Πρόσβαση στο ίκτυο (Network Access) & ιασύνδεση ικτύων (internetworking) Ενότητα ΣΤ

Transcript

1 Ιόνιο Πανεπιστήµιο Τµήµα Αρχειονοµίας Βιβλιοθηκονοµίας ίκτυα Η/Υ Πρόσβαση στο ίκτυο (Network Access) & ιασύνδεση ικτύων (internetworking) Ενότητα ΣΤ ρ. Ε. Μάγκος Ενότητες Μαθήµατος 1. Επίπεδο 2 στο Μοντέλο TCP/IP- (Network Access ή Data Link Layer) Τεχνικές Πρόσβασης στο ίκτυο Πρωτόκολλα LAN ιευθυνσιοδότηση στα Τοπικά ίκτυα (LAN). Ανίχνευσηκαι ιόρθωσησφαλµάτων (Error Detection and Correction) 2. Ειδικός ικτυακός Εξοπλισµός & ιασύνδεση ικτύων (internetworking) Κάρτες ικτύου (NIC) Επαναλήπτες (Repeaters) ιανοµείς (Hubs) Γέφυρες (Bridges) Μεταγωγείς (Switches) ροµολογητές (Routers)

2 Επίπεδο 2 στο Μοντέλο TCP/IP Πρόσβαση στο ίκτυο (Network Access) Το επίπεδο 2 αναλαµβάνει τη µεταφορά ενός πακέτου (datagram) από έναν κόµβο σε έναν άλλο (γειτονικό) κόµβο µέσα από ένα κανάλι επικοινωνίας (link) Κανάλια «Σηµείο προς Σηµείο» Ένας κόµβος στο ένα άκρο του συνδέσµου και ένας στο άλλο. Κανάλια «Εκποµπής» >= δύο κόµβοι µε πρόσβαση στο ίδιο κανάλι επικοινωνίας. Επίπεδο 2 A transportation Analogy

3 Πολλαπλή Πρόσβαση - Παραδείγµατα Το πρόβληµα της Πολλαπλής Πρόσβασης Σε ένα κανάλι εκποµπής, αν δύο ή περισσότεροι κόµβοι µεταδώσουν ταυτόχρονα, τότε οι µεταδόσεις θα καταλήξουν σε συγκρούσεις (collisions) Αποτέλεσµα: απώλεια χωρητικότητας του µέσου µετάδοσης. Το πρόβληµα της Πολλαπλής Πρόσβασης (Multiple Access) στα Τοπικά ίκτυα Υπολογιστών (LAN). Πώς θα συντονίσουµε την πρόσβαση των κόµβων στο ίδιο κανάλι επικοινωνίας

4 Πρωτόκολλα Πολλαπλής Πρόσβασης (Multiple Access Control - MAC) 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 (Πρόσβασης ικτύου Network Access) του Μοντέλου TCP/IP TCP/IP concepts

5 Α. Κατάτµηση Καναλιού (Channel Partitioning) Στατικές (static) Μέθοδοι, που µοιράζουν εκ των προτέρων, ισοµερώς, τη χωρητικότητα του καναλιού επικοινωνίας στους κόµβους του δικτύου. 1. Πολυπλεξία ιαίρεσης Συχνότητας (FDM Frequency Division Multiplexing) FDM: Κατάτµηση του καναλιού των R bps σε Ν κανάλια συχνοτήτων µε χωρητικότητα R/N bps το καθένα. 2. Πολυπλεξία ιαίρεσης Χρόνου (TDM Time Division Multiplexing) ΤDM: Κατάτµηση του χρόνου σε Ν χρονοθυρίδες, και απόδοση κάθε χρονοθυρίδας σε έναν κόµβο (χωρητικότητα για κάθε κόµβο: R/N bps) Α. Κατάτµηση Καναλιού (Channel Partitioning) Frame

6 Πολυπλεξία TDM 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»!!

