S Tietoliikenneverkot Lähiverkot

Transkriptio

1 S Tietoliikenneverkot Lähiverkot Markus Peuhkuri 3. marraskuuta 1999 Luennon aiheet Lähiverkkostandardit Väylänsaantitavat Median saantitavat Perinteiset lähiverkot väyläverkot: Ethernet, Local Talk rengasverkot: Token Ring, FI TM & TM LN-emulaatio Verkkosovittimet Lähiverkkostandardeja Tärkein lähiverkkojen standardisoija IEEE projekti Local and Metropolitan rea Networks: IEEE Standard: Overview and rchitecture määrittelee yleiset käsitteet liikenteenhallinta, verkkojen kuormitus, verkonhallinta, verkkojen yhdistäminen, yhdysliikenne verkkojen välillä siirtoyhteyden ohjaus (LL) esim. vuonohjaus siltaverkoissa arrier Sense Multiple ccess with ollision etection (SM/) - (ETHERNET) Standard for Token-Passing us ccess Method and Physical Layer Specifications (token bus) Token Ring ccess Method and Physical Layer Specifications istributed Queue ual us (Q) Subnetwork of a Metropolitan rea Network (MN) roadband Local rea Networks Recommended Practice for Fiber Optic Local and Metropolitan rea Networks Integrated Services LN Interface at the M and PHY Layers isokronisen liikenteen välittäminen lähiverkossa Standard for Interoperable LN/MN Security Standard for Wireless Medium ccess ontrol (M) and Physical Layer (PHY) Specifications langattomal lähiverkot emand Priority ccess Method, Physical Layer and Repeater Specification 100 Mbit/s prioritisoitu liityntä (100VG-nyLN) Standard Protocol for able-tv ased roadband ommunication Network IEEE 802-standardien suhteet toisiinsa ase5 a: 10ase2 b: 10road36 d,j: 10aseF e: 1ase5 l:10aset u: 100aseT y: 100aseT2 z: 1000aseT/F 75 Ohm coax a: kuitu STP/4Mbps b: UTP/4Mbps j: kuitu n: UTP/4+16Mbps b: S3 c: S1 d: SH 100Mbps4P a: > 100Mbps b: 2P Median saanti: SM/ LL M SM/ (arrier Sense Multiple ccess/ollision etection) yksinkertainen ratkaisu PHY rajoittaa verkon maksimipituutta ja lyhintä käytettävää pakettia ei voida antaa maksimiaikaa siirtoviiveelle toimii yllättävän hyvin ensimmäisiin epäilyihin nähden 1-perisistent SM/ (arrier Sense Multiple ccess/ollision voidance) käytössä pple LocalTask:issa p-persistent 1

2 SM/ yksinkertainen kaksinkertainen aloittaa lähetyksen :lle Kaksoisväylä ja valmiita lähettämään havaitsee :n lähetyksen lähettää väylät "ylävirtaan" ja "alavirtaan" Q :n ja :n signaalit törmäävät havaitsee, lähettää sotkusignaalin Kaikki asemat havainnoivat törmäyksen vastaanotto SM/-algoritmi lähetys lähetä kehys luo kehys vastaanota kehys aloita vast. vastaanotto kantoaalto valmis? aloita lähetys törmäys? pieni? osoite lähetys valmis? lähetä sotkua FS lisää laskuri pituus ylim.bit liikaa? pura kehys OK OK laske ja odota OK pituusvirhe kehysvirhe asetusvirhe Median saanti: Vuoron varaus Liikennöivät laitteet järjestyksessä oikeuksien mukaan Q TM hallinta ja jonotus hajautettu laitteiden kesken resurssien varaus verkon soluissa (kytkimissä) Median saanti: valtuuden välitys Token Passing Ring verkossa kiertää vuorokehys asema voi varata vuoron, jos vuorokehykseen