Hálózati alapismeretek

Átírás

1 Hálózati alapismeretek 8. Kapcsolás az Ethernet hálózatokban

2 1. 2. Ütközési és szórási tartományok

3 Második rétegbeli hídtechnika Ha egy Ethernet szegmenst bővítünk => => az átviteli közeg kihasználtsága egyre nő. Az Ethernet megosztott átviteli közegű Ha több csomópontot adunk a hálózathoz => => nagyobb lesz az átviteli közeg terhelése. => Megnő az ütközések előfordulásának valószínűsége is Megoldás: a nagyméretű szegmensek kisebb részekre, kisebb méretű ütközési tartományokra osztása A hidak táblázatot készítenek a MAC-címekről és a hozzájuk tartozó portokról, majd ennek alapján végzik a keretek továbbítását és eldobását.

4 Második rétegbeli hídtechnika Hidak OSI modell második rétegbeli eleme Az Ethernet egyszerre csak egy csomópont számra enged adatküldést Szegmens bővítése újabb csomópontokkal -> nagyobb leterheltség, ütközések valószínűsége megnő A hidak kisebb részekre így kisebb méretű ütközési tartományokra - osztják az Ethernet szegmenseket üres MAC címekről és hozzájuk tartozó portokról táblázatot készít

5 Második rétegbeli kapcsolás Híd (bridge) A hidak általában 2 porttal rendelkeznek => az ütközési tartományokat két részre tudják felosztani A felosztás, a MAC-címekre alapul. A hidak az ütközési tartományok felosztására alkalmasak. A logikai, vagy szórási tartományokra semmilyen hatással nincsenek. A hidak alkalmasak az ütközési tartományok méretének csökkentésére, de a szórási tartományokra nincsenek kihatással. Kapcsoló (switch) Gyors működésű többportos híd Amennyi port, annyi ütközési tartomány A kapcsolók dinamikusan töltik fel és tartják karban tartalom szerint címezhető memóriatáblájukat (content-addressable memory, CAM), amelyben az egyes portok működéséhez szükséges MAC-információk tárolása történik.

6 CCNA 1. Második rétegbeli kapcsolás

7 A kapcsolók működése Mikroszegmensek Ha a kapcsoló egy portjához csak egy csomópontot kapcsolunk Két csomópontos szegmens Csavart érpáras kábeleknél a kétirányú átvitel két külön érpáron történik A jelek mindkét érpáron egyszerre is utazhatnak Egyidejű, kétirányú kommunikáció duplex üzemmód Nem alakul ki torlódás Sávszélesség (elvileg) megduplázódik Ütközési tartomány lényegében nincs

8 A kapcsolók működése CAM (tartalom szerint címezhető memóriatábla - (content-addressable memory, CAM) A CAM olyan memória, amely a hagyományos memóriákhoz képest fordítottan működik adathoz címet ad kimenetként. Kereső algoritmus futtatása nélkül is meg tudják találni az adott MACcímhez tartozó portot. Adatot betáplálva a hozzá tartozó címet adja kimenetként A kapcsoló keresőalgoritmus nélkül is (CAM révén) meg tudja találni a MAC-címhez tartozó portot ASIC (alkalmazásspecifikus integrált áramkör) Speciális feladat ellátására készülnek Szoftveres műveleteket hardveresen is el lehet végezni => => kapcsolók gyorsulása =>Csökken a szoftveres folyamatok miatti késleltetés

9 A késleltetés és okai A késleltetés az az időtartam, amely azon két időpillanat között telik el, hogy a keret megkezdi elhagyni a forráskészüléket és első bitje eléri a célkészüléket. A késleltetés okai: Az átviteli közeg késleltetése (a jelek véges sebességgel haladnak) Az áramköri késleltetések (az elektronikus készülékek feldolgozási ideje) A szoftveres késleltetések (a kapcsoláshoz és a protokollok megvalósításához szükséges szoftverek által meghozott döntések) A keretek tartalma és a keretkapcsolási döntések helye további késleltetések forrása lehet.

