4.1. HDLC protokoll. A kommunikációban résztvevő állomás lehet : főállomás (Primery Station) mellékállomás (Secondary Station)

Átírás

1 4.Szabványos protokollok Amikor "szabványos" protokolloktól beszélünk meg kell mondanunk, hogy a használatos protokollok egy része valóban nemzetközi szabvány, más részük ipari gyakorlatban elfogadott, és mindenki által ismert de facto- eljárás. Itt főként a LAN hálózatokban szokásos protokollokkal foglalkozunk, és kisebb teret kapnak a távközlésben használatos megoldások HDLC protokoll A protokoll alapja az IBM SNA-ban használt SDLC (Synchronous Data Link Control) protokoll. Ezt egészítette ki az ISO, és HDLC (High-level Data Link Control) néven szabványosította. A CCITT szintén átvette, és kissé módosítva X.25 részeként, LAP-B (Link Acces Procedura Balanced) néven szabványosította. Láthatjuk, hogy a megoldás sok későbbi szabvány alapja. Előny a karakterorientált átvitelhez képes Duplex átviteli lehetőség Vezérlő információk hibavédelme Kötelező ciklikus hibavédelem Kód és bitsorozat független átvitel Több nyugtázatlan keret lehet a vonalon Több csomópontos, időben átlapolódó kommunikáció Az adatkeret mezői tetszőlegesen bővíthetők. A kommunikációban résztvevő állomás lehet : főállomás (Primery Station) mellékállomás (Secondary Station) Ha mindkét oldalon számítógép van, akkor egyszerre realizálnak P - S állomást, amit "kombináltnak" hívnak. 107

2 Lehetséges elrendezések: Aszimmetrikus elrendezések Primary Secondary Secondary Primary Secondary Secondary Szimmetrikus elrendezések Primary Primary Combi Combi Secondary Secondary 4.1.ábra. HDLC állomások lehetséges elrendezései. Működésmódok: NRM (Normal Response Mode) A főállomás lekérdezi a mellékállomásokat. ARM (Asynchronous Response Mode) Tetszőleges pillanatban adhat a mellékállomás. Aszinkron szimmetrikus üzemmód ABM Asynchronous Balanced Mode Két állomás egyenrangú. A keret felépítése: Cím Vezérlés Adat CRC Bitek száma >0 vagy = ábra. HDLC keret felépítése A keretet egy szinkronizáló bitsorozat nyitja és zárja. A 8 bites címmező 255 címet enged meg. A szerény címzési lehetőség mutatja, hogy elsősorban távközlési célokra tervezték. A vezérlőmező 8 bit, de 16 bit is lehet kiterjesztett üzemmódban. Az adatmező hossza tetszőleges, de gondolnunk kell arra, hogy a 16 bites ellenőrzőösszeg hatásfoka az adatmező hosszának növekedésekor romlik. A kereteket felhasználásuk szerint 3 csoportba soroljuk: információs (Information) felügyelő (Supervisory) számozatlan (Unnumbered) 108

3 A különböző kerettípusok a vezérlő mező alapján különböztethetők meg. Az információs keret tartalmaz egy 3 bites sorszám mezőt. Ez lehetővé teszi a csúszó ablak (lásd: 3.3) alkalmazását. Egyszerre 7 nem nyugtázott keret lehet a rendszerben. A felügyelő keretek nem tartalmaznak sorszámot, így csak 1 nyugtázatlan felügyelő keret lehet a rendszerben. A nyugtázás is számozatlan nyugta keretben történik. Mivel csak 1 felügyelő keret lehetett a vonalon, így tudjuk, hogy a nyugta mire vonatkozott. A "számozatlan" kereteket inicializálásra, állapotjelzésre használjuk. Tartalmuk nem továbbítódik a hálózati rétegnek IEEE protokollok Az IEEE (Institute of Electrical and Electronik Engineers) több szabványt is kidolgozott helyi hálózatok számára. Ezeket szoktuk IEEE 802 néven emlegetni. A nemzetközi szabványosítási szervezet ISO 8802 néven hivatkozik rájuk. A szabvány sok részből áll, és folyamatosan fejlődik. A munkacsoportok folyamatosan dolgoznak az új részeken, mint például a 10Gbit/sec sebességű hálózatok. A szabványok vázlatos csoportosítása: Leírja a szabványcsomag szerkezetét és meghatározza az interfaceprimitíveket Az adatkapcsolati réteg LLC - rétegét (Logical Link Control) definiálja CSMA/CD alapú családot írja le, 10 Mbit/sec sebességű hálózatokra A szám utáni betű a későbbi kiterjesztésekre utal u 100 Mbit/sec órajelű ETHERNET z 1Gbit/sec órajelű ETHERNET ae 10 Gbit/sec órajelű ETHERNET Vezérjeles sín Vezérjeles gyűrű DQDB (Distributed Queue Dual Bus) kettős sín, osztott várakozási sorral Vivőfrekvenciás (szélessávú) LAN Optikai szál 109

