Tartalomjegyzék. Készült az Európai Unió támogatásával 1

Számítógépes hálózatok

Vinnai Zoltán

Tartalomjegyzék 1.

Alapfogalmak............................................................................................................................................................ 2 1.1 Számítógép hálózatok kialakulása ................................................................................................................... 2 1.2 Számítógép hálózatok kialakításának okai ...................................................................................................... 2 1.3 Hálózatok csoportosítása ................................................................................................................................. 3 1.4 Számítógép hálózatok felépítése, alapelemei .................................................................................................. 4 1.5 Kommunikáció a hálózaton ............................................................................................................................. 5 1.6 Az ISO/OSI modell ......................................................................................................................................... 5 2. A fizikai átvitel és jellemzői ..................................................................................................................................... 7 2.1 Vezetékes átviteli közegek .............................................................................................................................. 7 2.2 Vezeték nélküli átvitel ..................................................................................................................................... 8 2.3 Átviteli módok................................................................................................................................................. 8 2.4 Átvitelvezérlési módszerek ........................................................................................................................... 10 2.4.1 Véletlen átvitel-vezérlési módszerek ........................................................................................................ 10 2.4.2 Osztott átvitel-vezérlési módszerek .......................................................................................................... 11 2.4.3 Központosított átvitelvezérlési módszerek ............................................................................................... 12 3. A fizikai és az adatkapcsolati rétegek szabványai és gyakorlati megvalósításai..................................................... 13 3.1 Az IEEE 802-es szabvány család .................................................................................................................. 13 3.1.1 802.2 LLC – logikai kapcsolatvezérlési szabvány .................................................................................... 14 3.1.2 802.3 CSMA/CD szabvány ...................................................................................................................... 16 3.1.3 802.4 Vezérjel busz szabvány................................................................................................................... 19 3.1.4 802.5 Vezérjel gyűrű szabvány................................................................................................................. 22 3.1.5 802.7 FDDI szabvány ............................................................................................................................... 24 3.2 Hálózati megvalósítások................................................................................................................................ 27 3.2.1 Ethernet .................................................................................................................................................... 27 3.2.2 IBM Token Ring....................................................................................................................................... 28 3.2.3 IBM PC..................................................................................................................................................... 30

Készült az Európai Unió támogatásával

1


Vinnai Zoltán

1. Alapfogalmak Hálózat: berendezések olyan halmaza, amely lehetőséget biztosít legalább két pont közötti adatátvitelre. Ebben az esetben a berendezés nem feltétlenül számítógép, lehet bármilyen más eszköz is, amely képes egyéb eszközzel információt cserélni. Számítógépes hálózatról akkor beszélünk, amikor számítógépek tudnak egymással információt cserélni.

