2. Fyzická a linková vrstva PB156: Počítačové sítě Eva Hladká S lidy pripravil: Tomáš Rebok Fakulta informatiky Masarykovy univerzity jaro 2021 Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 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 vrstva 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 Ll. Fyzická vrstva - 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 MAC a LLC (fyzické adresování) Fyzická vrstva Přenosová média, signály, přenos binárních dat Co nás nyní čeká • představení Ll, poskytované služby • analogové/digitální signály • přenos binárních dat - modulace, kódování • přenosová média, multiplexing Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 4/56 LI z pohledu sítě - kde se pohybujeme? o pouze point-to-point spoje • bez možnosti adresace stanic Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 5/56 Úvod • data mezi komunikujícími uzly přenášeny přenosovým médiem 9 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 2021 6/56 Data link layer Gives services to Physical layer Services Bit-signal I Bit-rate 1 transformation Circuit I control j switching J Bit Multiplexing synchronization a Controls Transmission media Figure: Ilustrace služeb fyzické vrstvy. Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 7/56 Fyzická vrstva • hlavní cíl: zajistit přenos jednotlivých bitů (= obsahu předaných rámců) mezi odesílatelem a příjemcem o 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 o a mnoho dalšího Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 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 9 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 2021 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 2021 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, .. . Digitální signál 9 diskrétní v čase (mění se skokově) • lze jej šířit pouze vodiči • data diskrétní v hodnotách, např. znaky, prvky abecedy, Intensity 0 0 time Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 12/56 LI. Fyzická vrstva Signály Defekty signálů - útlum (slábnutí) 9 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 2021 13 / LI. Fyzická vrstva Signály Defekty signálů - zkreslení • ztráta tvaru způsobeno rozdílnou rychlostí šírení signálů na různých frekvencích •¥1 V\7 mm Transmission medium KA7 Composite signal sent [wwwvm Coiripuiierits, in phase Point 1 Point 2 mm Components, out of phase - h n Composite signal received Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 14/56 Fyzická vrstva • vliv cizorodé energie • např. termální šum, indukovaný signál, přeslech, atp. Point i Transmission medium Point 2 Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 15/56 Přenos dat LI. Fyzická vrstva Přenos dat * digitální/binární data (0 a 1 proudící z/do vyšších vrstev) lze přenosovým médiem přenášet: • analogovým signálem • modulací nosného signálu digitálními daty • digitálním signálem • transformací kódová n \ Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 16/56 LI. Fyzická vrstva Přenos dat Analogový prenos - modulace signálu o 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 9 pro modulaci/demodulaci signálu slouží modem (= MOdulátor/DEModulátor) Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 17/56 LI. Fyzická vrstva Přenos dat Analogový přenos - amplitudová digitální modulace Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 18/56 Ll. Fyzická vrstva Přenos dat Analogový prenos - frekvenční digitální modulace Amplitude Time Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 19/56 Ll. Fyzická vrstva Přenos dat Analogový prenos - fázová digitální modulace Amplitude Time Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 20/56 Digitální prenos - kódování • kódování- proces konverze binárních dat do digitálního signálu • přímé, NRZ, Manchester, 4B/5B, aj. • 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 2021 21/56 LI. Fyzická vrstva Přenos dat Digitální prenos - problém synchronizace hodin Ampliludr Sent 0 (I 0 — Ti me í) i : i o o o Received Time 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 2021 22 / LI. Fyzická vrstva Přenos dat Digitální prenos - príme kódování • 1 = kladná hodnota amplitudy, 0 - nulová hodnota amplitudy o žádná samosynchronizovatelnost Amplitude 0 0 n u Time Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 23/51 LI. Fyzická vrstva Přenos dat Digitální prenos - 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 Amplitude 0 NRZ-L NRZ-I 0 0 (Transition because next bit is 1. 