LOKALNE SIECI

KOMPUTEROWE



Architektury i topologie sieci LAN



Media transmisyjne w sieciach LAN



Modyfikacja modelu OSI dla sieci LAN.

CIS Evolution

Transport Area

Communications and Information System (CIS)

LAN

MAN

WAN

PS/CS

PDN

ISDN

PSTN

User Area

User Area

Communication process

Transmission

Switching

Terminals

Wstęp do lokalnych sieci

komputerowych

W swojej działalności człowiek eksploatuje różne sieci, np.: kolejową,
lotniczą, pocztową i drogową, służące do transportu ludzi, towarów i wiadomości.

•

TELEINFORMATYKA

TELEINFORMATYKA - dziedzina w której pewne systemy telekomunikacyjne są

podporządkowane informatyce. Zwykle teleinformatyka służy przesyłaniu

informacji pomiędzy stacjami sieciowymi (ang. hosts).

•

SIECI TELEINFORMATYCZNE

SIECI TELEINFORMATYCZNE - sieci telekomunikacyjne specjalizowane w celu

zapewnienia usług wymiany informacji dla systemów informatycznych.

•

SIEĆ LOKALNA

SIEĆ LOKALNA - jest siecią telekomunikacyjną, która służy wzajemnemu łączeniu

różnorodnych urządzeń wymieniających dane (cyfrowe), rozmieszczonych na

niewielkim obszarze.

•

SIEĆ KOMPUTEROWA

SIEĆ KOMPUTEROWA - sieć telekomunikacyjna służąca wzajemnemu łączeniu

między sobą komputerów i ich urządzeń peryferyjnych.

Cechy sieci teleinformatycznych w zastosowaniach lokalnych:

–

zwykle własność jednego właściciela,

–

niewielkie odległości (niewielki obszar jeden, kilka budynków),

–

zróżnicowana szybkość transmisji - od kilku kb/s do 10 Gb/s,

–

niska stopa błędów 10

-8

do 10

-11

,

–

zdecentralizowane sterowanie (mały stopień sprzężenia pomiędzy elementami

sieci, przeciwnie jak w systemach wieloprocesorowych).

Cechy sieci komputerowych

CECHY SIECI TELEINFORMATYCZNYCH W ZASTOSOWANIACH LOKALNYCH:

–

zwykle własność jednego właściciela,

–

niewielkie odległości (niewielki obszar jeden, kilka budynków),

–

zróżnicowana szybkość transmisji - od kilku kb/s do 10 Gb/s,

–

niska stopa błędów 10

-8

do 10

-11

,

–

zdecentralizowane sterowanie (mały stopień sprzężenia pomiędzy

elementami sieci, przeciwnie jak w systemach wieloprocesorowych).

ZALETY LOKALNYCH SIECI TELEINFORMATYCZNYCH

–

wspólne wykorzystanie zasobów tj.: programów i plików, baz danych,

drukarek, ploterów, pamięci masowych, itd.,

–

podatność systemu na ewolucję,

–

przeżywalność i niezawodność (rozproszenie funkcji, redundancja

komponentów),

–

dostęp do wielu komputerów dla informacji z jednego terminala sieciowego,

–

elastyczność rozmieszczenia elementów wyposażenia,

–

natychmiastowa wymiana informacji,

–

tworzenie grup roboczych - ludzie z różnych miejsc mogą uczestniczyć

w tym samym projekcie.

WADY LOKALNYCH SIECI TELEINFORMATYCZNYCH

–

brak gwarancji poprawnej współpracy aplikacji,

– konieczność rozwiązania problemu integralności baz danych,
– konieczność zapewnienie dodatkowego bezpieczeństwa,
– trudność w zarządzaniu rozproszonymi zasobami.

Aplikacja sieci komputerowych

 przetwarzanie danych, wiadomości, transfer plików,
 automatyzacja prac biurowych:

 edycja tekstów,
 przetwarzanie dokumentów,
 opracowywanie informacji,

 poczta elektroniczna,
 projektowanie, wytwarzanie wspomagane komputerowo,
 inne - systemy bezpieczeństwa, czujniki włamaniowe, alarmowe,
 realizacja usług telefonicznych, telekonferencyjnych, telewizyjnych.