varattu prioriteeti on pienempi kuin odottavan paketin Token Ring ja FI Token Passing us vuorokehys kuten TR:ssä, mutta siirtomediana väylä käytetty lähinnä GM:n MP-järjestelmässä Väyläverkot Kaksisuuntainen kaikki liikenne yhdessä kaapelissa IEEE 802.3, IEEE Taitettu IEEE Ethernet <> IEEE erilainen kehysrakenne samat laitteet osaavat yleensä liikennöidä molemmissa kerrottava verkkoohjelmistolle, kumpaa käytetään Ethernet kehitetty igitalin, Intelin ja Xeroxin yhteistyönä 70-luvun puolessavälissä Ethernet IEEE Tahdistus (7) Tahdistus (7) lkumerkki (1) lkumerkki (1) Kohdeosoite (6) Kohdeosoite (6/2) Lähdeosoite (6) Lähdeosoite (6/2) Tyyppi (2) Pituus (2) IEEE ata (2) SP(1) SP(1) SSP(1) Ohjaus(1) ata(1) Täyte FS (4) FS(4) (6/2) IEEE parametrit SM/ -algoritmin toiminta riippuu kyvystä havaita törmäykset Paketin lähetysaikana kaikkien tulee saada tieto törmäyksestä signaalin vaellettava kaapeli kahteen kertaan IEEE (10 Mbps) kaapelin pituus 5 km minimi kehyksen koko 64 tavua 2

3 IEEE 802.3: Erilaisia siirtoteitä Koaksiaalikaapeli 10ase-5 (50 ohm, "paksuethernet") 10ase-2 (50 ohm, "ohutethernet") 10road-36 (75 ohm, laajakaistainen moduloitu: sietää häiriöitä paremmin) Parikaapeli 1ase-5 (Starlan) 10ase-T 100ase-TX (UTP-5, STP-5; 2 paria) 100ase-T4 (UTP-3, 4 paria) 1000ase-T Valokuitu 10aseFL, 10aseF, 10aseFP 100ase-F 1000ase-F Verkon tehostaminen Kytkevä ethernet (10aseT) jokaiselle koneelle tarjolla oma 10Mbit/s kaista MPEG-2 -video menee 4 6 Mbit/s Nopea ethernet (100ase-*, 1000ase-*) käyttävät parikaapelia (2 tai 4 paria) liikennöinti kaapelissa yksisuuntaista kytkevä keskitin vuonohjauksella 100VG-nyLN - ei varsinaisesti yhteyttä normaaliin ethernetiin, muistuttaa hyvin paljon Token Ringprotokollaa Ethernet-verkon optimointi Vältä pitkiä kaapeleita toistimien tilalle siltoja tai reitittimiä Rajoita konemäärää verkossa Laitteiden tullee toteuttaa protokolla oikein oikea törmäyksen tunnistus ja peräytyminen elintärkeitä Käytä suurinta mahdollista kehyskokoa Älä sekoita suurivolumista reaaliaikaliikennettä ja datasiirtoa kohtuullisilla vaatimuksilla toimivat kuitenkin yhteen K.o. ohjeet hyvin pitkälle vanhentuneita kynkentäisen tekniikan myötä. pple Local Talk Halpa verkko parikaapelilla liitäntä jokaisessa MacIntoshissa alunperin tulostimenjakoon Pituus 300 m semia 32 kpl Nopeus 230 kbit/s SM/ Rengasverkot ikavälirengas (Slotted Ring) Rekisteriliitosrengas (Register-insertion ring) Valtiuuden välitys rengasverkoissa yleisin: Token Ring, FI ikavälirengas Renkaassa kiertää jatkuvasti bittijono jaettu kiinteään määrään kiinteänmittaisia välejä lähetttävä asema odottaa vapaata väliä ja kirjoittaa paketin vastaanottava kopioi paketin itselleen lähettänyt asema poistaa paketin ja merkitsee välin vapaaksi asema ei saa käyttää uudelleen tätä. Vaihtoedot montaako väliä saa käyttää vastaanottaja poistaa vastaanottaja alhaalla, puskurointi, epäreilu Rekisteriliitosrengas Normaalisti bitit menevät suoraan aseman ohi seman lähettäessä 1. tulevat bitit varastoidaan puskuriin 2. tilalle lähetetään haluttu paketti 3. kun oma viesti on renkaassa, bitit kierrätetään puskurin kautta 4. viestin tullessa takaisin, se poistetaan, jona aikana puskuri tyhjenee Vaihtoehdot: vastaanottaja poistaa Pieni lähetysviive korvautuu pitkällä viivellä 3