0 Time Time Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 24/56 Digitální prenos - kódování Manchester každý bit kódován 2 prvky signálu o snížení efektivní přenosové kapacity plná samosynchronizovatelnost Amplitude A 0 Manchester Zero is ~|_ One is 0 0 0 Time Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 25/56 Digitální prenos - 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 2021 26/56 LI. Fyzická vrstva Přenosová média Přenosová média • 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 2021 27/56 Ll. Fyzická vrstva Přenosová média Voděná média (a) Optický kabel (b) Kroucená dvoulinka (c) Koaxiální kabel, Figure: Vybraná voděná přenosová média Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 28 / 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 digitálni signály: • Time-Division Multiplexing (TDM) Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 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 • Wave-Division Multiplexing (WDM) • varianta FDM pro optické signály (optická vlákna) 9 použití více světelných paprsků na různých frekvencích 9 každá barva světla (vlnová délka, frekvence) reprezentuje 1 kanál Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 30/56 LI. Fyzická vrstva Přenosová média Frequency-Division Multiplexing (FDM) M U X Channel 1 Channel 2 Channel 3 ■WW; Carrier f. Deiitodulatar Carrier í Eeniüdulatof Carrisr ^ Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 31/56 Ll. Fyzická vrstva Přenosová média Wave-Division Multiplexing (WDM) optické vlákno Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 32/56 LI. 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 2021 33/56 LI. Fyzická vrstva Rekapitulace Rekapitulace - fyzická vrstva • zajišťuje 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 o 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 2021 34/56 L2. Vrstva datového spoje Struktura prednášky Q Ll. Fyzická vrstva • Přehled • Úvod • Signály • Přenos dat • Přenosová média • Rekapitulace Q L2. Vrstva datového spoje • Přehled • Úvod • Služby • Tvorba rámců, adresace • Chybové řízení o Řízení přístupu k médiu (MAC) • L2 sítě • Budování L2 sítí • Rekapitulace L2. Vrstva datového spoje - Přehled C C c c 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 adresovaní) L Vrstva datového spoje MAC a LLC (fyzické adresování) Fyzická vrstva Přenosová média, signály, přenos binárních dat J 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 • L2 sítě Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 36/56 L2. Vrstva datového spoje Přehled L2 z pohledu sítě - kde se pohybujeme? a ('able end I )rop line I )rop line I )rop line Drop Tap Tap Tap Tap -J Cable end 4^ • lokální sítě - Local Area Networks (LAN) • přenosové médium sdíleno více stanicemi (nutnost adresace stanic) • tzv. node-to-node delivery Vrstva datového spoje: • prijíma pakety od sítové 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 Packetizing Services Flow control Media access control Addressing Error control Receives services from Physical layer WANs Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 38/56 L2. Vrstva datového spoje Služby 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 zajištuje 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 2021 39/56 Tvorba rámců, adresace příklad Ethernetového rámce: preambule cílová adresa zdrojová adresa Cl data CRC • preambule: • identifikace počátku rámce (synchronizační prvek) • adresace: • každá stanice (sítová karta) jednoznačně identifikována MAC adresou • např. 01:23:45:67:89:ab Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 40/56 L2. Vrstva datového spoje Chybové řízení Chyb ové řízení • fyzická vrstva je vždy (s určitou pravděpodobností) předmětem chyb 9 chyba = změna 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 2021 41 /56 L2. Vrstva datového spoje Chybové řízení Proces detekce chyb Receiver node 10100000000101010 Reject data No Data 10100000000101010 1011101 Data & redundancy Sender node Medium Data 10100000000101010 f 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 2021 42/56 L2. Vrstva datového spoje Chybové řízení Kódy pro detekci chyb sudá/liehá parita • k přenášeným bitům dat se přidá 1 bit tak, aby měla sudý/lichý počet jedniček • detekuje pouze chyby v jednom bitu • silnější varianta: dvoudimenzionálníparita • obecně velmi slabý nástroj pro detekci chyb cyklické kódy s kontrolní redundancí • Cyclic Redundancy Check (CRC) 9 garantuje silnou kontrolu (možná detekce všech jednobitových, dvoubitových a většiny dávkových chyb) Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 43 / L2. Vrstva datového spoje Chybové řízení Kódy pro detekci chyb - CRC a pro blok /c-bitů dat se vygeneruje (r? — /c)-bitová posloupnost přidávaná ke /c-bitům zprávy o přenášená zpráva (rámec, r?