4 802.9 Isochronous LAN Biztonsági kérdések (Security) Vezeték nélküli LAN Prioritásos hozzáférés Kábel - modem Vezeték nélküli kistávolságú hálózatok (Personal Area Network, Bluetooth ) Nagysebességű, telepített, vezeték nélküli hálózat (Standard Air Interface for Fixed Broadband Wireless Access Systems) A leggyakoribb LAN hálózati megoldás, az Ethernet megnevezésekben időnként zavart okoz, hogy az Ethernet hálózatra ként hivatkoznak. (Olyan protokoll, ahol az LLC alréteg megfelel az IEEE specifikációnak). Az ETHERNET eredetileg a XEROX, DEC, Intel közös fejlesztésű megoldása. Az IEEE minden CSMA/CD módszert használó protokollt Ethernet-nek nevez, de a megnevezésben mindig szerepel az altípus megjelölése. A különböző CSM/CD módszert használó, Ethernet-nek nevezett 802.x protokollok nem egységesen támogatják a különböző hálózati protokollokat. Emiatt kell egy Ethernet hálózatban legtöbbször több kerettípust egyidőben használni. Az alábbi táblázatban bemutatjuk, hogy melyik keret típus milyen felette elhelyezkedő protokollal tud együttműködni. NetWare IPX/SPX AppleTalk Phase I AppleTalk Phase II IP OSI ETHERNET_802.3 X ETHERNET_802.2 X X X ETHERNET_SNAP X X X ETHERNET_II X X X 110

5 Látható, hogy egy Apple gépeket és régi NetWare szervereket nem tartalmazó hálózatban megélünk egy ETHERNET_802.2 protokollal. Az ETHERNET_802.3 keretformátumra csak akkor van szükség, ha IPX/SPX (régi Novell) protokoll is van a hálózaton. Az ETHERNET_802.3 csak az IPX/SPX protokoll számára alkalmas, mert nem tartalmazza a fejrész a ben megkövetelt információkat ETHERNET_802.3 ( Raw ) Preamble 7 byts Szinkronizáló sorozat 7* bitsorozat Start of frame delimiter 1 byte Keretkezdet jel 1* or Destination MAC address 6 byts Cél cím ( 48 bit fizikai cím, egyedi ) 2 or Source MAC address 6 byts Forrás cím Length indicator 2 byts Az adatmezőben lévő bájtok száma Data < = 1500 Az adatmező minimális hossza 46 bájt. byts Szükség estén töltőkarakterekkel növeljük a hosszt, hogy a minimumot elérje. Padding (optional) Frame Check Sequence 4 byts CRC-32 polinómmal képzett ellenőrző összeg 4.3. ábra. ETHERNET_802.3 keret formátum A szinkronizáló sorozat és a keretkezdet jel alkalmas a keretek elejének felismerésére. A cél és forráscím az Ethernet hálózati eszközök fizikai címét adja meg. Valójában 46 bit a címtartomány. Az első két bit adminisztratív célokra foglalt. 4.4.ábra. Ethernet cím szerkezete 111

6 A címekben az első bit arra utal, hogy a cím egyedi, vagy csoportcím. A csoportcím lehetővé teszi, hogy több berendezésre küldjünk egyidőben kereteket. (A napi gyakorlatban csak egyedi címek fordulnak elő.) A második bit megmutatja, hogy az adott címet a címtartományokat felügyelő nemzetközi szervezet regisztrálta-e. (Célszerű regisztrált című csatolókat használni, ha nem akarunk váratlan, és nehezen fellelhető hibákat keresni a hálózatunkban.) A hossz indikátor az adatmezőben lévő hasznos bájtok számát adja meg, töltő karakterek nélkül ETHERNET_802.2 A formátum tartalmazza a ban definiált összes mezőt. Az adatmező első három bájtja fenntartott a Logical Linc Control számára Preamble 7 byts Szinkronizáló sorozat 7* bitsorozat Start of frame delimiter 1 byte Keretkezdet jel 1* or Destination MAC address 6 byts Cél cím ( 48 bit fizikai cím, egyedi ) 2 or Source MAC address 6 byts Forrás cím Length indicator 2 byts Az adatmezőben lévő bájtok száma DSAP Address 1 byte Destination Service Access Point SSAP Address 1 byte Source Service Access Point Control 1 byte Control Data < = 1497 Adatmező minimális hossza 46-3 bájt. byts Szükség estén töltőkarakterekkel növeljük a hosszt, hogy a minimumot elérje. Padding (optional) Frame Check Sequence 4 byts CRC-32 polinómmal képzett ellenőrző összeg 4.5.ábra. ETHERNET_802.2 keret A korábban még nem tárgyalt mezők: DSAP Protokoll azonosító mező. A célállomásnak küldött, az adatmezőben lévő becsomagolt protokoll típusára utal. Pédául IP protokoll esetén az érték 06h, IPX protokoll esetén E0h. SSAP Protokoll azonosító mező. A forrásgép protokoll azonosítója. Alap esetben megegyezik a DSAP mezővel, de lehet eltérő is. Pl.: egy router két oldalán eltérő protokollok lehetnek. 112