4 Valtuuden välitys Verkossa kiertää vapaa valtuus (free token) (käytännössä tietty bittijono) Lähettävä asema odottaa valtuutta 1. muuttaa valtuuden varatuksi 2. lähettää kehyksen perään 3. vastaanottaja kopioi datan itselleen 4. lähettäjä poistaa kehyksen ja lähettää vapaan valtuuden Vaihtoehdot milloin valtuus vapautetaan 1. takaisin tulleen paketin aluksi (IEEE Token Ring alunperin) 2. heti kehyksen perään (FI) kuka poistaa kehyksen renkaasta kuinka kauan yksi voi lähettää (Token Hold Time) TRT ctivenodes THT + RingLatency TRT: Token Rotation Time, TTRT: tavoiteaika TRT:lle Virhetilanteet valtuudenvälityksessä Ei liikennettä verkossa tiettyyn aikaan (FI: 2,5 ms) valtuus kadonnut Valvoja merkitsee varatut valtuudet: jos valvoja näkee merkityn valtuuden vapaa valtuus kadonnut Toipuminen: uuden valtuuden luominen FI: laite lähettää verkkoon oman vaatimuksen TTRT:stä jokainen vertaa omaan: alin "tarjous" kiertää verkon IEEE 802.5: Token Ring IM:n kehittämä, tuotteena esitelty 1985 Monimutkaisempi algoritmi kuin Etherneissä 1. vuoromerkki 2. kehyskohtainen prioritisointi 3. valvontatoiminto häiriötilanteiden varalle 4. hallintakehykset (26) virheistä toipuminen uuden aseman tulo verkkoon konfigurointi virheiden hallinta Kaksi eri nopeutta 4 ja 16 Mbit/s paketin datan pituus 4099 ja bittiä IEEE 802.5: Verkon rakenne Kaapeloitu tähdeksi, liitetty MU:hun, joka kytkee renkaaksi MU voi sisältää älyä viallisen aseman ohittamiseksi kehykset modifioidaan "lennossa" jokainen asema aiheuttaa yhden bitin viiveen, valvonta-asemassa 24 bitin kiinteä puskuri, jotta koko vuoromerkki mahtuisi kiertämään. valvontakehys liikkuu vähintään 7 s välein siirtomedista määritelty minimilaatu kaapelin päässä mahdollistaa eri siirtomedioiden käytön Prioriteetit: 8 tasoa prioriteettikenttä asema voi lähettää, jos lähetettävän kehyksen prioriteetti on sama tai suurempi kuin vastaanotetun vapaan valtuuden varauskenttä asema voi varata lähetysoikeuden jos lähetettävä prioriteetti suurempi kuin varauskentässä Lähetyksen jälkeen saatava uusi valtuus FI NSI X3T9.5, ISO 9314 Neljän tyyppisiä koneita S: (dual attachment station) kiinni kaksoisrenkaassa. Tyypillisesti runkoverkon sillat ja reitittimet. : (dual attachment consentrator) SS:en liittäminen kaksoisrenkaaseen. SS (single attachment station) kiinni yhdessä renkaassa S: (single attachment consentrator) Puiden rengas Kolme eri käyttöympäristöä 1. atk-keskusympäristö (back end network): isojen koneiden liittäminen toisiinsa lähellä toisiaan 2. toimistoverkko (front end network): useita yksittäisiä koneita yksinkertaisella liitynnällä. Tähtimäinen kaapelointi, koneet poistuvat verkosta 3. runkoverkko (backbone network): laajalla (kuidun pituus 200/2 km) alueella olevia verkkoja yhdistävä ratkaisu FI: vuoron varaus Voi lähettää asynkronista dataa 1. ei aikakriittistä dataa 2. jos lähetyksen alkaessa TRT < TTRT Voi lähettää niin kauan kuin edellinen ehto on voimassa Voi lähettää synkronista dataa TTRT:n puitteissa 4

