WYKŁAD nr 9 - SIECI KOMPUTEROWE (2)

UTP

• UTP (ang. Unshielded Twisted Pair) - skrętka nieekranowana.

• Skrętka wykonana z dwóch przewodów, ze zmiennym splotem (zwykle 1 zwój na 6-10 cm)

• Stosowana w sieciach telefonicznych (jedna, dwie lub cztery pary) i w kablach komputerowych (cztery skrętki w kablu).

• Używany jest różny skręt w celu minimalizacji przesłuchów zbliżnych NEXT i zdalnych FEXT.

• Przydatność do transmisji cyfrowych określają kategorie,

• przydatność do aplikacji - klasy kabli miedzianych.

• Za pomocą skrętek UTP (cztery pary) uzyskuje się standardowe przepływności do 100 Mb/s (kat. 5), oraz 1 Gb/s w technologii Gigabit Ethernet.

• W sieciach komputerowych konieczne są skrętki kategorii 3 (10 Mb/s) i kategorii 5 (100 Mb/s)

FTP & STP

• FTP (ang. Foiled Twisted Pair) - skrętka foliowana. Skrętka miedziana ekranowana z użyciem folii oraz z przewodem uziemiającym. Wykorzystywana do budowy sieci nawet do kilku kilometrów. Używana do budowy sieci Gigabit Ethernet (1 Gb/s) z wykorzystaniem wszystkich czterech par okablowania miedzianego kat. 5.

- STP (ang. Shielded Twisted Pair) - skrętka ekranowana. Miedziane medium transportowe

sieci komputerowej, wykonane z dwóch skręconych przewodów wraz z ekranem w postaci oplotu. Ekranowanie zwiększa odporność na zakłócenia impulsowe oraz szkodliwe przesłuchy w porównaniu UTP

Kategorie kabli

• Kategorie kabli miedzianych wyspecyfikowane w EIA/TIA

• Przydatność do transmisji określona w MHz

• kategoria 1 -nieekranowana skrętka telefoniczna, wykorzystywana wyłącznie do przesyłania głosu

• kategoria 2 - nieekranowana skrętka, szybkość transmisji do 4 MHz.

• kategoria 3 - skrętka o szybkości transmisji do 10 MHz. Kabel zawiera 4 pary skręconych przewodów

• kategoria 4 - skrętka działająca z szybkością do 16 MHz. Kabel zbudowany jest z czterech par przewodów

• kategoria 5 - skrętka z dopasowaniem rezystancyjnym. Przeznaczona do transmisji danych z szybkością 100 MHz na odległość do 100 m

• kategoria 5e - (enchanced) - ulepszona wersja kabla kategorii 5. Jest zalecana do stosowana w przypadku nowych instalacji

• kategoria 6 - skrętka umożliwiająca transmisję z częstotliwością do 200 MHz.

Typy połączeń przewodów

• Dwa typy podłączeń w sieciach 10Base-T i 100Base-TX końcówek RJ-45:

• Zgodne (proste) - żyły w przewodzie połączone w sposób: styk pierwszy we wtyczce pierwszej do styku pierwszego we wtyczce drugiej, 2 do 2, 3 do 3, itd.

• Krzyżowe (cross-over)- zamienione dwie pary wewnętrznych przewodów (1-3, 2-6).

Elementy montażowe

• Panel krosowniczy

• Patchcord

Światłowód

• Światłowód jest falowodem, w którym przesyłana jest promieniowanie świetlne

• Złożony jest z włókien dielektrycznych, okrytych otuliną z tworzywa sztucznego

• Współczynnik załamania światła jest większy niż dla szkła

• Promień światła rozchodzi się w światłowodzie po drodze będącej łamaną

• Transmisja światłowodowa polega na przesyłaniu sygnału optycznego wewnątrz włókna szklanego.

• Podstawowym składnikiem do budowy światłowodu jest dwutlenek krzemu

Budowa światłowodu

• Włókno optyczne - złożone jest z dwóch rodzajów szkła o różnych współczynnikach załamania:

• rdzeń przeważnie o średnicy 62,5 um

• płaszcz zewnętrzny o średnicy 125 um;

• Warstwa akrylowa Tuba - izolacja o średnicy 900 um.

• Oplot kewlarowy.

• Izolacja zewnętrzna.

Transmisja w światłowodzie

• Do włókna szklanego wprowadzane są promienie optycznie generowane przez laserowe źródło światła

• Światłowód posiada tłumienie bliskie zeru i jest obecnie najlepszym medium transmisyjnym

• Kabel światłowodowy złożony jest od jednego do kilkudziesięciu włókien światłowodowych.