10 Kapcsolási módok Keretek kapcsolása a célportra a kívánt késleltetés és megbízhatóság figyelembevételével történik. Közvetlen kapcsolás - (Cut-through) MAC-cím megérkezése után azonnal elkezdi a keret továbbítását Ekkor a legkisebb a kapcsolási veszteség De nem lehet hibaellenőrzést végezni Szimmetrikus kapcsolás: a forrás és a célport azonos sebességen működik Tárol és továbbít kapcsolás (Store and forward) A teljes keretet veszi, újraszámítja a keretellenőrző összeget (FCS), és ha a keret hibás akkor a kapcsoló eldobja Aszimmetrikus kapcsolás: a forrás és a célport nem azonos sebességen működik Töredékmentes kapcsolás (Fragment free) A kapcsoló elolvassa a keret első 64 bájtját, amibe a keret fejrésze is beletartozik, majd még az adatmező és az ellenőrző összeg beérkezése előtt megkezdi a továbbítást. Ellenőrizhető a címek és az LLC protokollinformációk helyessége.

11 Feszítőfa protokoll (STP-spanning tree) Ha több kapcsolót egyszerű hierarchikus fába rendezünk, akkor kapcsolási hurkok nem alakulnak ki. Azonban a kapcsolt hálózatokat sokszor úgy tervezik, hogy a megbízhatóság növelése és a hibatűrés fokozása érdekében redundáns útvonalakat is biztosítsanak. A redundáns útvonalak jó szolgálatot tehetnek, ám kialakításuk kellemetlen mellékhatásokkal is jár, mint például a kapcsolási hurkok létrejötte. Kapcsolási hurkok tervezett módon és véletlenül is kialakulhatnak, miattuk szórási viharok keletkezhetnek, amelyek könnyedén megbéníthatják a hálózatot. Az feszítőfa protokoll (spanning tree protocol, STP) a kapcsolók hurokmentes működését biztosító szabványos protokoll.

12 CCNA 1. Feszítőfa protokoll (STP-spanning tree)

13 Feszítőfa protokoll (STP-spanning tree) Kapcsolási hurkok Hálózatok megbízhatósága és hibatűrés fokozására redundáns útvonalak kialakítása -> kapcsolási hurkok kialakulása (tervezett vagy véletlen) -> szórási viharok a hálózat megbénulását okozhatják STP protokoll Szabványos irányító protokoll Irányítási hurkok kialakulásának elkerülésére Az STP segítségével hurokmentes logikai topológia hozható létre, ilyenkor az alternatív útvonalak szükség esetén használatba vehetők. BPDU híd protokoll-adategységek Minden STP-t futtató kapcsoló úgynevezett híd protokoll-adategységeket (Bridge Protocol Data Units, BPDU) küld ki portjain, létezéséről ezekkel értesíti a többi kapcsolót. Az információk alapján a kapcsolók egy gyökérponti hidat választanak. A kapcsolók a feszítőfa algoritmus (spanning-tree algorithm, STA) segítségével oldják meg a leállt és a redundáns útvonalak miatt jelentkező problémákat.

14 CCNA 1. Portok állapotátmenetei STP állapotok Inicializálás Lezárás Figyelés Letiltás Tanulás Továbbítás

15 1. 2. Ütközési és szórási tartományok

16 Megosztott közegű környezetek Megosztott átviteli közegű környezet Több állomás osztozik ugyanazon az átviteli közegen Például: több PC csatlakozik ugyanhoz a vezetékhez vagy optikai szálhoz Kiterjesztett osztott közegű környezet A megosztott átviteli közegű környezet különleges típusa Hálózati készülék segítségével kiterjeszthető a környezetet Több hozzáférés, nagyobb átviteli távolság biztosítása Pont-pont hálózati környezet Leginkább otthoni használatra jellemző, a telefonos hálózatokban széles körben elterjedt Megosztott hálózati környezet, amelyben mindössze két készülék csatlakozik egymáshoz (PC modem internetszolgáltató)

