Principy a možnosti počítačových sítí RNDr. Jaroslav PELIKÁN, Ph.D. katedra počítačových systémů a komunikací Fakulta informatiky Masarykovy univerzity Botanická 68a, 602 00 BRNO (: +420 – 549 495 751 E-mail: pelikan@fi.muni.cz http://www.fi.muni.cz/usr/pelikan Osnova (1) • Počítačové sítě • Přenosová média používaná v počítačových sítích: – koaxiální kabel – kroucená dvojlinka – optický kabel • Rozdělení počítačových sítí • Topologie počítačových sítí: – fyzické topologie – logické topologie Osnova (2) • Přístupové metody: – deterministické (centralizované, decentralizované) – pravděpodobnostní • Architektury počítačových sítí: – Ethernet (10Base2, 10Base5, 10BaseT, …) – Fast Ethernet (100BaseT, 100BaseVG) – Gigabit Ethernet (1000BaseX, 1000BaseT) – 10 Gigabit Ethernet – FDDI – ATM Osnova (3) • Bezdrátové lokální počítačové sítě – WLAN: – topologie pro WLAN – rozdělení bezdrátových počítačových sítí – Wireless Ethernet (IEEE 802.11x) • Standard ISDN • Technologie DSL • Virtuální lokální sítě – VLAN • Hierarchie digitálních signálů • Síť SONET Literatura • Stallings, William: Local & Metropolitan Area Networks, Prentice Hall 2000 • Hejna, Ladislav: Lokální počítačové sítě, Praha: Grada 1994 • Schatt, Stan: Počítačové sítě LAN od A až do Z, Praha: Grada 1994 • Thomas, Robert M.: Lokální počítačové sítě, Praha: Computer Press 1996 • Feibel, Werner: Encyklopedie počítačových sítí, Praha: Computer Press 1996 Počítačová síť – Network • Síť tvořená vzájemně propojenými počítači • Jednotlivé počítače se označují jako stanice (workstations), popř. uzly (nodes) • Propojení počítačů je realizováno pomocí: – přenosového média – síťové karty (NIC – Network Interface Card) • Umožňuje přenos dat mezi počítači a posky-tování síťových služeb (sdílení diskových kapacit, tisk na tiskárnách apod.) Přenosová média • Fyzická média, kterými jsou přenášena data, hlasový signál nebo jiný typ signálu ke svému cíli • Mezi nejběžnější přenosová média patří: – elektrické vodiče (obvykle měděné): • koaxiální kabel (silný, tenký) • kroucená dvojlinka – optická vlákna – vzduch (bezdrátový přenos) Koaxiální kabel (Coaxial Cable) Kroucená dvojlinka (TP – Twisted Pair) Optický kabel (1) (FP – Fibre Optic) Optický kabel (2) • Označovaný též jako fiber optic • Médium, které přenáší signály prostřednictvím světla (nikoliv elektřiny) • Systém pro přenos informací optickým kabelem: Optický kabel (3) • Rozdělení optických kabelů: – jednovidové (single-mode): • jádro je velmi úzké (méně než 10 mikronů) • světlo může v jádru postupovat jen jednou cestou • má velmi malý útlum Optický kabel (4) – multividové (multi-mode): • mají tlustší jádro • světelný paprsek má více prostoru a může probíhat v jádru více cestami • více módů (světelných průběhů) v přenosu může vést k rušení signálu na straně přijímače • vyrábějí se dva typy: – step index – graded index Optický kabel (5) – multi-mode step index: • kabel se skokovou změnou v indexu lomu Optický kabel (6) – multi-mode graded index: • kabel s postupnou změnou indexu lomu • vede lépe světelný signál a má nižší útlum i menší modální disperzi Síťová karta (1) • Karta umožňující připojení počítače do po-čítačové sítě • Určuje, do jakého typu sítě (síťové architek-tury) může být počítač připojen: – Ethernet – Fast Ethernet – Gigabit Ethernet – 10 Gigabit Ethernet – Token-Ring – ATM (Asynchronous Transfer Mode) – ARCnet Síťová karta (2) Rozdělení počítačových sítí (1) • Podle rozsahu: – LAN (Local Area Network): • rozsah cca do 1 km • většinou síť v rámci jedné organizace • obsahuje řádově desítky až stovky počítačů • spravovaná jedním administrátorem či skupinou vzájemně spolupracujících administrátorů • příklad: počítačová síť ve škole Rozdělení počítačových sítí (2) – MAN (Metropolitan Area Network): • rozsah cca do 160 km • používá zpravidla přenosové rychlosti nad 100 Mb/s – WAN (Wide Area Network): • sítě velkého rozsahu (stovky, tisíce km) • spojuje jednotlivé LAN, MAN, ... • obsahuje tisíce počítačů • spravovaná na sobě nezávislými skupinami administrátorů • příklad: Internet Rozdělení počítačových sítí (3) • Podle přístupu počítače do sítě: – peer-to-peer: • vhodné pro sítě s menším počtem počítačů (do 10) • žádný počítač není stále server a žádný počítač není stále client • každý počítač může být v jistém okamžiku serverem i clientem • podporovány OS MS-Windows 3.11 (9x, Me, NT, 2000, XP), Lantastic, NetWare Lite Rozdělení počítačových sítí (4) – Client-Server: • pevně je určeno, které počítače jsou servery a které jsou pracovní stanice • vhodné pro sítě s větším počtem počítačů (nad 10) • podporovány OS MS-Windows NT (2000, XP), Novell NetWare, UNIX Rozdělení počítačových sítí (5) • Podle rychlosti přenosu dat: – do 256 kb/s: • první sítě s počítači Apple MacIntosh – do 10 Mb/s: • sítě pro kancelářské aplikace • Ethernet, ARCnet, Token-Ring – do 100 Mb/s: • průmyslové aplikce • Fast Ethernet (100 Mb/s) – nad 100 Mb/s: • Gigabit Ethernet (1 Gb/s) • ATM (155,52 Mb/s až 2,488 Gb/s) Rozdělení počítačových sítí (6) • Komunikace mezi počítači: – přepojování okruhů (circuit switching): • spočívá ve vytvoření fyzického datového spoje mezi účastnickými počítači nebo uživateli terminálu • vytvoří se cesta mezi koncovými uzly na celou dobu spojení • data mezi dvěma počítači se přenášejí v celku • v okamžiku přenosu dat nemůže k síti přistoupit nikdo třetí • vhodné pro telefonní linky Rozdělení počítačových sítí (7) – přepínání packetů (packet switching): • data se přenášejí v malých blocích – packetech • je možné, aby několik packetů cestovalo ke svému cíli souběžně • vyslané packety nemusí používat stejnou datovou cestu a nemusí dorazit k cíli v pořadí, ve kterém byly vyslány • v době přenosu mezi dvěma počítači mohou k síti přistupovat jiní uživatelé Režimy komunikace • Simplex: přenos informací může probíhat pouze v jednom směru (vysílač ® přijímač) • Half Duplex (HDX): přenos informací může probíhat obecně v obou směrech, ale nikoliv zároveň. V jednom okamžiku se mohou informace přenášet pouze jedním směrem. • Full Duplex (FDX): přenos informací může probíhat v obou směrech zároveň Topologie sítí • Fyzická: – je dána způsobem fyzického propojení všech komponent sítě (pracovních stanic, serverů a speciálních komunikačních zařízení) – definuje kabelové rozložení sítě • Logická: – definuje logické rozložení sítě – specifikuje, jakým způsobem mezi sebou komu-nikují prvky v síti, a jak se přenášejí informace – nemusí být shodná s fyzickou topologií Topologie sběrnice Topologie kruh Topologie hvězda