Arvutivõrkude alused (2)

Arvutivõrkude alused
1. Sissejuhatus
Vello Vanem
Tallinna Polütehnikum
Arvutivõrkude alused
Teemad:
(Andmeside) arvutivõrgud ja nende liigitus
Lai, koht ja pöördusvõrk
KaabelTV võrk
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 2
Andmesidevõrk. Liigitus
Andmeedastuseks ette nähtud võrk kannab
üldisemat nimetust andmesidevõrk.
Nõuded, mida kasutajad esitatavad telefoni ja
andmesidevõrkudele, on erinevad.
Telefonivõrkudes ei esitata väga kõrgeid
nõudmisi edastuse kvaliteedile, küll aga
edastuses esineda võivale ajalisele viitele.
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 3
Andmesidevõrk. Liigitus
Andmesidevõrkudes on vastupidi lubatud küllalt
suured ajalised viited kuid vilets edastuse
kvaliteet põhjustab bitivigu ja sõnumite kadumist.
Andmesidevõrgud jagunevad:
kohtvõrk (LAN Local Area Network)
regionaalvõrk (MAN Metropolitan Area Network)
laivõrk (WAN Wide Area Network)
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 4
Andmesidevõrk. Liigitus
Andmesidevõrkude alla saab liigitada ka
nende võrkudega ühendusi võimaldavad
juurdepääsu ehk pöördusvõrgud (Access
Network)
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 5
Arvutivõrkude alused
2. Laivõrgud
Vello Vanem
Tallinna Polütehnikum
Laivõrk
Laivõrk (WAN) on võrk, mis saab toimida
väga laial territooriumil (ülemaailmselt)
Olenevalt kasutusotstarbest, rakendusest
leiab kasutamist kaks põhilist andmevoo
mudelit:
dialoograkendused (küsimused vastused)
pakkrakendused (suurte andmefailide
edastamine)
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 7
Laivõrk
Enamlevinud on kolm laivõrgutüüpi:
X.25
FR (Frame relay) edastus
Rakkedastus (ATM võrk)
Laivõrkudes kasutatakse kas ühendusega
või ühenduseta edastust
Reeglina kasutatakse pakettkommutatsiooni
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 8
Ühendusega edastus
Ühendusega edastuse korral edastatakse
kõik paketid läbi võrgu ühte ja sama teed
kaudu
Edastusprotsess on jagatud kolme faasi:
ühenduse loomine
andmeedastus
ühenduse lõpetamine (katkestamine)
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 9
Ühendusega edastus
Ühenduse loomiseks saadetakse esimene,
ühenduse initsialiseerimise pakett läbi
võrgu
See pakett sisaldab päises sihtkoha
täielikku aadressi ja igast võrgusõlmest
läbiminekul salvestatakse selles loodava
kanali loogiline number
Selliselt luuakse edastuse ajaks virtuaalne
(loogiline) kanal
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 10
Ühendusega edastus
Andmeedastuse pakettide edastamisel
lisatakse nendele kanali loogiline number,
mille kohaselt andmepaketid toimetatakse
sihtkohta
Ühenduse lõpetamiseks (katkestamiseks)
saadetakse läbi võrgu vastavasisuline
pakett, millega kustutatakse võrgu
sõlmedes kanali loogiline number ja
ühendus lõpetatakse
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 11
Ühenduseta edastus
Ühenduseta edastuse korral valitakse igale
paketile antud hetkel sobivaim teekond läbi
võrgu
Kõik andmepaketid sisaldavad täieliku
sihtpunkti aadressi
Paketid võivad jõuda sihtpunkti saadetust
erinevas järjestuses ja seetõttu tuleb siht
punktis paketid järjestada, mis teeb
vastuvõtuseadme keerukamaks
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 12
Ühendusega ja ühenduseta edastus
das tus
u se ga e
Üh end
Ühenduseta edastus
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 13
Laivõrk. X.25
X.25 on pakettkommutatsiooniga laivõrgu
protokoll.