5 FI: media Useita mediavaihtoehtoja monimuotokuitu (62.5/125 µm): 2 km yksimuotokuitu (10/125 µm): 60 km suojattu kierretty pari (STP) suojaamaton kierretty pari (UTP) 100 m (TPI) LL ei kuulu standardiin (IEEE 802 mukainen) FI-II mahdollistaa myös isokronista n*64kbit/s liikenettä IEEE 802.6: MN Q istributed Queue ual us Yksisuuntainen kaksoisväylä väylät eri suuntiin kummankin väylän päässä kehysgeneraattori Nopeus 155 Mbit/s 125 µs kehykset 53 tavun lohkoihin Reilu hajautettu jonotus asema kertoo "alavirtaan" tarpeensa lähettää Käytössä pääasiassa ustraliassa ja Yhdysvalloissa TM lähiverkoissa Kaapelointi tähtimäisesesti keskittimeen Suora TM:n käyttö lassical IP MPO TM-LN emulaatio ohjelmille "näkyy" perinteinen lähiverkko Ethernet Token Ring helppo liitettävyys olemassa oleviin verkkoihin Virtuaaliset lähiverkot lassical IP IP osoitteet (32 bit) TM osoitteet (20 oktettia) IP yhteydetön TM yhteydellinen IP paketit kilotavuja TM solu 5+48 tavua Eri toteutusympäristöt lähiverkot: korvaa Ethernet, Token Ring, FI-verkot lähiverkkojen (ei TM) yhdistäminen reitittimien yhdistäminen (WN) TM osotteet OSI Network Sevice ccess Point ISO 8348, ITU-T X oktettia TM: synkrononinen toimintamuoto Eri siirtomuodoille kaistanleveyttä tehokkaasti käyttävä ratkaisu vakionopeuksinen viiveherkkä vaihteleva, viiveherkkä purskeinen liikenne Solurakenne GF otsaketietoa 5 tavua dataa 48 tavua (kiinteä) VPI VI Type LP 8 HE (R-8) Sama siirtotapa käytössä niin lähi- kuin laaja-alaisissa verkoissa Vapaa topologia 384 (48 bytes) Payload uthority and Format Identifier (1 oktetti) TM Format (FI = 39) ata ountry ode (2 oktettia) ISO 3166 maakoodi: -koodattu I TM Format (FI = 47) International ode esignator (2 oktettia) esimerkiksi ritish Standards Institute E.164 TM Format (FI = 45) ISN-numerointi: max 15 numeroa koodattu 8 oktettiin omain Specifica Part (SP) High Order SP (HO-SP) hallinnoija päättää jaosta voi jakaa edelleen aliosiin: vaikuttaa reitityksen toteuttamiseen End System Identifier (6 oktettia) tunnistaa päätelaitteen uniikki IP + HO-SP -avaruudessa 5

6 esim IEEE M Selector (1 oktetti) laitteen sisäinen osoite Julkisissa verkoissa E.164 numerointityyppi = kansainvälinen numerointisuunnitelma = E.164 Yksityisissä verkoissa kaikki kolme muotoa numerointityyppi = tuntematon numerointisuunnitelma = TM Endsystem ddress Numerointityyppi ja -suunnitelma välittyy merkinannossa Osoitemuunnokset TM-verkoissa ei broadcast-toiminnallisuutta TMRP-palvelin toteuttaa muunnokset TM-osoitteiden (joko laitteiden NSP-osoitteet tai PV-ympäristössä VPI/VIarvot) ja vastaavien IP-osoitteiden välillä vrt. RP tietokanta ylläpitää ja päivittää tietoja InRPkyselyillä minutin välein kyselyyn vastataan joko postiivisesti