Κεφάλαιο 5: Τοπικά ίκτυα

Transcript

1 Κεφάλαιο 5: Τοπικά ίκτυα 5.1 ΤοΠρωτόκολλο ALOHA Αλγόριθµοι επίλυσης συγκρούσεων µε βάση το δυαδικό δένδρο 5.2 ίκτυα Ethernet Πρότυπο ΙΕΕΕ ίκτυα Token Ring - Πρότυπο ΙΕΕΕ Τοπικά ίκτυα 5-1 Τοπικά ίκτυα (Local Area Networks LANs) Τα τοπικά δίκτυα παρέχουν διασύνδεση υπολογιστών που ανήκουν στον ίδιο οργανισµό και βρίσκονται στο ίδιο κτίριο ή σε σχετικά µικρές αποστάσεις µεταξύ τους (της τάξης µερικών εκατοντάδων µέτρων ή µερικών χιλιοµέτρων) Επιτρέπουν στους χρήστες να µοιράζονται εκτυπωτές, servers, Έχουν υψηλούς ρυθµούς µετάδοσης και χαµηλό κόστος Έχουν αναπτυχθεί διάφορα τοπικά δίκτυα Ethernet, Token Ring, Token Bus, FDDI Στα τοπικά δίκτυα οι υπολογιστές µοιράζονται ένα κοινό µέσο µετάδοσης αντί να συνδέονται µε αποκλειστικές ζεύξεις σηµείου προς σηµείο Απαιτείται η ρύθµιση της πρόσβασης των χρηστών (κόµβων) στην κοινή ζεύξη Τοπικά ίκτυα 5-2 1

2 Τοπικά ίκτυα Αρχιτεκτονική πρωτοκόλλων τοπικών δικτύων Στα τοπικά δίκτυα ΙΕΕΕ 802, το επίπεδο ζεύξης δεδοµένων διαιρείται σε δύο υποεπίπεδα: Έλεγχος προσπέλασης µέσου (Media Access Control MAC) ρυθµίζει την πρόσβαση στο κοινό κανάλι Έλεγχος λογικής ζεύξης (Logical Link Control LLC) υλοποιεί υπηρεσίες µετάδοσης πακέτων µεταξύ κόµβων (π.χ. αξιόπιστη µετάδοση) Επίπεδο Ζεύξης εδοµένων Φυσικό Επίπεδο LLC MAC Συνεστραµµένα ζεύγη, οµοαξονικό καλώδιο, οπτική ίνα, ασύρµατες ζεύξεις ΙΕΕΕ ΙΕΕΕ Οι οµάδες εργασίας ΙΕΕΕ ορίζουν τα πρότυπα για το φυσικό επίπεδο και το υποεπίπεδο MAC διαφόρων LAN Το πρωτόκολλο LLC είναι κοινό για όλα τα LAN IEEE 802 (πρότυπο ΙΕΕΕ 802.2) Τοπικά ίκτυα 5-3 Τοπικά ίκτυα Κύρια χαρακτηριστικά τοπικών δικτύων Μέγιστη Ρυθµαπόδοση (Maximum Throughput) µέγιστος ρυθµός µετάδοσης όταν στο δίκτυο είναι συνδεδεµένοι πολλοί κόµβοι και ο φόρτος είναι υψηλός ο λόγος του throughput προς το ρυθµό µετάδοσης των ποµπών καλείται απόδοση (efficiency) πρωτοκόλλου MAC Καθυστέρηση ο χρόνος που απαιτείται για τη µετάδοση ενός πακέτου µεταξύ δύο κόµβων του δικτύου Τοπικά ίκτυα 5-4 2

