Roskilde Universitetscenter, Datalogisk Afdeling E-mail: ncjuul@acm.org Lokalnet Medium Access Control laget Niels Christian Juul Mandag den 18. september 2000 Tanenbaum: CN kap. 4 4-4.2.3, 4.3.1, 4.3.6-4.5.2 Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 1 Mål Efter i dag skal du: kunne forklare hvorfor dynamisk deling er bedre end statisk (op-)deling vide hvad et LAN er og kunne beskrive de komponenter der indgår i et LAN kende til de forskellige elementer af IEEE 802 standarden, herunder specielt CSMA/CD Ethernet forstå betydning af og kunne anvende forskellige LAN topologier, herunder sammenkobling af LAN kunne forklare High-Speed LANS (FDDI, ) Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 2 Copyright 1999-2000, Niels Christian Juul 1
Dagens program Statisk/dynamisk kanaltildeling Aloha CSMA/CD IEEE 802 MAC Lokalnetstopologier Broer FDDI Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 3 ISO-OSI: Model for datanet 7 Anvendelseslaget 6 Repræsentationslaget 5 Sessionslaget 4 Transportlaget 3 Netværkslaget 2 Forbindelseslaget 1 Det fysisk lag UDP IP HTTP request (Ex.: Get index.html) HTTP reply (Ex.: text/html.) Rutning IP IP Ethernet TokenRing UDP IP Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 4 Copyright 1999-2000, Niels Christian Juul 2
Deling af et kommunikationsmedium Multiplexing Frekvens stakning (FDM) Tids opdeling (TDM) Statisk opdeling Dynamisk opdeling Hvis vi opdeler en kanal med kapacitet C i N kanaler med C/N kapacitet hver, stiger eller falder den gennemsnitlige ventetid så? Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 5 Kø-teoretisk Hvis vi opdeler en kanal i N små kanaler og sender den samme mængde data fordelt over de N kanaler, stiger den gennemsnitlige ventetid med N. λ Ankomst frekvens (pakker/sekund) Exponentielt fordelt pakkelængde, mean 1/µ (b/p) Gnsn. ventetid for stor kanal T = 1/(µC- λ) Gnsn. ventetid for N små kanaler: T lille = 1/(µ(C/N)- (λ/n)) = N/(µC- λ) = N*T Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 6 Copyright 1999-2000, Niels Christian Juul 3
Kanaltildeling Hvis vi har en kapacitet og deler den op så kan vi lave en fast tildeling til hver bruger, men så spilder vi kapaciteten når de enkelte brugere ikke sender. Det svarer til enten at lade: flere radiostationer deles om en FM-sender, hvor de hver har deres sendetid (TDM) eller hvis vi har flere FM-sendere, så: at give hver station sin frekvens (FDM). Når radiostationen ikke sender, så spildes kapaciteten. Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 7 Broadcast medium N uafhængige stationer Max. en pakke ad gangen fra hver station En delt kanal Alle kan sende Alle kan høre alt Kollisioner kan forekomme Alle opdager når to pakker sendes delvist samtidigt ellers ingen fejl Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 8 Copyright 1999-2000, Niels Christian Juul 4
Tid forløber enten: kontinuerligt eller i spring (diskrete intervaller) Føler på kanalen under og/eller før: CS (Carrier Sense)» Alle kan checke om kanalen er i brug før de sender ingen CS» Ingen føler på kanalen før de sender, men fiasko (kollision) kan opdages Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 9 Aloha fra Hawaii Sende og modtager master på øerne. Algoritme: 1. Send en besked 2. Lyt om den blev ramt af kollision (modtog vi selv det vi sendte?) 3. Hvis kollision så vent lidt og prøv igen fra 1. NB. Forskellig ventetid!!! Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 10 Copyright 1999-2000, Niels Christian Juul 5
CSMA Carrier Sense Multiple Access D.v.s. Vi føler på linien og sender kun hvis ingen andre sender Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 12 CSMA protokoller kan: benytte opdeling i tidsintervaller altså sende i ryk (pladser), slotted være mere eller mindre ivrige 1-persistent = 100% ivrige» dvs. bruger næste ledige plads 0.2-persistent = 20% ivrige» dvs. bruger næste ledige plads med 20% sandsynlighed opdage at andre også sender dvs. detektere kollisioner CD, Collision Detect Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 13 Copyright 1999-2000, Niels Christian Juul 6
Kollisionsfri Først sendes n pladser hvori hver af de n sendere kan lægge en billet i deres plads (1 bit er nok) dvs. i de n bit pladser høres» 0 på de pladser hvor senderen er tavs» 1 på de pladser hvor senderen ønsker at sende Herefter ved alle hvem der ønsker at sende og disse sender så efter tur Bagefter startes forfra Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 15 IEEE 802 Standard Opdelt på fem bøger: IEEE 802.1: Generelt Introduktion + Interface primitiver IEEE 802.2: Lag 2: LLC protokol Logical Link Control IEEE 802.3: CSMA/CD Alle tre beskriver: IEEE 802.4: Token bus Fysisk lag samt IEEE 802.5: Token ring MAC sub-lag IEEE 802 også ANSI og ISO 8802 Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 17 Copyright 1999-2000, Niels Christian Juul 7
7-18 OSI og MAC/LLC Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 18 IEEE 802.3 CSMA/CD 1-persistent Ethernet Xerox, Digital og Intel skrev standarden 10 M bps To typer kabling: Thick Ethernet Thin Ethernet Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 19 Copyright 1999-2000, Niels Christian Juul 8
IEEE 802.4 & 802.5 Stafet-baserede alternativer til 802.3 802.4: Token Bus Logisk ring 802.5: Token Ring Fysiske ring Ialt 3 forskellige implementationer af: Fysiske lag samt MAC sub-laget men med fælles lag 2: LLC ( IEEE 802.2 ) Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 21 7-23 Ethernet frames Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 23 Copyright 1999-2000, Niels Christian Juul 9
7-24 Framing Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 24 Enheder på lokalnettet Arbejdsstationer, PC NC? Server filer deling af fælles ressourcer backup printer Netværksbokse Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 28 Copyright 1999-2000, Niels Christian Juul 10