Topologie strom Topologie páteřní (backbone) Logické topologie • Sběrnice: informace je vždy zasílána všem uzlům. Jednotlivé uzly obdrží každou infor-maci v přibližně stejný okamžik. • Kruh: informace je zasílána sekvenčně, podle předem daného pořadí, z jednoho uzlu na uzel následující Přístupové metody (1) • Metody, které dovolují předávat data mezi libovolnými stanicemi, aniž by jejich spojení bylo rušeno vysíláním jiné stanice • Jedná se o strategii, kterou používá stanice na síti pro přístup k přenosovému médiu • Podle způsobu přístupu ke sdílenému médiu lze rozlišit následující metody: Přístupové metody (2) – řízený (deterministický) přístup: • uzly získávají přístup k přenosovému médiu v předem určeném pořadí • je zaručeno, že každý uzel získá přístup do sítě v časo-vém intervalu dané délky (obvykle několik mikro-sekund až milisekund) • dále se dělí podle lokalizace řídící autority: – centralizovaný: pořadí, ve kterém stanice získávají přístup je dáno serverem (např. polling) – decentralizovaný: pořadí je dáno fyzickým, popř. logickým uspořádáním uzlů (např. předávání peška – token passing) Přístupové metody (3) – náhodný (pravděpodobnostní, soupeřivý) přístup: • může být použitý pouze v sítích, kde jsou přenosy rozesílány všem, takže každý uzel dostane informace přibližně ve stejný okamžik • pokud uzel chce vysílat, zkontroluje linku. Jestliže je linka obsazená, nebo pokud přenos uzlu koliduje s ně-jakým jiným přenosem, je přenos zrušen • uzel pak čeká náhodně dlouhou dobu, než zkusí přístup znovu • mezi metody s náhodným přístupem patří: – CSMA/CD – CSMA/CA Polling (1) • Metoda při, které se v předem daném pořadí neustále testují jednotlivé počítače v síti • Toto testování je prováděno formou výzev, kdy každý počítač je vyzván, zda-li vyžadu-je pozornost (potřebuje vysílat) • Počítač může přistoupit k síti pouze je-li k tomu vyzván • Zasílání výzev provádí zpravidla jeden centrální počítač (server), který také bývá označován jako controller, popř. poller Polling (2) • Jedná se o metodu používanou zejména v sítích s jedním centrálním počítačem a k němu připojenými terminály • V dnešních LAN se příliš nepoužívá Token passing (1) • Přístupová metoda, která využívá speciální packet, tzv. token (pešek), k tomu, aby uzly v síti byly informovány o tom, že mohou vysílat • Vysílat může pouze uzel, který obdržel peška • Pešek je předáván z uzlu na uzel podle pře-dem dané sekvence (logické nebo fyzické) • Pešek je v libovolném okamžiku: – idle (dostupný) – busy (používaný) Token passing (2) CSMA/CD (1) • V případě metody CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Dete-ction) získává přístup k sítí uzel, kterému se jako prvnímu podaří přistoupit k nečinné síti • Tato metoda vychází z dřívějšího návrhu přístupové metody CSMA a obohacuje ji o schopnost detekování kolizí CSMA/CD (2) CSMA/CD (3) • Princip CSMA/CD: – uzel, který chce vysílat informace do sítě, nejprve poslouchá, zda je na síti nějaký provoz (elektrická aktivita) – non-persistent (nenaléhající) CSMA: • síť volná: uzel začne vysílat • síť obsazená: uzel náhodně dlouhou dobu počká a poté opět provede kontrolu obsazení sítě – persistent (naléhající) CSMA: • síť volná: uzel začne vysílat • síť obsazená: uzel neustále poslouchá provoz na síti a v okamžiku, kdy dojde k jejímu uvolnění začne ihned vysílat CSMA/CD (4) – p-persistent (p-naléhající) CSMA: • síť volná: uzel začne s pravděpodobností p ihned vy-sílat a s pravděpodobností 1-p počká jednu časovou jednotku, po níž znovu testuje obsazení sítě • síť obsazená: uzel neustále poslouchá dokud se síť neuvolní a poté postupuje stejně jako v případě, kdy je síť volná Poznámka: časová jednotka je dána maximální dobou nutnou k rozšíření signálu po přenosovém médiu – vyslaný packet se šíří ke všem zbývajícím stani-cím připojeným do sítě – uzel dále pokračuje ve sledování sítě (sleduje, zda-li je na síti právě to, co tam poslal) CSMA/CD (5) – je možné, že dva (nebo více) uzlů na lince dete-kují nepřítomnost aktivity současně a začnou vysílat v téměř stejný okamžik. Toto má za následek vznik tzv. kolize – kolize je detekována tak, že uzly, které vyslaly své packety a sledují síť, zjistí, že na přenoso-vém médiu se vyskytují jiné informace, než ty, které tam vyslaly – každý uzel, který detekoval kolizi zruší svůj přenos vysláním rušícího signálu – jam signal – poté počká náhodně dlouhou dobu a pokusí se k síti přistoupit znovu Síť Ethernet (1) • Ethernet je síťová architektura, která pro ko-munikaci mezi počítači využívá společné pře-nosové médium • Ethernet byl vyvíjen společně firmami Xerox, Intel a DEC • Je definován ve standardu IEEE 802.3 a jedná se v současné době (společně s Fast Etherne-tem a Gigabit Ethernetem) o nejrozšířenější používanou síťovou architekturu pro LAN Síť Ethernet (2) • Má následující vlastnosti: – používá sběrnicovou topologii (logickou, popř. i fyzickou), tzn. všechny uzly jsou připojeny k tzv. hlavnímu segmentu (trunk) – hlavní kabelový úsek – může pracovat s rychlostmi do 10 Mb/s – pro přístup k přenosovému médiu používá metodu CSMA/CD (je specifikována jako součást doku-mentu IEEE 802.3) – přenášená data jsou rozesílána všem uzlům, takže každý uzel obdrží přenos v přibližně stejném čase Síť Ethernet (3) • Pro reprezentaci hodnot 0 a 1 vytvářejících fy-zický signál se používá kódování Manchester: – samočasovací (self-clocking) kódování – používají se napěťové úrovně +U a -U – uprostřed každého bitového intervalu se vyskytuje přechod z jedné úrovně do druhé – na začátku každého bitového intervalu může (ale nemusí) být přechod Síť Ethernet (4) – frekvence se kterou je snímán (generován) tento signál musí tedy být alespoň dvakrát vyšší než max. přenosová rychlost, tj. 20 MHz – bit 1 je kódován jako přechod -U ® +U – bit 0 je kódován jako přechod +U ® -U Síť Ethernet (5) • Sítě Ethernet používají čtyři druhy packetů (rámců – frames): – 802.3 „raw“: Síť Ethernet (6) Síť Ethernet (7) • Sítě Ethernet jsou seskupeny podle: – přenosové rychlosti: • specifikuje přibližně maximální přenosovou rychlost, neboli šířku pásma v Mb/s • standardní hodnoty jsou 1, 5, 10, 100, 1000 a 10G – pásma: • Base: použití základního pásma (baseband) • Broad: použití přeloženého pásma (broadband) – typu (délky) přenosového média: • specifikuje přibližně maximální délku hlavního seg-mentu (bez opakovačů) nebo typ použitého kabelu 10Base2 • Tenký (thin) Ethernet • Používá tenký koaxiální kabel • Zapojení počítačů odpovídá topologii sběrnice 10Base5 • Silný (thick) Ethernet • Používá silný (tlustý) koaxiální kabel • Vyžaduje použití transceiveru a drop kabelu 10BaseT • Používá kroucenou dvojlinku a hvězdicovou topologii • Každý uzel je připojen k centrálnímu hubu, který plní roli společného přenosového média 10BaseFL • Jedna z realizací Ethernetu pomocí optické-ho kabelu • Maximální délka kabelu je 2 km Ethernet – 10 Mb/s? (1) • Délka packetu v Ethernetu: – min. 72 bytů max. 1526 bytů • Délka datové části packetu: – min. 46 bytů max. 1500 bytů • Délka jednoho bitového intervalu: 10 Mb/s TH 1/10^7 s = 100 ns • Mezera mezi packety: 9,6 ms Ethernet – 10 Mb/s? (2) • Maximální počet packetů za sekundu: a) 1 / (9,6 . 