Võimaldab nii ühendusega kui ka
ühenduseta edastust.
Paketi suurus on 16 kuni 1024 baiti.
On kasutusel kõikjal maailmas ja seetõttu
leiab ikka veel kasutust.
Töökiirused kuni 64 kb/s ja nüüd ka 2Mb/s.
Kasutab veaparanduseks korduvsaatmist.
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 14
X.25. Pakettide tüübid
Paketi tüüp
Aadress/teenus
Ühenduse taotlus Andmed
Ühenduse aktsept, katkestuse kinnitus
Restardi põhjus
Ühendustaotluse tühistamine,
katkestuse või restardi taotlus
Kontrollinfo
Kontrollpakett
Andmepakett Andmed
Järjestuse Loogilise Formaadi
number kanali nr tüüp
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 15
X.25 protokolle
Asünkroonterminal Sünkroonterminal
PAD (packet assembler/disaassembler)
- paketter
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 16
X.25 signaalid ja andmed
Ühenduse loomiseks saadab ühenduse
algataja (DTE A) sihtkoha jaamale (DTE B)
ühenduse loomiseks ühenduse taotluse paketi
Valmisoleku korral vastab sihtkoha jaam
paketiga ühenduse aktsept, millega annab
teada, et on valmis andmevahetuseks
Vastuse (aktsepti) saamise järel saab jaam
DTE A alustada andmepakettide saatmist
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 17
X.25 signaalid ja andmed
Paketi saamisel võrgusõlm salvestab
saabunud paketi ja kontrollsummade
võrdlemisega kontrollib, kas edastus on
toimunud vigadeta
Vigade puudumisel saadab võrgusõlm
eelmisele võrgusõlmele või jaamale aktsepti
paketi vigadeta vastuvõtmise kohta
Alles pärast aktsepti saamist, et pakett on
vigadeta järgmises võrgusõlmes või jaamas,
kustutab võrgusõlm vastava paketi mälust
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 18
X.25 signaalid ja andmed
Aktsepti mittesaamisel saadetakse paketid
uuesti. Seda korratakse kuni pakett saab
vigadeta edastatud
Aktsepti vigadeta vastuvõtmise kohta
oodatakse teatud arvu pakettide saatmise
järel. Ühe aktseptini edastatavate pakettide
arv määratakse akna suurusega
Kõigi pakettide edastamise lõpuks saade
takse pakett, mis lõpetab antud ühenduse
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 19
X.25 signaalid ja andmed
DTE A
andmelõpmik A Võrgu sõlm 1 Võrgu sõlm 2 DTE B
1. Ühenduse Ühenduse taotlus
loomine Ühenduse aktsept
Andmed
2. Andmeedastus
Andmed Kinnitus
Andmed Kinnitus
na ki n nitus
Ak
Lõpetamise ta
otlus
k na ki nnitus
3. Ühenduse A
lõpetamine mise kinnitus
Lõpeta
kin nitus
Lõpetamise
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 20
FR edastus
FR (Frame relay) edastus töötati välja
selleks, et paremini ära kasutada kanali
läbilaskevõimet pakettide edastamisel
FR edastuses kasutatakse palju kiiremat
kommutatsioonitehnikat kui X.25 korral
Võimaldab ühendusega edastust.
Paketi pikkus on muutuv, soovituslik
maksimaalne pikkus on 1600 baiti
Töökiirused on 2Mb/s kuni 50 Mb/s.
