Computer Communication Neworks Project - University of Patras - Electrical and Computer Engineering

1. Αρχιτεκτονικό των τοπικών δικτύων
Πανεπιςτόμιο Πατρών
Πολυτεχνικό ΢χολό
Σμόμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών
και Σεχνολογύα Τπολογιςτών
Έτοσ
: 2011
΢υμμετϋχοντεσ:
Nτινόπουλοσ Κων/νοσ
Παπαδόπουλοσ Γεώργιοσ-Μϊριοσ
Σουλγαρύδησ Νικόλαοσ
Υραγκϊκησ Κων/νοσ-Aλϋξανδροσ

2. Ειςαγωγό ςτα LAN
2. Ιςτορικό εξϋλιξη των LAN
3. Kατηγορύεσ των LAN
1.
Token Ring
ii. Ethernet
iii. FDDI
iv. Αςύρματα LAN
v. Εικονικϊ τοπικϊ δύκτυα (VLAN)
i.
4. Μϋθοδοι βελτύωςησ τησ επύδοςησ τουσ
5. Τλοπούηςη ενόσ LAN

3. • Σι εύναι δύκτυο;
• Aρχιτεκτονικό των δικτύων
• Ιεραρχύεσ Πρωτοκόλλων
• Εύδη δικτύων
•
•
•
Με βϊςη την γεωγραφικό ανϊπτυξη
Με βϊςη τον τηλεπικοινωνιακό φορϋα εξυπηρϋτηςησ
Με βϊςη την τεχνικό προώθηςησ τησ πληροφορύασ
• Περιγραφό τοπικών δικτύων

4. Ιςτορική
εξζλιξη
των LAN
•
Πότε αναπτύχθηκαν;
•
Πούο εύναι το ευροσ που θα μπορούςε
να ϋχει κϊποιοσ πρόςβαςη ςτο δύκτυο;
•
Eξϋλιξη των καλωδύων με την πϊρωδο
του χρόνου και ςημερινό τεχνολογύα
που χρηςιμοποιεύται.
•
Εταιρεύεσ που κυριαρχούςαν.

5. Token Ring
(Δακτφλιοσ με
κουπόνι)(1/2)
•
Αναπτύχθηκε
το
1960, υλοποιόθηκε από την
IBM και αποτελεύ την βϊςη
του πρωτύπου ΙΕΕΕ 802.5
•
Φρόςη
τοπολογύασ
δακτυλύου(ring)
με
περιφερόμενο ςε αυτόν
κουπόνι(token)
•
Μετϊδοςη δεδομϋνων από
ϋνα κόμβο κϊθε φορϊ
•
Ρυθμού
μετϊδοςησ
δεδομϋνων 4Mbps ό 6Mbps
ό 100Mbps

6. Token Ring
(Δακτφλιοσ με
κουπόνι)(2/2)
•
Μϋγιςτοσ αριθμόσ κόμβων ανϊ δακτύλιο
250
•
Ογκώδησ και ςχετικϊ εύθραυςτοσ τύποσ
καλωδύωςησ (IBM “Σύπου 1”)
•
Καλό απόδοςη ςε ςυνθόκεσ μεγϊλησ
ςυμφόρηςησ
•
Πολύ χαμηλό απόδοςη ςε χαμηλό φορτύo
•
Μεγαλύτερη αςφϊλεια από το Ethernet
•
Μη ευρϋωσ χρηςιμοποιούμενη μϋθοδοσ
λόγω τησ κυριαρχύασ του Ethernet

7. Ethernet(1/2)
• Kαταςκευϊςτηκε από τουσ Robert Metcalfe και David
Boggs
• Ακολουθεύ το μοντϋλο OSI ςτα δύο πρώτα επύπεδα
• Λόγω τησ επιτυχύασ του οι Xerox, INTEL και DEC
ςχεδύαςαν ϋνα πρότυπο για το Ethernet που αποτελεύ
βϊςη για το 802.3
• Λόγω ανϊγκησ αύξηςησ τησ ταχύτητασ ακολούθηςαν
αρκετϋσ εκδόςεισ του Ethernet :
Shared Ethernet-Switched Ethernet -Fast EthernetGigabit Ethernet-10 Gigabit Ethernet