Klasyfikacja sieci

komputerowych

• Ze względu na obejmujący obszar, przeznaczenie i przepustowość:

•

lokalna sieć komputerowa

lokalna sieć komputerowa (ang. Local Area Network, LAN) –

jest to sieć łącząca użytkowników na niewielkim obszarze

(pomieszczenie, budynek), charakteryzująca niskimi nakładami

finansowymi dołączenia stacji, prostym oprogramowaniem

komunikacyjnym i łatwością rozbudowy, przez korzystanie ze

wspólnego medium transmisyjnego;

•

sieć terytorialna, kampusowa

sieć terytorialna, kampusowa (ang. campus network) – sieć

obejmująca swym zasięgiem kilka budynków znajdujących się np.

na terenie uczelni, instytucji finansowej, przedsiębiorstwa;

•

miejska sieć komputerowa

miejska sieć komputerowa (ang. Metropolitan Area Network,

MAN) – jest siecią:

o zasięgu miasta, wybudowaną w oparciu o media światłowodowe

z realizacją różnego rodzaju usług, np.: połączenia między sieciami

lokalnymi, możliwością bezpośredniego dołączenia stacji

roboczych lub korzystania z mocy obliczeniowej „dużych”

komputerów pracujących w sieci;

Klasyfikacja sieci

komputerowych

•

rozległa sieć komputerowa

rozległa sieć komputerowa (ang. Wide Area Network, WAN) -

składa się z węzłów i łączących je medii transmisyjnych oraz

przekracza granice miast, państw. Dostęp do sieci uzyskuje się

przez dołączenie systemów użytkownika do węzłów sieci

wyposażonych w urządzenia umożliwiające przesyłanie danych

między różnymi użytkownikami;

•

sieć radiowa

sieć radiowa

(ang. Radio Network) - jest to sieć bezprzewodowa,

w której medium transmisyjnym jest kanał radiowy. Przy każdej

stacji lub grupie stacji zainstalowane jest urządzenie nadawczo -

odbiorcze zapewniające transmisję danych w zasięgu tej stacji;

•

sieć satelitarna

sieć satelitarna - sieć, w której sygnały ze stacji naziemnych są

transmitowane do satelity i retransmitowane do innej stacji

naziemnych. Satelita pełni również rolę wzmacniacza sygnału.

Zasięg takiego systemu jest znacznie większy od zasięgu sieci

radiowej i zależy od mocy nadajnika satelity. Występują tutaj dość

duże czasy propagacji (do 0,25 s). Typowym zastosowaniem takich

sieci jest tworzenie alternatywnych połączeń, z których korzysta

się w razie awarii połączeń.

PAN, LAN, MAN and WAN

PAN - Personal Area

Network

LAN - Local Area Network
MAN - Metropolitan Area

Network

WAN - Wide Area Network

0 10 100 1 000 10 000

100 000 1 000 000

FR

●

Transmission technology (systems)

FDM

(Frequency

Division Multiplexing)

TDM

(Time

Division Multiplexing)

WDM

(Wavelenght

Division Multiplexing)

PDH

(Plesiochrono

us

Digital

Hierarchy)

SDH

(Synchronous

Digital Hierarchy)

CWDM

(Coarse WDM)

DWDM

(Dense WDM)

OCDM

(Optical

Code Division Multipexing)

Simple communication model

Medium

Message

Sender

Receiver

Basic Terms:

Architecture - method (rule) that is used to transmit packets on a network.
(sometimes includes topology).
Topology - shape of the physical connection of a network
(main types of toplogynetwork: bus, ring, star, tree, mesh)
Backbone - main topology used to connect nodes (sub-networks) on a network.
Client - host requests resources for its use from a element
that provides the resource (server).
Server - main element that provides resources on the network for other hosts to use.
Peer - host that can act as both a client and a server.
Media - hardware method used to connect hosts (nodes) over a network.
(three main types: copper cable, fiber optic cable, wireless).
Protocol

- sets of standards that define all operations within a network.

(protocols operate at various levels of the OSI network model)

CLIENT- SERVER SYSTEMS

Client

requests

service

Server

replies

CLIENT

PROCESS

SERVER

PROCESS

request

reply

CLIENT

MACHINE

SERVER

MACHINE

 A client process on a client machine requests service from a server process on a server machine.
 The server process on the server machine performs the work
and then issues a reply to the client process on the client machine.

Środowisko sieci

komputerowych

Środowisko sieci określone jest przez sieciowy system operacyjny i

Środowisko sieci określone jest przez sieciowy system operacyjny i

protokoły zapewniające komunikację i usługi sieciowe:

protokoły zapewniające komunikację i usługi sieciowe:

•

każdy z każdym

każdy z każdym

(ang.