1.1

Számítógép hálózatok kialakulása

Az első generációs számítógépek még csak néhány kivételes kutató részére volt hozzáférhető, így a hálózati kommunikációnak nem sok értelme lett volna. A második generációs számítógépek még mindig igen drágák voltak ahhoz, hogy szélesebb körben elterjedhessenek. Viszont megjelentek olyan vállalatok, amelyek más cégek részére nyújtottak számítógépes szolgáltatásokat, elsősorban adatfeldolgozást. Ezeket a helyeket nevezték számítóközpontoknak, utalva arra, hogy számításokat végeznek az adatokon. Itt sem beszélhetünk hálózatról, hiszen csak egyetlen nagyteljesítményű számítógép végzett minden műveletet. Közben felmerült az igény, hogy ezen a nagyteljesítményű számítógépen ne csak egyetlen ember dolgozhasson. Megjelentek a terminálok. A terminál egy kijelzőből és egy billentyűzetből álló eszköz, amely a központi számítógéphez csatlakozott, és arra szolgált, hogy segítségével utasításokat lehessen adni a nagyszámítógép részére, és az eredmény a kijelzőn jelent meg. Ez azt jelenti, hogy a terminál és a nagyszámítógép között információk áramlanak. Mivel a nagyszámítógéphez nem csak egyetlen terminált kapcsoltak, így egy szobában egyszerre többen is dolgozhattak különböző feladatokon. A központi számítógépen keresztül megoldhatóvá vált, hogy akár egymásnak is küldhessenek üzeneteket, de mivel közel ültek egymáshoz, így nem sok értelme volt. Hálózatról ugyan beszélhetünk, de nem beszélhetünk számítógépes hálózatról, mivel csak egyetlen számítógép, a központi számítógép kommunikált a hozzá csatlakoztatott egyszerű berendezésekkel. A harmadik generációs számítógépek megjelenésével változott a helyzet. Egyre több számítógép talált gazdára, vagyis egyre több helyen kezdték alkalmazni a számítógépet. Felmerült az igény, hogy az egyes számítógépeken tárolt információkhoz más számítógépek is hozzá tudjanak férni. Ekkor fejlesztették ki az első számítógép hálózatokat, melyek számítógépek közötti kommunikációt tettek lehetővé. Ezek egymástól különálló kutatások eredményei voltak, vagyis több megoldás is született a hálózati kommunikáció megvalósítására. Ekkor még az volt az alapelv, hogy van egy nagyteljesítményű számítógép, amelyhez terminálok, illetve kisebb teljesítményű munkaállomások vannak csatlakoztatva, a futtatható programok körét pedig központilag szabályozzák. Minden információ a központi számítógépen kerül tárolásra. Amikor megjelentek a negyedik generációs PC-k, úgy nézett ki, hogy ennek a központosított felépítésnek vége, hiszen minden egyes PC számítógép önállóan is bármilyen feladatot el tud látni, nincs szükség a központi számítógépre. Csakhogy ebben az esetben a legnagyobb előnyt veszítjük el, a központosított információ feldolgozást. Ekkor váltak fontossá a számítógépes hálózatok, mivel segítségükkel ötvözhető a központosított adatfeldolgozás és az önálló független munkavégzés. A client - server hálózati architektúrák esetében ugyanis van egy kitüntetett számítógép, a szerver (kiszolgáló), amelynek fő feladata az információ központi tárolása, és vannak a kliensek (ügyfelek, felhasználók), akik külön számítógép előtt ülve elérhetik a közös információkat, de önállóan is képesek feladatokat ellátni. A client – server megoldás még ma is viszonylag drága, így a kisebb vállalatok esetében ez nem mindig valósítható meg, de nekik is szükségük lehet arra, hogy a cég néhány számítógépén lévő információkat megosszák egymással. Erre is van megoldás, amit peer to peer, magyarul egyenrangú hálózati architektúrának neveznek. Itt nincs kitüntetett számítógép, minden hálózatba csatlakoztatott számítógép azonos szolgáltatásokra képes, vagyis egyben szerver is és kliens is. Ma már ott tartunk, hogy nagyon sok helyen működik kisebb számítógép hálózat, úgynevezett helyi hálózat (LAN). Ha ezeket a LAN hálózatokat összekötik, összekapcsolt hálózatot, angolul internetwork-öt kapunk. A legnagyobb összekapcsolt hálózatot nevezik Internetnek. Ha egy számítógépet csatlakoztatnak erre a világméretű hálózatra, akkor képes a világ tetszőleges pontján lévő másik internetre kapcsolt számítógéppel információt cserélni.