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 21
FR edastus
Pakettide kontroll edastuse ajal on
minimaalne. Vea korral pakettide
korduvsaatmist ei taotleta
Vajab kvaliteetset edastuskanalit
(soovituslik bitiveategur väiksem kui 106),
vastasel korral on tulemuseks pikem
edastus ja reageerimisaeg
Kasutatakse suures osas kohtvõrkude
ühendamiseks
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 22
X.25 ja FR edastuse võrdlus
Põhimõtteliselt toimivad X.25 ja FR
edastus sarnaselt: mõlemad jagavad
võrgu ressursse ja andmed edastatakse
pakettidena
Et X.25 väljatöötamise ajal oli edastus
kanalite kvaliteet ja läbilaskevõime halve
mad, kasutatakse X.25 korral paremaid
vigade ja andmevoo juhtimisfunktsioone
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 23
X.25 ja FR edastuse võrdlus
Põhiline erinevus X.25 ja FR edastuse
vahel tuleb välja OSI raammudeli kihtide
funktsioonidest:
X.25 protokoll sisaldab OSI raammudeli kolme
alumise kihi funktsioonid
FR edastus täidab OSI raammudeli 1. kihi ja
lihtsustatult ka 2. kihi funktsioone
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 24
X.25 ja FR edastuse võrdlus
Eelnevast tuleneb, et vigade esinemisel
FR edastuse korral saadetakse paketid
uuesti läbi kogu võrgu, mitte aga kahe
võrgusõlme vahel, nagu seda tehakse
X.25 protokolli kohaselt
Andmevoo juhtimine on FR edastusel
märgatavalt lihtsam kui X.25l
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 25
FR edastus. Struktuur
FR kontsentraator FR lüliti
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 26
FR kaadri formaat
Kaadri struktuur on FR võrkudes suhteliselt
lihtne
1 2 Muutuv 2 1 baitide arv
Lipp FCS Andmed Aadress Lipp
BE FE Aadress (DLCI)
EA DE CN CN
Aadress (DLCI) EA CR
8 7 6 5 4 3 2 1 8 7 6 5 4 3 2 1 bitid
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 27
FR kaadri formaat
Lipp (Flag) määrab ära kaadri alguse ja
lõpu. Kood 7E, 01111110
Andmed (Information field) selles väljas
paiknevad kasutaja andmed. Välja pikkuse
otsustab võrgu operaator, Frame Relay
Forum'i soovituslik pikkus on 1600 baiti.
Seda osa kaadrist FR protokoll ei muuda
ega kasuta
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 28
FR kaadri formaat
FCS (Frame check sequence) kaadri
kontrollsumma. Võtab arvesse kogu kaadri
bitid jättes välja lippude ja kontrollsumma
väljad
Aadress (Address field) 2 (või 3) baidine
väli andmeedastuse juhtimiseks. Esimese
baidi 6 bitti ja teise baidi 4 bitti määravad
ära kaadri järgmise aadressi (DLCI data
link connection identifier)
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 29
FR kaadri formaat
CR (Command response) käsu vastus.
Välja ei kasutata
EA (Extended address) iga aadressi
baidi lõpus paiknev bitt, mis võimaldab
laiendada aadressi välja suuremaks kui 10
bitti. EA = "0" korral järgneb veel üks
aadressibait. EA = "1" korral on see bait
viimane
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 30
FR kaadri formaat
FECN (Forward explicit congestion noti
fikation) ettepoole (kaadri liikumise
suunas) saadetav teade ummikust
võrgus. Saaja võiks vähendada kaadrite
saatmist suunda, kust märgitud kaader tuli
BECN (Backward explicit congestion
notifikation) tahapoole (kaadri liikumise
vastassuunas) saadetav teade ummikust
võrgus
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 31
FR kaadri formaat
DE (Discard eligibility) eemaldamise
nõusolek, osutab kaadrile, mille võib
ummiku korral kõigepealt edastamata
jätta. Loob võimaluse prioriteedi
seadmiseks (kuigi ka selle bitiga märgista
mata kaadreid võib edastamata jätta)
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 32
Laivõrk. Rakkedastus