• Dla promieni w zakresie bliskim podczerwieni współczynnik załamania światła w płaszczu jest mniejszy niż w rdzeniu. Gwarantuje to całkowite wewnętrzne odbicie promienia i prowadzenie go wzdłuż osi włókna.

• Zewnętrzną warstwę światłowodu pokryta jest akrylonem poprawiającym elastyczność światłowodu oraz zabezpieczający go przed uszkodzeniami.

Rodzaje światłowodów

• Światłowody jednomodowe

• większe pasmo przenoszenia oraz transmisję na większe odległości niż światłowody wielomodowe.

• koszt światłowodu jednomodowego wyższy.

• Średnica rdzenia 5-10 mikronów, średnica płaszcza 125 mikronów

• Światłowody wielomodowe

• Fala może rozchodzić się wieloma drogami

• Różna prędkość dla każdego z modów powoduje rozmycie impulsu na wyjściu

• średnica rdzenia 50 lub 62,5 mikrometra

• Światłowody wielomodowe: gradientowe i skokowe

Światłowody wielomodwe

• Skokowy:

• Budowa warstwowa.

• Każda warstwa inaczej domieszkowana, dzięki czemu współczynnik załamania światła zmienia się w sposób ciągły.

• Dla różnych modów (poruszających się po łukach) ta sama prędkość rozchodzenia wzdłuż kabla.

• Fale rozchodzące się w większej odległości od środka poruszają się w warstwach o mniejszym współczynniku załamania,

• Gradientowy

• współczynnik załamania zmienia się skokowo pomiędzy rdzeniem i płaszczem.

• Mody prowadzone są w rdzeniu pod różnymi kątami - różna droga do przebycia.

• prędkość rozchodzenia światła jest stała (w szkle 200 000 km/s), dlatego czasy przejścia promieni przez światłowód są różne.

• Zjawisko dyspersji międzymodowej, która powoduje poszerzenie impulsu docierającego na koniec światłowodu.

• Dyspersja powoduje ograniczenie pasma i odległości,

• Dyspersja chromatyczna występuje zarówno w światłowodach jednomodowych jak i w światłowodach wielomodowych.

Historia ethernetu, Aloha

• Aloha (sieć radiowa) prekursor sieci Ethernet.

• Sieć Aloha powstała na Uniwersytecie Hawajskim.

• Sieć Aloha umożliwiała komunikację między wyspami Archipelagu Hawajskiego.

• Komputer w sieci Aloha może w dowolnym momencie rozpocząć nadawanie.

• Jeżeli po określonym czasie nie było odpowiedzi od adresata, nadawca przyjmował, że nastąpiła kolizja w wyniku jednoczesnego nadawania we współdzielonym medium.

• W przypadku kolizji obaj nadawcy odczekiwali losowy przedział czasu zanim ponawiali nadawanie. Gwarantowało to poprawną transmisję.

• Przy dużej liczbie liczbie komputerów wykorzystanie kanału spadało do 18%, a po wprowadzeniu synchronizacji transmisji do 37%.

Historia ethernetu, Aloha

• Na podstawie Aloha, opracowano nowy system z mechanizmami:

• wykrywanie kolizji,

• wykrywanie zajętości kanału,

• współdzielony dostęp,

• W firmie Xerox PARC powstała pierwsza doświadczalna sieć komputerowa Alto Aloha Network.

• Rozwiązanie opisane w publikacji z 1976 roku artykułu w Communication of the Association for Computing Machinery (CACM): Bob Matcalfe, David Boggs - „Ethernet Distributed Packet Switching for Local Computer Networks”

• W 1977 roku otrzymano patent pod nazwą: „Multipoint Data Communication System With Collision Detection”.

• 1980 roku konsorcjum DIX (Digital-Intel-Xerox) opublikowało standard Ethernet pracujący z prędkością 10Mbps znany

Historia ethernetu

• Komisji 802.3 uznała standard DIX

• W 1985 roku 802.3 wydało standard IEEE pod nazwą: „IEEE 802.3 Carrier Sense Multiple Access witch Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications”.

• W miarę rozwoju opracowano gamę standardów 802.3

• Najważniejsze:

• wprowadzenie skrętki,

• kolejne szybkości ethernetu: 100Mb, 1Gb i obecnie 10Gb.