(ang.

peer-to-peer

peer-to-peer

) - umożliwia użytkownikom

) - umożliwia użytkownikom

udostępnienie zasobów swojego komputera i dostęp do zasobów

udostępnienie zasobów swojego komputera i dostęp do zasobów

innych komputerów (przez systemy tj.: IBM LAN Server, OS’y,

innych komputerów (przez systemy tj.: IBM LAN Server, OS’y,

LANtastic, Artisoft, MS Windows) oraz:

LANtastic, Artisoft, MS Windows) oraz:

- systemy w sieci mają taki sam status,

- systemy w sieci mają taki sam status,

- stacje uczestniczące w sesji komunikacyjnej mają podobny stopień

- stacje uczestniczące w sesji komunikacyjnej mają podobny stopień

kontroli nad sesją, dysponują własną mocą przetwarzania i mogą

kontroli nad sesją, dysponują własną mocą przetwarzania i mogą

kontrolować swoje działania (niewielkie możliwości zarządzania i niski

kontrolować swoje działania (niewielkie możliwości zarządzania i niski

poziom bezpieczeństwa),

poziom bezpieczeństwa),

- występują problemy związane z lokalizacją danych, tworzeniem kopii

- występują problemy związane z lokalizacją danych, tworzeniem kopii

zapasowych i zapewnieniem odpowiedniej ochrony danych;

zapasowych i zapewnieniem odpowiedniej ochrony danych;

•

dedykowany serwer

dedykowany serwer

- jeden lub więcej komputerów pełnia rolę

- jeden lub więcej komputerów pełnia rolę

serwera i nie wykonuje innych zadań. Typowe zadania serwera to:

serwera i nie wykonuje innych zadań. Typowe zadania serwera to:

przechowywanie

przechowywanie

i udostępnianie plików, www …, ftp, zarządzanie współdzieleniem

i udostępnianie plików, www …, ftp, zarządzanie współdzieleniem

drukarek oraz funkcje związane z bezpieczeństwem danych,

drukarek oraz funkcje związane z bezpieczeństwem danych,

użytkowników.

użytkowników.

Network Models

Computer users (or

clients) share services

of a centralized

computer

called a server.

Computers share equally

with one another

without having

to rely on a central server.

Client/Server
Model

Peer-to-Peer
Model

LAN Selections - Wired

EIA: Electrical Industries Association (USA)
ECMA: European Computer Manufacturers Association
NBS: National Bureau of Standards

EIA: Electrical Industries Association (USA)
ECMA: European Computer Manufacturers Association
NBS: National Bureau of Standards

Wired LAN

M

ed

iu

m

ac

ce

ss

co

ntr

ol

F

ix

ed

sl

o

ts

C

on

tro

l t

ok

en

CSMA/C

D

Tr

an

sm

is

si

on

m

ed

ia

RF modem

Headend

Br

oa

db

an

d

CATV

Thick-wire

Thin-wire

Ba

se

ba

nd

Carrier band

C

o

a

xi

a

l

c

a

b

le

Twisted pair

Fiber optic

Topo

logie

s

Star

Ring

Bus

Hub/tree

A

p

p

li

c

a

ti

o

n

d

o

m

a

in

s

Universities/hospitals

Office automation

Factory automation

Standar

ds

bodies

Closed systems

ISO

IEEE

NBS

EIA

ECMA

LAN Selections - Wireless

CDMA: Code Division Multiple Access

ETSI: European Telecom. Standards Institute

FDMA: Frequency Division Multiple Access
TDMA: Time Division Multiple Access

CSMA/CA: CSMA with Collision Avoidance

CDMA: Code Division Multiple Access

ETSI: European Telecom. Standards Institute

FDMA: Frequency Division Multiple Access
TDMA: Time Division Multiple Access

CSMA/CA: CSMA with Collision Avoidance

Single-carrier
modulation

Wireless LAN

M

ed

iu

m

ac

ce

ss

co

ntr

ol

FDM
A

CSMA/CA

CDMA

Tr

an

sm

is

si

on

m

ed

ia

Infrared

Radio

Top

olog

ies

Ad hoc

Infrastructure

A

p

p

li

c

a

ti

o

n

s

S

ta

n

d

a

rd

s

IEEE

ETSI

TDM
A

Pulse-position
modulation

Direct

modulati

on

Multi-

subcarrier

modulatio

n

Transmission

schemes

Carrier

modulation

Spread

spectru

m

On-off

keying

Direct Sequence

Frequency hopping

Airports

Warehouses

Retail stores

Buildings

Hospit
als

Podstawowe składniki sieci to sprzęt i oprogramowanie :

•

sieciowy system operacyjny (Windows Serwer 2003);

•

serwery - urządzenia (oprogramowanie) świadczące usługi sieciowe, np.:

plików / poczty elektronicznej / komunikacyjny / bazy danych,

archiwizujący, itd.;

•

systemy klienta - węzły lub stacje robocze przyłączone do sieci przez

karty sieciowe. System operacyjny klienta może zawierać oprogramowanie

(powłoka – ang. requester) kierujące żądania sieciowe użytkowników lub

aplikacji do serwerów;

•

karty sieciowe - adapter pozwalający na przyłączenie komputera do sieci;

•

system okablowania - medium transmisyjne łączące stacje robocze

i serwery a dla sieci bezprzewodowych może to być podczerwień lub

kanały radiowe;

•

współdzielone zasoby i urządzenia peryferyjne - mogą to być drukarki,

napędy dysków optycznych, plotery, itd.