7 Control A rendelkezésre álló LLC szolgáltatásokat adminisztrálja. (Kapcsolat orientált, vagy kapcsolat nélküli szolgálat, nyugtázott vagy nyugtázatlan szolgálat, stb ) ETHERNET_SNAP Ethernet Sub-Network Access Protocol. Preamble 7 byts Szinkronizáló sorozat 7* bitsorozat Start of frame delimiter 1 byte Keretkezdet jel 1* or Destination MAC address 6 byts Cél cím ( 48 bit fizikai cím, egyedi ) 2 or Source MAC address 6 byts Forrás cím DSAP Address 1 byte SSAP Address 1 byte SNAP mezők Control 1 byte Organization 3 byts Code Protocol Type 2 byts Length indicator 2 byts Az adatmezőben lévő bájtok száma Data < = 1492 Adatmező minimális hossza 38 bájt. byts Szükség estén töltőkarakterekkel növeljük a hosszt, hogy a minimumot elérje. Padding (optional) Frame Check Sequence 4 byts CRC-32 polinómmal képzett ellenőrző összeg 4.6.ábra. Ethernet_SNAP protokoll A DSAP, SSAP mezők tartalma mindig AA h (hex), a Control mező mindig 03 h. Ennek a három mezőnek a tartalma alapján tudja a vevő, hogy SNAP keretet vett. Organization Code 3 bájt hosszú, és a protokoll gyártójára utal. Felhasználható a protokoll típusát megadó mező tartalmának ellenőrzésére. Protocol Type 2 bájt hosszú, és az Ethernet felett futó protokoll típusát tartalmazza. (Pl.: 0800 h IP protokoll, 8137 h NetWare.) ETHERNET_II Az Ethernet_II a DEC és Xerox közös fejlesztés. A megvalósításban ötvözik a logikai kapcsolat vezérlési és közegelérési (logical link control & media acces control) funkciokat. Általában az Ethernet_II protokollt szokás ETHERNET-nek nevezni 113

8 A keretformátum abban különbözik a tól, hogy a hosszmező helyén a keretben szállított protokollt azonosító mező van. Preamble 7 byts Szinkronizáló sorozat 7* bitsorozat Start of frame delimiter 1 byte Keretkezdet jel 1* or Destination MAC address 6 byts Cél cím ( 48 bit fizikai cím, egyedi ) 2 or Source MAC address 6 byts Forrás cím Type 2 byts Az adatmezőben szllított protokoll típusa Data < = 1500 Az adatmező minimális hossza 46 bájt. byts Szükség estén töltőkarakterekkel növeljük a hosszt, hogy a minimumot elérje. Padding (optional) Frame Check Sequence 4 byts CRC-32 polinómmal képzett ellenőrző összeg Type 4.7.ábra. Ethernet_II keretformátum 2 bájtos mező, ami az adatmezőben szállított magasabb szintű protokollra utal. A protokoll azonosítók mindegyikében a legmagasabb helyiértékű bit 1, igy könnyen megkülönböztethető a hossz mezőtől, mert abban a legmagasabb helyiértéken csak 0 lehet. Néhány típusjelző: IP 0800h IPX 8137h ARP 0806h RARP 8035h 114