tai negatiivesti IP yhteydetön TM yhteydellinen PV kiinteät yhteydet luodaan hallinta-asemilla SV kytkentäiset yhteydet luodaan merkinannolla (UNI) TM (UNI 3.1) tukee 1. pisteestä-pisteeseen 2. pisteestä-moneenpisteeseen mutta ei monipiste-monipiste IP paketit TM solut kilotavuja 5+48 tavua TM sovituskerros 5 (L5) TM lähiverkkoemulaatio (LN Emulation) Emuloi olemassa olevia lähiverkkoja TM-verkossa (Ethernet, Token Ring) Verkkoohjelmistolle täsmälleen sama rajapinta kuin perinteinen M-kerros tarjoaa mahdollistaa NetIOS, IPX, ppletalk LE asiakas (LE) LE palvelu(t) LE komponentit siakas (LE) päätelaitteissa, käyttää palveluja LE käyttäjäverkkoliitännässä (LUNI) Palvelu mahdollisesti useita samassa verkossa konfiguraatiopalvelin (LES) LE-palvelin (LES) jakelulähetys/tuntematon-palvelin (US) Verkkoon liittyminen 1. siakas luo yhteyden LES:iin verkosta ILMI:llä tunnettu osoite E PV: VPI=0 VI=17 erikseen konfiguroitu 2. Lähettää konfiguraatiopyynnön LES:lle verkkotyyppi: Ethernet/Token Ring suurin kehyskoko: (1516, 4544, 9234, 18190) ELN nimi 3. Vastauksena LES:n osoite verkkoon, johon asiakas kuuluu 4. Luo yhteyden LES:n (P-t-P) 5. Lähettää liittymispyynnön. Koneella uniikki TM- ja Mosoite LL/SNP kehystys oletus MTU 9180 (max 65527) (1366) solua < 64 K 0 47 bytes ata Pad Reserved Len 32 R Hyväksyy liittämisen kontollijakeluun 7. Kysyy LES:lta US:n TM-osoitteen. US:n M on FF:FF:FF:FF:FF:FF, broadcast-osoite. 8. Luo yhteyden US:n 9. Hyväksyy liittämisen yleislähetysjakeluun 6

7 Liikennöinti verkossa LE kysyy LES:lta M-osoitteen perusteella TMosoitteen Mikäli LES ei tiedä, lähettää kyselun kaikille kontrollikanavaa myöten, esimerkiksi ethernet-kytkimen tapauksessa. LE luo yhteyden suoraan toiseen LE:n puretaan, mikäli ei liikennettä 20 min aikana Yleislähetys: viesti lähetetään US:lle, joka lähettää kaikille lassical IP TM LNE -IP tehokkaampi käytettävissä myös muilla protokollilla (ei määritelty) vähemmän kerroksia ja kyselyjä (yleensä) suurempi MTU ei tehokasta tapaa jakelu- ja yleislähetyksille Pullonkaulat keskeytysten käsittely väylän kaistanleveys 132 M/s (PI-32) > 1 Gbit/s kopiointi muistissa Yhteenveto Perinteiset lähiverkot Ethernet & FI väylän/vuoronvaraus perusmitoitus TM lassical IP lähiverkkoemulaatio dapterien perusrakenne LNE käyttöönotossa helpompi enemmän automatisointia verkkojen liittäminen M-tasolla (vrt verkkokerros) US pullonkaula? TM vs muut Edut Haitat yksi verkko kaikelle liikenteelle uudet sovellukset tulevat mahdolliseksi yhteensopiva nykyisen kaapeloinin kanssa vaiheittainen siirtyminen mahdollista yksinkertaistettu verkonhallinta pitkä elinaika arkkitehtuurina uutta ja tuoretta tekniikka (vs. Ethernet, FI) laitevalmistajia (toistaikseksi) vähemmän verkon ongelmien selvittäminen vaikeampaa myös Ethernet-verkon tekniikat kehittyneet (802.1, 802.1Q virtuaali-ln) Verkkoadapterit Puskuria vastaanottoon 1-2 kehyksen verran TM: solupuskuria kehysten kokoamiseen atan siirto muistiin/sta M: adapteri huolehtii PIO: prosessori kopioi 7