Składniki sieci

komputerowych

Standardy normalizacyjne

Lokalizacja

Lokalizacja

Sprzęt

Sprzęt

Windows,

Windows,

Linux, OS

Linux, OS

Normy

Normy

Określenie cech systemu

Określenie cech systemu

z względem przyjętego

z względem przyjętego

kryterium

kryterium

Norma

Norma (z łacińskiego), … wypowiedź informująca o sposobie
postępowania w określonych sytuacjach; podstawowa,
terminologiczna, badań, procesu, usługi, interfejsu, danych, itp.

Norma

Norma (z łacińskiego), … wypowiedź informująca o sposobie
postępowania w określonych sytuacjach; podstawowa,
terminologiczna, badań, procesu, usługi, interfejsu, danych, itp.

Organizacje standaryzacyjne

1. Międzynarodowa Organizacja Standaryzacyjna (ang.

International Organization for Standarization, ISO) - założona w

1947 r. w celu rozwoju i promocji standardów w wymianie

międzynarodowej. Standardy ISO obejmują praktycznie wszystkie

dziedziny produkcji przemysłowej. ISO odpowiada m.in. za rozwój

i utrzymanie modelu połączeń systemów otwartych (OSI). Do ISO

należą przedstawiciele większości dużych organizacji

standaryzacyjnych na świecie, ISO jest powiązana z ONZ.

2. Międzynarodowa Unia Telekomunikacyjna (ang.

International Telecommunications Union, ITU) - założona w 1932 r.

i zastąpiła Międzynarodowy Związek Telegraficzny oraz

Międzynarodowy Związek Radiotelegrafii (ang. Consultative

Committee for International Telegraph and Telephone, CCITT).

Działalność ITU obejmuje całokształt problemów związanych z

rozwojem i upowszechnianiem telekomunikacji oraz obejmuje

koordynację działalności państw w tym zakresie. W ramach ITU

działa wiele grup problemowych (sektory), np. Sektor Normalizacji

Telekomunikacji czy Sektor Rozwoju Telekomunikacji.

3. Stowarzyszenie Inżynierów Elektryków i Elektroników (ang.

Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE) - to

amerykańska organizacja, która zajmuje się m.in. opracowywaniem

standardów przesyłania danych, w szczególności komitety IEEE 802

są odpowiedzialne za przygotowanie projektów dotyczących sieci

lokalnych, które następnie są zatwierdzane przez ANSI. Swoje

projekty IEEE przesyła również do ISO, która rozpowszechnia je

jako standardy ISO 8802.

• Standardy IEEE 802 definiuje karty sieciowe, mosty, routery i

inne urządzenia wchodzące w skład sieci lokalnych.

•
• Podkomitety 802 to: 802.1 - współpraca sieci, 802.2 -

sterowanie łączem logicznym, 802.3 - metoda dostępu do medium

CSMA/CD, 802.4 - sieci Token Bus, 802.5 - sieci Token Ring, 802.6 -

sieci miejskie, 802.7 - grupa techniczna ds. przesyłania

szerokopasmowego, 802.8 - grupa techniczna ds. światłowodów,

802.9 - zintegrowane sieci komputerowe i telefoniczne, 802.10 -

bezpieczeństwo sieci, 802.11 - sieci bezprzewodowe, 802.12 - sieć

lokalna z priorytetem na żądanie;

Organizacje standaryzacyjne

Organizacje standaryzacyjne

4. Amerykański Instytut Normalizacyjny (ang. American National
Standards Institute - ANSI) - definiowanie obowiązujących w USA
standardów kodowania i sygnalizacji. W niektórych przypadkach
zatwierdza także zgodne standardy przyjęte przez IEEE. Standardy ANSI
to m.in.: ANSI 802.1-1985 (IEEE 802.5, specyfikacje definiujące protokoły
dostępu, okablowanie i interfejs dla sieci lokalnych typu Token Ring),
ANSI/IEEE 802.3 (definiuje sieci typu Ethernet wykorzystujące przewód
koncentryczny i metody dostępu: nasłuchiwania i wykrywania kolizji),
ANSI X3.135 (specyfikacja języka SQL), ANSI X3.92 (standard algorytmu
szyfrowania), ANSI X3T9.5 (definiuje metody przesyłania danych w
sieciach FDDI o prędkości transmisji 100 Mb/s).