9 ütközés kezelése Egy állomás akkor kezd adásba, ha a csatornát üresnek találja. Az üresnek talált csatorna a késleltetések miatt nem garantálja, hogy más nem kezdett adásba, és nincs ütközés. A CSMA/CD nél tárgyalt elveknek megfelelően a hálózat korlátozott mérete és a minimális kerethossz együttesen garantálja, hogy a minimális hosszúságú keret is biztosan ütközést hozzon létre minden vevőn, ha a szegmensben valahol történt ütközés. Ha egy állomás ütközést érzékel abbahagyja az adást, és egy 48 bit hosszúságú zaj-löketet (noise burst) állít elő, hogy a többi állomást is figyelmeztesse az ütközésre. Ez valójában egy biztonsági lépés, hiszen e nélkül is mindenkinek érzékelni kell az ütközést. Az ütközés érzékelése után minden állomás abbahagyja az adást, és véletlenszerű várakozási idő után próbálkozik újra. A véletlenszerű várakozás itt megvalósított módját kettes exponenciális visszalépésnek (binary exponential backoff) nevezik. Az állomás 0 és 2 i -1 tartományból választ szorzót a várakozási időhöz, ahol i az ütközések sorszáma az adott versengési periódusban. Az első ütközés után i=1, tehát 0-1 tartományból választ az állomás. Tehát vagy adásba kezd, vagy 1 időrésnyit vár. Ha a következő adási kísérlet is ütközéssel jár, növeli a kitevőt 1-el. 2 2 =4, a választék 0, 1, 2, 3 A lehetőségek: adásba kezd, ha üres csatornát érzékel vár 1 időrésnyit, vár 2 időrésnyit, vár 3 időrésnyit. Láthatóan csökken az adás valószínűsége az ütközések számának emelkedésével. Az állomás 16-szor kísérli meg egymásután az adást, de a kitevőt csak 10-ig növeli. (2 10 időrésnél többet sohasem várakozik). A várakozási idő növelése egy határon túl értelmetlen, mert túlságosan nagy várakozási idő az alkalmazásoknál is idő- túllépést okoz, és azok szakítanák meg a működésüket. (A résidő 10 Mbit/sec sebességű hálózatoknál 51,2 µsec, 64 bájt adási ideje). Van valószínűsége annak is, hogy egyetlen állomás sem kezd adásba, és tétlen periódus keletkezik a csatornában. 115

10 A CSMA/CD protokoll nem biztosít nyugtázást. Vannak javaslatok ennek a problémának a feloldására, de eddig egyiket sem fogadta el az IEEE. Az egyik lehetséges megoldás, hogy a sikeres kerettovábbítás után (nem volt ütközés) az első versengési időrést fenntartanánk a célállomásnak, hogy elküldhesse a nyugtát. A nyugtázással egy sor nehézség is járna, így inkább az a tendencia érvényesül, hogy a nyugtázást bízzuk a magasabb rétegekre, ha szükség van rá. IEE 802.3u - Fast Ethernet A protokollok, formátumok azonosak a korábbiakkal, de 100 Mbit/sec-nek megfelelő bitidővel. A bitidő 100nsecről 10 nsec-re csökken, így a legrövidebb keret időtartama: 512*10nsec = 5,12µsec Ez jelentősen csökkenti az ütközés- kezeléses technológiával megvalósítható hálózat átmérőjét. Egy ütközési szegmens átmérője maximum 200 m lehet. Adott protokoll mellett a hálózat mérete csak olyan eszközökkel növelhető, melyekben az egyes portok önálló kolliziós szegmenst hoznak létre (switch, router) (a hálózatok gyakorlati megvalósításánál látunk rá példát; xx fejezet). IEEE_802.3z - Gigabit Ethernet A bitidő csökkentése 1 nanosec-re azt jelenti, hogy a legrövidebb, 64 bájt hosszúságú keret adása nagyjából fél µsec-ig tart. Ennyi lehet az ütközés érzékelés működése érdekében a hálózat maximális késleltetése: 2τ = 0.5µsec. Ha az átlagos futási sebességgel számolunk (v=200m/µsec), akkor a hálózat legnagyobb átmérője : V*τ=0.25*200= 50 [m] Az ágak hossza méter lehetne, ami nyilván valóan nem megfelelő. A tervezők a minimális kerethossz 512 bájtra növelése mellett döntöttek, ami lehetővé teszi a megszokott 100m hosszúságú ágak létrehozását. 116

