2. Fyzická a linková vrstva PB156: Počítačové sítě Eva Hladká Slidy pripravil: Tomáš Rebok Fakulta informatiky Masarykovy univerzity jaro 2015 Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 1/56 Struktura přednášky Q LI. Fyzická vrstva • Přehled • Úvod • Signály • Přenos dat • Přenosová média • Rekapitulace Q L2. Vrstva datového spoje • Přehled • Úvod • Služby • Tvorba rámců, adresace • Chybové řízení • Řízení přístupu k médiu (MAC) • L2 sítě • Budování L2 sítí • Rekapitulace LI. Fyzická vrstv. Struktura přednášky Q LI. Fyzická vrstva • Přehled • Úvod • Signály • Přenos dat • Přenosová média • Rekapitulace Q L2. Vrstva datového spoje • Přehled • Úvod • Služby • Tvorba rámců, adresace • Chybové řízení • Řízení přístupu k médiu (MAC) • L2 sítě • Budování L2 sítí 0 Rekapitulace LI. Fyzická vrstva Přehled LI. Fyzická vrstva Přehled LI z pohledu sítě - kde se pohybujeme? Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 5 / 56 Úvod • data mezi komunikujícími uzly přenášeny přenosovým médiem • přenosové médium — pasivní entita, žádná logika řízení • fyzická vrstva: • poskytuje funkcionalitu pro spolupráci s přenosovým médiem • poskytuje služby pro vrstvu datového spoje • vrstva datového spoje předává do (získává z) fyzické vrstvy data vyjádřená posloupností 0 a 1, seskupená do rámců • fyzická vrstva transformuje bitový obsah rámců do signálů šířených přenosovým médiem • řídí děje v přenosovém médiu; rozhoduje např. o: • vysil á ní/příjmu přenášených dat (signálů) • kódování dat do signálů • počtu logických kanálů přenášejících data z různých zdrojů souběžně Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 6 / 56 LI. Fyzická vrstva Úvod Data link layer Gives services to Physical layer Services Bit-signal Bit-rate transformation Circuit control switching Bit Multiplexing synchronization Controls Transmission media Figure: Ilustrace služeb fyzické vrstvy. Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 7 / 56 Uvod - pokračovaní • hlavní cíl: zajistit přenos jednotlivých bitů (= obsahu předaných rámců) mezi odesílatelem a příjemcem • zprostředkovává tak logickou cestu, kterou cestují zasílané bity • nejrůznější standardy (RS-232-C, CCITT V.24, CCITT X.21, IEEE 802.x) definující elektrické, mechanické, funkční a procedurální vlastnosti rozhraní pro připojení různých přenosových prostředků a zařízení; například: • parametry přenášených signálů, jejich význam a časový průběh • vzájemné návaznosti řídících a stavových signálů • zapojení konektorů a a mnoho dalšího Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 8 / 56 LI - Physical Layer Services • Bit-to-Signal Transformation • representing the bits by a signal - electromagnetic energy that can propagate through medium • Bit-Rate Control • the number of bits sent per second • Bit Synchronization • the timing of the bit transfer (synchronization of the bits by providing clocking mechanisms that control both sender and receiver) • Multiplexing • the process of dividing a link (physical medium) into logical channels for better efficiency • Circuit Switching • circuit switching is usually a function of the physical layer • (packet switching is an issue of the data link layer) Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 9 / 56 Signály • data jsou přenosovým médiem přenášeny ve formě (elektromagnetických) signálů • data musí být na signály transformována • signál = časová funkce reprezentující změny fyzikálních (elektromagnetických) vlastností přenosového média • data určená k přenosu - digitální (binární) • signály šířené přenosovým médiem - analogové nebo digitální • některá média vhodná pro analogový i digitální přenos - drátový vodič (koaxiál, kroucená dvoulinka), optické vlákno • některá média vhodná pouze pro analogový přenos - éter Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 10 / 56 LI. Fyzická vrstva Signály Analogový signál • spojitý v čase (mění se hladce) • lze jej šířit jak vodiči, tak bezdrátovým prostředím • např. hlas, hudba, . .. Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 11 / 56 LI. Fyzická vrstva Signály Digitální signa diskrétní v čase (mění se skokově) lze jej šířit pouze vodiči data diskrétní v hodnotách, např. znaky, prvky abecedy, . Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva LI. Fyzická vrstva Signály Defekty signálů - útlum (slábnutí) • slábnutí signálu, ztráta energie • způsobeno např. odporem média Original Attenuated Amplified Point 1 Transmission medium Point 2 Point 3 Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 13 / 56 LI. Fyzická vrstva Signály Defekty signálů - zkreslení • ztráta tvaru • způsobeno rozdílnou rychlostí šíření signálů na různých frekvencích 4^3 — WWW Composite signal sent W/mm Transmission medium ■- Point 1 Point. 2 V\7 mm Components, in phase Components, out of phase Composite signa] received Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 14 / 56 Defekty signálů - šum • vliv cizorodé energie • např. termální šum, indukovaný signál, přeslech, atp. Transmitted \ Noise ■Art**- Received Point 1 Transmission medium Point 2 Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 15 / 56 Přenos dat LI. Fyzická vrstva Přenos dat • digitální/binární data (0 a 1 proudící z/do vyšších vrstev) lze přenosovým médiem přenášet: a analogovým signálem • modulací nosného signálu digitálními daty • digitálním signálem • transformací kódování Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 16 / 56 LI. Fyzická vrstva Přenos dat Analogový přenos - modulace signálu • analogový signál lze přenášenými digitálními daty modulovat např.: • amplitudovou digitální modulací- mění se amplituda nosného signálu • frekvenční digitální modulací - mění se frekvence nosného signálu • fázovou digitální modulací- mění se fáze nosného signálu • pro modulaci/demodulaci signálu slouží modem (= MOdulátor/DEModulátor) Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 17 / 56 Ll. Fyzická vrstva Přenos dat Analogový přenos - amplitudová digitální modulace Amplitude i 1 btt 0 A A AA 1 bit 1 bit 0 A AAA 1 bit 1 bit 0 A AAP J v V V UUuu - 1 s- U U u U Tim Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 18 / 56 LI. Fyzická vrstva Přenos dat Analogový přenos - frekvenční digitální modulace Amplitude 1 bit 1 bit 1 bit 1 bit 1 bit 0 ! 1 ! 1 1 0 ! 1 Time Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 19 / 56 Ll. Fyzická vrstva Přenos dat Analogový přenos - fázová digitální modulace Amplitude 1 bit 1 bit 1 bit 1 bit 1 bit o i ; i i o : i Time I s Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 20 / 56 LI. Fyzická vrstva Přenos dat Digitální přenos - kódování • kódování- proces konverze binárních dat do digitálního signálu • přímé, NRZ, Manchester, 4B/5B, aj. 01011101 Line coding _ problém: synchronizace vysílače a přijímače • změnu úrovně signálu (0 —>• 1, 1 —>• 0) lze využít pro synchronizaci hodin • neřeší dlouhé posloupnosti 0/1 Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 21 / 56 LI. Fyzická vrstva Přenos dat Digitální přenos - problém synchronizace hodin Amplitude Sent 1 1 D 1 1 0 0 0 1 ... 1 Time o : i : 11 i Time Recelved Figuře: Ilustrace problému synchronizace vysílače a přijímače (zcela bez synchronizace) - vysílač vysílá 10110001, přijímač přijímá 110111000011. Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 22 / 56 LI. Fyzická vrstva Přenos dat Digitální přenos - přímé kódování • 1 = kladná hodnota amplitudy, 0 - nulová hodnota amplitudy • žádná samosynchronizovatelnost Amplitudě 0 1 0 0 1 1 1 0 Time Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 23 / 56 LI. Fyzická vrstva Přenos dat Digitální přenos - NRZ kódování • NRZ-L - 1 = záporná, 0 = kladná amplituda • žádná samosynchronizovatelnost • NRZ-I - 1 = změna polarizace amplitudy, 0 = žádná změna • řeší jen posloupnost 1, neřeší posloupnost 0 Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 24 / 56 LI. Fyzická vrstva Přenos dat Digitální přenos - kódování Manchester • každý bit kódován 2 prvky signálu • snížení efektivní přenosové kapacity • plná samosynchronizovatelnost Amplitude Manchester Zero is ~[_ One is _J~ ^) 