10^-6 + 1526 * 8 * 100 . 10^-9) = 812 tj. 812 packetů za sekundu b) 1 / (9,6 . 10^-6 + 72 * 8 * 100 . 10^-9) = 14880 tj. 14880 packetů za sekundu • Rychlost přenosu dat: a) 812 * 1500 * 8 = 9,744 Mb/s b) 14880 * 46 * 8 = 5,480 Mb/s c) 14880 * 1 * 8 = 0,119 Mb/s Fast Ethernet (1) • Implementace Ethernetu, schopné přenoso-vých rychlostí až 100 Mb/s • Tyto implementace lze rozdělit do dvou zá-kladních skupin: – 100BaseT – 100BaseVG • Nezávisle na implementaci, Fast Ethernet pracuje s hvězdicovou fyzickou topologií (využívá odpovídající hub nebo switch) Fast Ethernet (2) • Z důvodů vyšší přenosové rychlosti již není možné používat kódovací metodu Manches-ter • Frekvence, se kterou by signál musel být generován a následně přenášen a snímán by byla 200 MHz • 200 MHz je však frekvence, která překra-čuje fyzikální možnosti kroucené dvojlinky 100BaseT (1) • Standard (IEEE 802.3u) navržený a vyvinutý firmou Grand Junction • Jako přístupovou metodu používá CSMA/CD (podobně jako Ethernet) • Zahrnuje čtyři varianty: – 100BaseFX: • používá multividový (62.5/125) optický kabel • maximální vzdálenost dvou počítačů od sebe (součet délek jejich propojovacích kabelů) je 2 km 100BaseT (2) – 100BaseTX: • používá kabely kategorie 5 (UTP i STP), vystačí se dvěma páry vodičů • maximální vzdálenost dvou počítačů od sebe je 205 m – 100BaseT4: • používá UTP kategorie 3, 4 a 5, vyžaduje 4 páry vodičů • maximální vzdálenost dvou počítačů od sebe je 205 m – 100BaseT2: • používá 2 páry UTP kategorie 3 • maximální vzdálenost dvou počítačů od sebe je 205 m 100BaseT (3) • U variant 100BaseTX a 100BaseFX (společ-ně označované jako 100BaseX) se používá kódovací metoda nazývaná 4B5B: – každý byte je rozdělen na dvě čtveřice bitů (nibble) – každé z těchto čtveřic je jednoznačně přiřazen (pomocí předem definované tabulky) 5 bitový vzorek: • např.: 100BaseT (4) – pětibitové vzorky jsou voleny tak, aby po dalším překódování metodou NRZI nebo MLT-3 nedo-cházelo ke ztrátě synchronizace mezi uzlem, který informace vysílá a uzlem, který je přijímá • Verze 100BaseFX k dalšímu zakódování používá metodu NRZI (Non-Return to Zero Invert to One): – bit 1: je kódován jako změna napěťové úrovně – bit 0: je kódován jako setrvalý stav 100BaseT (5) – Příklad: • byte 01 (hexadecimálně) se pomocí 4B5B zakóduje jako 1111001001 • po zakódování pomocí NRZI dostáváme 100BaseT (6) • Verze 100BaseTX k dalšímu zakódování používá metodu MLT-3 (Multiple Level Transition - 3 Levels): – pracuje podobně jako NRZI, s tím rozdílem, že využívá tři napěťové úrovně – bit 1: je kódován jako změna napěťové úrovně, a to tak, že je neustále dodržován následující cyklus -U ® 0 ® +U ® 0 ® -U – bit 0: je kódován jako setrvalý stav 100BaseT (7) – Příklad: • byte 01 (hexadecimálně) se pomocí 4B5B zakóduje jako 1111001001 • po zakódování pomocí MLT-3 dostáváme 100BaseT (8) • Varianta 100BaseT4 používá kódování 8B6T: – každý byte je nahrazen vzorkem, který obsahuje 6 třístavových symbolů – toto kódování připraví signál kompletně k jeho vyslání a není nutné žádné další kódování typu NRZI popř. MLT-3 – např.: 100BaseT (9) • Přenášená data jsou pak dále na straně vysí-lače demultiplexována do tří párů kroucené dvojlinky • Na straně přijímače jsou pak přijímaná data zpět mutliplexována 100BaseVG (1) • Standard (IEEE 802.12), který byl navržen firmami Hewlett-Packard a AT&T • Jako přístupovou metodu používá demand priority (žádost s prioritou): – řízení přístupu na síť je přesunuto z pracovní stanice na hub – uzel, který žádá o přenos, oznamuje tuto žádost hubu a také žádá normální nebo vysokou prioritu – poté co získá povolení, začne vysílat 100BaseVG (2) – hub je odpovědný za přenos do cílového uzlu, tj. je odpovědný za poskytnutí přístupu k síti – je možné zajistit, aby informace byly přenášeny pouze cílovému uzlu – odpadá zde zkoušení, zda-li síť je nečinná a dete-kování kolizí, které jsou charakteristické pro CSMA/CD a způsobují snížení propustnosti sítě při jejím větším zatížení • Jako přenosové médium může používat: – UTP kategorie 3 se 4 páry a max. délkou 600 m – optický kabel: maximální délka je 5 km 100BaseVG (3) • Používá kódovací metodu 5B6B a následené kódování pomocí NRZI • Standard 100BaseVG byl později rozšířen 100BaseVG/AnyLAN, který podporuje rovněž síťovou architekturu Token Ring Gigabit Ethernet • Implementace Ethernetu, schopné přenoso-vých rychlostí až 1000 Mb/s (1 Gb/s) • Jsou standardizovány v dokumentech IEEE 802.3z a IEEE 802.3ab • Přístupovou metodou je CSMA/CD • Rozděluje se do dvou variant: – 1000BaseX – 1000BaseT 1000BaseX (1) • Používá kódování 8B/10B, které každému bytu (8 bitům) přiřazuje 10 bitový vzorek • Toto kódování rovněž zajišťuje, že při ko-munikaci nedojde ke ztrátě synchronizace mezi vysílajícím a přijímajícím uzlem • Zahrnuje tři druhy Gigabit Ethernetu: – 1000BaseLX: • využívá optický kabel (multi mode i single mode) jako přenosové médium • používá laser s dlouhou vlnovou délkou (1270 nm - 1335 nm) 1000BaseX (2) • maximální délka optického kabelu je: – 550 m: pro multi mode – 5000 m: pro single mode – 1000BaseSX: • jako přenosové médium využívá optický kabel (multi mode) • používá laser s krátkou vlnovou délkou (770 nm - 860 nm) • maximální délka optického kabelu je 550 m – 1000BaseCX: • používá stíněný twinaxiální kabel jehož maximální délka může být 25 m 1000BaseX (3) Twinaxiální kabel (copper jumper, short haul copper) 1000BaseT • Realizace Gigabit Ethernetu pomocí krou-cené dvojlinky Category 5 nebo lepší (doposud nestandardizované Category 6 a Category 7) • Využívá všech čtyřech párů tak, že na každém páru posílá data rychlostí 250 Mb/s • Pro kódování na fyzické úrovni využívá metodu nazývanou PAM5 (Five Level Pulse Amplitude Modulation) 10 Gigabit Ethernet (1) • Verze Ethernetu podporující přenosové rychlosti až do 10 Gb/s • Definován ve standardu IEEE 802.3ae • Používá stejný formát adresy a stejný for-mát rámce