11 802.3ae 10Gbit/sec sebességű ETHERNET hálózatok A 10Gbit sebességű hálózatok a legújabb fejlesztésű rendszerek. (A csavart érpáras kábelekre vonatkozó szabványt szeptemberében tették közzé.) A 10Gbit sebességű hálózatok a korábbi szabványoktól eltérően nem a CSMA/CD közegelérési eljárást használják. Minden összeköttetés kapcsolt fullduplex. Nincs többszörös közeghozzáférés, így ütközés sincs. Ilyen vonali sebesség mellett az ütközés-kezeléses eljárások elfogadhatatlanul kicsi hálózat- méreteket, vagy túlságosan nagy kerethosszt eredményeznének. A nagy vonali sebesség az adatfeldolgozó eszközöktől is nagy teljesítményt igényel. Ma (2006) nincs pl. olyan kódoló eszköz, ami ilyen vonali sebesség mellett tudna online nyílt kulcsú titkosítást létrehozni. A nagysebességű vonalak nagysebességű kapcsolókat is igényelnek (minimálisan 40Gbit/sec!!). A nagyobb feldolgozási sebességigény meggyorsíthatja azokat a fejlesztéseket, melyek arra irányulnak, hogy a routerekben csökkentsük a feldolgozási igényt. Áttörést olyan processzorok piacra kerülése hozhat, melyek képesek portonként millió csomag/sec sebességű feldolgozásra. A nagy félvezető gyártók többsége 2007-re képes lesz ilyen eszközök gyártására. Az INTEL (2006 decemberében) xp2800 hálózati processzora portonként 32Gbit/sec sebességet ért el, ami elegendő a technológia elterjedéséhez. A nagy adatátviteli sebesség átrendezheti az adattárolók piacát is. Megvalósíthatóvá válnak egy nagyobb hálózat számára elérhető SAN-ok (Storage Area Network), illetve városi színtű adattároló központok is. A Ten-gigabit Ethernet jelenleg a leggyorsabb szabványos Ethernet. Több változata került szabványosításra. 10GBase SR (short range). Multimode üvegkábelre van tervezve. Max szegmenshossz: m. Az új 2000 MHz*km-es kábelekkel 300 méter is elérhető. 10GBase LR és 10GBase ER ( long range és extended range ) mono-módusú üvegkábelre van tervezve. Max. szegmenshossz km. Egyes gyártók az áthidalható távolságot 80 km-re növelték (ER kiterjesztés). 117

12 10GBase SW, 10GBase LW, 10GBase EW Hasonló tulajdonságú megoldások, mint az SR, - LR, - ER, speciálisan a SONET hálózatok igényeihez illesztve. 10GBase CX4 Pillanatnyilag a legolcsóbb, de nem perspektívikus megoldás. A meghajtó áramkörök fejlesztése után szerepét valószínűen átveszi a 10GBase-T. Elsősorban a számítóközponton belüli alkalmazásokra tervezték. 4 párhuzamos TVINAX kábelt használ (4*2 koax ér). párhuzamosan. Max. szegmenshossz: 15 m. 10GBase T Cat 6 és Cat 7 csavart érpáras kábelekre van definiálva. Az áthidalható távolság m. Maximálisan kihasználja a meglévő kábelezési rendszerekben rejlő lehetőségeket. Nagy előnye, hogy a kiterjesztett CAT-6 szabványnak megfelelő kábeleken működik. Nincs szükség a csatlakozók cseréjére, vagy hibrid patch kábelek használatára. Kiépített hálózat esetén (hagyományos CAT-6 kábelezés) csak a paraméterek mérése után lehet eldönteni, hogy az adott vezetékezés alkalmas-e a nagyobb sebességű működésre. Az érpárok kölcsönös áthallása és a külső zaj a kritikus paraméter. A csillapított jel és az áthallásból adódó zaj közel azonos tud lenni a távoli végponton. (A különbség 3-6dB). A vevőoldalon matematikai eljárások alkalmazásával lehet a jelet a zajból kiemelni IEEE protokollok hatékonysága Általánosságban elmondható, hogy a hálózat méretének növelése is, és sávszélesség növelése is csökkenti a hatékonyságot. Ez nagyjából azt jelenti, hogy az ütközés érzékelős, ütközés kezelő protokollok nagy átviteli sebességeknél a minimális kerethossz kényszerű növelése miatt - rövid adatblokkok átvitele esetén - egyre rosszabb hatásfokkal működnek. A hálózat átmérőjének növelése szintén a minimális kerethossz növelését igényli. A megnövelt minimális keretméret rontja a hatásfokot rövid adatblokkok esetén. A hosszabb kábel megnöveli a versengési periódus idejét is. A matematikai vizsgálatok nem adnak teljesen hű képet a forgalmi 118

13 viszonyokról, mert a peremfeltételeink nem teljesülnek maradéktalanul, de a tendenciákat jól jelzik. Ütközés kezeléssel és csatorna figyeléssel (CSMA/CD) működő protokollokkal nagytávolságú, nagysebességű hálózatok nem hozhatók létre. A nagytávolságú és sebességű hálózatok keret felépítse hasonló is lehet mint a LAN hálózatoké, de közegelérés vezérlésére és nyugtázásra más megoldást kell keresnünk (IEEE 802.3ae, ATM, stb) A hálózatot megvalósító közeg (medium) A kábelezés jellegét a szabvány szám után tüntetik fel. A jelölésből megtudhatjuk, hogy milyen közegre épül a hálózat, és mekkora lehet egy koaxiális kábellel megvalósítható szegmens maximális hossza. A koaxilás kábelre épülő LAN hálózatok ma már jórészt nem javasoltak épületkábelezési célokra. A csavart érpáras kábelre tervezett hálózatoknál a T jelölés mellett a hálózat névleges teljesítménye van megadva bit/sec értékben. (Pl.: BaseT- 100Mbit/sec sebességű hálózat GbaseT -10Gbit/sec sebességű hálózat.) Az üvegszálas hálózatokat az F (Fibre ) jelöli. 119

