Warstwa fizyczna i

Warstwa fizyczna i

łącza danych

łącza danych

sieci LAN

sieci LAN

Program wykładu

Program wykładu



Model warstwowy sieci LAN

Model warstwowy sieci LAN



Warstwa fizyczna

Warstwa fizyczna

•

Media transmisyjne

Media transmisyjne

•

Kodowanie informacji

Kodowanie informacji



Funkcje warstwy łącza danych

Funkcje warstwy łącza danych

Model warstwowy sieci LAN

Model warstwowy sieci LAN

- standard IEEE 802

- standard IEEE 802

Media transmisyjne

Media transmisyjne



Kabel koncentryczny

Kabel koncentryczny



Kabel skrętka

Kabel skrętka



Światłowód

Światłowód



Fale radiowe

Fale radiowe

Kabel koncentryczny

Kabel koncentryczny

Kabel koncentryczny

Kabel koncentryczny



Kabel RG58 – instalacja końcówki

Kabel RG58 – instalacja końcówki

BNC

BNC

Kabel koncentryczny

Kabel koncentryczny



Kabel RG58 – instalacja końcówki

Kabel RG58 – instalacja końcówki

BNC

BNC

Kabel koncentryczny

Kabel koncentryczny



Kabel RG58 – instalacja końcówki

Kabel RG58 – instalacja końcówki

BNC

BNC

Kabel koncentryczny

Kabel koncentryczny



Kabel RG58 – instalacja końcówki

Kabel RG58 – instalacja końcówki

BNC

BNC

Kabel koncentryczny

Kabel koncentryczny



Kabel RG58 – instalacja końcówki

Kabel RG58 – instalacja końcówki

BNC

BNC

Kabel koncentryczny

Kabel koncentryczny



Mało wrażliwy na zakłócenia i szumy

Mało wrażliwy na zakłócenia i szumy



Tańszy niż ekranowana skrętka

Tańszy niż ekranowana skrętka



Dość odporny na uszkodzenia fizyczne

Dość odporny na uszkodzenia fizyczne



Niewygodny sposób instalacji

Niewygodny sposób instalacji



Ograniczenie szybkości do 10Mb/s

Ograniczenie szybkości do 10Mb/s



Słaba skalowalność

Słaba skalowalność



Niska odporność na awarie i trudność

Niska odporność na awarie i trudność

lokalizowania usterki

lokalizowania usterki

Skrętka

Skrętka



Kabel nieekranowany UTP

Kabel nieekranowany UTP

(Unshielded Twisted Pair)

(Unshielded Twisted Pair)

Skrętka

Skrętka



Kabel ekranowany STP (Shielded

Kabel ekranowany STP (Shielded

Twisted Pair)

Twisted Pair)



Kabel ekranowany FTP (Foiled

Kabel ekranowany FTP (Foiled

Twisted Pair)

Twisted Pair)

Skrętka

Skrętka



Kabel podwójnie ekranowany S-STP

Kabel podwójnie ekranowany S-STP

(Shielded - Shielded Twisted Pair)

(Shielded - Shielded Twisted Pair)