5. Common Open Software Environment (ang. COSE) - jest to
konsorcjum producentów, do którego należą m.in. IBM, Hewlett-Packard,
SunSoft i Novell. Firmy te pracują nad jednolitym środowiskiem pracy
użytkownika przeznaczonym dla systemu UNIX. Do głównych celów tej
organizacji należą: opracowanie specyfikacji interfejsów, przyjęcie
jednolitych środowisk sieciowych, wybranie do zatwierdzenia technologii
graficznych, multimedialnych i obiektowych, zdefiniowanie mechanizmów
zarządzania i administracji w systemach rozproszonych.

W celu ułatwienia zarządzania SK oraz oprogramowania systemów

sieciowych opracowano warstwową architekturę sieci komputerowych

(pewną liczbę poziomów hierarchii / warstw, usługi i funkcje przypisane są

każdemu z nich oraz protokoły komunikacyjne i jednostki danych używane

na poszczególnych poziomach).

Po koniec lat 70-tych opracowano kilka architektur m.in.:

• architektura DNA (ang. Digital Network Architecture) firmy DEC,

zdefiniowała (siedmiowarstwowy model) zbiór protokołów, formaty i

mechanizmy wymiany komunikatów sterujących w sieci,

• architektura SNA (ang. System Network Architecture) firmy IBM,

umożliwiająca łączenie produktów tej firmy dla dużych (ang. mainframe) i

średnich (ang. midrange) systemów komputerowych.

Rozwiązania takie były niedogodne dla mniejszych producentów i w 1984

r. zdecydowano się na opracowanie jednego modelu OSI 7498 (ang. Open

Systems Interconnection) w ramach ISO, który umożliwiałby komunikację

zgodnych z jego zaleceniami produktów.

Organizacje standaryzacyjne

Metody komutacji

Fixed

Switching

Circuit

Switching

Packet

Switching

Message

Switching

Blokowa

Burst Switching

Virtual

Switching

Datagram
Switching

Hybrid

Switching

Fixed

Boundery

Moveable

Boundery

Adaptative

HS

Asynchronous

Transfer Mode

Fixed-Rate versus Bursty Data

A Taxonomy of Communication Networks

Communication

Network

Switched

Communication

Network

Broadcast

Communication

Network

Circuit-

Switched

Communication

Network

Packet-

Switched

Communication

Network

Datagram

Network

Virtual Circuit

Network

Circuit Switching

 Three phase

- circuit establishment
- data transfer
- circuit termination

 If circuit is not available: “Busy signal”
 Examples

- Telephone networks
- ISDN (Integrated Services Digital
Networks)

incoming links

outgoing links

Node

A node (switch)
in a circuit switching network

Timing in Circuit Switching

Host

1

Host

2

Node

1

Node

2

DATA

Circuit

Establishment

Data

Transmission

Circuit

Termination

propagation delay
between Host 1
and Node 1

propagation delay
between Host 2
and Node 1

processing delay at Node 1

Circuit Switching: Multiplexing / Demultiplexing

 Time divided in frames and frames divided in slots
 Relative slot position inside a frame determines
which conversation the data belongs to the user
 If a slot is not used, it is wasted

Packet Switching

 Data are sent as formatted bit-sequences, so-called packets.
 Packets have the following structure:

 Header and Trailer carry control information (e.g., destination address, check sum, …)
 At each node the entire packet is received, stored briefly,
and then forwarded to the next node (

Store-and-Forward Networks

)

 Each packet is passed through the network from node to node along some path (

Routing

)

Header

Data

Trailer

incoming links

outgoing links

Node

Memory

A node
in a packet switching network

Timing of Datagram Packet Switching

Host 1

Host

2

Nod

e 1

Nod

e 2

Packet 1

Packet 2

Packet 3

Packet 1

Packet 2

Packet 3

Packet 1

Packet 2

Packet 3

processin
g
delay
of Packet
1
at Node 2

propagation
delay between
Host 1 and Node 2

transmission
time
of Packet 1
at Host 1

Datagram Packet Switching

Host A

Host B

Host E

Host D

Host C

Node 1

Node 2

Node 3

Node 4

Node 5

Node 6

Node 7

route X (nodes: 1, 5, 3)

route Y (nodes: 4, 5, 3)

route Z (nodes: 4, 6, 7, 3)

Timing of Virtual-Circuit Packet Switching

Host 1

Host

2

Node

1

Node

2

Packet 1

Packet 2

Packet 3

Packet 1

Packet 2

Packet 3

Packet 1

Packet 2

Packet 3

propagation delay
between Host 1
and Node 1

VC
establishment

VC
termination

Data
transfer

Virtual-Circuit Packet Switching

Host A

Host B

Host E

Host D

Host C

Node 1

Node 2

Node 3

Node 4

Node 5

Node 6

Node 7

Virtual Connection X (nodes: 1, 5, 3)