Rakkedastust kasutab ATM
(Asynchronous transfer mode) võrk
asünkroonse edastusviisiga lairibavõrk
Võimaldab ühendusega edastust
ATM võrgu rakk on fikseeritud pikkusega
53 baiti, nendest 5 baiti moodustavad raku
päise ja 48 andmevälja
Töökiirused on alates 155 Mb/s
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 33
Laivõrk. Rakkedastus
Võimaldab edastada nii heli kui ka
videosignaali ja andmeid
Võimaldab luua leviühendusi (ühelt saatjalt
mitmele vastuvõtjale)
Tugev külg on riistvaraline lairiba kommu
teerimine, milles on ühendatud täna
päevane marsruutimine ja kanalikommu
teerimise tehnika
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 34
Rakkedastus. Rakk
ATM võrgu nurgakiviks on rakk
Erineva ja muutuva bitikiirusega andme
voog pakitakse 53 baidi suurustesse
rakkudesse
ATM kasutab pakettkommutatsiooni, milles
fikseeritud pikkusega rakk võimaldab
vähendada tekkivaid ajalisi viiteid
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 35
ATM kaadri formaat
NNI Network node interface
HEC VCI VCI VCI VPI VPI
CLP PTI
Andmed Päis
HEC VCI VCI VCI VPI VPI GFC
UNI User network interface
CLP PTI
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 36
ATM kaadri formaat
Aadress kujul VPI ja VCI (Virtual path
identifier, Virtual channel identifier) need
on parameetrid, mida muudetakse igas
võrgu sõlmes vastavalt marsruutimis
tabelitele
PTI (Payload type identifier) kolme biti
suurune väli, mis osutab andmete tüübile
(hooldus, juhtimis, tühi, andmed) ja raku
sisu muudatustele edastuse kestel
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 37
ATM kaadri formaat
CLP (Cell loss priority) bitt, mida saab
kasutada rakkude prioriteedi määramiseks
ülekoormatud võrgus. Kui CLP="1" võib
raku ülekoormuse korral kõrvaldada.
CLP="0" korral on rakul kõrgem prioriteet
HEC (Header error control) kaheksa
bitine kontrollsumma päise õigsuse
kontrolliks. Suudab avastada mitme biti
vea ning parandada ühe biti vea
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 38
ATM kaadri formaat
GFC (Generic flow control) nelja biti
suurune väli UNI liitmiku korral, mida saab
määrata kasutaja. Ei ole lõplikult
standardiseeritud
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 39
Aadress ja kanalijaotus
VCI-100 STM-1, 155Mb/s
VPI-10, 50Mb/s
VCI-101
VCI-100
VPI-20, 60Mb/s
VCI-101
Vaba 45Mb/s kasutab VPI-0
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 40
ATM. Teenindusklassid
Raku päis Klass A Klass B Klass C Klass D
AAL-3/4
AAL-1-5 AAL-1 AAL-2 AAL-5 AAL-3/4
Järelejääv Isokroonne teenus Asünkroonne teenus
andmeväli Püsiv
bitikiirus Muutuv bitikiirus
44 - 47
Ühenduseta
baiti Ühendusega edastus edastus
ATM kohandamiskiht (AAL)
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 41
ATM võrgu kihid
Rakenduse Rakenduse
andmed andmed
AAL AAL
ATM kiht
Füüsiline kiht
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 42
ATM võrgu kihid
AAL (ATM adaptation layer) ATM
kohandamise kiht, võtab vastu edastatavad
andmed ja segmenteerib andmed selliselt, et
ATM kiht saab andmeid edastada
teenindusklassist sõltumatult
Vastuvõtupoolel jaotab AAL kiht saabuva
andmevoo vastuvõtjale sobivasse vormi
ATM kihis moodustatakse rakk, milleks AAL
kihilt saadud andmetele lisatakse ATM päis
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 43
ATM võrgu kihid
Convergence sublayer
Rakenduse Rakenduse
andmed andmed
AAL AAL Koondamise
alamkiht
ATM kiht Segmenteerimise ja
jaotuse alamkiht
Füüsiline kiht Segmentation and
reassembly sublayer
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 44
ATM võrgu kihid
AAL kiht sisaldab mitmeid erinevaid
protokolle, mis on kohandatud erinevate