14 802.3 protokollok Mbps 1Base5 10Mbps 10 Base-F 802.3j Base5 10 Base-2 FLOIRL 10 Broad36 10 Base-T 10 Base-FL a 802.3d 802.3i 10 Base-FP Base-FB 100Mbps 100Base-T 802.3u Base-X 100BaseT4 100Base-T2 100 Base-TX 100Base-FX 100Base-BX 1Gbps 1000Base-X 802.3z Base-SX 1000Base-LX 1000Base-CX 1000Base-T 802.3ab Gbps 802.3ae GBase-SW 10GBase-LW 10GBase-EW 10GBase-LX4 10GBaseSR 10GBase-LR 10GBase-ER Jelmagyarázat: 10GBaseCX4 Text 10GBase-T 2006 réz vezeték Text Text üvegszálas kábel ipari jelentősége csekély 4.8 ábra. IEEE protokollok 120

15 4.2.8.Vezérjeles protokollok IEEE vezérjeles sín A vezérjeles sín a General Motors és hasonló gyártás automatizálásban érdekelt cégek kívánságait tükrözi. A valószínűségi alapon működő protokollokkal szemben a legsúlyosabb kifogás, hogy nem számítható ki a "legrosszabb eset". A gyártás automatizálásban nagy megbízhatóságú, és garantált minimális szolgáltatást nyújtó protokollra van szükség. Ezt a tervezők szerint az IEEE biztosítja. Az állomások egy szélessávú, 75 ohm-os koax kábelre csatlakoznak ábra. Token Bus elrendezés. Az állomások fizikai helyét nem ismeri a rendszer, a kábelen adatszórás van. Az állomások egy vezérjelet (token) adnak a következő sorszámú állomásnak. Az adásjog annál van, aki token-t birtokolja. Ma az általános gyakorlatban nincs jelentősége, csak speciális területeken alkalmazzák. Token Bus néven találjuk meg az irodalomban. Előnye, hogy a kábelen egyidőben többféle adat, kép, hang továbbítható. A csatolók viszonylag bonyolultak, és költségesek. IEEE szabvány: vezérjeles gyűrű A gyűrű jellegű hálózatokat nagyon régóta (1972) használják. Alkalmasak mind helyi, mind nagy kiterjedésű hálózatok megvalósítására. A legszembetűnőbb előnyeik: 121

16 lényegében pont-pont kapcsolatok sorozatát valósítják meg, ami nagyon jól kezelhető elrendezés a működés szinte tisztán digitális, szemben a ban alkalmazott analóg megoldásokkal meghatározható minden állomásra a "legrosszabb esetre" vonatkozó sávszélesség az állomások egyenrangúsága, vagy definiálható prioritása könnyen megvalósítható A "Token Ring" hálózat fizikailag UTP vagy STP kábelezéssel létrehozott csillag topológia, logikailag azonban gyűrű, ahol a jelek egy irányban haladnak. A hálózat megvalósítható koax kábelekkel, vagy üvegszálasan is. Az állomások a "Multistation Access Unit"-hoz, a huzalközponthoz (MAU) csatlakoznak. A huzalközpont alkalmazásával kiküszöbölhetők a gyűrű megszakadásából adódó hibák. A kikapcsolt állomás huzalozását a MAU-ban lévő relé áthidalja. M A U Interface ábra. Gyűrű hálózat fizikai megvalósítása A gyűrűben minden illesztőhöz érkező bit egy 1 bites pufferbe kerül, ahonnan változatlanul visszaíródik a gyűrűbe, vagy invertálódik. Minden működő állomás valójában bemásolja a biteket egy regiszterbe, és figyeli, hogy a kapott bitminta nem vezérjel-e. A vezérjel (token) egy 3 bájt hosszúságú, speciális keret, aminek a második bájtjából egyetlen bit jelzi, hogy a keret adatkeret, vagy token. Ha az állomás vezérjelet vett, és van adni valója, akkor ezt az egy bitet 122