Skrętka

Skrętka



Instalacja końcówki RJ45

Instalacja końcówki RJ45

Skrętka

Skrętka

TIA/EIA 568A

Pin Para Drut

Kolor

1 3

1

biały/zielony

2 3

2

zielony

3 2

1

biały/pomarańczowy

4 1

2

niebieski

5 1

1

biały/niebieski

6 2

2

pomarańczowy

7 4

1

biały/brązowy

8 4

2

brązowy

TIA/EIA 568B

Pin Para Drut

Kolor

1 2

1

biały/pomarańczowy

2 2

2

pomarańczowy

3 3

1

biały/zielony

4 1

2

niebieski

5 1

1

biały/niebieski

6 3

2

zielony

7 4

1

biały/brązowy

8 4

2

brązowy



Sekwencja kabli dla RJ45

Sekwencja kabli dla RJ45

Skrętka

Skrętka

Pasmo

Pasmo

TIA/EI

TIA/EI

A 568A

A 568A

ISO

ISO

11801

11801

EN

EN

50173

50173

Zastosowanie

Zastosowanie

do 100

do 100

KHz

KHz

Kat. 1

Kat. 1

Klasa A

Klasa A

Usługi telefoniczne

Usługi telefoniczne

do 16

do 16

MHz

MHz

Kat. 3

Kat. 3

Klasa C

Klasa C

Ethernet 10Base-T,

Ethernet 10Base-T,

Token Ring

Token Ring

do 100

do 100

MHz

MHz

Kat. 5

Kat. 5

Klasa D

Klasa D

Ethernet

Ethernet

100Base-T

100Base-T

do 100

do 100

MHz

MHz

Kat. 5e

Kat. 5e

Klasa D

Klasa D

rozszerzo

rozszerzo

na

na

Ethernet 1000Base-T

Ethernet 1000Base-T

do 200

do 200

MHz

MHz

Kat. 6

Kat. 6

Klasa E

Klasa E

Ethernet 1000Base-T,

Ethernet 1000Base-T,

10GBase-T do 55

10GBase-T do 55

metrów

metrów

do 500

do 500

MHz

MHz

Kat. 6a

Kat. 6a

Ethernet 10GBase-T

Ethernet 10GBase-T

do 600

do 600

MHz

MHz

Kat. 7

Kat. 7

Klasa F

Klasa F

Ethernet 10GBase-T,

Ethernet 10GBase-T,

kabel S-STP

kabel S-STP

Skrętka

Skrętka



Niska cena

Niska cena



Łatwość instalacji

Łatwość instalacji



Dostępność rozwiązań i urządzeń

Dostępność rozwiązań i urządzeń



Stosunkowo niska prędkość transferu

Stosunkowo niska prędkość transferu

danych

danych



Instalacja sieci wymaga urządzeń

Instalacja sieci wymaga urządzeń

aktywnych

aktywnych



Ograniczona długość kabla

Ograniczona długość kabla



Mała odporność na zakłócenia (UTP)

Mała odporność na zakłócenia (UTP)

Światłowód

Światłowód

Światłowód

Światłowód



Łącze ST

Łącze ST



Łącze S.C.

Łącze S.C.



Łącze LC

Łącze LC

Światłowód

Światłowód



Działanie światłowodu opiera się na

Działanie światłowodu opiera się na

zjawisku całkowitego wewnętrznego odbicia

zjawisku całkowitego wewnętrznego odbicia

światła na granicy dwóch ośrodków o dwóch

światła na granicy dwóch ośrodków o dwóch

różnych współczynnikach załamania światła.

różnych współczynnikach załamania światła.



Maksymalny kąt

Maksymalny kąt





pod jakim zachodzi

pod jakim zachodzi

odbicie wyznacza się z zależności

odbicie wyznacza się z zależności

sin

sin





 = 

 = 

(

(

n

n

1

1

)

)

2

2

 + (

 + (

n

n

2

2

)

)

2

2

, gdzie

, gdzie

n

n

1

1

to współczynnik

to współczynnik

załamania rdzenia, a

załamania rdzenia, a

n

n

2

2

pokrycia.

pokrycia.

n

1

n

2

n

2



p o k r y c i e

r d z e ń

Światłowód

Światłowód



Budowa światłowodu

Budowa światłowodu



Rodzaje światłowodu

Rodzaje światłowodu

K o s z u lk a z e w n ę tr z n a

W łó k n a w z m a c n ia ją c e

P ła s z c z

R d z e ń

Ź r ó d ło

ś w ia tła

W łó k n o w ie lo m o d o w e

o s k o k o w e j z m ia n ie

w s p ó łc z y n n i k a o d b ic ia

W łó k n o w ie lo m o d o w e

o s to p n io w e j z m ia n ie

w s p ó łc z y n n ik a o d b ic ia

Ś w ia tło w ó d

je d n o m o d o w y

Światłowód

Światłowód



Wielomodowy

Wielomodowy

. Długość fali świetlnej

. Długość fali świetlnej

850 nm, 1300 nm. Odległości między

850 nm, 1300 nm. Odległości między

regeneratorami od 0,1 km do 10 km.

regeneratorami od 0,1 km do 10 km.

Stosowany głównie w sieciach lokalnych.

Stosowany głównie w sieciach lokalnych.