teenindusklasside (A, B, C, D) andmete
töötlemiseks
AAL kiht on jagatud kaheks alamkihiks:
koondamise alamkiht (convergence sublayer)
segmenteerimise ja jaotuse alamkiht
(segmentation and reassembly sublayer)
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 45
ATM võrgu kihid
koondamise alamkiht teisendab pealmiste
kihtide ühendusega või ühenduseta bitivoo
alumisele alamkihile või ATM kihile
vastuvõetavale kujule
segmenteerimise ja jaotuse alamkihi
funktsioon on edastada 48 baidised paketid
ATM kihile ja vastuvõtval poolel vastu
pidises suunas
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 46
ATM. Teenindusklassid A ja B
Tihendamata heli ja video
Tihendatud
heli ja video
2
A klassi teenused
B klassi teenused
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 47
AAL 1 protokoll
AAL 1 ülesanne on teisendada püsiva
bitikiirusega ja minimaalse viitega andmeid
AAL 1 realiseerib A klassi teenuseid
Andmed jagatakse pakettidesse, mis
sisaldavad 47 andmebaiti ja 1 AAL kihi
päise baidi
Pakett edastatakse ATM kihile, kus sellest
moodustub raku andmeosa
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 48
AAL 1 protokoll
AAL 1 paketi formaat
Andmed SNP SN
47 4 + 4 bitti
SN (sequence number) järjestuse number
võimaldab kindlaks teha kaotsi läinud või
sisestamata rakke
SNP (sequence number protection)
järjestuse numbri kaitse 4 bitti moodus
tavad päise ülejäänud osa kontrollsumma
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 49
AAL 1 protokoll
Koondamise alamkiht täidab siin järgmisi
funktsioone:
vigade parandamine mõnede heli ja
videorakenduste korral
sünkroniseerimine
kaotsi läinud ja valesti adresseeritud
(sisestamata) rakkude mõju vähendamine
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 50
AAL 2 protokoll
AAL 2 ülesanne on teisendada muutuva
bitikiirusega ja minimaalse viitega andmeid
AAL 2 realiseerib B klassi teenuseid
Põhifunktsiooniks on edastada väikese
bitikiirusega kodeeritud helisignaali, milles
pausid on välja jäetud
Sellist kodeerimist kasutatakse ettevõtte
siseses ja ka mobiilsides
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 51
AAL 2 protokoll
Selle protokolli kohaselt kasutatakse
tekkiva viite vähendamiseks ühte rakku
mitme helikanali edastamiseks
Paketi päise suurus on 3 baiti
Helikanalite hulk peaks olema vähemalt 50
Väiksema kanalite arvu korral edastatakse
paralleelselt heliga ka andmeid
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 52
ATM. Teenindusklassid C ja D
Ühenduseta
edastus
Ühendusega
edastus
C klassi teenused
D klassi teenused
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 53
AAL 3/4 ja AAL 5 protokollid
AAL 3/4 ja AAL 5 ülesanne on teisendada
ühendusega või ühenduseta edastusega,
muutuva bitikiirusega ja asünkroonse
edastusega andmeid
AAL 3/4 ja AAL 5 realiseerivad nii C kui ka
D klassi teenuseid
Kasutatakse seega valdavalt andme
edastuseks
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 54
AAL 3/4 ja AAL 5 protokollid
Algselt olid AAL 3 ja AAL 4 kaks eraldi
protokolli vastavalt C ja D klassi teenuste
osutamiseks
Et protokollid olid üsna sarnased
moodustati ühine protokoll AAL 3/4
Kuna osa teenuste jaoks osutus AAL 3/4
liiga keeruliseks, töötati välja uus protokoll
AAL 5
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 55
AAL 3/4 segmenteerimine
Rakenduse Rakenduse
andmed andmed Kasutaja andmed
AAL AAL PAD
4 ATM kiht 2 44 baiti 2
Füüsiline kiht
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 56
ATM. Andmeedastus
Andme- Muutuv bitikiirus
Püsiv bitikiirus
puhangud
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 57
ATM tugivõrguna
Kevad 2009 Tallinna Polütehnikum 58