1.2

Számítógép hálózatok kialakításának okai

Központosított információ feldolgozás Erről már volt szó az előzőekben. Ha egy cégen belül egy feladat megoldásán egyszerre többen is dolgoznak, akkor arra van szükség, hogy mindenki mindig a legfrissebb információkhoz férhessen hozzá. Különálló gépek esetén ez csak igen nehézkesen valósítható meg. Készült az Európai Unió támogatásával

2


Vinnai Zoltán

Erőforrás megosztás Ha nagyméretű adathalmazhoz kell sok embernek hozzáférnie, akkor azt is célszerű egy központi helyen tárolni, így nem kell minden egyes különálló gépen helyet biztosítani számukra. Itt a merevlemez, mint erőforrás szerepel, elég egyetlen nagyméretű merevlemez, amin tárolódnak az adatok. Ugyanilyen erőforrás lehet a nyomtató is. Egyetlen nyomtató is kiszolgálhat a hálózaton keresztül több embert is, nem kell minden géphez külön nyomtató elhelyezni. Ebből a szempontból a CDROM is erőforrás lehet, hiszen a központi számítógépek rendszerint lehetővé teszik a CDROM meghajtóban lévő lemezek tartalmának hálózaton keresztüli hozzáférhetőségét is. Bizonyos esetekben a processzor és a memória is lehet erőforrás, ugyanis egyes rendszerek azt is lehetővé teszik, hogy egyes feladatokat, programokat a nagyobb teljesítményű számítógépen hajthassunk végre. Gazdaságosság Az erőforrás megosztás jó példa erre, hiszen például egy személyi számítógép ezred annyiba kerül, mint egy nagyteljesítményű számítógép (mainframe - nagygép), viszont csak kb. tízszer kisebb a teljesítménye. Ez az aránytalanság vezetett oda, hogy a rendszereket egy vagy több kiszolgálóból, és sok olcsó PC-ből építsék fel. Megbízhatóság növelése Nagyon sok olyan alkalmazás van, amelynél akár hardver hiba miatti kiesés óriási veszteségeket okozhat (pl. bank). Ez ellen lehet úgy is védekezni, hogy több azonos funkciójú erőforrásokat alkalmaznak. Például az adatok nemcsak egyetlen számítógépen kerülnek tárolásra, hanem kettő vagy több másik számítógépen is. Így ha az egyikük valamilyen okból nem működik, akkor a többiek közül bármelyik átveheti a szerepét. Új speciális szolgáltatások Itt elsősorban a kommunikáció egyedi formáiról van szó. Ilyen például a számítógépen keresztüli szöveges (írott) kommunikáció, illetve a mikrofonon keresztüli hang kommunikáció, vagy a videó telefonálás, videokonferencia is. Egyre terjednek a csoportmunka támogató programrendszerek is, amelyek összetett lehetőségeket biztosítanak a csoportos munkák elvégzéséhez.

1.3

Hálózatok csoportosítása

Kiterjedés szerint: − LAN (Local Area Network), helyi hálózat. Jellemzője a kis kiterjedés (1 szobától kezdve néhány kilométerig), egyedi kábelezés, és az ebből következő gyors adatátvitel. − MAN (Metropolitan Area Network), nagyvárosi hálózat. Jellemzője, hogy több, különálló épületben elhelyezett számítógépeket kapcsol össze, melyek azonos városban helyezkednek el. − WAN (World Area Network), nagytávolságú hálózat. Gyakorlatilag a Föld bármely tetszőleges pontjainak összekapcsolását teszi lehetővé felhasználva a nyilvános távközléstechnikai berendezéseket. − Felhasználás, illetve hozzáférés szerint: − Intranet, amely csak az adott vállalat dolgozói számára teszi hozzáférhetővé a saját belső információkat. A hozzáférés történhet LAN, MAN, vagy akár WAN hálózaton keresztül is. Ez egyben zárt rendszer is, hiszen csak egyes kitüntetett személyek használhatják. − Internet, amely bárki számára hozzáférhető, vagyis nyilt rendszer. Felépítés szerint: − Gép – gép, amikor két különálló számítógépet kapcsolunk össze. − Client – server architektúrájú, van egy kitüntetett nagyobb teljesítményű kiszolgáló számítógép a szerver, és vannak a felhasználók (kliensek, ügyfelek), amelyek a szerver által szolgáltatott erőforrásokat használhatják. − Peer to peer, egyenrangú hálózatok, ahol minden számítógép azonos szolgáltatásokat nyújt. Topológia (összeköttetési mód) szerint: − Busz (sín), az eszközök egy közös átviteli közegre csatlakoznak, hasonlóan a PC-k buszrendszeréhez. − Gyűrű, az eszközök egy gyűrűre vannak felfűzve, ahol az információ rendszerint körbejár. − Csillag, az eszközök egy központi elemhez kapcsolódnak és csak azon keresztül kommunikálhatnak. − Fa, bármely két összekötött eszköz között egy és csak egy út van, hasonló az alkönyvtár szerkezethez. − Teljesen összefüggő, minden eszköz minden másik eszközzel egyedileg össze van kötve. − Részben összefüggő, az eszközök között nem csak egy út van, hanem több is lehet.

