Πακέτα, Πλαίσια και Ανίχνευση Σφαλμάτων

Transcript

1 ΔΙΚΤΥΑ Π. Φουληράς

2 Πακέτα, Πλαίσια και Ανίχνευση Σφαλμάτων Οποιοδήποτε δικτυακό σύστημα παραχωρεί σε μία εφαρμογή αποκλειστική χρήση των μεριζομένων πόρων θέτει σε εμπλοκή τους άλλους υπολογιστές για απαράδεκτα μεγάλα χρονικά διαστήματα Μία καλή λύση η διαίρεση των δεδομένων σε μικρές ενότητες που ονομάζονται πακέτα

3 Πακέτα και TDM Μέσω TDM είναι δυνατή η εκ περιτροπής χρήση του κοινόχρηστου πόρου για αποστολή πακέτων για μικρό χρονικό διάστημα

4 Πακέτα και Πλαίσια Υλικού Οόρος Πλαίσιο ( Frame ) συνήθως χρησιμοποιείται για τον ορισμό πακέτου για μία δεδομένη τεχνολογία υλικού δικτύωσης (στο Data Link Layer κατά ISO OSI) Τυπική (γενική) μορφή πλαισίου

5 Συμπλήρωση με Byte Εάν αποστέλλονται δεδομένα γενικής μορφής μπορεί ένα byte να έχει την τιμή του soh ή eot Λύση Byte Stuffing με χρήση επιπλέον χαρακτήρος (π.χ., esc)

6 Συμπλήρωση με Byte - Παράδειγμα

7 Σφάλματα Μετάδοσης Λύσεις Εκτός από απώλειες πακέτων, μπορεί να υπάρξει και αλλοίωση (εκφράζεται με αναστροφή τιμής σε ένα ή περισσότερα bit) Λύσεις: Με απλή ανίχνευση σφαλμάτων Με ανίχνευση και επιδιόρθωση

8 Ανίχνευση Σφαλμάτων Bit Ισοτιμίας (π.χ., RS232) Σε κάθε byte προσαρτάται ένα επιπρόσθετο bit Parity bit (bit Ισοτιμίας) Άρτια (Even) Ισοτιμία Όλα τα bit δεδομένων συν το parity bit αποτελούν ζυγό πλήθος από 1 Αντίστοιχα για Μονή (Odd) Ισοτιμία Ανιχνεύονται σφάλματα σε μονό πλήθος bit Παράδειγμα Ζυγής Ισοτιμίας (4 άσσοι) Τι γίνεται εάν αλλοιωθούν 2 bit;

9 Ανίχνευση Σφαλμάτων - Γενικά Όλες οι λύσεις βασίζονται στα μαθηματικά Στους κλάδους των Πιθανοτήτων, Στατιστικής και την θεωρία Αριθμών Πολλές εναλλακτικές λύσεις, π.χ.: Αθροίσματα Ελέγχου (Cheksums) Έλεγχοι Κυκλικού Πλεονασμού (Cyclic Redundancy Checks - CRCs)

10 Αθροίσματα Ελέγχου (Cheksums) Πλεονεκτήματα Εύκολο στην υλοποίηση Γρήγορο (υλοποιείται και σε υλικό) Μειονεκτήματα Βασικά δεν ανιχνεύει όλα τα συνηθισμένα σφάλματα Παράδειγμα στην δεύτερη εικόνα Αντιστροφή τιμής κάθε δευτέρου bit δίδει το ίδιο αποτέλεσμα (άθροισμα)

11 Έλεγχος Κυκλικού Πλεονασμού H τιμή CRC προστίθεται στο τέλος του μηνύματος O παραλήπτης κάνει τον ίδιο υπολογισμό και συγκρίνει το αποτέλεσμα με το CRC που έλαβε Πλεονεκτήματα Ανιχνεύονται περισσότερα σφάλματα Δεν απαιτείται πολύ περισσότερος χρόνος υπολογισμού Υλοποιούνται απλά σε υλικό Βασικά στοιχεία ο Ολισθητής (Shift Register) και η πύλη XOR (αποκλειστική διάζευξη) Παραδείγματα δεξιά Συνδυασμός ολισθητών και πυλών XOR για το αντιστοιχούν πολυώνυμο (αρχική τιμή σε όλα 0): P(X) = X 16 + X 12 + X 5 + 1

12 Σφάλματα Κατακόρυφα και Ριπής Κατακόρυφα σφάλματα (Vertical errors) Βλάβη υλικού ώστε να αλλοιώνονται συστηματικά συγκεκριμένα bit Σφάλματα Ριπής (Burst errors) Από ηλεκτρικές παρεμβολές μία ομάδα από bit αλλοιώνεται CRC καλύτερο για αυτά Μπαίνει πάντα στο τέλος. Γιατί;

13 Τεχνολογίες και Τοπολογία Τοπικών Δικτύων (LAN) Στόχος Ο μερισμός πόρων και η ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ των συμμετεχόντων Το μέσο μετάδοσης μπορεί να είναι: Μη μεριζόμενο Μεριζόμενο (συνηθέστερο λόγω κόστους)