17 állítja át. Ezzel az átalakítással a vezérlő-keretből adat-keret lett, amit kitölthet a saját adataival. A gyűrűből az állomás kivette a tokent, a következő állomás 1 bit késleltetéssel olyan keretet kap, ahol a jelzőbit adatkeretre utal. A már elküldött része a vezérjelnek az adatkeret első része lesz, mivel ezek a részek azonosak. A token formátuma: SDEL Priority EDEL Start Delimiter T M Priority Res. Access Control End Delimiter ábra. Token formátuma Start Delimiter Prioriti bits Token indicator (T) Monitor count Prioriti Reservation End Delimiter 8 bit a keretkezdet jelölésére 3 bit; a keret prioritása 1 bit, 0= token 1= adat 1 bit, a monitor állomás állítja "1"-be. Ha a monitor állomás olyan keretet talál M=1, kivonja a gyűrűből. 3 bit, a hálózati eszközök használják, ha tárolójukban elküldendő keretek vannak. 8 bit a keret végének a jelölésére Az adatkeret fizikai szerkezete: Start delimiter (SD) Access Control (AC) Frame Control (FC) Destination Address (DA) Source Address (SA) Routing Information 1 byte 1 byte 1 byte 6 byte 6 byte max 18 byte Data Frame Check sequence (FCS) End delimiter (ED) Frame Status (FS) <5000 byte 4 byte 1 byte 1 byte 4.12 ábra. Token Ring keret fizikai szerkezete 123

18 Az eddig nem tárgyalt mezők: Frame Control Field (FC) Destination Address (DA) Source Address (SA) Routing Information Frame Chech Sequence Ending Delimiter (ED) Frame Status (FS) A rendszer működése: Az FC mező a keret típusáról és közeg eléréséről ad tájékoztatást. Cél - cím Forrás - cím Megadja a keret hosszát, és szegmensszámot a kapcsolódó gyűrűk között. 32 bites CRC 1 bájt;végjel 1 bájt; jelzi, hogy a célállomás létezik-e, bemásolta-e a keretet a saját pufferébe. Kezdetben feltételezhetjük, hogy a hálózatban egyetlen aktív állomás sincs. Az elsőnek bekapcsolt állomás figyeli a hálózatot, és várja a vezérjelet. Ha meghatározott ideig nem vesz vezérjelet, akkor átveszi a hálózatban az "Active Monitor" szerepet, és generál token-t. Ha a hálózatban ez az egyetlen gép, akkor a vevőoldalon csak a saját token-jét fogja venni. A helyes működéshez arra is szükség van, hogy a bemenetre csak akkor érkezzen vissza a token, ha az adásoldalon befejeződött a token adása. A hálózatnak tehát elegendő késleltetést kell biztosítani, hogy 24 bit "elférjen" a hálózaton. A 16 Mbit/sec sebességű hálózatban 1bit ~62,5 nsec. Ha az átlagos terjedési sebességgel számolunk, akkor S= (200 m/µsec)*62,5 nsec = 12,5 méter egy bit hossza a hálózaton. A 24 bit mintegy 300 m kábelnek felel meg. Ha a hálózat fizikai hossza ennél kisebb, akkor mesterséges késleltetést, egy shift-regisztert kell beiktatnunk. A gyakorlatban mindig van egy késleltető regiszter az aktív monitor csatolójában, amit elegendő állomás vagy késleltetés esetén kikapcsolhatunk. A másodiknak bekapcsolódó állomás egy idő után tapasztalja, hogy van vezérjel a hálózaton, és ezért nem fog generálni, hanem "Standby Monitor" üzemmódban lesz. 124

19 Ha az aktív monitor állomás leáll, meghibásodik, akkor a következő állomás lép elő vezérlővé(standby üzemmódból Active-re vált). A protokoll felkészült arra is, hogy ha véletlenszerűen több aktív monitor jönne létre, akkor is kiválasztódjon egy érvényes. (Az alacsonyabb hálózati azonosítóval rendelkező lesz a nyerő.) Ha egy állomás token-t vett, akkor az un. Tartási időtartam -ig (2-20 msec) adhat. Tehát több keretet is küldhet, ha van adásra kész kerete. A tartási idők összege az a maximális időtartam, amin belül egy állomás garantáltan kap egy időszeletet. A saját tartási idő és a maximális körülfordulási idő (tartási idők összege) arányából meghatározható az állomásra jutó sávszélesség a legrosszabb esetre. A tartási idő végén, vagy ha nincs több adni való kerete, az állomás egy token-t generál, amit a következő állomás vagy elfog, vagy továbbküld. Példa: A állomás küld keretet C állomásnak. D D A 1. A token-re vár C A 2. A tartja a token-t és adásba kezd C B B D D A 3. C másolja a keretet C A 4. A kivonja a saját keretét, C másol C B B D A 5. A token-t küld a gyűrűbe C 125