Jednomodowy

Jednomodowy

. Długość fali świetlnej

. Długość fali świetlnej

1300 nm, 1550 nm. Odległości między

1300 nm, 1550 nm. Odległości między

regeneratorami od 10 km do kliku

regeneratorami od 10 km do kliku

tysięcy km. Stosowany głównie w

tysięcy km. Stosowany głównie w

sieciach rozległych.

sieciach rozległych.

Światłowód

Światłowód



Duża prędkość transmisji

Duża prędkość transmisji



Odporność na zakłócenia

Odporność na zakłócenia



Wysokie bezpieczeństwo

Wysokie bezpieczeństwo



Wysoka cena

Wysoka cena



Trudna instalacja

Trudna instalacja

Łącze radiowe

Łącze radiowe

Łącze radiowe

Łącze radiowe



Obsługa użytkowników mobilnych

Obsługa użytkowników mobilnych



Możliwość stosowania w miejscach

Możliwość stosowania w miejscach

gdzie nie da się wybudować

gdzie nie da się wybudować

infrastruktury kablowej

infrastruktury kablowej



Większy koszt urządzeń niż dla kabli

Większy koszt urządzeń niż dla kabli

miedzianych

miedzianych



Niska przepustowość

Niska przepustowość



Łatwość podsłuchu

Łatwość podsłuchu



Mało odporne na zakłócenia

Mało odporne na zakłócenia

Podział częstotliwości

Podział częstotliwości

10 MHz

10 GHz

1 GHz

100 MHz

Telewizja analogowa VHF:
54 to 88 MHz, 174 to 216
MHz

• UHF: 470 to 806 MHz

Radio UKF (FM)

