλο. Σύνδεσµοι «Εκποµπής» (Broadcast links) Περισσότεροι των δύο κόµβοι, µε πρόσβαση στο ίδιο κανάλι επικοινωνίας. Πώς θα συντονίσουµε τηνπρόσβασητωνκόµβων στο ίδιο κανάλι επικοινωνίας (µετάδοση εκποµπής); Το πρόβληµα της Πολλαπλής Πρόσβασης (Multiple Access) στα Τοπικά ίκτυα Υπολογιστών (LAN). Επίπεδο 2 (Πρόσβασης ικτύου) στο πρότυπο TCP/IP Πολλαπλή Πρόσβαση - Παραδείγµατα

3 Εισαγωγή Πρωτόκολλα Πολλαπλής Πρόσβασης Πρόβληµα: Εαν δύο ή περισσότεροι κόµβοι µεταδώσουν ταυτόχρονα, τότε οι µεταδόσεις τους θα καταλήξουν σε συγκρούσεις (collisions), µε αποτέλεσµα απώλειαµέρους του εύρους ζώνης (bandwidth) του µέσου µετάδοσης. Τα πρωτόκολλα πολλαπλής πρόσβασης, διακρίνονται σε: A. Πρωτόκολλα Κατάτµησης Καναλιού (Channel Partitioning) B. Πρωτόκολλα Τυχαίας Πρόσβασης (Random Access Protocols) C. Πρωτόκολλα Πρόσβασης «Με Σειρά» (Taking Turns Protocols) Τα πρωτόκολλα πολλαπλής πρόσβασης «ανήκουν» στο Επίπεδο 2 του Μοντέλου TCP/IP Α. Κατάτµηση Καναλιού (Channel Partitioning) Frame

4 Α. Κατάτµηση Καναλιού (Channel Partitioning) 1. Πολυπλεξία ιαίρεσης Χρόνου (TDM Time Division Multiplexing) 2. Πολυπλεξία ιαίρεσης Συχνότητας (FDM Frequency Division Multiplexing) Στατικές (static) Μέθοδοι, που µοιράζουν εκ των προτέρων, ισοµερώς, τη χωρητικότητα του καναλιού επικοινωνίας στους κόµβους του δικτύου. FDM: ΚατάτµησητουκαναλιούτωνR bps σε Ν κανάλια συχνοτήτων µε χωρητικότητα R/N bps το καθένα. ΤDM: ΚατάτµησητουχρόνουσεΝ χρονοθυρίδες, και απόδοση κάθε χρονοθυρίδας σε έναν κόµβο (χωρητικότητα για κάθε κόµβο: R/N bps) Α. Κατάτµηση Καναλιού (Channel Partitioning) Χρήση των τεχνικών FDM και TDM σε πολλά πεδία (Κινητή Τηλεφωνία, Ραδιοφωνία, Τηλεοπτικά Προγράµµατα, Μισθωµένες Γραµµές T1, ) Πλεονεκτήµατα: ίκαια Πρωτόκολλα Όχι Συγκρούσεις/παρεµβολές Μειονεκτήµατα: Ένας κόµβος «µοιράζεται» την ίδια χωρητικότητα µε τους άλλους κόµβους, ακόµα και αν είναι ο µόνος που θέλει να «µιλήσει»!!

5 Β. Πρωτόκολλα Τυχαίας Πρόσβασης (Random Access Protocols) Στα πρωτόκολλα τυχαίας πρόσβασης, ηδέσµευση της χωρητικότητας γίνεται δυναµικά. Ένας κόµβος µπορεί να µεταδώσει αξιοποιώντας όλη τη χωρητικότητα του καναλιού (R bps). Όταν δύο κόµβοι µεταδίδουν µαζί τα πακέτα τους υφίστανται σύγκρουση. Εάν εµπλακεί σε σύγκρουση, οκόµβος περιµένει ένα τυχαίο χρονικό διάστηµαπριναποπειραθείνα µεταδώσει ξανά το πακέτο. Β. Πρωτόκολλα Τυχαίας Πρόσβασης (Random Access Protocols) CSMA (Carrier Sense Multiple Access) 1975 Κανόνας 1 «ΆΚΟΥΣΕ ΠΡΙΝ ΜΙΛΗΣΕΙΣ» (carrier sensing) Εάν κάποιος άλλος µιλάει, περίµενε!! Αλλιώς, µετάδωσε!! Σχετιζόµενες Τοπολογίες: ίαυλος, Αστέρας.