20 Token Ring interface Repeat mode 1 bit késleltető Rx Tx Transmit mode Rx Tx ábra. Kerettovábbítás Token Ring hálózatban. Megfigyelhetjük, hogy a keret kivonása a gyűrűből egyszerű művelet. Az állomás transmit módban van, veszi a saját keretét, miközben az adó oldalon vagy ad, vagy tétlen. A visszakapott keret utolsó bájtja informálja az állomást a körbejárt keret állapotáról, a célállomás tevékenységéről. (Bemásolta e a keretet?) Ha a küldő állomás nem veszi ki a keretet, akkor ez a feladat a monitor állomásra marad. (Kikapcsoltuk, vagy elromlott a keret elküldése óta). A monitor állomás a keret első áthaladásakor az M bitet 1-be állítja. Ha a monitor állomás vételi oldalán a keretben M=1, akkor biztosan másodszor halad át, és ki kell vonni a gyűrűből. A Token Ring hálózat nagy terhelésnél közel 100 %-os hatásfokkal működik, és nem mutat túlterhelési tüneteket. Kis terhelésnél is kedvezőek a tulajdonságok, hiszen egy aktív, de nem adó állomás 1 bit késleltetést, a kikapcsolt állomások pedig Ø késleltetést okoznak. A Token Ring hálózat működése valójában még bonyolultabb, mert tartalmaz eljárásokat huzalozás ellenőrzésére, és a hibás állomások kizárására is. A Token Ring kártyák bonyolultságuk miatt jóval drágábbak, mint az ETHERNET csatolók, mert minden kártyának alkalmasnak kell az "Active Monitor" és "Standby Monitor " szerepre is. A választás általában nem teljesítmény vagy áralapú, hanem a hálózattal szemben támasztott követelmények határozzák meg. A fizikai megvalósításnál CAT5 csavart érpáras kábelekkel a szabvány maximum 300m kábelhosszt enged meg a MAU és a munkaállomás között. A legtöbb gyártó ennek ellenére javasolja az ETHERNET-nél megszokott 100m es maximum 126

21 betartását. Az egységes kábelezési elvek a gyakorlatban nagyon sok bosszúságtól és költségtől kímélhetnek meg bennünket IEEE szabvány: vezeték nélküli LAN A vezetékes és a vezeték nélküli LAN-ok között elvileg az a különbség, hogy telepített rendszerben a logikai cím meghatározza az állomás fizikai helyet is, a vezeték nélküli hálózatban nem. A vezetékes hálózatokkal való kompatibilitás miatt a Logical Linc Control alréteg gyakorlatilag változatlan. A mobilitás megvalósítása a Medium Access Control alréteg feladata. Az IEEE két alapvető kommunikációs formát támogat: bázis állomás megoldás, ahol a bázis állomás egy kábeles hálózathoz csatlakozik, a mozgó állomások a bázis állomáshoz csatlakoznak. Ad hoc Net, ahol nincs telepített infrastruktúra, az állomások továbbítják a spontán kialakult hálózatban az adatokat. A gyakorlatban ezek kombinációja hozza létre a hálózatot. A különböző elemek kapcsolatát az architektúra vázlaton láthathatjuk. Az architectura: 4.14 ábra. IEEE elemei Az ábrán szereplő elemek: AP Access Point. A szolgáltatás elérési pont BSS Basic Service Set. Szolgáltatások, melyekre valamennyi állomás képes SS Station Service. Az állomás szolgáltatásai a BSS-en túl 127

22 DS DSS ESS MAC PHY STA Distribution System. Az alapszolgáltatásokat és a LAN szolgáltatásokat kapcsolja össze. Distribution System Service. Szolgáltatások két állomás összekapcsolására. Extended Service Set. Kiterjesztett szolgáltatások készlete Medium Access Control. Közeg elérés vezérlése. Physical layer - fizikai réteg Station. Eszköz, ami rendelkezik MAC réteggel a vezeték nélküli kommunikációhoz 128

23 A használt frekvenciasávok: ISM - Band GHz Industrial Scientific and Medical Band. Ipari, tudományos és orvosi célokra fenntartott sáv. Infravörös átvitel GHz Az adatátvitel a vezetékes hálózatokhoz képest a könnyű lehallgathatóság miatt bonyolultabb kódolási és titkosítási eljárásokat használ. A vezeték nélküli hálózatok szokásos átviteli sebességei: 1 Mbit/sec 2 Mbit/sec 11 Mbit/sec 54 Mbit/sec 104 Mbit/sec A vezeték nélküli hálózatok mára sebességben és pénzügyileg is reális alternatívát jelentenek a kis távolságú vezetékes hálózatokkal szemben. Nem szabad azonban elfeledkezni arról, hogy a hatósugáron belüli állomások osztoznak a rendelkezésre álló sávszélességen. Ha sok állomást telepítünk kis területre (egy számítógépes terem), akkor drasztikus sebésségcsökkenéssel kell számolnunk. 129