17 Ütközési tartományok Ütközési tartományok Azok az összefüggő fizikai hálózati szakaszok amelyeken ütközések történhetnek Hatékonyság romlása Ütközések csak megosztott átviteli közegű környezetben történnek. Az ütközési tartományok kialakítását az átviteli közeg szegmenseit összekapcsoló készülékek típusa határozza meg. Négyismétlős szabály Ethernet hálózatokra A hálózat bármely két számítógépe között legfeljebb 4 ismétlő lehet A jelterjedési időknek megadott határokon belül kell maradniuk Kései ütközés: Ha a négyismétlős szabályt megszegjük, a hálózat túllépi a késleltetésre vonatkozó felső határértéket. Kései ütközésről akkor beszélünk, ha az ütközés a keret első 64 bájtjának továbbítása után történik. A kései ütközést elszenvedő keretek az úgynevezett fogyasztási késleletetést növelik.

18 Ütközési tartományok szabály 5 szegmensnyi átviteli közeg 4 ismétlő vagy hub 3 állomások csatlakoztatására használt szegmens 2 állomások nélküli összekapcsoló szegmens 1 nagyméretű ütközési tartomány

19 CCNA 1. Oda-vissza jelterjedési idő számítása Oda-vissza jelterjedési idő számítása (ismétlők késletetései + kábelezési késleltetés + hálózati kártyák késleltetése) * 2 < maximális oda-vissza jelterjedési idő Ahol: 10BASE-T hálózatokban ismétlőnként < 2 mikroszekundum ~ 0.55 mikroszekundum 100 méterenként ~ 1 mikroszekundum kártyánként 10BASE-T technológia, 0.1 mikroszekundumos bitidővel, 512 minimális keretmérettel számolva 51,2 mikroszekundum

20 Szegmentálás Aloha protokoll 1970 University of Hawaii Az Ethernet protokoll erre épül Ütközési tartományok felosztása Az első rétegbeli készülékek kiterjesztik, de nem szabályozzák az ütközési tartományokat. Az első rétegbeli ismétlők, hubok csak a kábelszegmenseket hosszabbítják meg A második rétegbeli készülékek felosztják az ütközési tartományokat (MAC-címek alapján szabályozzák a keretek továbbítását) Az OSI modell második és harmadik rétegbeli készülékek alkalmasak az ütközési tartományok felosztására (hidak, kapcsolók, routerek), az ütközéseket nem továbbítják Minél nagyobb a forgalom annál nagyobb az ütközések valószínűsége Kisebb ütközési tartomány -> kevesebb állomás -> kisebb forgalom Ha az áthidalt szegmensek között nincs túl nagy forgalom akkor az áthidalt hálózatok kiválóan működnek

21 CCNA 1. Szegmentálás

22 Második rétegbeli szórások Összes ütközési tartományra kiterjedő kommunikáció A protokollok az OSI modell szerinti második rétegbeli szórásos és csoportcímzéses keretek segítségével oldják meg. Szórásos keret (broadcast) Egy csomópont a hálózat összes állomásával kapcsolatba akar lépni, akkor szórásos keretet küld ki. Ennek a célcíme : 0xFFFFFFFFFFFF MAC-cím Erre a címre minden hálózati kártyának válaszolnia kell. Szórási sugárzás Szórásos és csoportcímzéses forgalom összegyűlése Az erős szórási sugárzás számottevő teljesítményromlást okoz az állomásokon.

23 Második rétegbeli szórások Szórási vihar A második rétegbeli készülékeknek elárasztással továbbítaniuk kell a szórásos és a csoportcímzéses forgalmat. A hálózat egyes készülékeiről származó szórásos és csoportcímzéses forgalom összegyűlését szórási sugárzásnak nevezzük. Egyes esetekben a szórási sugárzásból származó adatok keringése miatt kialakult teljesítmény csökkenés vagy leállást szórási viharnak nevezzük. Az IP-hálózatokon a szórások három forrásból származhatnak, munkaállomásoktól forgalomirányítóktól a csoportcímzést használó alkalmazásoktól A munkaállomások szórással ARP kérést (címmeghatározó protokoll) küldenek el ha nem ismerik a cél MAC-címét A munkaállomások minden olyan alkalommal, amikor egy az ARP-táblájukban nem szereplő MAC-címet kell megkeresniük, szórással egy ARP- (Address Resolution Protocol, címmeghatározó protokoll) kérést küldenek el.