6 Ένα Σενάριο Σύγκρουσης στο CSMΑ CSMA/CD CSMA with Collision Detection Επιπλέον Λειτουργία σε σχέση µε το CSMA «ΌΤΑΝ ΜΕΤΑ Ι ΕΙΣ, ΣΥΝΕΧΙΣΕ ΝΑ ΑΝΙΧΝΕΥΕΙΣ ΤΟ ΚΑΝΑΛΙ» ΑΝ ΑΝΙΧΝΕΥΣΕΙΣ ΣΥΓΚΡΟΥΣΗ, ΣΤΑΜΑΤΗΣΕ ΤΗ ΜΕΤΑ ΟΣΗ» (Collision Detection) Το Πρότυπο Ethernet βασίζεται στο CSMA/CD Τοπολογίες: ίαυλος, Αστέρας.

7 C. Πρωτόκολλα Πρόσβασης «Με Σειρά» (Taking Turns Protocols) ύο επιθυµητές ιδιότητες των πρωτοκόλλων πολλαπλής πρόσβασης, είναι: 1. Όταν ένας (και µόνο) υπολογιστής είναι ενεργός R bps 2. Όταν είναι Ν υπολογιστές ενεργοί R/Ν bps (έκαστος) Τα πρωτόκολλα τυχαίας πρόσβασης εκπληρώνουν µόνο την ιδιότητα 1. Λύση: Πρωτόκολλα Πρόσβασης «Με Σειρά» Κουπόνι ιέλευσης (Τoken Passing) Σχετιζόµενες τοπολογίες: ακτύλιος Παράδειγµα ικτύου που υλοποιεί το «Κουπόνι ιέλευσης»

8 Παράδειγµα ικτύου που υλοποιεί το «Κουπόνι ιέλευσης» ιευθυνσιοδότηση στα ίκτυα LAN

9 ιευθυνσιοδότηση στα ίκτυα LAN Σε ένα Τοπικό ίκτυο (µετάδοση εκποµπής), κάθε κόµβος έχει εν δυνάµει πρόσβαση σε κάθε πακέτο που µεταδίδεται. Ανάγκη για διευθυνσιοδότηση των πακέτων που µεταδίδονται στοτοπικόδίκτυο Φυσικές ιευθύνσεις ή αλλιώς ιευθύνσεις MAC Ηδιεύθυνση«υλικού» της κάρτας δικτύου του κόµβου. Μόνιµες ιευθύνσεις µήκους 48 bit (ΙΕΕΕ) Σε αντίθεση µε τιςip διευθύνσεις, που συνήθως είναι µεταβλητές Τεχνικές µετάφρασης (translation) των IP διευθύνσεων σε διευθύνσεις MAC Το πρωτόκολλο ARP (Address Resolution Protocol) Ειδικός ικτυακός Εξοπλισµός Κάρτες ικτύου (NIC) Επαναλήπτες (Repeaters) ιανοµείς (Hubs) Γέφυρες (Bridges) ροµολογητές (Routers)

10 Κάρτες ικτύου (NIC) Γενικά Κάρτα ικτύου Ενσύρµατη Επικοινωνία (Υποδοχή για σύνδεση µε καλώδιο) Ασύρµατη Επικοινωνία (κεραία ποµποδέκτης) Κάθε Κάρτα σχεδιάζεται για συγκεκριµένοτύποδικτύου(π.χ. Ethernet, ΙΕΕΕ 802.4, ΙΕΕΕ 802.5, κ.λ.π) Κάθε κάρτα έχει µοναδική διεύθυνση ( ιεύθυνση MAC) Οι κάρτες δικτύου ανήκουν στα Επίπεδα 1 και 2 (Φυσικό Επίπεδο & Επίπεδο Πρόσβασης ικτύου) του µοντέλου TCP/IP Κάρτα ικτύου Λειτουργίες A. Ρύθµιση παραµέτρων επικοινωνίας (σε συνεργασία µεάλλη κάρτα) Ρυθµός µετάδοσης Μέγεθος του πακέτου Έλεγχος Σφαλµάτων B. Υλοποιεί τη µέθοδο πρόσβασης στο µέσο CSMA/CD Token Ring