jako Ethernet • Pracuje pouze v režimu full duplex • Původní specifikace zahrnuje jako přenoso-vé médium pouze optický kabel (dvě optic-ká vlákna) • Nepoužívá přístupovou metodu CSMA/CD 10 Gigabit Ethernet (2) • Vzhledem k vysokým frekvencím, s nimiž jsou data vysílána, je nutné použít jako zdroj světla pouze laser a nikoliv LED diodu • Je navržen tak, aby mohl být použit v sítích LAN, MAN i WAN • Existuje v následujících variantách: – 10GBase-S: • používá laser s krátkou vlnovou délkou (850 nm) • určen pro vícevidové optické kabely • maximální délka optického kabelu je 300 m • při použití kvalitnějšího kabelu je možné i propojení na větší vzdálenosti 10 Gigabit Ethernet (3) • zahrnuje podvarianty: – 10GBase-SR: určen pro použití s dark fiber (optický kabel, ke kterému není připojeno žádné jiné zařízení) – 10GBase-SW: určen pro připojení k vybavení sítě SONET – 10GBase-L: • používá laser s dlouhou vlnovou délkou (1310 nm) • určen pro jednovidové optické kabely • maximální délka kabelu je 10 km • při použití kvalitnějšího kabelu je možné i propo-jení na větší vzdálenosti • zahrnuje podvarianty: – 10GBase-LR: určen pro použití s dark fiber – 10GBase-LW: určen pro připojení k vybavení sítě SONET 10 Gigabit Ethernet (4) – 10GBase-E: • používá laser s velmi dlouhou vlnovou délkou (1550 nm) • určen pro jednovidové optické kabely • maximální délka kabelu je 40 km • při použití kvalitnějšího kabelu je možné i propo-jení na větší vzdálenosti • zahrnuje podvarianty: – 10GBase-ER: určen pro použití s dark fiber – 10GBase-EW: určen pro připojení k vybavení sítě SONET – 10GBase-LX4: • používá technologii WDM (Wavelength Division Multiplexing) – multiplexování podle vlnové délky laseru 10 Gigabit Ethernet (5) • signály jsou zasílány prostřednictvím 4 různých vlnových délek světla v rámci jednoho optického kabelu • pracuje s laserem o vlnové délce v okolí 1310 nm • může používat jednovidové i vícevidové optické kabely (dark fiber) • maximální délka kabelu je: – 300 m: při použití vícevidových kabelů – 10 km: při použití jednovidových kabelů • jsou-li použity kvalitnější kabely, je možné, aby jejich délka byla i větší 10 Gigabit Ethernet (6) • Ze specifikace IEEE 802.3ae vychází další specifikace umožňující použití (v roli pře-nosového média) měděných kabelů • Tyto specifikace jsou stále ve vývoji a může ještě dojít ke změnám • Ze zmíněných specifikací vycházejí násle-dující varianty: – 10GBase-CX4: • specifikována dokumentem IEEE 802.3ak • používá twinaxiální kabel se 4 páry vodičů • maximální délka kabelu je 15 m 10 Gigabit Ethernet (7) – 10GBase-T: • specifikována dokumentem IEEE 802.3an • používá kroucenou dvojlinku • preference vzdálenosti vůči rychlosti: – maximální délka kabelu je 100 m – přenosová rychlost je závislá na kvalitě použité kroucené dvojlinky: • kategorie 7: 10 Gb/s • kategorie 6: 5 Gb/s • kategorie 5: 2,5 Gb/s • preference rychlosti vůči vzdálenosti: – přenosová rychlost je vždy 10 Gb/s – maximální délka kabelu je závislá na jeho kvalitě: • kategorie 7: 100 m • kategorie 6: 50 m až 70 m • kategorie 5: 40 až 50 m 10 Gigabit Ethernet (8) • 10 Gigabit Ethernet v sítích LAN: 10 Gigabit Ethernet (9) • 10 Gigabit Ethernet v sítích MAN: 10 Gigabit Ethernet (10) • 10 Gigabit Ethernet v sítích WAN: FDDI (1) • FDDI (Fiber Distributed Data Interface) je síťová architektura pracující s přenosovou rychlostí 100 Mb/s • Jedná se architekturu, která je vhodná pro pá-teřní (backbone) sítě • Používá se k propojení pomalejších lokálních sítí (např. Ethernet, Token-Ring) • FDDI je primárně budována pomocí optic-kých kabelů (multi-mode i single-mode) FDDI (2) • Existují i modifikace, které dovolují, aby FDDI byla provozována pomocí UTP a STP • Používá dvojitou kruhovou topologii: – primární kruh: používaný při běžném chodu sítě – sekundární kruh: používaný v okamžiku, kdy na primárním kruhu vznikne chyba • Informace v sekundárním kruhu jsou přenáše-ny opačným směrem než v kruhu primárním • Jako přístupová metoda se používá token-passing FDDI (3) FDDI (4) • Je možné aby v jednom okamžiku obíhalo více packetů (avšak pouze jeden pešek) • Při běžném chodu sítě probíhá komunikace takto: – pokud uzel chce vyslat data do sítě, musí čekat dokud neobdrží peška – po obdržení peška uzel vysílá svůj datový packet a následně posílá peška – datový packet obíhá kruhem, dokud nedorazí ke svému adresátovi FDDI (5) – uzly, které nejsou adresátem obdrží datový packet, pošlou jej dále a po něm obdrží peška, který je opravňuje k vysílání – adresát si zkopíruje informace z packetu do své vyrovnávací paměti a packet (s informací o ko-rektním přijetí) posílá dále – potvrzený datový packet nakonec dorazí ke svému odesílateli, který jej odstraní z kruhu • Pokud na sítí dojde k přerušení primárního kruhu, provede se přepnutí do kruhu sekun-dárního FDDI (6) FDDI (7) • Uzly (DAC nebo DAS), mezi kterými dojde k přerušení primárního kruhu přesměrují pri-mární kruh do kruhu sekundárního (a naopak) • Tímto je síť opět schopna přenášet informace • Tok dat v sekundárním kruhu je opačný opro-ti směru, ve kterém data procházejí v primár-ním kruhu • Sítě FDDI odporují až 1000 uzlů na síti a rozsah až 100 km ATM (1) • ATM (Asynchronous Transfer Mode) je síťová architektura, vhodná pro podnikové sítě, které spojují LAN v rozsáhlých oblas-tech a vyžadují přenos velkého objemu dat • Dovoluje současný přenos hlasu, videa a dat • Přenos je prováděn optickými kabely, krou-cenou dvojlinkou, popř. koaxiálním kabelem • Na rozdíl od předcházejících síťových archi-tektur používá technologii spojově oriento-vaných (connection-oriented) přenosů dat ATM (2) • Při této technologii probíhá výměna dat mezi uzly v následujících krocích: – vytvoření spoje mezi vysílajícím a přijímajícím uzlem – přenos dat prostřednictvím vytvořeného spoje – ukončení (zrušení) spoje • Tato technologie poskytuje následující vý-hody: – žádný uzel se nesnaží vysílat data uzlu, který by je nebyl schopen přijímat ATM (3) – přenášená data mohou obsahovat menší množst-ví řídících informací (jako jsou např. adresy ode-sílatele, příjemce apod.) než je tomu u předeš-lých architektur označovaných také jako connectionless networks • Data (nezávisle na jejich typu) jsou přená-šena prostřednictvím malých buněk, tzv. cells, které mají pevnou délku 53 bytů: – 5 bytů hlavička – 48 bytů přenášené informace ATM (4) • Malá velikost a konstantní délka dovolují ry-chlé zpracování těchto buněk na úrovni pře-pínačů a tím i rychlý přenos dat ke svému adresátovi • ATM síť se skládá z: – ATM přepínačů (ATM