7 FDM, TDM και υβρίδια: Κινητή Τηλεφωνία FDM Hybrid TDM 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 διάστηµα πριν αποπειραθεί να µεταδώσει ξανά το πακέτο.

8 CSMA (Carrier Sense Multiple Access) 1975 Οι κόµβοι «ανιχνεύουν» το κανάλι πριν µεταδώσουν Αν το κανάλι είναι ελεύθερο, τότε µεταδίδουν, αλλιώς περιµένουν Οκόµβος περιµένει ένα πακέτο επιβεβαίωσης (ACK) Σενάρια Σύγκρουσης στο CSMA

9 CSMA/CD (CSMA with Collision Detection) 1990 Οι κόµβοι συνεχίζουν την ανίχνευση του καναλιού µετάδοσης, ακόµα και µετά την έναρξη της µετάδοσης Tο ποσό της χαµένης χωρητικότητας µειώνεται στο χρόνο που χρειάζεται για να ανιχνευθεί η σύγκρουση, δηλαδή στην καθυστέρηση διάδοσης του σήµατος θορύβου. CSMA/CD (CSMA with Collision Detection) Ανίχνευσε Κανάλι; 2. ΑΝ κανάλι σε αργία ΤΟΤΕ 3. Μετάδωσε αµέσως 4. ΑΛΛΙΩΣ_ΑΝ κανάλι κατειληµµένο ΤΟΤΕ 5. GOTO ΤΕΛΟΣ_ΑΝ 8. Ανίχνευσε Κανάλι 9. ΑΝ Σύγκρουση ΤΟΤΕ 10. Σταµάτα Μετάδοση, και περίµενε ένα (τυχαίο) χρονικό διάστηµα - backoff 11. ΤΕΛΟΣ_ΑΝ

10 CSMA/CD 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 APPLET:

11 Παράδειγµα ικτύου που υλοποιεί το «Κουπόνι ιέλευσης» Παράδειγµα ικτύου που υλοποιεί το «Κουπόνι ιέλευσης»

12 FDDI - Ένα δίκτυο κορµού για τοπικά δίκτυα APPLET:

13 ιευθυνσιοδότηση στα ίκτυα LAN 1A-2F-BB AD Broadcast address = FF-FF-FF-FF-FF-FF F7-2B LAN (wired or wireless) D7-FA-20-B0 = adapter 0C-C4-11-6F-E3-98 ιευθυνσιοδότηση στα ίκτυα LAN Σε ένα Τοπικό ίκτυο (µετάδοση εκποµπής), κάθε κόµβος έχει εν δυνάµει πρόσβαση σε κάθε µεταδιδόµενο πακέτο που µεταδίδεται. Ανάγκη για διευθυνσιοδότηση των πακέτων που µεταδίδονται στο τοπικό δίκτυο Φυσικές ιευθύνσεις ή αλλιώς ιευθύνσεις MAC Η διεύθυνση «υλικού» τηςκάρταςδικτύουτου κόµβου. Στατικές (static) και Επίπεδες (flat) µήκος 48bit Σε αντίθεση µε τις διευθύνσεις IP, που είναι ιεραρχικές και συχνά είναι δυναµικές. Εκχώρηση από την IEEE

14 ιευθυνσιοδότηση στα ίκτυα LAN A-2F-BB AD Ερώτηση: Πώς καθορίζεται η διεύθυνση MAC ενός κόµβου, γνωρίζοντας τη διεύθυνση IP του; F7-2B LAN D7-FA-20-B0 0C-C4-11-6F-E3-98 Μετάφραση των διευθύνσεων IP σε διευθύνσεις MAC Το πρωτόκολλο ARP (Address Resolution Protocol) ιευθυνσιοδότηση στα ίκτυα LAN