Virtual Connection Y (nodes: 4, 5, 3)

Virtual Connection Z (nodes: 4, 5, 3)

Packet Switches

Routing

Table

Destination

Address

A

A

A

Possibly different paths through switch

Connectionless

Packet Switch

Connection

Table

Connection

Identifier

B

B

B

Always same path through switch

Connection-Oriented

Packet Switch

Circuit- and packet-switched data transfer

Circuit switched data transfer

Packet switched data transfer

Packet switched data transfer
with virtual circuits

Communication Systems

Every communication system has 5 basic requirements:

 Data Source (where the data originates)

 Transmitter (device used to transmit data)

 Transmission Medium (cables or non cable)

 Receiver (device used to receive data)

 Destination (where the data will be placed)

We have 3 forms of transmission:

Simplex Transmission

Transmission in only one direction: one station is the transmitter, other is the

receiver

Half Duplex Transmission

Transmission in both directions possible, but NOT at the same time – attached

stations are both, sender and receiver

Full Duplex Transmission

Transmission in both directions simultaneously - both stations can send and

receive at the same time. Full Duplex transmission can be accomplished in two
ways:

- Separated physical transmission media
- Divided channel capacity and separation of signals in different directions.

Transmission Medium

Connecting between devices

Simplex, half-duplex, and full-duplex transmission

Simplex:

Half-Duplex:

Full-Duplex (or Duplex):

Signal is transmitted in one

direction only.

Examples: broadcast radio, TV

systems,

paging systems, radio systems, …

Signals are transmitted in one direction at a time.
Examples: Data network, ISDN, radio systems, …

Signals are transmitted in both directions at
the same time.
Examples: Conventional telephone, cellular
or mobile telephone systems, data network,
ISDN, ….

Asynchronous and synchronous transmission

Asynchronous transmission:
Information is sent in short blocks
which contain:
- start bit
- 7 or 8 information bits
- parity bit (optional)
- stop bit(s).

Synchronous transmission:
A long data block (thousands of bits)
called a frame starts with a special
start of frame bit sequence followed
by information bits.
Frame ends with the error check code
and a special end of frame bit sequence.

High-level Data Link Control (HDLC)
Protocol

 Primary station (host or control station)
– manages data flow (by issuing commands to other devices)
– it may manage and establish connections with multiple devices
 Secondary station (target or guest station)
– responds to command issued by control stations (one at a time)

primary
station

secondary
station

commands

responses

Point-to-point link

Multi -Point link

primary
station

secondary
station

commands

respon
ses

secondary
station

secondary
station

 A usually medium is point-to-point (medium is shared by only those two devices)

 In a multi-point configuration, more than two devices share the transmission medium.

High-level Data Link Control (HDLC)

HDLC:
• LAPB: Link Access Procedure, Balanced (X.25)
• LAPD: Link Access Procedure, D-Channel (ISDN)
• LAPF: Link Access Procedure, Frame (FR)

HDLC Frame Format

Addres
s

Flag

Flag

FC
S

Information

Contro
l

8 8 8 n x 8 16 8

Control Field Format

I –

Information Frame

S – Supervisory Frame
U – Unnumbered Frame

1

1

0

0

1

S

N(S)

M

M

N(R)

N(R)

P/F

P/F

P/F

1 2 3 4 5 6 7 8

N(S) – Send sequence number N(R) – Receive sequence number
S –

Supervisory function bits M – Unnumbered bits

P/F – Poll/final bit

Bit stuffing or zero insertion

- The receiver simply looks for the flag pattern in order to detect
where one frame ends and the next begins.
- If there is no information to send, a string of contiguous flags is sent.
- In order to prevent flags from being simulated in the information stream,
a zero is inserted after every five contiguous ones.
The receiver removes the inserted 0s by the inverse algorithm.

Client/Server vs. Peer-to-Peer:

Advantages:
 Very secure OS
 Better performance
 Centralized servers,
easy to manage
 Centralized backups
 High reliability

Peer-to-Peer Model

Client/Server Model

Disadvantages:
 Expensive administration
 More hardware intensive

Advantages:

 Uses less expensive

networks.

