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