Podstawa działania

• Elementy sieci ethernet:

• Ramka: bity uporządkowane zgodnie z ich znaczeniem

• Protokół dostępu do medium: MAC Protocol zasady współdzielenia medium

• Urządzenia do transmisji sygnałów

• Medium fizyczne: kable i inne elementy wykorzystywane do przesyłania sygnału między stacjami

Ramka

• Istnieją 3 standardy ramek

• Ethernet 1 - nie wykorzystywana

• Ethernet 2 tzw. ramką DIX najczęściej stosowana,

• IEEE 802.x LLC,

• Ramki mogą współistnieć w tej samej sieci

• Różnice pomiędzy ramkami dotyczą: długości nagłówków, maksymalną długością ramki (MTU)

Protokół MAC

• Określa zasady dostępu do medium

• Dwa rodzaje protokołu MAC:

• deterministyczny: np. Token Ring (sieć w topologii pierścienia. Komputer nadający otrzymuje token na określny czas, w którym może nadawać)

• Niedeterministyczny: np. Ethernet (rywalizacja w dostępie do medium. Pojawiają się kolizje. Rozwiązanie kolizji z wykorzystaniem CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Colision Detection))

Protokół CSMA/CD

• Odpowiedzialny za cały proces transmisji danych

• Wysyłanie i odbieranie ramek z danymi

• Dekodowanie ramek, sprawdzanie zawartych w nich adresów przed przekazaniem do wyższych warstw modelu OSI

• Wykrywanie błędów wewnątrz ramek

• Urządzenie przechodzi w stan nasłuchiwania przed nadawaniem

• Wykrycie nośnej przez urządzenie oznacza, że medium jest zajęte

• Urządzenie nadaje początkową sekwencje bitów i słucha czy nie nastąpiła kolizja

• Wystąpienie kolizji powoduje wysłanie przez urządzenie nadające informacji. Wszystkie inne urządzenia wstrzymają nadawanie na losowo wygenerowany odstęp czasu

• Wystąpienie kolejnej kolizji powoduje ponowne podwojenie odcinka czasu, etc …

• Problem wykrycia kolizji, która wystąpiła na końcu sieci.

Protokoły warstwy IP

• Protokół IPv4 - Protokół IP nie posiada mechanizmów sygnalizowania błędów (wsparcie przez protokół ICMP)

• Protokół ICMP. Zajmuje się zgłaszaniem problemów z przesyłaniem pakietów oraz sterowaniem.

• Protokół IGMP. Efektywniejsze rozsyłanie pakietów. Wykorzystywany przy rozsyłaniu grupowym w oparciu o adresy grupowe.

• Protokół IPv6. Następca IPv6 z zwiększoną długością adresu.

Protokół IPv4

• Protokół opisany w RFC 791

• Założenia dla protokołu IP pozwalają do pracowania w „warunkach ekstremalnych” np. w czasie dużych awarii.

• Protokół IP zajmuje się wyborem optymalnej drogi oraz przesłaniem nią pakietów

• W sytuacji wystąpienia awarii protokół będzie się starał dostarczyć pakiety inną drogą

Cechy IPv4

• Protokół bezpołączeniowy. Pakiety przesyłane różnymi trasami, gdzie na końcu składane są w całość

• Pakiety nie są potwierdzane. Brak zabezpieczeń przed ewentualną awarią w sieci.

• Przesyłanie danych odbywa się strumieniowo. Dane z wyższych warstw są enkapsulowane w protokole IP.

Protokół ICMP

• Internet Control Message Protocol, opisany w RFC 792

• Zajmuje się sprawdzaniem dostępności sieci docelowej.

• Zadaniem nie jest rozwiązywanie problemów z siecią IP, ale zgłoszenie braku łączności

• Komunikaty ICMP wysyłane są przez bramy lub hosty

• Powody wysłania komunikatów: przeciążenie routera lub hosta,

• Komunikaty ICMP są enkapsulowane do IP. Komunikat ICMP jest przesyłany w datagramie IP.

• Komunikat ICMP = nagłówek + dane

• Najważniejsze informacje zawarte w polu Typ i Kod.

Protokół IGMP

• Internet Group Management Protocol, opisany w RFC 1112

• Protokół do zarządzania grupami internetowymi

• Opracowany z myślą dogodnej komunikacji grupowej

• Działanie podobne do przesyłania sygnału radiowego/telewizyjnego

• Pakiety w typie transmisji grupowej (mulitcast) wysyłane są na adres grupowy IP.

Typy transmisji

• Multicast

• Unicast

• Broadcast