switches): • zařízení zodpovědné za přenos buňky přes ATM síť • přijímá buňku od koncového bodu nebo od jiného přepínače ATM (5) – ATM koncových bodů (ATM endpoints): • obsahují síťový adaptér pro ATM • příkladem koncového zařízení může být např.: router (směrovač), LAN přepínač, video coder-decoder (CODEC), pracovní stanice ATM (6) ATM (7) • ATM sítě v závislosti na zvoleném přeno-sovém médiu vykazují následující vlastnosti Bezdrátové LAN (1) • Bezdrátové sítě (WLAN – Wireless LAN) – sítě využívající ke své činnosti technologii bezdrátového přenosu informací • Přenosovým médiem je zpravidla vzduch • První produkty umožňující práci s WLAN se objevují již od roku 1980 • Bezdrátové sítě mohou být využívány jako: – alternativa k dosud nejčastěji používaným LAN – rozšíření již existujících LAN – propojení mezi vzdálenými místy (budovami) Bezdrátové LAN (2) • Topologie bezdrátových sítí: – Peer-to-Peer: • zařízení v rámci bezdrátové buňky (wireless cell) komunikují přímo mezi sebou Bezdrátové LAN (3) – Access Point-based: • dnes častěji používaná topologie pro WLAN • využívá zařízení označovaných jako přístupové body (AP – Access Point), které umožňují komunikaci mezi bezdrátovými stanicemi • přístupový bod může rovněž vytvářet most, který připojuje bezdrátové stanice k již existující LAN (např. Ethernet, Token-ring) • tímto je umožněna komunikace bezdrátových stanic se stanicemi připojenými v LAN realizované pomocí kabelových rozvodů Bezdrátové LAN (4) Bezdrátové LAN (5) – Wireless Bridges (bezdrátové mosty): • slouží k bezdrátovému propojení vzdálených míst (budov), resp. jejich lokálních sítí • propojovaná místa musí být vybavena mosty (bridges) s transceivery umožňujícími vysílání a příjem signálů v daném pásmu Bezdrátové LAN (6) • Technologie bezdrátových sítí: – WLAN pracující v pásmu infračervených vlno-vých délek (IR WLAN) – WLAN pracující s malou šířkou pásma, tzv. úzkopásmové WLAN (narrowband) – WLAN s rozprostřeným spektrem (spread spectrum): • přeskakování frekvencí (FHSS – Frequency Hopping Spread Spectrum) • přímá sekvence (DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum) Spread Spectrum (1) • V současné době nejpoužívanější technologie pro realizaci WLAN • Šířka pásma vysílaného signálu je mnohem větší než šířka pásma, které by odpovídalo původním (vysílaným) datům Spread Spectrum (2) Spread Spectrum (3) • Rozprostření spektra poskytuje dvě výhody: – vysílaná energie je rozložena do širšího pásma a tudíž množství energie pro konkrétní frekvenci je nízké (méně než 1 W). Vysílaný signál: • nezpůsobuje rušení jiných systémů • je hůře odposlouchávatelný – zavedení redundance: • vysílaná zpráva je přenášena pomocí signálů modulo-vaných na více frekvencích. Tyto signály mohou sloužit (v případě výskytu chyby, rušení) k obnovení původní zprávy Spread Spectrum (4) • V sítích využívajících technologii spread spec-trum jsou definovány dvě hlavní techniky modulace: – přeskakování frekvencí (FHSS – Frequency Hop-ping Spread Spectrum): • nosná frekvence je periodicky (v pevně daných časo-vých intervalech, např. 300 ms) měněna • posloupnost frekvencí, které budou postupně použity (jako nosná frekvence) bývá dána generátorem pseudo-náhodných čísel a vytváří tak vlastní spreading code • je nezbytné, aby generátor PN čísel na straně vysílače a přijímače byly vzájemně synchronizovány Spread Spectrum (5) • při použití techniky frequency hopping je signál v daném okamžiku přenášen v úzkém pásmu (typicky 1 MHz), které může být zvoleno z velkého spektra kanálů (typicky 79 různých kanálů TH 79 možných nosných frekvencí) Spread Spectrum (6) • výskyt rušení (kolize) na jedné frekvenci není pro fre-quency hopping kritický, protože přenos bude po chvíli pokračovat na frekvenci jiné, kde se rušené informace mohou přenést znovu • přecházení mezi frekvencemi rovněž komplikuje mož-nosti nežádoucího odposlechu • frequency hopping je vhodný pro přenosové rychlosti 1 – 3 Mb/s • pro konečnou modulaci je používána metoda FSK – Frequency-Shift Keying: – binární hodnoty jsou přenášeny jako dvě odlišné frekvence – bit 1: je přenášen jako vyšší frekvence – bit 0: je přenášen jako nižší frekvence Spread Spectrum (7) Spread Spectrum (8) – přímá sekvence (DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum): • každý vysílaný bit je transformován do n-bitové sek-vence (např. n=11), označované jako chip sequency, která tvoří spreading code • transformace probíhá většinou pomocí generátoru PN čísel. Vygenerovaná čísla (např. 11-bitový vzorek) jsou pak použita k zakódování (např. pomocí operace XOR) jednoho bitu do výsledné chip sequency • generátory PN čísel na straně přijímače i vysílače musí být vzájemně synchronizovány, což umožňuje, aby na straně přijímače byla provedena zpětná transformace z chip sequency na původní hodnotu bitu Spread Spectrum (9) • strana vysílače: Spread Spectrum (10) • strana přijímače - bezchybný přenos: Spread Spectrum (11) • strana přijímače (rušení) - přenos s chybami: Spread Spectrum (12) • vysílaný signál je přenášen v relativně širokém pásmu, které je závislé na počtu bitů použitých pro vytvoření chip sequency • Pro 11 bitů je nutné pásmo o šířce 22 MHz – 25 MHz • Při použití nelicencovaného pásma 2,4 – 2,4835 GHz je možné používat maximálně 3 nezávislé systémy pracující s DSSS, které se nebudou vzájemně rušit • výskyt rušení (kolize) není pro techniku přímé sekvence kritický, protože poškozené informace lze dopočítat z informací redundantních • kódování na straně vysílače komplikuje možnosti nežá-doucího odposlechu Spread Spectrum (13) • direct spectrum je vhodná technologie pro přenosové rychlosti 2 - 20 Mb/s • pro konečnou modulaci je používána metoda PSK - Phase-Shift Keying (popř. QPSK – Quadrature PSK): – metoda PSK používá pro modulaci binárních hodnot rozličné fáze nosné frekvence – bit 0: je přenášen jako signál se stejnou fází, která byla použita u předešlého bitu (nedochází ke změně fáze) – bit 1: je přenášen s fázovým posunem 180° oproti předcháze-jícímu signálu (bitu) – Pozn.: metoda QPSK používá 4 různé fázové posuny (0 °, 90 °, 180 ° a 270 °) odpovídající bitovým vzorkům 00, 01, 10 a 11 Spread Spectrum (14) Bezdrátový Ethernet (1) • Síťová architektura (standardizovaná dokumen-ty IEEE 802.11x) umožňující bezdrátové připo-jení počítačů ke stávajícím LAN (Ethernet) • Původní specifikace IEEE 802.11 (z r. 1997) umožňovala přenosové rychlosti 1 – 2 Mb/s a byla určena zejména pro přenos informací v pásmu 2,4 – 2,4835 GHz • Tato specifikace definovala práci s technologií