 Easy to administer
 Contain both network

operating system and
application software

 Ideal for small business and

home users

Disadvantages:
 Individual user

performance easily affected

 Not very secure
 Hard to back up

Basic Requirements of a LAN

 Data rate of 1 to 1000 Mbps
 Distance: at most 1 km (up to 5-10 km, campus area)
 Ability to support several hundred independent devices
 Simplicity,
(use of the simplest mechanisms to provide functionality and performance)
 Reliability (good error characteristics)
 Efficient use of shared resources
 Stability under high load
 Fair access (bandwidth, delay) to the network
 Easy installation
 Ease of reconfiguration and maintenance
 Low cost

OVERVIEW OF LAN TECHNOLOGIES

Network Topologies

A

E

B

D

A

E

B

D

A

E

B

D

C

C

C

Star Ring Dual Ring

Bus

Tree

Dual Bus

A

C

E

B

D

F

C

E

B

D

F

A

A

B

C

D

Network Topologies

Dual Bus Dual Bus Mesh

A

G

B

E

D

F

C

H

Multiple Star

A

B

C

A

C

E

B

D

F

A

B

C

LAN TOPOLOGIES

BUS topology:

 all stations receive all the frames (no switching)

 medium shared and well used

 the load on the medium increases with the number of nodes

LAN TOPOLOGIES

RING topology:

 medium access is simple

 each station works as a repeater

 reliability (automatic topology changes are necessary)

LAN TOPOLOGIES

STAR topology:

 all the medium capacity per

DTE

 much cabling

 a lot of ports on the central

host

 medium poorly used

LAN Transmission Techniques

Baseband LANs

Broadband
LANs

Baseband LANs are single channel (digital in nature),
supporting a single communication at a time.

Broadband LANs are multichannel (analog in nature),
supporting different channels to communication at a time

LAN transmission techniques are divided into two categories:

Physical Media

 Twisted pair:

- UTP (Unshielded Twisted Pair)
contains 8 wires or 4 pair, max. segment length is 100 m, speed is 4 - 100 Mbps
- STP (Shielded Twisted Pair)
max. segment length is 100 m, speed is 16 - 155 Mbps

 Coaxial (50 or 75 ohm TV cable,

max. length of 185 to 500 m):

- Thinnet (uses BNC connectors on each end - RG-58 family of cable)
max. cable length is 185 m, speed is 10Mbps,
max. nodes are 30 on a segment, one end of each cable is grounded.
- Thicknet (half inch rigid cable – RG-11 or RG-8 family cable)
max. cable length is 500 m, speed is 10Mbps.
max. nodes are 100 on a segment, one end of each cable is grounded.

 Fiber-optic

(data is transmitted using light, usually there are two fibers, one for each direction,
cable length of 2 km, speed 100Mbps to 2Gbps)
- Single mode (SM) cables for use with lasers - Laser Diodes (LD)

- Multi mode (MM) cables for use with laser - Light Emitting Diode (LED)

Copper cable and optical fibre as a transmission medium

Twisted pair:

Subscriber loops;
telephone, ISDN;
ADSL and twisted pair LANs

Coaxial cable:

Analog and digital high

capacity

systems in the telecom.

networks;

broadcast radio and TV

antenna systems;

coaxial LANs

Optical fiber:

Multimode and single-mode
fibers in telecom. network

m

m

Attenuation of an optical fiber

 UTP - Unshielded Twisted Pair (low-cost, widely used, 4

pairs per cable)

 STP - Shielded Twisted Pair (used in noisy EM

environments)

 Coaxial Pair

 Optical Fiber

PAIR CATEGORIES

Modems

A modem is a modulator/demodulator.

It converts digital signals to analog signals

so they can be sent over a telephone line.

Modem Types:



Asynchronous

(each sign is placed between a stop and a start bit,
modem must operate with the same start and stop bit sequence, at the same baud rate
and have the same parity settings for the data checking - define parity checking).


Synchronous

(synchronous modems are faster than asynchronous,
data is transmitted in frames with synchronization bits
which are used to be sure the timing of transmission and reception of data is accurate)
Synchronous modems are one of binary synchronous communications protocol:
- HDLC (High Level Data Link Control),
- SDLC (Synchronous Data Link Ccontrol ).

Set of V-series standards developed by the International Telecommunications Union
which indicate the speed of the modem:

- V.22bis (2 400 bps)
- V.32 (9 600 bps)
- V.32bis (14 400 bps)
- V.32ter (19 200 bps)
- V.34 (28 800 bps)
- V.42 (57 600 bps)

Access methods: Modem link over the PSTN

Modem = Modulator + Demodulator

Modem converts the digital signal
into an analog signal for transmission
through the voice channel of PSTN.