• 88 to 108 MHz

Telefonia GSM

• 900 MHz, 1,8 GHz

WiFi: IEEE 802.11b/g –
2.4 GHz, IEEE 802.11a

- 5 GHz

Warstwa fizyczna LAN

Warstwa fizyczna LAN



Transmisja

Transmisja

cyfrowa

cyfrowa



Informacje w sieci LAN są

Informacje w sieci LAN są

zorganizowane w ciąg

zorganizowane w ciąg

bitów

bitów



Sygnał źródłowy podczas transmisji

Sygnał źródłowy podczas transmisji

ulega

ulega

opóźnieniu

opóźnieniu

i

i

zniekształceniom

zniekształceniom



Różnica

Różnica

między sygnałem źródłowym,

między sygnałem źródłowym,

a sygnałem odebranym powinna być na

a sygnałem odebranym powinna być na

tyle

tyle

mała

mała

, aby móc na podstawie

, aby móc na podstawie

analizy sygnału odebranego

analizy sygnału odebranego

wygenerować nadany ciąg bitów

wygenerować nadany ciąg bitów

Kodowanie informacji

Kodowanie informacji



Przebieg czasowy sygnału reprezentujący

Przebieg czasowy sygnału reprezentujący

nadawany ciąg bitów to

nadawany ciąg bitów to

kod

kod



Proces tworzenia tego sygnału nazywamy

Proces tworzenia tego sygnału nazywamy

kodowaniem

kodowaniem

informacji źródłowej

informacji źródłowej



Okres sygnalizacji dzieli się na

Okres sygnalizacji dzieli się na

odcinki

odcinki

(najczęściej równe), w których poziom

(najczęściej równe), w których poziom

sygnału zachowuje

sygnału zachowuje

stałą

stałą

wartość

wartość



Nadajnik może wytwarzać

Nadajnik może wytwarzać

jeden

jeden

z wielu

z wielu

poziomów sygnału w każdym ze

poziomów sygnału w każdym ze

zdefiniowanych wyżej odcinków czasu

zdefiniowanych wyżej odcinków czasu

Zniekształcenie sygnału

Zniekształcenie sygnału



Na skutek wzajemnego oddziaływania

Na skutek wzajemnego oddziaływania

reprezentacji kolejnych bitów odebrany

reprezentacji kolejnych bitów odebrany

sygnał

sygnał

słabo

słabo

przypomina sygnał nadany

przypomina sygnał nadany



Sygnał odebrany jest jedynie próbkowany

Sygnał odebrany jest jedynie próbkowany

we właściwym momencie w

we właściwym momencie w

środkowej

środkowej

1/3 lub 1/4 okresu sygnalizacji

1/3 lub 1/4 okresu sygnalizacji

T

2 T

3 T

4 T

0

T

2 T

3 T

4 T

0

S y g n a ł n a d a n y

S y g n a ł o d e b r a n y

p r ó b k o w a n ie s y g n a łu

Synchronizacja

Synchronizacja



Próbkowanie odebranego sygnału w

Próbkowanie odebranego sygnału w

środkowej 1/3 lub 1/4 okresu sygnalizacji

środkowej 1/3 lub 1/4 okresu sygnalizacji

wymaga

wymaga

synchronizacji bitowej

synchronizacji bitowej



Synchronizacja umożliwia precyzyjne

Synchronizacja umożliwia precyzyjne

określenie przez odbiornik

określenie przez odbiornik

momentu

momentu

rozpoczęcia i środka każdego okresu

rozpoczęcia i środka każdego okresu

sygnalizacji

sygnalizacji



Dla transmisji synchronicznej przed

Dla transmisji synchronicznej przed

właściwą informacją wysyła się

właściwą informacją wysyła się

preambułę

preambułę

zawierającą ustalony ciąg

zawierającą ustalony ciąg

bitów - zazwyczaj jest nim ciąg 0, 1, 0, 1,

bitów - zazwyczaj jest nim ciąg 0, 1, 0, 1,

…

…

Adresowanie w sieciach

Adresowanie w sieciach

LAN

LAN



Każde urządzenie podłączone do sieci

Każde urządzenie podłączone do sieci

LAN musi być identyfikowane za pomocą

LAN musi być identyfikowane za pomocą

unikalnego

unikalnego

adresu MAC (fizycznego)

adresu MAC (fizycznego)



Adres MAC jest związany ze

Adres MAC jest związany ze

sprzętem

sprzętem

(płytą główną lub kartą sieciową

(płytą główną lub kartą sieciową

włączoną do urządzenia)

włączoną do urządzenia)



W wielu przypadkach adres MAC można

W wielu przypadkach adres MAC można

zmieniać

zmieniać

programowo

programowo

w sterowniku

w sterowniku

urządzenia

urządzenia

Adresowanie w sieciach

Adresowanie w sieciach

LAN

LAN

Każdy interfejs sieciowy (np. karta

Każdy interfejs sieciowy (np. karta

sieciowa) odfiltrowuje odebraną ramkę

sieciowa) odfiltrowuje odebraną ramkę

w następujący sposób:

w następujący sposób:



Sprawdza czy adres docelowy w ramce

Sprawdza czy adres docelowy w ramce

zgadza się

zgadza się

z adresem fizycznym stacji

z adresem fizycznym stacji



W przypadku

W przypadku

zgodności

zgodności

adresów

adresów

przekazuje ramkę do

przekazuje ramkę do

dalszego

dalszego

przetwarzania

przetwarzania



Gdy zostanie stwierdzona

Gdy zostanie stwierdzona

niezgodność

niezgodność

adresów

adresów

odrzuca

odrzuca

ramkę

ramkę

Adresowanie w sieciach

Adresowanie w sieciach

LAN

LAN



Transmisja unicast - jeden do jeden

Transmisja unicast - jeden do jeden

Warstwy
1-2

Warstwy
3-7

Adresowanie w sieciach

Adresowanie w sieciach

LAN

LAN



Transmisja broadcast - jeden do

Transmisja broadcast - jeden do

wszystkich

wszystkich

Warstwy
1-2

Warstwy
3-7

Adresowanie w sieciach

Adresowanie w sieciach

LAN

LAN



Najbardziej

Najbardziej

popularny

popularny

format adresów

format adresów

LAN to

LAN to

MAC-48

MAC-48

opracowany przez IEEE

opracowany przez IEEE



Adres MAC-48 jest

Adres MAC-48 jest

stosowany

stosowany

w

w

technologiach: Ethernet, Wi-Fi, Token

technologiach: Ethernet, Wi-Fi, Token

Ring

Ring



Adres MAC-48 składa się z

Adres MAC-48 składa się z

48 bitów

48 bitów

i

i

jest zapisywany

jest zapisywany

heksadecymalnie

heksadecymalnie

,

,

np. 02-0A-33-34-FF-56

np. 02-0A-33-34-FF-56



Adres

Adres

rozgłoszeniowy

rozgłoszeniowy

(broadcast) to

(broadcast) to

FF-FF-FF-FF-FF-FF

FF-FF-FF-FF-FF-FF

Adresowanie w sieciach

Adresowanie w sieciach

LAN

LAN



Pierwsze 24 bity adresu MAC-48

Pierwsze 24 bity adresu MAC-48

nazywane są

nazywane są

kodem producenta

kodem producenta

(ang.