FHSS, DSSS a umožňovala i přenos informací prostřednictvím infračervených vlnových délek Bezdrátový Ethernet (2) • Vzhledem k nízké přenosové rychlosti byl vytvořen (v r. 1999) standard IEEE 802.11b • Tento nový standard, který pracuje s techno-logií HR/DSSS, je určen výhradně pro přenos informací v pásmu 2,4 – 2,4835 GHz a umož-ňuje maximální přenosovou rychlost 11 Mb/s • Existuje i standard IEEE 802.11a, který defi-nuje práci v pásmu 5,725 – 5,85 GHz a dovo-luje maximální přenosovou rychlost 25 Mb/s. Tento standard zatím není příliš rozšířen Bezdrátový Ethernet (3) • Jako přístupová metoda je použita metoda CSMA/CA (s pozitivním potvrzováním) • Přístupovou metodu CSMA/CD není možné použít, protože: – stanice by musely být schopny zároveň vysílat i přijímat signál (nárůst cenových nákladů) – problém „skrytého uzlu“ („hidden node“). Jedná se o problém, kdy dvě stanice jsou v dosahu pří-stupového bodu (access pointu), ale nenacházejí se ve vzájemném dosahu Bezdrátový Ethernet (4) Bezdrátový Ethernet (5) • Metoda CSMA/CA použitá v bezdrátových sítích IEEE 802.11: – stanice, která chce vysílat si ověří, zda-li je síť po určitou dobu (DIFS – Distributed Inter Frame Space) volná – jestliže síť je (stane se) v průběhu DIFS obsazená, tak se přenos dat odloží – v opačném případě je vyslán krátký packet RTS – Request To Send, který mimo jiné obsahuje infor-maci o době, kterou bude následující přenos trvat Bezdrátový Ethernet (6) – cílová stanice odpovídá (po krátkém okamžiku - SIFS) packetem CTS – Clear To Send, který opět mimo jiné obsahuje dobu, po kterou bude následu-jící přenos trvat – všechny stanice, které slyší RTS nebo CTS si nastaví vlastní indikátor NAV – Network Alloca-tion Vector na dobu přenášenou v těchto packe-tech a nebudou se v jejím průběhu snažit přistu-povat k síti – CTS a RTS jsou krátké packety a výše uvedený mechanismus dovoluje podstatným způsobem snížit pravděpodobnost kolize Bezdrátový Ethernet (7) – celá transakce je (v případě úspěšného přenosu dat) ukončena zasláním packetu ACK – Acknowledge – jestliže přenos není potvrzen packetem ACK, pak je situace vyhodnocena jako kolize a přenos se opakuje Bezdrátový Ethernet (8) • Standard IEEE 802.11 definuje dvě zařízení odpovídající topologii Peer-to-Peer a AP-based: – bezdrátová stanice: obvykle počítač vybavený bezdrátovou síťovou kartou – přístupový bod (Access Point): zařízení umožňující komunikaci bezdrátovými stanicemi LAN reali-zovanými pomocí kabelových rozvodů • Vzájemně kompatibilní výrobky pracující podle specifikace IEEE 802.11b jsou označovány rovněž termínem Wi-Fi (Wireless Fidelity) Sítě ISDN (1) • ISDN – Integrated Service Digital Network je digitální telefonní síť • Jedná se o množinu standardů pro přístup k plně digitálním veřejným telefonním sítím • Prostřednictvím existujících telefonních linek umožňují přenos: – hlasu: • postačuje přenosová rychlost 64 kb/s • hlasový signál je vzorkován s frekvencí 8 kHz a hloub-kou vzorkování 8 bitů Sítě ISDN (2) • nesmí docházet ke zpožděním • bitové chyby při přenosu jsou tolerovatelné (nejsou kritické) – dat (texty, grafika, teletext, fax): • přenosová rychlost je řádově kb/s až Mb/s • může docházet ke zpoždění • nesmí docházet k bitovým chybám (jsou kritické) • Kanály ISDN (ISDN channels): – B-channel (basic/bearer channel) • základní doručitelský kanál • přenosová rychlost 64 kb/s Sítě ISDN (3) • používaný pro přenos např. digitalizovaného hlasu, dat a videa • mohou být spojovány dohromady za účelem dosažení větší šířky pásma – D-channel (delta channel): • slouží pro přenos řídících signálů, např. – správa sítě – účtovací data • přenosová rychlost je závislá na rozhraní uživatele: – BRI (Basic Rate Interface): 16 kb/s – PRI (Primary Rate Interface): 64 kb/s • vymezení kanálu pro řídící signály dovoluje efektiv-nější využití kanálů B Sítě ISDN (4) – H-channel (High-speed channel): • vysokorychlostní kanál • dostupný pouze na rozhraní PRI • určený primárně pro přenos videa • používaný pro implementaci ATM • existují tři typy: – H0: 384 kb/s – H11: 1,536 Mb/s – H12: 1,920 Mb/s • Rozhraní uživatele (typy přístupu): – BRI (Basic Rate Interface), BRA: • rozhraní se základní sazbou Sítě ISDN (5) • slouží zejména pro individuální uživatele a pro menší organizace • poskytuje dva kanály B a jeden kanál D (2B+D) • jeden kanál B slouží pro hlasovou komunikaci a druhý pro přenos dat • celková šířka pásma je 144 Kb/s (144 000 b/s) – PRI (Primary Rate Interface), PRA: • rozhraní s primární sazbou • existují dva typy: – 23B+D: • max. přenosová rychlost je 1,544 Mb/s (USA, Japonsko) • využívá 23 kanálů B a jednoho kanálu D, popř. čtyřech kanálů H0 nebo jednoho kanálu H11 Sítě ISDN (6) – 30B+D: • max. přenosová rychlost je 2,048 Mb/s (Evropa) • využívá 30 kanálů B a jednoho kanálu D, popř. pěti kanálů H0 nebo jednoho kanálu H12 • Zařízení pro ISDN (ISDN devices): – v terminologii ISDN se pojem standardní zařízení nevztahuje přímo k hardwaru, ale k funkcím, kte-ré mohou být prováděny samostatnými hardwa-rovými jednotkami • V sítích ISDN se rozlišují následující stan-dardní zařízení (ISDN standard devices) Sítě ISDN (7) – TE1 – Terminal Equipment 1: • česky označováno jako koncové zařízení • součást komunikačního vybavení, která je přizpůso-bena standardu ISDN • např.: digitální telefon, datový terminál pro ISDN, počítač vybavený adaptérem pro ISDN • většinou umožňuje plný přístup k BRI – TE2 – Terminal Equipment 2: • koncové zařízení, které není určeno pro komunikaci v rámci sítě ISDN • pro jeho připojení se musí použít zařízení TA • např. analogový telefon Sítě ISDN (8) – TA – Terminal Adapter: • speciální rozhraní, které umožňuje připojit k síti ISDN i zařízení, která pro ISDN původně nebyla určena • většinou umožňuje plný přístup k BRI – NT – Network Termination: • jednotka sloužící k připojovaní koncových zařízení • bývá vybavena konektorem, ke kterému lze připojit kabel pasivní sběrnice (S bus, S0 bus) • k pasivní sběrnici je možné připojit až 8 koncových zařízení • pasivní sběrnici je nutno na jednom konci zakončit terminátorem (100 W) • bývá rozdělováno na NT1, NT2, popř. NT12 Sítě ISDN (9) – NT1: • poskytuje fyzické připojení • převádí signály TE1 (TA) na signály ISDN sítě a naopak • zabezpečuje administrativu sítě a zpětnovazebné testování • umožňuje údržbu a sledování výkonu • provozovatel spojů umístí toto zařízení u uživatele a při-pojí jej ke své ISDN ústředně – NT2: • vytváří vlastní rozhraní pro zařízení ISDN v rámci orga-nizace • realizováno většinou místní ústřednou • umožňuje