14 Άμεση Επικοινωνία Σημείου-προς- Σημείο Ηάμεσηεπικοινωνία Σημείου-προς-Σημείο οδηγεί στο τέλειο γράφημα (perfect graph) Πλήθος απαιτουμένων συνδέσεων Ν κόμβων (Ν 2 Ν)/2 Πολύ δαπανηρό Χρησιμοποιείται μόνον για σύνδεση λίγων κόμβων Παραδείγματα δεξιά

15 Τοπικότητα των Αναφορών Αρχή Tοπικότητος των Αναφορών (Locality of Reference): Φυσική Τοπικότητα (Physical Locality) Ένας υπολογιστής είναι πιθανότερο να επικοινωνεί με υπολογιστές που βρίσκονται κοντά του, παρά με υπολογιστές που βρίσκονται μακριά του Χρονική Τοπικότητα(Temporal Locality) Ένας υπολογιστής είναι πιθανότερο να επικοινωνεί με το ίδιο σύνολο υπολογιστών επανειλημμένα

16 Τοπολογίες Τοπικών Δικτύων Τοπολογία Αστέρα (Star) Χρήση Ομφαλού (hub) Τοπολογία Δακτυλίου (Ring) Τοπολογία Διαύλου (Bus)

17 Παράδειγμα Δικτύου Διαύλου: Ethernet Αρχικά ο Αιθέρας (Ether) ήταν ένα ομοαξονικό καλώδιο στο οποίο συνδέονταν οι υπολογιστές Ονομαζόταν και τμήμα (segment) Μέγιστο μήκος 500 μέτρων Ελάχιστη απόσταση σε κάθε ζεύγους συνδέσεων 3 μέτρα

18 Ethernet 2 Τα πλαίσια (frames) αποστέλλονται με κωδικοποίηση Manchester (Manchester encoding) Η μεταβολή της αντιστοιχούσης ψηφιακής τιμής είναι τυπου Edge triggered (ενεργοποιούμενη με την ακμή του σηματος) Συγχρονισμός μέσω του preamble (64 εναλλασσόμενα 0 και 1 bit) για να γνωρίζει ο παραλήπτης πότε να ξεκινήσει να διαβάζει ένα πλαίσιο Παράδειγμα κάτω 0 όταν από θετική τάση σε μηδενική 1 όταναπόμηδενικήτάσησεθετική

19 Μερισμός σε Δίκτυο Ethernet Μόνον ένας υπολογιστής μπορεί να μεταδίδει στον κοινόχρηστο δίαυλο κάθε φορά

20 CSMA και CSMA/CD CSMA Carrier Sense Multiple Access Βασικά ο κάθε υπολογιστής αφουγκράζεται τον αιθέρα για ύπαρξη σήματος από αποστολή άλλου υπολογιστή και δεν αποστέλλει τίποτε Αποστολή μόνον όταν αιθέρας ελεύθερος Πιθανότητα συγκρούσεων ανάμεσα σε υπολογιστές που ταυτόχρονα επιχειρούν αποστολή CSMA/CD CSMA with Collision Detection Όταν ανιχνευθεί σύγκρουση οι αποστολείς σταματούν την αποστολή, περιμένουν κάποιο τυχαίο διάστημα και εάν τότε ο αιθέρας ελεύθερος ξαναπροσπαθούν Στο Ethernet o αποστολέας συγκρίνει αυτά που στέλνει με αυτά που λαμβάνειμέσααπότοκαλώδιοκαιέτσιανιχνεύεισυγκρούσεις Αναμονή μετά από διαδοχικές συγκρούσεις για χρόνο (binary exponential backoff): d, 2d, 4d, 8d, 16d, 32d, έως 10 φορές, μετά σταθερό για άλλες 6 και μετά παύση με αναφορά σφάλματος

21 Ασύρματα LAN και CSMA/CA Βασική τεχνολογία σύμφωνα με το πρότυπο IEEE b ( WiFi ) Αντί για CSMA/CD, CSMA/CA (CSMA with Collision Avoidance Πρώτα ο κάθε υπολογιστής που θέλει να αποστείλει δεδομένα διακρίνει ότι είναι το κανάλι ελεύθερο Στέλνει ειδικό μικρό πακέτο με το οποίο ζητάει να δεσμεύσει το κανάλι προς έναν γείτονα Παίρνει θετική επιβεβαίωση από τον γείτονα Αποστέλλει το πακέτο

22 Παράδειγμα Δακτυλίου Token Ring Με την χρήση ειδικού πακέτου σκυτάλη ( token ) που το δημιουργεί ο υπολογιστής-διαχειριστής Μόνον όποιος υπολογιστής πάρει το πακέτο-σκυτάλη μπορεί να στείλει ένα δικό του πλαίσιο και μετά να το παραδώσει την σκυτάλη στον γείτονα Πολύ ακριβότερο και πολυπλοκότερο από το Ethernet Τι γίνεται εάν χαθεί/αλλοιωθεί η σκυτάλη;

23 Αυτοθεραπευόμενα Δίκτυα FDDI

24 Τοπολογία Αστέρος: ATM Asynchronous Transfer Mode Βασικό δομικό στοιχείο ο μεταγωγέας ATM (ATM switch)