11 Επαναλήπτης (Repeater) (Επίπεδο 1 Φυσικό Επίπεδο) Λαµβάνω σήµα στην Είσοδο Αναδηµιουργώ - Ενισχύω Παραδίδω Σήµα στην Έξοδο Λόγω εξασθένησης του σήµατος, υπάρχει ανάγκη καθορισµού της µέγιστης απόστασης που µπορεί να απέχουν δύο κόµβοι στο δίκτυο. Οι επαναλήπτες χρησιµοποιούνται για να αυξήσουν την εµβέλεια των τοπικών δικτύων Οι επαναλήπτες «δουλεύουν» επάνω σε bits: όταν ένα bit, (0 ή 1), φθάσει στην είσοδο, ο επαναλήπτης αναδηµιουργεί το bit, ενισχύει την ισχύ του σήµατος που το αντιπροσωπεύει, και µεταδίδει τo σήµα στην έξοδο. ιασύνδεση ικτύων - internetworking Οι επιχειρήσεις, οργανισµοί, ιδρύµατα κ.λ.π, συνήθως αποτελούνται από πολλά τµήµατα, κάθε ένα από τα οποία διαθέτει και διαχειρίζεται το δικό του LAN (LAN segment). Προκειµένου να διασυνδεθούν τα τµήµατα µεταξύ τους, πρέπει να χρησιµοποιηθεί ο κατάλληλος δικτυακός εξοπλισµός. ιανοµείς (Hubs) Γέφυρες (Bridges) Routers (Routers)

12 ιανοµείς (Hubs) Ιεραρχική Αρχιτεκτονική (multi-tier) ιανοµείς (Hubs) (Επίπεδο 1 - Φυσικό Επίπεδο) Οδιανοµέας λαµβάνει bits από έναν κόµβο στην είσοδο του & το εκπέµπει σε όλες τις υπόλοιπες εξόδους του. Παθητικοί ιανοµείς (απλά «διαβιβάζουν» το φέρον σήµα) Ενεργητικοί ιανοµείς (ενισχύουν και διαβιβάζουν το σήµα λειτουργούν δηλαδή και ως Επαναλήπτες). Απαιτούν ηλεκτρική σύνδεση. Στο προηγούµενο σχήµα, τα διασυνδεόµενα τµήµατα δικτύου (LAN segments) µπορούν να θεωρηθούν ως ένα LAN. Παράλληλα, τα τµήµατα δικτύου ανήκουν στο ίδιο Πεδίο Σύγκρουσης (Collision Domain) Αν δύο ή περισσότεροι κόµβοι, από οποιοδήποτε τµήµα δικτύου µεταδώσουν ταυτόχρονα, θα έχουµε ΣΥΓΚΡΟΥΣΗ

13 Γέφυρες (Bridges) 100BaseT Γέφυρες (Bridge) (Επίπεδο 2 Πρόσβασης ικτύου) Λειτουργούν όπως οι ιανοµείς, µεορισµένες extra λειτουργίες που συντελούν στην αύξηση της απόδοσης του δικτύου: 1. Φιλτράρισµα (Filtering) Πακέτων Βάσει της διεύθυνσης MAC 2. Προώθηση Πακέτων (Forwarding) Μείωση των πακέτων που περιφέρονται άσκοπα στο δίκτυο ηµιουργία ξεχωριστών Πεδίων Σύγκρουσης (Collision Domains) 3. ιαφάνεια (Transparency) ή Μάθηση (Self-Learning) Ο πίνακας διευθύνσεων της γέφυρας ενηµερώνεται δυναµικά (Plug and Play) υνατότητα διασύνδεσης τµηµάτων µε διαφορετική ταχύτητα (π.χ. 10BaseT µε 100BaseT)

14 Γέφυρες (Bridges) Στο προηγούµενο Σχήµα, τα διασυνδεόµενα τµήµατα δικτύου (LAN segments) µπορούν να θεωρηθούν ως ένα LAN. Ωστόσο, τα τµήµατα δικτύου (LAN segments) ανήκουν σε διαφορετικά Πεδία Σύγκρουσης (Collision Domains). Αν δύο κόµβοι, από διαφορετικά τµήµατα µεταδώσουν ταυτόχρονα, ΕΝ θα έχουµε ΣΥΓΚΡΟΥΣΗ 62-FE-F A3 7C-BA-B2-B Πίνακας ιευθύνσεων µιας Γέφυρας Mac Port Time ροµολογητές (Routers) (Επίπεδο 3 Επίπεδο ικτύου) 1. Φιλτράρισµα 2. ροµολόγηση Βάσει της διεύθυνσης IP Καλύτερο φιλτράρισµα περιορισµός της κυκλοφορίας στο δίκτυο, σε σχέση µε τιςγέφυρες. Βέλτιστοι Αλγόριθµοι δροµολόγησης υνατότητα διασύνδεσης τµηµάτων δικτύου διαφορετικού τύπου (π.χ. Ethernet µε Token Ring) υνατότητα διασύνδεσης Τοπικών ικτύων (LAN) µε ίκτυα Ευρείας Περιοχής (WAN) και µε τοinternet. Ενσωµάτωση λειτουργιών Ασφάλειας (π.χ. Firewalls) και ιευθυνσιοδότησης διευθύνσεων IP (NAT, DHCP)

15 Γέφυρες και δροµολογητές