např. přímé propojení telefonního hovoru v rámci jedné organizace – NT12: • spojení zařízení NT1 a NT2 do jednoho celku Sítě ISDN (10) • Standard ISDN definuje čtyři referenční body (rozhraní), tzv. Standard Reference Points, které slouží pro připojení jednotlivých zařízení • Referenční bod: – R: • rozhraní mezi zařízením, které není určeno pro ISDN (TE2) a mezi zařízením TA – S: • rozhraní mezi zařízením TE1 (TA) a zařízením NT2 • používá 4 vodiče Sítě ISDN (11) • umožňuje konfiguraci, pomocí níž může až osm zařízení (TE1, TA) sdílet jeden kanál D • jestliže není použito zařízení NT2 (tzv. nulové NT2), tak dojde ke ztotožnění rozhraní T s rozhraním S TH rozhraní S/T (S bus, S0 bus) – T: • rozhraní mezi zařízeními NT2 a NT1 (není-li použito zařízení NT12) – U: • rozhraní mezi zařízením NT1 a ústřednou ISDN • realizováno pomocí dvou vodičů Sítě ISDN (12) DSL (1) • DSL (Digital Subscriber Line) je technolo-gie, která umožňuje přenos informací (data, hlas, video) prostřednictvím existujících telefonních linek • Využívá běžnou telefonní linku, k níž je uži-vatel neustále připojen pomocí modemu TH odpadá nutnost vytáčení telefonního čísla • V rámci technologie DSL existuje celá řada různých variant, které jsou souhrnně ozna-čovány jako xDSL DSL (2) • Tyto varianty se liší: – přenosovými rychlostmi – použitou modulací – maximální vzdáleností účastníka od ústředny • DSL technologie lze obecně rozdělit na: – asymetrické: • poskytují vyšší přenosovou rychlost pro přenos informací směrem k uživateli (download) a nižší pro přenos směrem od uživatele (upload) • založeny na skutečnosti, že uživatel obvykle větší množství informací přijímá a menší odesílá • ADSL, ADSL-Lite, R-ADSL, VDSL DSL (3) – symetrické: • pro download i upload poskytují stejnou přenosovou rychlost • IDSL, SDSL, HDSL, HDSL-2, VDSL • Typické uspořádání xDSL systému: DSL (4) • ADSL (Asymetric DSL): – dnes asi nejrozšířenější z xDSL technologií – rychlost pro přenos dat k uživateli (download) a od uživatele (upload) je různá: • download: max. 8 Mb/s • upload: max. 1 Mb/s – maximální přenosové rychlosti však bývají operátory omezovány (64, 128, 256 kb/s) – využívá vyšší frekvenční pásmo než klasický telefonní hovor TH stejnou telefonní linku lze používat pro telefonní hovory i pro ADSL DSL (5) DSL (6) • ADSL Lite (G.Lite): – odlehčená varianta technologie ADSL – data k uživateli jsou přenášena s maximální rychlostí 1,5 Mb/s – jedná se o levnější a pro „méně náročné“ uživa-tele dostačující řešení • R-ADSL (Rate-Adaptive DSL): – podobná technologie jako ADSL – je schopna analyzovat stav komunikační linky a jejímu momentálnímu stavu přizpůsobit pře-nosovou rychlost DSL (7) – kvalita přenosu závisí na délce a kvalitě telefon-ní linky vedoucí k ústředně – přenosová rychlost se mění buď podle stavu linky v době navázání spojení nebo během přenosu na základě signálu z ústředny • IDSL (ISDN DSL): – neumožňuje přenášet zároveň hlas i data (data jsou přenášena ve stejném frekvenčním pásmu jako hlas) – max. přenosvá rychlost je 144 kb/s (2B+D) – je využíván jeden kanál s rozhraním ISDN BRI – maximální délka připojení je 10,7 km DSL (8) • HDSL (High Bit-rate DSL): – poskytuje symetrické rozdělení přenosového pásma TH přenosová rychlost pro download i upload je stejná – používaná telekomunikačními firmami ke vzá-jemnému propojení jejich ústředen – nabízena s přenosovou rychlostí: • 1,544 Mb/s – odpovídá lince T1 (USA) • 2,048 Mb/s – odpovídá lince E1 (Evropa) – vyžaduje použití dvou (popř. tří) párů vodičů, jejichž maximální délka je 4 km DSL (9) • HDSL-2 (High Bit-rate DSL-2): – modifikace technologie HDSL – poskytuje stejné parametry jako HDSL, ale vy-užívá pouze jednoho páru vodičů o maximální délce 3,5 km • SDSL (Symetric DSL): – symetrická varianta ADSL – pro přenos informací využívá jednoho páru vodičů s maximální délkou 6 km – přenosové rychlosti pro download i upload jsou stejné a pohybují se v rozmezí 144 kb/s až 2320 kb/s DSL (10) – vhodná pro rychlé datové připojení uživatelů, kde není nutné za každou cenu udržet konstantní přenosovou rychlost cca 2 Mb/s • VDSL (Very High Bit-rate DSL): – v současnosti není ve větším měřítku používaná, ale je považována za do budoucna perspektivní technologii – založena na asymetrickém rozložení přenosové kapacity (podobně jako ADSL) – přenosové rychlosti jsou: • download: 13 Mb/s – 52 Mb/s • upload: 1,5 Mb/s – 2,3 Mb/s DSL (11) – může být použita i pro symetrické přenosy s rych-lostí až 34 Mb/s – přenosy lze realizovat pomocí jednoho páru vo-dičů, avšak vzdálenost od ústředny může být maximálně 1250 m – vhodná pro budoucí aplikace (např. přenos sig-nálu digitální televize) Virtuální sítě – VLAN (1) • VLAN (Virtual Local Area Network) je logický segment spojující koncové uzly, které mohou být připojené k různým fyzic-kým segmentům a mohou spolu komuniko-vat jako by byly zapojeny ve společné LAN • VLAN jsou založeny na fyzickém propojení jednotlivých uzlů pomocí přepínačů (switch) • Technologie VLAN je specifikována doku-mentem IEEE 802.1Q Virtuální sítě – VLAN (2) • Členství koncového uzlu ve virtuální síti lze definovat podle: – portů přepínačů, k nimž jsou uzly fyzicky připojeny – hardwarových adres jednotlivých uzlů – síťového protokolu (síťových adres uzlů) – skupinového IP vysílání • Komunikace mezi uzly v různých VLAN je uskutečňována pomocí směrovače (router) nebo směrovacích funkcí přepínače VLAN podle portů (1) • Historicky první typ virtuálních sítí • Členství uzlu ve VLAN je definováno pro jednotlivé porty přepínače (přepínačů) • Nevýhodou je častá nutnost předefinování členství při přesunech uživatelské stanice mezi porty přepínače (v případě, že by pře-sunem došlo ke změně VLAN) • Není možné, aby více VLAN (definovaných podle portů) zahrnovalo stejný fyzický seg-ment nebo port přepínače VLAN podle portů (2) • Příklad VLAN podle portů: VLAN podle HW adresy (1) • Členství uzlu ve VLAN je dáno jeho hardwa-rovou adresou (např. ethernetová adresa), kte-rá je pevně uložena v obvodech síťové karty • Jestliže dojde k přemístění stanice, tak se tím v žádném případě nemění členství ve VLAN (není nutná změna konfigurace) • Nevýhodou je, že může dojít ke snížení výko-nu v okamžiku, kdy na portu přepínače je při-pojen segment se stanicemi v různých VLAN VLAN podle HW adresy (2) • VLAN podle HW adresy vyžadují, aby každý uzel byl na začátku konfigurován jako člen nejméně jedné virtuální sítě TH pracná konfigurace u sítí s velkým počtem stanic • Komplikace může přinést dnes mnohdy umožňovaná uživatelská změna HW