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. 4.1. 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
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: 0 1 1 1 1 1 1 0 Cím Vezérlés Adat CRC 0 1 1 1 1 1 1 0 Bitek száma 8 8 8 >0 vagy =0 16 8 4.2.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
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. 4.2. IEEE - 802 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: 802.1 Leírja a szabványcsomag szerkezetét és meghatározza az interfaceprimitíveket. 802.2 Az adatkapcsolati réteg LLC - rétegét (Logical Link Control) definiálja. 802.3 CSMA/CD alapú családot írja le, 10 Mbit/sec sebességű hálózatokra A szám utáni betű a későbbi kiterjesztésekre utal. 802. 3u 100 Mbit/sec órajelű ETHERNET 802. 3z 1Gbit/sec órajelű ETHERNET 802. 3ae 10 Gbit/sec órajelű ETHERNET 802.4 Vezérjeles sín 802.5 Vezérjeles gyűrű 802.6 DQDB (Distributed Queue Dual Bus) kettős sín, osztott várakozási sorral 802.7 Vivőfrekvenciás (szélessávú) LAN 802.8 Optikai szál 109
802.9 Isochronous LAN 802.10 Biztonsági kérdések (Security) 802.11 Vezeték nélküli LAN 802.12 Prioritásos hozzáférés 802.13-802.14 Kábel - modem 802.15 Vezeték nélküli kistávolságú hálózatok (Personal Area Network, Bluetooth ) 802.16 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 802.2-ként hivatkoznak. (Olyan protokoll, ahol az LLC alréteg megfelel az IEEE 802.2 specifikációnak). Az ETHERNET eredetileg a XEROX, DEC, Intel közös fejlesztésű megoldása. Az IEEE-802.1 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
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 802.2-ben megkövetelt információkat. 4.2.1. ETHERNET_802.3 ( 802.3 Raw ) Preamble 7 byts Szinkronizáló sorozat 7* 10101010 bitsorozat Start of frame delimiter 1 byte Keretkezdet jel 1* 10101011 2 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
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. 4.2.2. ETHERNET_802.2 A formátum tartalmazza a 802.3-ban definiált összes mezőt. Az adatmező első három bájtja fenntartott a Logical Linc Control számára Preamble 7 byts Szinkronizáló sorozat 7* 10101010 bitsorozat Start of frame delimiter 1 byte Keretkezdet jel 1* 10101011 2 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
Control A rendelkezésre álló LLC szolgáltatásokat adminisztrálja. (Kapcsolat orientált, vagy kapcsolat nélküli szolgálat, nyugtázott vagy nyugtázatlan szolgálat, stb ). 4.2.3. ETHERNET_SNAP Ethernet Sub-Network Access Protocol. Preamble 7 byts Szinkronizáló sorozat 7* 10101010 bitsorozat Start of frame delimiter 1 byte Keretkezdet jel 1* 10101011 2 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.) 4.2.4. 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
A keretformátum abban különbözik a 802.3 tól, hogy a hosszmező helyén a keretben szállított protokollt azonosító mező van. Preamble 7 byts Szinkronizáló sorozat 7* 10101010 bitsorozat Start of frame delimiter 1 byte Keretkezdet jel 1* 10101011 2 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
4.2.5 802.3 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
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 20-25 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
802.3ae 10Gbit/sec sebességű ETHERNET hálózatok A 10Gbit sebességű hálózatok a legújabb fejlesztésű rendszerek. (A csavart érpáras kábelekre vonatkozó szabványt 2006. szeptemberében tették közzé.) A 10Gbit sebességű hálózatok a korábbi 802.3 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 28-30 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: 26 82 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 10-40 km. Egyes gyártók az áthidalható távolságot 80 km-re növelték (ER kiterjesztés). 117
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 64 100 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. 4.2.6. IEEE-802.3 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
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). 4.2.7. 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.: 802.3-100BaseT- 100Mbit/sec sebességű hálózat. 802.3-10GbaseT -10Gbit/sec sebességű hálózat.) Az üvegszálas hálózatokat az F (Fibre ) jelöli. 119
802.3 protokollok 802.3 1Mbps 1Base5 10Mbps 10 Base-F 802.3j-1993 10Base5 10 Base-2 FLOIRL 10 Broad36 10 Base-T 10 Base-FL 802.3 802.3a 802.3d 802.3i 10 Base-FP 1985 1987 1990 10 Base-FB 100Mbps 100Base-T 802.3u 1995 100Base-X 100BaseT4 100Base-T2 100 Base-TX 100Base-FX 100Base-BX 1Gbps 1000Base-X 802.3z 1998 1000Base-SX 1000Base-LX 1000Base-CX 1000Base-T 802.3ab 1999 10Gbps 802.3ae 2002 10GBase-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-802.3 protokollok 120
4.2.8.Vezérjeles protokollok IEEE- 802.4 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-802.4 biztosítja. Az állomások egy szélessávú, 75 ohm-os koax kábelre csatlakoznak. 1 4 3 5 2 4.9. 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 - 802.5 szabvány: vezérjeles gyűrű A gyűrű jellegű hálózatokat nagyon régóta (1972) használják. Alkalmasak mind helyi, mind nagy kiterjedésű hálózatok megvalósítására. A legszembetűnőbb előnyeik: 121
lényegében pont-pont kapcsolatok sorozatát valósítják meg, ami nagyon jól kezelhető elrendezés a működés szinte tisztán digitális, szemben a 802.3-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 4.10. 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
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 4.11. 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
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
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
Token Ring interface Repeat mode 1 bit késleltető Rx Tx Transmit mode Rx Tx 4.13. 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
betartását. Az egységes kábelezési elvek a gyakorlatban nagyon sok bosszúságtól és költségtől kímélhetnek meg bennünket. 4.2.9. IEEE-802.11 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-802.11 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 802.11 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
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
A használt frekvenciasávok: ISM - Band 2.4-2.4835 GHz Industrial Scientific and Medical Band. Ipari, tudományos és orvosi célokra fenntartott sáv. Infravörös átvitel 300-428 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