0:o:i Time Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 25 / 56 Digitální přenos - kódování 4B/5B • uměle zavedená redundance pro zabezpečení synchronizace • včetně možnosti detekce chyb • substituce originálních 4-bitových bloků speciálními 5-bitovými vzorky • nejvýše tři 0 mohou následovat po sobě • vlastní přenos s využitím NRZ-I (počet 1 není důležitý) 4B 5B 4B 5B 0000 11110 1000 10010 0001 01001 1001 10011 0010 10100 1010 10110 0011 10101 1011 10111 0100 01010 1100 11010 0101 01011 1101 11011 0110 01110 1110 11100 0111 01111 1111 11101 Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 26 / 56 LI. Fyzická vrstva Přenosová média Přenosová média a poskytují prostředí pro činnost fyzické vrstvy • základní členění: • voděná média • poskytují fyzický kanál od jednoho zařízení ke druhému • kroucená dvoulinka (LANs, až lOGbps), koaxiální kabel, optické vlákno (páteře, stovky Gbps), atp. • nevoděná média • přenáší elektromagnetické vlnění bez použití fyzického vodiče • signály se šíří éterem (vzduch, vakuum, voda) • rádiové vysílání, mikrovlnné vysílání, infračervené vysílání, atp. • detaily viz PV183: Technologie počítačových sítí Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 27 / 56 Voděná média LI. Fyzická vrstva Přenosová média (a) Optický kabel. (b) Kroucená dvoulinka. (c) Koaxiální kabel. Figuře: Vybraná voděná přenosová média. Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 28 / 56 Ll. Fyzická vrstva Přenosová média Multiplexing • multiplexing - technika sdílení dostupné přenosové kapacity přenosového média souběžnými komunikacemi • cílem je efektivnější využití média • uplatněn zejména u optických vláken a bezdrátů 1 link, 4 channels M U X D E M U X • pro analogové signály: • Frequency-Division Multiplexing (FDM) • Wave-Division Multiplexing (WDM) • pro digitální signály: • Time-Division Multiplexing (TDM) Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 29 / 56 Ll. Fyzická vrstva Přenosová média Multiplexing - analogové signály • Frequency-Division Multiplexing (FDM) • každý přenášený signál je modulován samostatným nosným signálem s unikátní nosnou frekvencí » modulované nosné signály se kombinují do nového signálu, který se přenáší spojem • například pro telefonní spoje mezi ústřednami • éter: netřeba fyzicky realizovat multiplexory/demultiplexory, stanice mohou vysílat na odlišných frekvencích 0 Wave-Division Multiplexing (WDM) • varianta FDM pro optické signály (optická vlákna) • použití více světelných paprsků na různých frekvencích • každá barva světla (vlnová délka, frekvence) reprezentuje 1 kanál Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 30 / 56 LI. Fyzická vrstva Přenosová média Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 31 / 56 Ll. Fyzická vrstva Přenosová média Wave-Division Multiplexing (WDM) Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 32 / 56 Ll. Fyzická vrstva Přenosová média Multiplexing - digitální signály • Time-Division Multiplexing (TDM) • v libovolném okamžiku kanál využívá výhradně jeden vysílající (po jistou dobu) • vysoká propustnost i při mnoha vysílajících • nutnost precizní synchronizace vysílače a přijímače Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 33 / 56 LI. Fyzická vrstva Rekapitulace Rekapitulace - fyzická vrstva • zajištuje přenos jednotlivých bitů mezi odesílatelem a příjemcem • přenášené bity jsou transformovány do signálů šířených přenosovým médiem • pro přenos analogovým signálem je zapotřebí modulace • pro přenos digitálním signálem je zapotřebí transformace kódování • zejména kvůli problémům synchronizace • média mohou být voděná (např. kroucená dvoulinka, optické vlákno) a nevoděná (éter) » každé z nich vhodné pro jiné přenosové prostředí • sdílení média souběžnými přenosy provedeno technikou multiplexingu • další informace: » PV169: Základy přenosu dat (doc. Staudek) • PV183: Technologie počítačových sítí (dr. Pelikán) Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 34 / 56 L2. Vrstva datového spoji Struktura přednášky Q LI. Fyzická vrstva • Přehled • Úvod • Signály • Přenos dat • Přenosová média • Rekapitulace Q L2. Vrstva datového spoje • Přehled • Úvod • Služby • Tvorba rámců, adresace • Chybové řízení • Řízení přístupu k médiu (MAC) • L2 sítě • Budování L2 sítí • Rekapitulace L2. Vrstva datového spoje Přehled L2. Vrstva datového spoje - Přehled iso / osi Aplikační vrstva Síťové aplikace Prezentační vrstva Reprezentace dat Relační vrstva Relace, meziuzlová komunikace Transportní vrstva End-to-end spoje, zajištění spolehlivosti Síťová vrstva Výběr cesty a IP (logické adresování) Vrstva datového spoje AC a LLC (fyzické adresování) Fyzická vrstva Přenosová média, signály, přenos binárních dat I Proč nestačí LI? • nezajištuje opakování chybně přenesené informace • nepodporuje určení entity mající právo vysílat do média • nepodporuje ovládání toku dat ze zdroje do média • nepodporuje komunikaci mezi definovanými partnery Co nás nyní čeká. • představení L2, poskytované služby • detekce a korekce chyb • řízení přístupu k médiu a L2 sítě Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva 36 / 56 L2. Vrstva datového spoje Přehled L2 z pohledu sítě - kde se pohybujeme? L2. Vrstva datového spoje Úvod Uvod • Vrstva datového spoje: • prijíma pakety od sitové vrstvy, které transformuje do rámců • ve spolupráci s fyzickou vrstvou zajištuje přenos rámců mezi dvěma komunikujícími uzly propojenými (sdíleným) přenosovým médiem • tj. pouze doručení na stejném segmentu (stejné LAN) • zaručuje spolehlivost přenosu mezi těmito uzly • zajištuje, aby cílový uzel nebyl zahlcován proudícím tokem dat • řídí přístup uzlů ke sdílenému přenosovému médiu Network layer Gives services to Data link layer „ -—i Services Packetizing Media access control Addressing Receives services from Physical layer Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 38 / 56 Služby • Tvorba rámců (Framing) • pakety přicházející ze sítové vrstvy jsou baleny do rámců (frames) • Adresování (Addressing) • adresy entit vrstvy fyzického spoje - fyzické/MAC adresy • rámce obsahují zdrojovou a cílovou fyzickou adresu komunikujících entit • Chybové řízení (Error Control) • chyby ve fyzické vrstvě nelze zcela eliminovat • L2 vrstva zajišfuje požadovanou úroveň spolehlivosti datového spoje (detekce a korekce chyb) • Řízení toku (Flow Control) • zabraňuje zahlcení příjemce • mechanismy stop-and-wait, sliding-window • Řízení přístupu k médiu (Medium Access Control - MAC) • nezbytné v prostředí, ve kterém přenosové médium sdílí více entit • eliminuje kolize způsobené násobným vysíláním Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 39 / 56 L2. Vrstva datového spoje Tvorba rámců, adresace Tvorba rámců, adresace íříklad Ethernetového rá preambule jreambule: o identifikace počátku rámce (synchronizační prvek) adresace: o každá stanice (sítová karta) jednoznačně identifikována MAC adresou o např. 01:23:45:67:89:ab L2. Vrstva datového spoje Chybové řízení Chybové řízení • fyzická vrstva je vždy (s určitou pravděpodobností) předmětem chyb • chyba — zmena hodnoty bitu • např. optická vlákna cca 10~12, wireless cca 10~5 • vrstva datového spoje provádí detekci/korekci chyb • vysílač přidá bity, jejichž hodnota je funkcí přenášených dat • přijímač spočte stejnou funkci a v případě rozdílu hodnoty detekuje (pokusí se opravit) chybu • v případě detekce (nemožnosti opravy) je vyžádáno opakování přenosu » Error Detection, Automatic Request for Retransmission (ARQ) • detekce chyby a zajištění opakování přenosu • vhodné pro málo chybující přenosová média • Forward Error Correction (FEC) • detekce chyb a snaha o jejich korekci (s využitím redundance dat) • vhodné pro často chybující přenosová média či média s velkou latencí • např. Hammingův kód • detaily viz PV169: Základy přenosu dat Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 41 / L2. Vrstva datového spoje Chybové řízení Proces detekce chyb Receiver node Sender node 10100000000101010 Data Reject data -«-C OK? 10100000000101010 1011101 Data & redundancy Medium Data 10100000000101010 10100000000101010 1011101 Data & redundancy Figuře: Proces detekce chyb - vysílač přidává k bloku bitů dat bity kódu pro detekci chyb(y). Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 42 / 56 L2. Vrstva datového spoje Chybové řízení Kódy pro detekci chyb sudá/lichá parita • k přenášeným bitům dat se přidá 1 bit tak, aby měla sudý/lichý počet jedniček • detekuje pouze chyby v jednom bitu • silnější varianta: dvojdimenzionální parita • obecně velmi slabý nástroj pro detekci chyb cyklické kódy s kontrolní redundancí • Cyclic Redundancy Check (CRC) • garantuje silnou kontrolu (možná detekce všech jednobitových, dvoubitových a většiny dávkových chyb) Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 43 / L2. Vrstva datového spoje Chybové řízení Kódy pro detekci chyb - CRC a pro blok /c-bitů dat se vygeneruje (n — /c)-bitová posloupnost přidávaná ke /c-bitům zprávy • přenášená zpráva (rámec, n-bitů) reprezentuje polynom M(x) stupně (n-1) • klíč - vhodně zvolený polynom C(x) stupně (n — k) a přidávaná posloupnost (CRC) - zbytek po dělení (=> n — k bitů) • příklady C(x) • CRC-8: C(x) = x8 + x2 + x + 1 • CRC-12: C(x) = x12 + x11 + x3 + x2 + x + 1 • CRC-16: C(x) = x16 + x15 + x2 + 1 ( 7 + i 5 2 . 1 + X + JÍT+ 1 J c LíiuV 1 0 10 0 1 1 0 Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 44 / 56 L2. Vrstva datového spoje Řízení přístupu k médiu (MAC) Řízení přístupu k médiu (MAC) • funkcionalita odpovědná za koordinaci přístupu více stanic ke sdílenému přenosovému médiu • Cíl: eliminace kolizí (konfliktů) při vysílání • tj. souběžného vysílání do jediného přenosového prostředí • protokoly řízení přístupu: • protokoly neřízeného přístupu • protokoly řízeného přístupu • protokoly multiplexově-orientovaného přístupu • zpřístupnění multiplexingu fyzické vrstvy vrstvě L2 • FDMA (Frequency-Division Media Access), TDMA (Time-Division Media Access), atd. Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 45 / 56 L2. Vrstva datového spoje Řízení přístupu k médiu (MAC) MAC protokoly neřízeného přístupu • Aloha • stanice vysílá kdykoliv má připravený rámec • kolize detekovány nepřijetím potvrzení o přijetí v definovaném časovém intervalu • po kolizi náhodnou dobu vyčká a zkusí vysílat znovu • neefektivní • CSMA/CD • upravená Aloha - stanice vysílá jen když zjistí klid v médiu • současně na médiu naslouchá pro detekci případné kolize (CD = Collision Detection) • aplikace v klasickém LAN Ethernetu; nepoužitelné v nevoděném médiu • CSMA/CA • obcházení kolizí • použitelné v nevoděném médiu Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 46 / 56 L2. Vrstva datového spoje Řízení přístupu k médiu (MAC) MAC protokoly řízeného přístupu • stanice smí vysílat jen tehdy, když k tomu získá právo • od řídící/jiné stanice • rezervace • vysílání v předem domluvených vyhrazených intervalech • vyzývání • centrální stanice vyzývá (a vybírá) stanici, která bude vysílat • předávání příznaku • předávání peška indikujícího právo k vysílání Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 47 / 56 L2. Vrstva datového spoje L2 sítě L2 sítě • lokální počítačové sítě (LANs) • systematická topologie pro jednoduché sítě • topologie = fyzické uspořádání stanic na médiu • sběrnice, kruh, hvězda, strom, mesh atp. » rozlehlejší sítě tvořeny vzájemným propojováním jednoduchých topologií • kolizní doména • určena stanicemi sdílejícími přenosové médium • kdykoliv začne v kolizní doméně více stanic vysílat, dojde ke kolizi (znehodnocení signálu =>• nutnost opakování přenosu) Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 48 / 56 L2. Vrstva datového spoje L2 sítě L2 sítě - sběrnicová topologie (bus topology) L2. Vrstva datového spoje L2 sítě L2 sítě - kruhová topologie (ring topology) • všechny zprávy putují v jednom směru • kolizní doména tvořena všemi připojenými stanicemi • právo vysílat určuje metoda peška • velmi náchylná k defektům (výpadek kabelu/zařízení = výpadek celé sítě) Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 50 / 56 L2. Vrstva datového spoje L2 sítě L2 sítě - hvězdicová topologie (star topology) • centrální