adresy síťové karty VLAN podle HW adresy (3) • Příklad VLAN podle HW adresy: VLAN podle protokolu (1) • Uzly jsou přiřazeny do jednotlivých VLAN podle provozovaných síťových protokolů (u TCP/IP např. podle adresy podsítě) • Přepínač zde však neprovádí žádné směro-vací výpočty, pouze podle síťové adresy (např. IP adresy) určuje příslušnost uzlu ke konkrétní VLAN • Dovoluje vytváření skupin pro jistou službu nebo aplikaci VLAN podle protokolu (2) • Příklad VLAN podle protokolu: VLAN podle protokolu (3) • Umožňuje definovat specializovanou virtuál-ní síť např. pro protokol IPX • Jednotlivé uzly zůstávají členy VLAN A a VLAN B vytvořených podle portů • Navíc některé z nich jsou i členy nové VLAN pracující s protokolem IPX • Toto řešení dovoluje, aby všesměrová vysílá-ní protokolu IPX byla zasílána pouze na porty, k nimž jsou připojeny uzly zařazené do IPX VLAN VLAN podle skup. vysílání (1) • Skupinové vysílání v IP sítích (IP multicast), pracuje tak, že packet určený ke skupinovému vysílání je zasílán na speciální adresu pro předem definovanou skupinu uzlů (IP adres) • Packet je doručen všem uzlům, které jsou členy této skupiny • Skupina se sestavuje dynamicky – uzly se do ní průběžně přihlašují, resp. se z ní odhlašují • Na členy této skupiny lze pohlížet jako na VLAN VLAN podle skup. vysílání (2) • Od předchozích realizací se liší ve dvou podstatných rysech: – je vytvářena dynamicky jen na určitou dobu TH je velmi flexibilní – její rozsah není omezen směrovači TH může se rozprostírat i po rozlehlé síti (WAN) Hierarchie digitálních signálů (1) • Termínem digitální signál se označuje rych-lost a formát telekomunikačního okruhu • Základním stavebním kamenem (kanálem) je digitální signál DS-0 používaný k zakó-dování analogového (hlasového) signálu do digitální podoby • Zakódování probíhá pomocí vzorkování při vzorkovací frekvenci 8 kHz a hloubkou 8 b TH přenosová rychlost 64000 b/s = 64 kb/s Hierarchie digitálních signálů (2) • Na základě DS-0 jsou dále prostřednictvím multiplexování a přidáním synchronizač-ních informací vytvářeny vyšší úrovně (DS-1, DS-1C, DS-2, DS-3 a DS-4) Hierarchie digitálních signálů (3) • Pro přenos těchto digitálních signálů jsou definovány linky T1 – T4, které využívají techniku TDM pro přenos většího množství hlasových signálů a datových informací Hierarchie digitálních signálů (4) • Poznámky: – linka T1 je realizována jako kabel obsahující dva páry vodičů (jeden pár pro zasílání a druhý pro příjem) TH režim full duplex – linky T1 – T4 jsou používány v Severní Americe a v Austrálii – v Evropě, Jižní Americe a v Mexiku jsou použí-vány linky E1 – E5. Tyto linky jsou opět tvořeny z kanálů o přenosové rychlosti 64 kb/s Hierarchie digitálních signálů (5) • K popisu vysokorychlostních kanálů slouží standard STS (Synchronous Transport Signal), který definuje úrovně pro elektrické signály přenášené měděnými vodiči Hierarchie digitálních signálů (6) • V Evropě se místo úrovní STS používají úrovně STM – Synchronous Transport Mode • Jednotlivým úrovním STS (STM) odpovídají úrovně OC (Optical Carrier), které mají stej-nou přenosovou rychlost, ale vztahují se k optickým signálům přenášeným prostřed-nictvím optických kabelů • Úrovně OC a STS tvoří hierarchii pro sítě odpovídající standardu SONET Hierarchie digitálních signálů (7) Síť SONET (1) Síť SONET (2) • ITU – International Telcommunication Union na základě SONETu vytvořila celosvětový telekomunikační standard označovaný jako SDH – Synchronous Digital Hierarchy • SONET definuje způsob umožňující přenos mnoha různých signálů s rozličnými objemy informací • Základním signálem používaným v SONETu je STS-1 (OC-1), z něhož jsou jako celočísel-né násobky odvozovány signály vyšší úrovně Síť SONET (3) • Pomocí STS-1 se za jednu sekundu přenáší 8000 rámců o kapacitě 810 B TH 51,84 Mb/s • Dnes používané implementace dovolují práci se signály STS-768 (OC-768) a tím i přeno-sovou rychlost až cca 40 Gb/s • Prostřednictvím SONETu je možné přenášet i signály nižší úrovně (DS-1, E1, DS-1C a DS-2) • Tyty signály jsou přenášeny jako tzv. VT – Virtual Tributary, které umožňují jejich efek-tivnější zpracování (multiplexování) Síť SONET (4) • Pomocí technologie POS - Packet Over SONET je možné přenášet i běžné IP packety • Zařízení používaná v sítích SONET: – Terminal Multiplexer: • zařízení ukončující cestu (PTE – Path Terminating Element) • pracuje jako koncentrátor signálů (např. DS-1, DS-3, STS-1 atd.) Síť SONET (5) – Regenerator: • zařízení používané k obnově (regeneraci) signálů, které jsou přenášeny na velké vzdálenosti – Add/Drop Multiplexer (ADM): • multiplexor umožňující vyjmout (vložit) signály niž-šího řádu z (do) signálu řádu vyššího, aniž by prováděl úplné demultiplexování – Digital Cross-Connect System (DCS): • pracují podobně jako ADM • dovolují více STS-n připojení • umožňují přepínat vstupní porty na zvolené porty výstupní Síť SONET (6) • rozlišují se tři typy DCS: – Wideband: přepíná na úrovni signálů VT – Broadband: přepíná na úrovni signálů STS-1 – Narrowband: přepínají na úrovni signálů DS-0 • Architektura spoje v síti SONET: Síť SONET (7) Síť SONET (8) Síť SONET (9) Síť SONET (10) Síť SONET (11) Síť SONET (12) – 1:1: • informace jsou zasílány pouze po jednom kabelu (pracovním) • druhý kabel (záložní) se uplatní v případě výpadku kabelu pracovního a převezme tím jeho činnost • konfiguraci je možné provést tak, že při bezchybném chodu sítě se využívá i záložní kabel a přenášejí se po něm další informace Síť SONET (13) – 1:N: • informace jsou zasílány po N pracovních kabelech • k těmto pracovním kabelům je veden jeden kabel záložní, který v případě poruchy převezme činnost pracovního kabelu • záložní kabel může být v případě bezchybného chodu sítě rovněž využitý k přenosu informací Síť SONET (14) – UPSR – Unidirectional Path Switched Ring: • podobné jako 1+1 • informace jsou zasílány po dvou kabelech (pracovním a záložním) a přijímač si vybírá ten z nich, který má lepší signál • na pracovním kabelu je informace zasílána opačným směrem než na kabelu záložním Síť SONET (15) – BLSR – Bidirectional Line Switched Ring: • dovoluje v rámci jednoho kruhu obousměrnou komuni-kaci • komunikace mezi dvěma uzly nevyužívá kapacitu celé-ho kruhu (jako u UPSR), ale pouze kapacitu spoje mezi zúčastněnými uzly • podle počtu použitých optických kabelů se BLSR kruhy dělí na: – BLSR/2: • polovina šířky pásma je využita pro případ poruchy – BLSR/4: • vhodné pro vysokorychlostní páteřní sítě • maximální obvod kruhu je 1200 km Síť SONET (16) Síť SONET (17)