busz

gyűrű

csillag


fa

összefüggő 3


Vinnai Zoltán

Lényeges, hogy külön beszélhetünk fizikai topológiáról, amely a kábelezés módjára utal, illetve logikai topológiáról, amely az információ terjedésének módjára utal. Átviteli sebesség szerint: − Lassú (1 Mbit/s alatt), általában telefonvonalak felhasználásával történő átvitelre jellemző − Közepes sebességű (1 – 20 Mbit/s), lokális hálózatok sebessége − Nagy sebességű (50 Mbit/s felett), speciális nagysebességű hálózatok, üvegszálas, műholdas, stb. Átviteli módszer szerint: − Alapsávú (baseband), modulálatlan jeleket továbbít, tehát az átviteli közegben haladó jel frekvenciája közel azonos a bitsorozat frekvenciájával, csak rövid távra, hang és adat átvitelére alkalmas − Szélessávú (broadband), modulált átvitel, ahol a vivő frekvenciája jóval magasabb, mint a bitsorozaté. Általában az átviteli sávot több csatornára osztják, egy tipikus alkalmazása a kábeltelevízó. Kommunikáció iránya szerint: − Simplex (egyirányú), van egy adó és egy vevő és az információ csak az adótól a vevő felé áramolhat, és ez nem változik − Half Duplex (fél duplex, váltakozó irányú), az információ mindkét irányba áramolhat, de egyszerre mindig csak az egyik irányba − Full Duplex (kétirányú), az információ egyszerre mindkét irányba áramolhat Kapcsolási technika szerint: − Vonalkapcsolt, két kommunikáló eszköz között állandó kapcsolat épül ki, mint a telefon esetén. − Üzenetkapcsolt, nincs állandó kapcsolat, az információt átvivő hálózat tárolva továbbító egységekből áll, ezek továbbítják az üzenetet egy címinformáció alapján. Az üzenet hossza nincs korlátozva, hasonlóan a postai csomagokhoz. − Csomagkapcsolt, hasonló az üzenetkapcsolthoz, de az üzenetek hossza maximált, ezért a hosszabb üzeneteket szét kell tördelni. Nem szükséges tárolva továbbítónak lenni az átvivő hálózatnak. Két változata létezik: − Összeköttetés nélküli, a csomagok átvitelét az úgynevezett datagram service (távirat) végzi. Minden csomag tartalmazza a teljes rendeltetési címet, külön továbbítódnak, közben sorrnedjük is változhat. − Virtuális összeköttetéses, a csomagok átvitelét egy virtuális (látszólagos) adatáramkör biztosítja. Ez egy hívás útján létrejövő logikai összeköttetés, amely a bontásig fennáll, a csomagok ezen a rögzített adatúton kerülnek át. Teljes cím helyett csak az adatáramkör azonosítóját kell tartalmazniuk. Hátránya, hogy nem olyan rugalmas, mint a datagram. Hozzáférési mód szerint: − Központosított átvitelvezérlés, egy kitüntetett állomás foglalkozik az átviteli jogok kiadásával. − Osztott átvitelvezérlés, mindig csak egy állomásnak van joga adni, de ez a jog az állomások között körbejár. − Véletlen átvitelvezérlés, ha egy állomás adni akar, akkor csak az átvivő közeg szabad voltát ellenőrzi, és ha az szabad, akkor ad.