24 Szórási tartományok A szórási tartomány második rétegbeli készülékekkel összekapcsolt ütközési tartományok csoportja Egy szórási tartomány mindazon ütközési tartományok összessége, amelyek egy adott szórásos keretet feldolgoznak. Beletartozik minden olyan csomópont, amely egy harmadik rétegbeli készülék által határolt hálózati szegmensre csatlakozik. A szórási tartományok kézben tartására a harmadik rétegbeli, a szórásokat nem továbbító készülékek alkalmasak. A második rétegbeli készülékek továbbítják a szórásokat!! A harmadik rétegbeli készülékek tudják lekezelni a szórásokat!!

25 CCNA 1. Szórási tartományok Forgalomirányítók (router-ek) A forgalomirányítók munkájukat az első három rétegben fejtik ki. Rendelkeznek fizikai kapcsolattal és adatokat továbbítanak az átviteli közegen keresztül A forgalomirányítók második rétegbeli beágyazásra is képesek az összes interfészükön és ellátják a második rétegbeli készülékek összes funkcióját Forgalomirányítón keresztüli csomagtovábbításhoz egy második rétegbeli eszköznek el kell távolítani a keretezési információkat. A harmadik rétegbeli továbbítás a cél IP és nem a MAC-cím alapján történik A harmadik rétegbeli működés teszi lehetővé, hogy a forgalomirányítók szegmentálják a szórási tartományokat.

26 Adatáramlás bevezetés Adatáramlás: adatkeretek hálózaton keresztüli terjedése Készülékek Az első rétegbeli készülékek a fizikai átviteli közegen történő továbbításért felelősek (hub, repeater) A második rétegbeliek az ütközési tartományok kézben tartásáért (bridge, switch) A harmadik rétegbeliek pedig a szórási tartományok felosztásáért. (router)

27 Adatáramlás bevezetés Első rétegbeli készülékek (fizikai réteg; ismétők, hubok) Az első rétegbeli készülékek szűrést nem végeznek, vagyis amit kapnak, azt maradéktalanul továbbítják a következő szegmensre. A kereteket egyszerűen újra előállítják és újra időzítik, amivel helyreállítják eredeti minőségüket. Az első rétegbeli készülékek által összekapcsolt szegmensek azonos ütközési és szórási tartományba tartoznak. Második rétegbeli készülékek (adatkapcsolati réteg; hidak, kapcsolók) Csak akkor továbbítják a kereteket ha azoknak forrása és célja nem azonos ütközési tartományba esik Adat cél MAC-címe alapján szűrést végeznek Több ütközési, de egy szórási tartományt hoznak létre Harmadik rétegbeli készülékek (hálózati réteg; forgalomirányítók) A csomagok csak akkor kerülnek továbbításra, ha cél IP-címük a szórási tartományon kívülre esik, és a forgalomirányító ismer olyan csomópontot, amelynek továbbíthatja őket. Adat cél IP-címe alapján szűrést végeznek Az ütközési és a szórási tartomány felosztására is alkalmasak

28 CCNA 1. Adatáramlás a hálózatban

29 Mi az a hálózati szegmens? Szótári definíciója Valaminek az elkülönülő része Adatkommunikáció témakörében Hidakkal, forgalomirányítókkal vagy kapcsolókkal határolt hálózatrész tartomány Busz topológiájú LAN-okban a szegmens egy összefüggő áramkör, amely ismétlőkön keresztül gyakran más szegmensekhez kapcsolódik. A TCP szállítási rétegbeli protokoll-adategysége. A datagram, keret, üzenet és csomag kifejezések is logikailag összetartozó információkat jelentenek az OSI modell különböző rétegeiben és a különböző technológiákban A szegmens kifejezés pontos definiálásához mindig ismernünk kell a használati környezetet

30 CCNA 1. Mi az a hálózati szegmens?

31 CCNA 1. Mi az a hálózati szegmens?

32 Köszönöm a figyelmet!