6-29 LAN interface Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 29 6-30 Netværksindstikskort Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 30 Copyright 1999-2000, Niels Christian Juul 11
NP 4 - Forelæsningstransperanter 18. september 2000 Netværk Bokse: HUB Repeater Switch Kabler Coax Twisted pair Fiber optics Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 31 6-32 Aktive og passive HUBs Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 Copyright 1999-2000, Niels Christian Juul 32 12
7-33 802-3 Kabling (1) 1Base5 1-Mbps baseband medium with a maximum segment length of 500 meters (a baseband medium is one that carries only one signal at a time as opposed to a broadband medium that can carry multiple signals simultaneously). The segment length is the length of cable that can be used without repeaters to amplify the signal. StarLAN 10Base5 10-Mbps baseband medium with a maximum segment length of 500 meters. 10Base2 10-Mbps baseband medium with a maximum segment length of 200 meters. The cable used in this implementation is commonly called Thinnet or Cheapernet. 10Base-T 10-Mbps baseband medium with twisted-pair wires as the medium. Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 33 7-34 802-3 Kabling (2) 10Broad36 10-Mbps broadband medium with a 3600-meter segment length. 100Base-TX 100-Mbps baseband medium with twisted-pair wires as the medium. 100Base-FX 100 Mbps baseband medium using fiber optic cable. 100VG-AnyLAN a specification of the IEEE 802.12 subcommittee. This specification competes with 100Base-T for the 100 Mbps Ethernet market. The specification calls for twisted-pair wires and can support either CSMA/CD or token passing technologies. 1000Base-Sx 1000 Mbps baseband medium using fiber optic cable. Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 34 Copyright 1999-2000, Niels Christian Juul 13
NP 4 - Forelæsningstransperanter 18. september 2000 7-35 Bus topologi Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 35 7-36 Stjerne topologi Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 Copyright 1999-2000, Niels Christian Juul 36 14
NP 4 - Forelæsningstransperanter 18. september 2000 7-37 Token ring Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 37 7-38 ANSI Looped Bus LAN Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 Copyright 1999-2000, Niels Christian Juul 38 15
ISO-OSI: Model for datanet 7 Anvendelseslaget 6 Repræsentationslaget 5 Sessionslaget 4 Transportlaget 3 Netværkslaget 2 Forbindelseslaget 1 Det fysisk lag UDP IP Ethernet Bridge Ethernet UDP IP Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 39 7-40 Token Passing CSMA/CD Predictable access window Access window can be unpredictable Maximum wait time to transmit is token circulation time Average wait time to transmit is predictable--half the maximum circulation time Network congestion does not adversely affect network efficiency Maximum wait time to transmit is unpredictable and depends on collisions Average wait time to transmit is unpredictable Network congestion may result in collisions and reduce network efficiency Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 40 Copyright 1999-2000, Niels Christian Juul 16
7-41 Token Passing CSMA/CD A node needs to wait for the token before being able to transmit One node cannot monopolize the network Large rings can result in long delays before a node obtains a ring Consistent performance for large, busy networks A node may be able to transmit immediately One node may be able to monopolize the network A node can transmit when the network is quiet Unpredictable performance for large, busy networks due to possibility of collisions Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 41 7-42 LAN Topologi og protokol (1) IEEE 802.3 or Ethernet IEEE 802.5 Token Ring Speed 10, 100, 1000 Mbps 4, 16, or 100 Mbps Medium Distance Twisted-pair wires, coaxial cable, or fiber optic cable 500 meters for thick cable, 185 meters for thinnet cable segments; 5 segments can be connected with repeaters to give maximum lengths of 2500 and 925 meters Twisted-pair wires 366 meters for the main ring; can be extended to 750 meters with repeaters and to 4000 meters with fiber optic cable Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 42 Copyright 1999-2000, Niels Christian Juul 17
7-43 LAN Topologi og protokol (2) Number of Stations IEEE 802.3 or Ethernet IEEE 802.5 Token Ring 802.3-100 per thick cable segment, 30 per thinnet segment Ethernet-1024 260 Standards IEEE 802.3 IEEE 802.5 Cost for NIC and Connectors Only Low (approx. $50 per station) High (approx. $225 per station) Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 43 7-46 Backbone & LANs Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 46 Copyright 1999-2000, Niels Christian Juul 18
Transparent bridges Forward to LAN (destination in table) or Flooding Backward learning Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 47 7-49 FDDI Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 49 Copyright 1999-2000, Niels Christian Juul 19
Netværkslag Ex. IP ovenpå Ethernet ARP Address Ressolution Protocol IP -> MAC address Check ARP tabel først Ellers send ARP request som broadcast Hvem som ved svarer, og svaret caches Reverse ARP Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 50 Resume I har nu lært om: LAN udstyr, topologier og medier Dynamisk vs. statisk kanaldeling Ethernet, CSMA/CD og Aloha IEEE 802 standarden Broer High-Speed LANS Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 51 Copyright 1999-2000, Niels Christian Juul 20
Opgaver Tanenbaum, kapitel 4: 1, 4, 18, 22, 23, 36, 40, 41 Copyright 2000, Niels Christian Juul 2000-09-18 52 Copyright 1999-2000, Niels Christian Juul 21