DTE = Data terminal equipment
DCE = Data circuit terminating equipment or data communications

equipment

PCM = Pulse code modulation

Application protocol

Transport protocol

Network - access protocol

Communications

network

Application

Transport

Network

Access

Application

Transport

Network

Access

A

B

Reference Model

for Open Sytsems Interconnection

(simplified)

Physical Layer

(PHY)

Medium Access

Layer (MAC)

Logical Link Control

(LLC)

Network Layer

Session Layer

Presentation Layer

Application

Physical Layer

(PHY)

Medium Access

Layer (MAC)

Logical Link Control

(LLC)

Network Layer

Session Layer

Presentation Layer

Application

M

a
n
a
g
e

m

e
n

t

M

a
n
a
g
e

m

e
n

t

Transport Layer

Transport Layer

.

LAN Reference model

Warstwa

fizyczna

Warstwa

dostępu do medium

Warstwa sterowania

łączem logicznym

Warstwy wyższe

realizowane przez

oprogramowanie

urządzeń końcowych

Implementacyjny model odniesienia LAN.

Dołączenie
do medium

Medium fizyczne

LAN Reference model

• Warstwy 1 i 2 to: usługi bezpośrednie

• 3, 4, 5 realizują: usługi końcowe

• 6 i 7 są to usługi dla użytkownika

Layers of OSI and LAN Model

LAN

LAYERS

OSI

LAYERS

Logical link control

(LLC)

Medium access control

(MAC)

Physical (PHY)

Higher layers

Application

Presentation

Session

Transport

Network

Data link

Physical

I E E E 8 0 2 .1 - H i g h L a y e r I n t e r f a c e
I E E E 8 0 2 .2 - L o g i c a l L i n k C o n tr o l
I E E E 8 0 2 .3 - C S M A / C D E t h e r n e t
I E E E 8 0 2 .3 u - F a s t E th e r n e t
I E E E 8 0 2 .3 z - G i g a b i t E th e r n e t
I E E E 8 0 2 .4 - T o k e n B u s N e t w o r k
I E E E 8 0 2 .5 - T o k e n R i n g N e tw o r k

I E E E 8 0 2 .6 - M e t r o p o l i ta n A r e a N e t w o r k
I E E E 8 0 2 .7 - B r o a d b a n d O p t i c T e c h n i c a l A d v i s o r y G r o u p
I E E E 8 0 2 .8 - F i b e r O p ti c T e c h n i c a l A d v i s o r y G r o u p
I E E E 8 0 2 .9 - I n te g r a t e d V o i c e a n d D a t a L A N I n t e r f a c e
I E E E 8 0 2 .1 0 - S t a n d a r d F o r I n t e r o p e r a b l e L A N S e c u r i t y
I E E E 8 0 2 .1 1 - C S M A / C A W i r e l e s s L A N
I E E E 8 0 2 .1 2 - 1 0 0 V G - A n y L A N

L o g ic a l L in k C o n t r o l P r o t o c o l 8 0 2 .2

8 0 2 .3

C S M A / C D

B U S

8 0 2 .4

T o k e n

P a s s i n g

B U S

8 0 2 .5

T o k e n

P a s s i n g

R i n g

8 0 2 .6

D Q D B

M A N

8 0 2 .7

M F O

....

H i g h L a y e r I n t e r f a c e 8 0 2 .1

Standardy komisji IEEE 802 dla

sieci teleinformatycznych

The OSI reference model

In the late 1970s the ISO began to work on a framework for a computer network
architecture that is known as the OSI reference model.
In 1982, ISO published ISO 7498 as a draft international standard.
CCITT/ITU-T published it as Recommendation X.200.

The OSI Reference Model

Host A

Host B

Data Transmission

Presentation Layer
(provides the syntax
of data in the model)

Session Layer
(provides organised means
to exchange data between users

Incorporated

into Application Layer

OSI Model

SAP - Service Access Point
CEP - Connection End Point
PDU - Protocol Data Unit

OSI: Entities & SAPs

OSI: Connections

OSI & TCP/IP

IP Protocol Stack

Link Layer

RARP

Telnet

FTP

SIP

RTP

RSVP

SNMP

User

application

UDP

H.323

IGMP

IP

TCP

ICMP

ARP

 File Transfer Protocol (FTP)

 Simple Mail Transfer Protocol (SMTP)

 Telnet

 Hypertext Transfer Protocol (HTTP)

 Simple Network Management Protocol (SNMP)

 Remote Procedure Call (RPC)

 DNS (Domain Name System) service provides TCP/IP host name to IP address resolution.

TCP/IP & OSI model

Protocol Layers:

The TCP/IP Hourglass Model

Network layer

Token

Ring

ATM

X.25

PPP

Frame

Relay

HDLC

Ethern

et

IP

UDP

TCP

HTTP

FTP

Telnet

DNS

SMTP

Audio

Video

RTP

Data link layer

Transport layer

Application layer