-bitů) reprezentuje polynom M(x) stupně (n-l) • klíč - vhodně zvolený polynom C(x) stupně (r? — k) • pridávaná posloupnost (CRC) - zbytek po dělení (=>► r? — /c bitů) • příklady C(x) • CRC-8: C(x) = x8 + x2+x + l a CRC-12: C(x) = x12 + x11 + x3 + x2 + x + 1 • CRC-16: C(x) = x16 + x15 + x2 + 1 Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 44/56 L2. Vrstva datového spoje Řízení přístupu k médiu (MAC) Řízení přístupu k médiu (MAC) o funkcionalita odpovědná za koordinaci přístupu více stanic ke sdílenému přenosovému médiu • tj. souběžného vysílání do jediného přenosového prostředí o 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. • Cíl: eliminace kolizí (konfliktů) při vysílání Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 45/56 L2. Vrstva datového spoje Řízení přístupu k médiu (MAC) MAC protokoly neřízeného přístupu 9 Aloha • stanice vysílá kdykoliv má připravený rámec • kolize detekovány nepřijetím potvrzení o přijetí v definovaném časovém intervalu o po kolizi náhodnou dobu vyčká a zkusí vysílat znovu • neefektivní • 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/CD • CSMA/CA • obcházení kolizí • použitelné v nevoděném médiu Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 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 o rezervace • vysílání v předem domluvených vyhrazených intervalech • vyzývání 9 centrální stanice vyzývá (a vybírá) stanici, která bude vysílat o předávání příznaku • předávání peška indikujícího právo k vysílání Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 47/56 L2. Vrstva datového spoje 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 9 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 2021 48/56 L2 sítě - sběrnicová topologie (bus topology) • relativně jednoduše instalovatelná • kolizní doména tvořena všemi připojenými stanicemi • CSMA/CD jako protokol řízení přístupu k médiu • náchylná k defektům (výpadek kabelu = výpadek celé sítě) Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 49/56 L2. Vrstva datového spoje L2 sítě L2 sítě - kruhová topologie (ring topology) r a r n r a 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 2021 50/56 L2. Vrstva datového spoje L2 sítě L2 sítě - hvězdicová topologie (star topology) • centrální propojovací bod (hub, bridge, switch) a hůře instalovatelná a kolizní doména v závislosti na propojovacím bodu 9 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 2021 51 / 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 2021 52/56 Budovaní L2 sítí - ilustrace Backbone Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 53/56 L2. Vrstva datového spoje Budovaní L2 sítí Distribuovaný Spanning Tree Algorithm • cíl algoritmu: nepoužívat některé porty můstků (zabránit cyklům) o každý můstek posílá periodické zprávy • o když dostane zprávu od souseda, upraví definici nej lepší 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 nej lepší cesty definují aktivní porty můstků • všechny ostatní porty vypnout Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 54/56 L2. Vrstva datového spoje Budovaní L2 sítí Distribuovaný Spanning Tree Algorithm - náčrt algoritmu • fáze výběru kořenového můstku • po zapnutí všechny můstky prohlásí, že jsou kořenem (Root Bridge) 9 každý z nich zašle konfigurační informaci na všechny porty • na základě těchto informací je zvolen kořenový můstek s nejnižší ID • fáze výběru kořenových portů 9 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 9 Root Bridge nastaví všechny svoje porty jako aktivní (Designated) 9 na všech spojích, na kterých nejsou Root Porty, si přepínače vyměňují informace a zjišťují, kdo z nich má nižší Bridge ID. Ten potom nastaví svůj port jako aktivní, druhý s vyšším Bridge ID svůj port vypne 9 více viz animace: http://frakira.f i .muni . cz/~ jeronimo/ vyuka/Cisco-spanning_tree.swf Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 55/56 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) • sběrnicová, kruhová, hvězdicová topologie • základní stavební prvky pro rozsáhlé site: 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: 9 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.) o grafové algoritmy - PB165: Grafy a sítě (prof. Matýska, doc. Hladká, • L2 sítě (LANs): doc. Rudová) Eva Hladká (Fl MU) 2. Fyzická a linková vrstva jaro 2021 56/56