8. Ethernet(2/2)
 Shared Ethernet: εύναι μύα ετικϋτα για τισ παλιϋσ τεχνικϋσ που
χρηςιμοποιούςε το Ethernet (10Μb/sec )
 Switched Ethernet: CSMA/CD ,πρωτόκολλο πολλαπλόσ πρόςβαςησ
με ανύχνευςη φϋροντοσ και ανύχνευςη ςύγκρουςησ
 Fast Ethernet: υποδιαιρεύται ςε πολλϊ υποςύνολα δικτύων τα οπούα
ομαδοποιούνται με βϊςη το φυςικό μϋςο επικοινωνύασ, τη δομό, τη
φόρμα του δικτύου και την προσ τα πανω/κατω και πλευρικό
ςυμβατότητα
 Gigabit Ethernet: Σο Gigabit Ethernet ακολουθεύ την ύδια λογικό με
το Fast Ethernet.
 10 Gigabit Ethernet

9. Χαρακτηριςτικά
Ethernet
•
•
•
•
2 εύδη καλωδύων: Ομοαξονικϊ
(thin και thick) και για
περιοριςμϋνεσ
ςυνθόκεσ
ςυνεςτραμμϋνα ζεύγη
Σεχνικϋσ
εντοπιςμού
ςφαλμϊτων: Μϋτρηςη του
χρόνου ανϊκλαςησ
Κωδικοπούηςη ςημϊτων ανϊ bit
κατϊ Manchester με ςτόχο το
γρόγορο
και
εύκολο
ςυγχρονιςμό πομπού και δϋκτη
Φρόςη
επαναληπτών
και
γεφύρων με ςτόχο την επϋκταςη
του ςόματοσ με μϋγιςτο μόκοσ
τα 2.5 km
(1 επαναλόπτησ ανϊ 500 m)

10. Δομή του πλαιςίου 802.3
Κϊθε πλαύςιο περιϋχει:
a)
Aκολουθύα ςυγχρονιςμού 7 byte όπου κϊθε μύα περιϋχει την ακολουθύα 10101010
b)
Byte αρχόσ 10101011
c)
Δύο διευθύνςεισ, μύα για το προοριςμό και μύα για την πηγό. Σο πρότυπο επιτρϋπει
διευθύνςεισ των 2 εωσ 6 bytes.
d)
Πεδύο μόκουσ: το πρότυπο 802.3 καθορύζει ότι τα πλαύςια πρϋπει να ϋχουν μόκοσ
τουλϊχιςτον 64 bytes από την διεύθυνςη προοριςμού μϋχρι το ϊθροιςμα ελϋγχου
και ότι ςε περύπτωςη που το τμόμα δεδομϋνων του πλαιςύου ϋχει μόκοσ μικρότερο
από 46 bytes γύνεται ςυμπλόρωςη.
e)
Άθροιςμα ελϋγχου (checksum): κωδικόσ 32 bits που παρϊγεται από τα δεδομϋνα.
΢ε περύπτωςη λϊθουσ αυτό θα ϋχει ςχεδόν ςύγουρα αντύκτυπο ςτο ϊθροιςμα αυτό.
Ο αλγόριθμοσ του αθρούςματοσ ελϋγχου εύναι ϋνασ κυκλικόσ ϋλεγχοσ πλεοναςμού.

11. MAC address
 Μϋςω των διευθύνςεων MAC επιτυγχϊνεται η αναγνώριςη των
ςταθμών που ανόκουν ςε δύκτυϊ 802.3
 Η διεύθυνςη αυτό εύναι ϋνασ μοναδικόσ δεκαεξαδικόσ ςειριακόσ
αριθμόσ που καθορύζεται ςε κϊθε ςταθμό ενόσ δικτύου Ethernet για
να αναγνωρύζεται μονοςόμαντα από το δύκτυο
 Εύναι ακριβώσ 6 bytes ςε μόκοσ και γρϊφεται ςε δεκαεξαδικό μορφό
 Κϊθε καταςκευαςτόσ ελεγκτών Ethernet ϋχει μύα προκαθοριςμϋνη
περιοχό αριθμών και ϋτςι τα τρύα πρώτα bytes μιασ διεύθυνςησ MAC
καθορύζουν το καταςκευαςτό.