15 Πρότυπα (Ενσύρµατων) Τοπικών ικτύων IEEE 802,3 (Ethernet) Πρωτόκολλο MAC: CSMA/CD 10base2 (10 Mbps, Βaseband, Οµοαξονικό ίαυλος, 200µ) 10baseT (10 Mbps, Βaseband, Xαλκός Αστέρας, 100µ) 100BaseT (100 Mbps, Βaseband, Xαλκός Αστέρας,100µ) Gigabit Ethernet (1 Gbps, χαλκός, Αστέρας) 10Gbps Ethernet (υπό δοκιµή) ΙΕΕΕ (Token Ring, FDDI) Πρωτόκολλο MAC: Κουπόνι ιέλευσης

16 Ειδικός ικτυακός Εξοπλισµός Κάρτες ικτύου (NIC) Επαναλήπτες (Repeaters) ιανοµείς (Hubs) Γέφυρες (Bridges) Μεταγωγείς (Switches) ροµολογητές (Routers) Κάρτες ικτύου (NIC) Γενικά sending node datagram frame link layer protocol frame rcving node adapter adapter Κάθε Κάρτα σχεδιάζεται για συγκεκριµένοτύποδικτύου(π.χ. Ethernet, ΙΕΕΕ 802.4, ΙΕΕΕ 802.5, κ.λ.π) Ενσύρµατη ή Ασύρµατη (π.χ. Wi-Fi) Κάθε κάρτα έχει µοναδική διεύθυνση ( ιεύθυνση MAC) Οι κάρτες δικτύου υλοποιούν τα Επίπεδα 1 και 2 (Φυσικό Επίπεδο & Επίπεδο Πρόσβασης ικτύου) του µοντέλου TCP/IP

17 Κάρτα ικτύου Λειτουργίες A. Ρύθµιση παραµέτρων επικοινωνίας (σε συνεργασία µε άλλη κάρτα) Ρυθµός µετάδοσης Κωδικοποίηση Μέγεθος του πακέτου Έλεγχος Λαθών (Error Control): Ανίχνευση ή/και ιόρθωση B. Υλοποιεί τη µέθοδο πρόσβασης στο µέσο CSMA/CD Token Ring 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 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.

18 Επαναλήπτες 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) Μεταγωγείς (Switches) Routers (Routers)

19 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. Ανήκουν στο ίδιο Πεδίο Σύγκρουσης (Collision Domain) Αν δύο ή περισσότεροι κόµβοι, από οποιοδήποτε τµήµαδικτύου µεταδώσουν ταυτόχρονα, θα έχουµε ΣΥΓΚΡΟΥΣΗ

20 Γέφυρες (Bridges) Γέφυρες (Bridge) Λειτουργούν όπως οι ιανοµείς, µε ορισµένες extra λειτουργίες: 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) ήμάθηση(self-learning) Ο πίνακας διευθύνσεων ενηµερώνεται δυναµικά (Plug and Play) switch hub hub hub collision domain collision domain collision domain

21

22 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 (βάσει της διεύθυνσης IP) Καλύτερο φιλτράρισµα κυκλοφορίας στο δίκτυο, σε σχέση µε τιςγέφυρες. 2. ροµολόγηση (βάσει της διεύθυνσης IP) Βέλτιστοι Αλγόριθµοι δροµολόγησης

23 ροµολογητές (Routers) (Επίπεδο 3 Επίπεδο ικτύου) υνατότητα διασύνδεσης διαφορετικών δικτύων ιασύνδεση LAN διαφορετικού τύπου (π.χ. Ethernet -Token Ring) ιασύνδεση Τοπικών ικτύων (LAN) µε ίκτυαευρείας Περιοχής (WAN) και µε το Internet Ενσωµάτωση λειτουργιών Ασφάλειας (π.χ. Firewalls) και ιευθυνσιοδότησης (NAT, DHCP) Ένα Εταιρικό ίκτυο µε Συσκευές ιασύνδεσης

24 Γέφυρες και ροµολογητές