(ang.

Organizationally Unique Identifiers - OUI)

Organizationally Unique Identifiers - OUI)



Kod producenta jest nadawany przez

Kod producenta jest nadawany przez

IEEE

IEEE



Kolejne

Kolejne

24 bity adresu producent

24 bity adresu producent

przydziela podczas produkcji

przydziela podczas produkcji



http://

http://

standards.ieee.org/regauth/

standards.ieee.org/regauth/

oui/index.shtml

oui/index.shtml

Kontrola poprawności

Kontrola poprawności

transmisji

transmisji



Do określenia częstości

Do określenia częstości

występowania błędów stosuje się

występowania błędów stosuje się

wskaźnik nazywany

wskaźnik nazywany

bitową stopą

bitową stopą

błędów

błędów

BER (ang.

BER (ang.

Bit Error Rate)

Bit Error Rate)



BER to udział

BER to udział

błędnych

błędnych

bitów w

bitów w

długim, testowym ciągu bitów

długim, testowym ciągu bitów



W sieciach LAN wskaźnik BER

W sieciach LAN wskaźnik BER

powinien wynosić powyżej

powinien wynosić powyżej

10

10

-9

-9

Kontrola poprawności

Kontrola poprawności

transmisji

transmisji



W sieciach LAN stosuje się głównie

W sieciach LAN stosuje się głównie

kody

kody

CRC

CRC

(ang. Cyclic Redundancy

(ang. Cyclic Redundancy

Check) nazywane również

Check) nazywane również

wielomianami generacyjnymi

wielomianami generacyjnymi



Zazwyczaj stosowane są wielomiany

Zazwyczaj stosowane są wielomiany

32 stopnia, np.

32 stopnia, np.

G(x)

G(x)

=

=

x

x

32

32

+

+

x

x

26

26

+

+

x

x

23

23

+

+

x

x

22

22

+

+

x

x

16

16

+

+

x

x

12

12

+

+

x

x

11

11

+

+

x

x

10

10

+

+

x

x

8

8

+

+

x

x

7

7

+

+

x

x

5

5

+

+

x

x

4

4

+

+

x

x

2

2

+

+

x

x

+1

+1

Kontrola poprawności

Kontrola poprawności

transmisji

transmisji

G(x)

G(x)

=

=

x

x

16

16

+

+

x

x

12

12

+

+

x

x

5

5

+1

+1

10001000100100010000000000000000

10001000100100010000000000000000

:

:

10001000000100001

10001000000100001

10001000000100001

10001000000100001

100000011

100000011

00000000

00000000

10001000000100001

10001000000100001

1001100100001

1001100100001

0000

0000

10001000000100001

10001000000100001

10001000110001

10001000110001

000

000

10001000000100001

10001000000100001

0000000110101001 reszta

0000000110101001 reszta

Kontrola poprawności

Kontrola poprawności

transmisji

transmisji



Do przesyłanego ciągu bitów A dołącza

Do przesyłanego ciągu bitów A dołącza

się nadmiarowe bity zawierające

się nadmiarowe bity zawierające

resztę

resztę

z dzielenia A przez specjalny

z dzielenia A przez specjalny

wielomian generacyjny G(x)

wielomian generacyjny G(x)



Po stronie

Po stronie

odbiorczej

odbiorczej

cały odebrany

cały odebrany

ciąg bitów dzieli się przez G(x) i

ciąg bitów dzieli się przez G(x) i

sprawdza się resztę

sprawdza się resztę



Jeżeli reszta wynosi

Jeżeli reszta wynosi

zero

zero

to nie

to nie

nastąpiły błędy transmisji

nastąpiły błędy transmisji