12. Τεχνικζσ αποφυγήσ ςυγκροφςεων
 Η βαςικό τεχνικό εύναι η δυαδικό εκθετικό υποχώρηςη:
Μετϊ την πρώτη ςύγκρουςη, κϊθε ςταθμόσ περιμϋνει 0 ό 1 ςχιςμό
χρόνου πριν προςπαθόςει ξανϊ. Εϊν δυο ςταθμού ςυγκρουςτούν και ο
καθϋνασ διαλϋξει τον ύδιο τυχαύο αριθμό, θα ςυγκρουςτούν ξανϊ. Μετϊ
την δεύτερη ςύγκρουςη ο καθϋνασ διαλϋγει ςτην τύχη 0,1,2 ό 3 και
περιμϋνει αυτόν τον αριθμό των ςχιςμών χρόνου. Εϊν γύνει και τρύτη
ςύγκρουςη (η πιθανότητα να ςυμβεύ αυτό εύναι 0.25), τότε επιλϋγεται για
την επόμενη φορϊ ο αριθμόσ των ςχιςμών αναμονόσ τυχαύα από το
διϊςτημα 0 ωσ 23-1.
Γενικϊ, μετϊ από κ ςυγκρούςεισ επιλϋγεται ϋνασ τυχαύοσ αριθμόσ
μεταξύ του 0 και 2κ-1 ο ςταθμόσ περιμϋνει αυτόν τον αριθμό των
ςχιςμών. Ωςτόςο όταν ϋχουν ςυμβεύ 10 ςυγκρούςεισ, το τυχαύο διϊςτημα
ςταθεροποιεύται ςε ϋναν μϋγιςτο αριθμό 1023 ςχιςμών. Μετϊ από 16
ςυγκρούςεισ ο ελεγκτόσ αναφϋρει βλϊβη πύςω ςτον υπολογιςτό. Ο
λόγοσ εύναι διότι η πιθανότητα να ςυμβεύ χωρύσ να υπϊρχει κϊποιο
ςφϊλμα περϊ από την πιθανότητα να διαλϋγουν ςυνϋχεια τον ύδιο αριθμό
εύναι περύπου ύςη με 1/16! πρϊγμα εξαιρετικϊ ςπϊνιο.

13. FDDI
(Fiber Distributed
Data Interface)(1/2)
•
Πρόκειται για ϋνα ςύςτημα τοπικού
δικτύου που εύναι τυποποιημϋνο από τισ
ANSI
•
Τποςτηρύζει ρυθμούσ τησ τϊξεωσ των
100
Mbps,
κϊνοντασ
χρόςη
ςυςτημϊτων οπτικών ινών.
•
Η τοπολογύα του FDDI (Fiber
Distributed Data Interface – Οπτικό
Διαςύνδεςη
Κατανεμημϋνων
Δεδομϋνων)
εύναι
διπλόσ
δακτύλιοσ, ώςτε το ςύςτημα να μπορεύ
να ανακϊμπτει όποτε ο πρωτεύον
δακτύλιοσ παθαύνει βλϊβη. (βλ.εικόνα)
Η πρόςβαςη ςτο δύκτυο ρυθμύζεται με τη χρόςη
κουπονιού.Σα πλαύςια δεδομϋνων διακρύνονται ςε
δύο ειδών:
1. Σα ςύγχρονα (synchronous)για κυκλοφοριακό
real-time
2. Σα αςύγχρονα (asynchronous)
Κϊθε ςταθμόσ ϋχει ςτη διϊθεςη του ςυγκεκριμϋνο
χρονικό διϊςτημα να ςτεύλει δεδομϋνα.Πρώτα
ςτϋλνει τα ςύγχρονα πλαύςια (S-frames) και ύςτερα
τα αςύγχρονα(A-frames).