3 Τοπικά ίκτυα Πηγές καθυστέρησης χρόνος αναµονής στην ουρά (queuing time) ο χρόνος για τον οποίο περιµένει ένα πακέτο πριν καταστεί έτοιµο προς µετάδοση (χρόνος κατά τον οποίο µεταδίδονται άλλα πακέτα τα οποία είχαν φθάσει νωρίτερα στον κόµβο) χρόνος προσπέλασης µέσου (medium access time) ο χρόνος για τον οποίο πρέπει να περιµένει ένα πακέτο που είναι έτοιµο προς µετάδοση έως ότου ο κόµβος αρχίσει τη µετάδοσή του χρόνος µετάδοσης = L/R L=µήκος πακέτου (bits), R = χωρητικότητα ζεύξης (bps) χρόνος διάδοσης = d/s d = µήκος φυσικής ζεύξης, s = ταχύτητα διάδοσης µέσου Τοπικά ίκτυα 5-5 ίκτυο ALOHA ραδιοκυµατικό δίκτυο µεταγωγής πακέτων αναπτύχθηκε στο Πανεπιστήµιο της Χαβάης στις αρχές της δεκαετίας του 70 οµή πρωταρχικού δικτύου ALOHA ένας κεντρικός κόµβος (σταθµός βάσης) ακούει τις µεταδόσεις πακέτων των άλλων κόµβων στη συχνότητα f 0 = 407 MHz και επαναµεταδίδει τα πακέτα στη συχνότητα = 413 MHz οι κόµβοι µεταδίδουν πακέτα µε ρυθµό 9600 bps κεντρικός κόµβος f 0 f 0 f 0 f 0 f 0 = 407 MHz = 413 MHz Τοπικά ίκτυα 5-6 3

4 Πρωτόκολλο ALOHA πρωτόκολλο ελέγχου προσπέλασης µέσου (media access control MAC) πρωτόκολλο πολλαπλής προσπέλασης (multiple access) πρωτόκολλο τυχαίας προσπέλασης (random access): προσπέλαση των χρηστών στο κοινό κανάλι σε τυχαίους χρόνους µπορεί να εφαρµοσθεί σε ραδιοκυµατικά κανάλια καθώς επίσης και σε ενσύρµατα κανάλια το πρωτόκολλο και παραλλαγές του χρησιµοποιούνται σε δορυφορικά δίκτυα αποτελεί τον πρόδροµο του Ethernet Τοπικά ίκτυα 5-7 Λειτουργία πρωτοκόλλου ALOHA οι κόµβοι µεταδίδουν πακέτα σε ένα κοινό κανάλι εάν συµβούν ταυτόχρονα δύο ή περισσότερες µεταδόσεις πακέτων, τα πακέτα συγκρούονται και αλλοιώνονται στο πρωταρχικό ALOHA, ο κεντρικός κόµβος στέλνει επιβεβαίωση για κάθε σωστό πακέτο που λαµβάνει εάν ένας κόµβος δεν λάβει επιβεβαίωση του πακέτου που έστειλε πριν από το timeout, θεωρεί ότι συνέβη σύγκρουση µε άλλο πακέτο και επαναµεταδίδει το πακέτο µετά από τυχαία χρονική καθυστέρηση Εκδόσεις πρωτοκόλλου ALOHA slotted ALOHA ο άξονας του χρόνου διαιρείται σε χρονοθυρίδες διάρκειας ίσης µε το χρόνο µετάδοσης ενός πακέτου (σταθερού µεγέθους) στο κανάλι οι κόµβοι αρχίζουν τις µεταδόσεις τους στην αρχή των χρονοθυρίδων pure ALOHA οι κόµβοι µπορούν να αρχίσουν τις µεταδόσεις τους σε οποιαδήποτε χρονική στιγµή Τοπικά ίκτυα 5-8 4

5 Slotted ALOHA σύγκρουση αποστολέας A αποστολέας B αποστολέας C t Pure ALOHA σύγκρουση αποστολέας A αποστολέας B αποστολέας C t Τοπικά ίκτυα 5-9 Ανάλυση Slotted ALOHA Ένας κόµβος που λαµβάνει ένα νέο πακέτο προς µετάδοση, αρχίζει τη µετάδοση του πακέτου στην αρχή της επόµενης χρονοθυρίδας εάν το πακέτο είναι το µόνο που µεταδίδεται στη χρονοθυρίδα αυτή, τότε η µετάδοση είναι επιτυχής αλλιώς, το πακέτο υφίσταται σύγκρουση και ο κόµβος προγραµµατίζει την επαναµετάδοση του πακέτου µετά από τυχαία καθυστέρηση το πακέτο αυτό χαρακτηρίζεται ως παλιό Νέα πακέτα Παλαιά πακέτα S νέες µεταδόσεις κανάλι G επαναµεταδόσεις σύγκρουση; Ναι Όχι S επιτυχία Ροή πακέτων που µεταδίδονται από ένα µεγάλο αριθµό κόµβων που χρησιµοποιούν slotted ALOHA Τοπικά ίκτυα