propojovací bod (hub, bridge, switch) • hůře instalovatelná • kolizní doména v závislosti na propojovacím bodu • hub - operuje na LI - kolizní doména tvořena všemi připojenými stanicemi • bridge, switch - operují na L2 - kolizní doména vždy tvořena pouze dvěma sousedícími stanicemi • nepříliš náchylná k defektům (výpadek kabelu = výpadek pouze daného zařízení) Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 51 / 56 L2. Vrstva datového spoje Budovaní L2 sítí Budování L2 sítí • můstek (bridge) • transparentní propojení sítí • vlastnosti: • všechen provoz prochází můstkem • odděluje sdílená média (kolize se nepřenáší) • může mít více jak dvě připojení • přepínač (switch) « víceportový můstek • založeno na MAC adresách • Backward Learning Algorithm - můstek se učí umístění stanic nasloucháním na médiu (sledováním zdrojových adres) • rámce se směrují dle cílové adresy • vlastnosti: • lze vytvořit sítě s cykly • distribuovaný Spanning Tree Algorithm pro výpočet kostry • nevhodné pro velké sítě • přepínací tabulky rostou s počtem stanic - pomalá konvergence Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 52 / 56 L2. Vrstva datového spoje Budovaní L2 sítí Budování L2 sítí - ilustrace Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 53 / 56 L2. Vrstva datového spoje Budovaní L2 sítí Distribuovaný Spanning Tree Algorithm • cíl algoritmu: nepoužívat některé porty můstků (zabránit cyklům) • každý můstek posílá periodické zprávy • • když dostane zprávu od souseda, upraví definici nejlepší cesty • preferuje kořen s menší adresou • preferuje menší vzdálenosti • při stejných vzdálenostech preferuje nižší adresu • mechanismus: • volba kořenového vrcholu stromu (nejnižší adresa) • postupný růst stromu - nejkratší vzdálenost od kořene (preference mají uzly s nižší adresou, pokud existuje více možností) • nalezené nejlepší cesty definují aktivní porty můstků • všechny ostatní porty vypnout Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 54 / 56 L2. Vrstva datového spoje Budovaní L2 sítí Distribuovaný Spanning Tree Algorithm - náčrt algoritmu • fáze výběru kořenového můstku a po zapnutí všechny můstky prohlásí, že jsou kořenem (Root Bridge) • každý z nich zašle konfigurační informaci na všechny porty • na základě těchto informací je zvolen kořenový můstek s nejnižší ID • fáze výběru kořenových portů • každý můstek si za svůj kořenový port (Root Port) zvolí ten s nejnižší cenou cesty k Root Bridge • mají-li dva porty stejnou cenu, je zvolen ten s nižším Port ID (druhý se vypne (stane se non-designated) pro vyloučení smyček) • fáze výběru aktivních/neaktivních portů • Root Bridge nastaví všechny svoje porty jako aktivní (Designated) • na všech spojích, na kterých nejsou Root Porty, si přepínače vyměňují informace a zjištují, kdo z nich má nižší Bridge ID. Ten potom nastaví svůj port jako aktivní, druhý s vyšším Bridge ID svůj port vypne • více viz animace: http://frakira.fi.muni.cz/~jeronimo/ vyuka/Cisco-spanning_tree.swf Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 55 / 56 L2. Vrstva datového spoje Rekapitulace Rekapitulace - vrstva datového spoje • zajišťuje přenos rámců mezi dvěma komunikujícími uzly (určeny MAC adresami) propojenými sdíleným přenosovým médiem • se zajištěním spolehlivosti přenosu » s ochranou přijímajícího uzlu proti zahlcení • s řízením přístupu k médiu (MAC protokoly) • L2 sítě (LANs): • sběrnicová, kruhová, hvězdicová topologie • základní stavební prvky pro rozsáhlé síte: můstky, switche • Backward Learning Algorithm pro získání informací o lokaci uzlů (nezbytné pro správné přepínání rámců) • Spanning Tree Algorithm pro výpočet minimální kostry cest • další informace: • PV169: Základy přenosu dat (doc. Staudek) • PV183: Technologie počítačových sítí (dr. Pelikán) • PA151: Soudobé počítačové sítě (doc. Staudek) • PV234: Přepínání v LAN, bezdrátové sítě a rozsáhlé sítě (dr. Pelikán et al.) • grafové algoritmy - PB165: Grafy a sítě (prof. Matýska, doc. Hladká, doc. Rudová) Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2015 56 /