14. FDDI
(Fiber Distributed Data
Interface)(2/2)
Ο διαχειριςτόσ του ςυςτόματοσ
καθορύζει τρεύσ παραμϋτρουσ:
• SA(Synchronous Allocation):
Σο χρονικό διϊςτημα ςτο οπούο
κϊθε ςταθμόσ μπορεύ να ςτϋλνει
ςύγχρονα πλαύςια(S-frames).
Διαφϋρει από ςταθμό ςε
ςταθμό.
• TTRT(Target Token Rotation
Time): εύναι ο μϋςοσ χρόνοσ
περιςτοφόσ του κουπονιού
μϋςα ςτο δακτύλιο.
• AMT(Absolute
Maximum
Time): Εύναι διπλϊςιοσ του
TTRT και καθορύζει πότε
κϊποιοσ ςταθμόσ μονοπωλεύ ό
όχι το δύκτυο.
Ο κϊθε ςταθμόσ διαθϋτει δύο χρονόμετρα:
• TRT(Token Rotation Timer): Μετρϊει το χρόνο περιςτροφόσ του κουπονιού ςτο δακτύλιο.
• THT(Token Holding Timer): Μετρϊει το χρονικό διϊςτημα για το οπούο ο ςταθμόσ δεςμεύει
το κουπόνι. Ο ρόλοσ του εύναι να δεύξει πόςοσ χρόνοσ παρϋμεινε για την αποςτολό
αςύγχρονων πακϋτων, αφού τελεύωςει η μετϊδοςη των ςύγχρονων.

15. Αςφρματα LAN
 Τν IEEE 802.11 είλαη κηα νηθνγέλεηα πξνηύπωλ ηεο IEEE γηα αζύξκαηα ηνπηθά δίθηπα
(WLAN , Wireless Local Access Network) πνπ είραλ ωο ζθνπό λα επεθηείλνπλ ην
802.3 (Ethernet, ην ζπλεζέζηεξν πξωηόθνιιν ελζύξκαηεο δηθηύωζεο ππνινγηζηώλ)
ζηελ αζύξκαηε πεξηνρή. Τα πξόηππα 802.11 είλαη επξύηεξα γλωζηά ωο «WiFi» επεηδή
ε WiFi Alliance, έλαο νξγαληζκόο αλεμάξηεηνο ηεο IEEE, παξέρεη ηελ πηζηνπνίεζε γηα
ηα πξνϊόληα πνπ ππαθνύλ ζηηο πξνδηαγξαθέο ηνπ 802.11.
 Η ΙΕΕΕ 802.11 πεξηγξάθεη κόλν ηα δύν θαηώηεξα επίπεδα ηνπ OSI, δειαδή ην θπζηθό
επίπεδν (PHY, Physical Layer) θαη ην επίπεδν ζύλδεζεο δεδνκέλωλ (MAC, Medium
Access Control). επηηξέπνληαο έηζη ζε νπνηαδήπνηε εθαξκνγή λα εξγάδεηαη πάλω ζε
ζπζθεπή 802.11 όπωο αθξηβώο ζα εξγαδόηαλ πάλω από Ethernet. Οη ζπζθεπέο
802.11 δειαδή κεηαθέξνπλ δηαθαλώο ηελ πιεξνθνξία από ηα πην πάλω επίπεδα ηνπ
OSI.

16. 802.11
802.11
802.11b
802.11a
802.11g
1997
1999
1999
2003
2
11
54
54
Μέθοδοι
μετάδοςησ
IR/ FHSS/
DSSS
CCK
OFDM
CCK & OFDM
Υποςτηριζόμενοι
ρυθμοί μετάδοςησ
1, 2 Mbps
1, 2, 5.5, 11Mbps
6, 9, 12, 18, 24, 36, 48,
54Mbps
OFDM: 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48,
54Mbps
CCK: 1, 2, 5.5, 11Mbps
5.15 - 5.35GHz
5.425 - 5.675GHz
5.725 - 5.875GHz
2.4 – 2.497 GHz
~35 m
~38 m
Ημερομηνία
Μέγιςτοσ ρυθμόσ
μετάδοςησ
(Mbps)
Συχνότητεσ
Εμβέλεια
εςωτερικών
χώρων
915MHz,
2.4 – 2.497 GHz
2.4GHz,
5.2GHz ό
υπϋρυθρη
μετϊδοςη ςτα
850nm ωσ
900nm
~20 m
~38 m
FHSS: Frequency-hopping spread spectrum
CCK: Complementary Code Keying
OFDM: Orthogonal frequency-division multiplexing

17. Τοπολογίεσ και Τρόποι λειτουργίασ (1/2)
 IBSS, Independent
Basic Service Set ό
Peer-to-Peer ό
Ad-Hoc

18. Τοπολογίεσ και Τρόποι λειτουργίασ (2/2)
 Infrastructure Mode
1.
Infrastructure Basic Service Set
2.
Extended Service Set, ESS

19.  Τύποι Συςκευών
Ορύζονται από το πρότυπο 802.11 οι εξόσ τύποι ςυςκευών:
o ΢ημεύο πρόςβαςησ (AP, Access Point)
o Αςύρματοσ ςταθμόσ
o Επαναλόπτησ (Repeater)
o Γϋφυρα (Bridge)
o WDS (Wireless Distribution System)
 Οι βαςικέσ λειτουργίεσ που ορίζονται για τισ αςύρματεσ
ςυςκευέσ
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
Αυθεντικοπούηςη
Αςφϊλεια δεδομϋνων
΢υςχϋτιςη
Μετϊδοςη δεδομϋνων
Περιαγωγό
Πρόςβαςη ςτο μϋςο μετϊδοςησ (MAC, Medium Access Control)
Ανύχνευςη λαθών
Κατϊτμηςη πακϋτων
Διαχεύριςη ιςχύοσ
Δυναμικό προςαρμογό ρυθμού μετϊδοςησ

20. Εικονικά τοπικά
δίκτυα(VLAN)
 Ειδικό κατηγορύα τοπικών δικτύων με
ικανότητα διαςύνδεςησ υπολογιςτών
ανεξαρτότωσ γεωγραφικόσ θϋςησ
(παρϊδειγμα).
 Κύριο χρηςιμοποιούμενοπρωτόκολλο
το IEEE 802.1Q
 Φωρύζονται ςε ςτατικϊ και δυναμικϊ
 Εναλλακτικό λύςη για τον φυςικό
διαχωριςμό δικτύων
 Αυξημϋνη προςταςύα ςε ςχϋςη με τα
ϊλλα εύδη δικτύων

21. Μζθοδοι βελτίωσης της επίδοσης
των LAN
•
Αντικατϊςταςη του Ethernet και του Token Ring με το FDDI
•
Μειώςη του πλόθουσ των κόμβων ενόσ Ethernet ό Token Ring διαιρώντασ ςε
τμόματα το δύκτυο που ςυνδϋονται με ςυςκευϋσ αποθόκευςησ και προώθηςησ ό
μεταγωγόσ.
•
Προϋκταςη τησ παραπϊνω λογικόσ ώςτε να υπϊρχει ϋνα μόνοσ κόμβοσ ανϊ
τμόμα, ο οπούοσ κϊνει χρόςη ολόκληρου του εύρουσ ζώνησ του φυςικού μϋςου
•
Αύξηςη του εύρουσ ζώνησ του Ethernet
•
Διατόρηςη του Ethernet ωσ ϋχει και προςθόκη κϊποιου μηχανιςμού που
προςφϋρει επιπλϋον εύροσ ζώνησ για να υποςτηριχθεύ ο ιςοχρονιςμόσ
•
Εγκατϊλειψη των τεχνολογιών κοινού φυςικού μϋςου. Με ϊλλα λόγια, υιοθϋτηςη
τησ τεχνολογύασ ATM
•
Μύξη τησ τεχνολογύασ ATM και Ethernet