1.4

Számítógép hálózatok felépítése, alapelemei

A számítógép hálózatok célja a felhasználói számítógépek közötti kommunikáció megvalósítása. Ezeket a számítógépeket nevezik host-nak. A hostok úgynevezett alhálózatokon keresztül kommunikálnak egymással. Az alhálózat lehet telefonvonal, de lehet olyan áramkörök összessége, amelyek képesek tárolni az üzeneteket, és kiválasztani a legmegfelelőbb útvonalat az információ célbajuttatásához. Az információk továbbításához szükség van valamilyen átvivő közegre is, amely fizikailag továbbítja a kódolt információt. Legegyszerűbb esetben az átvivő közeg valamilyen vezeték. Az összetett hálózaton való információ továbbításhoz szükség van még kapcsoló elemekre is, amelyek két vagy több átviteli vonal kapcsolását végzik. Ezeket együttesen IMP-nek (Interface Message Processors – interfész üzenet feldolgozóknak) nevezik. Az IMP lehet egy számítógép is, de lehet különálló speciális berendezés is, mint repeater, HUB, bridge, router, gateway. Ezeknek a szerepére a későbbiekben még visszatérünk. A gyakorlatban egy számítógép kétféleképpen csatlakozhat egy alhálózatra. Egyik esetben MODEM-en keresztül, ami a telefonhálózaton keresztül csatlakozik egy másik számítógépre. Másik esetben pedig a számítógépen belül van egy hálózati kártya, ami már közvetlenül csatlakozhat egy helyi hálózatra. A kommunikációhoz a hardver eszközökön kívül szoftverekre, programokra is szükség van. A szoftvereknek több fajtáját különböztethetjük meg. Az IMP-ken futó szoftverek rendszerint firmware-ek, vagyis a PC-k BIOS-ához hasonlóan EPROM-okba beégetett programok, amelyek csak lehetővé teszik a kommunikáció megvalósítását. Készült az Európai Unió támogatásával 4


Vinnai Zoltán

Ahhoz azonban ez a hostok között is működjön, szükség van olyan operációs rendszerekre, amelyek támogatják a hálózati kommunikáció valamely formáját. Az operációs rendszerek már biztosíthatnak bizonyos kommunikációs lehetőségeket, de igazából a számítógépen futtatható hálózati alkalmazások azok, amelyeken keresztül a felhasználó kihasználhatja a hálózat nyújtotta szolgáltatásokat. Összefoglalva, ha egy számítógép előtt ülő felhasználó egy másik távoli számítógépen lévő szolgáltatást szeretne használni (pl. ftp), akkor először is elindítja a saját gépén az ftp használatát lehetővé tevő alkalmazást, ami az operációs rendszer és a hálózati kártya segítségével, az IMP-ken keresztül megteremti a kapcsolatot a távoli számítógép hálózati kártyáján keresztül az ott futó operációs rendszer segítségével az ftp szolgáltatást nyújtó alkalmazással. Így első olvasásra is bonyolultnak tűnik, ráadásul ez csak egy rövid összefoglalás, a tényleges kommunikáció ennél jóval összetettebb, többlépcsős folyamat.

1.5

Kommunikáció a hálózaton

Ki kommunikál kivel? Ez elég érdekes kérdés és a válasz sem egyszerű. A felhasználó azt látja, hogy egy másik számítógéppel kommunikál. Viszont láttuk, hogy ez a kommunikáció sok eszközön megy keresztül, és azoknak az eszközöknek együtt is kell működnie. Először is a felhasználó gépén lévő alkalmazásnak kell együttműködnie a távoli gépen futó szolgáltató alkalmazással. Az együttműködés itt azt jelenti, hogy bizonyos szabályokat mindkét oldalnak be kell tartania, különben az egyik oldal esetleg süket fülekre talál. Gondoljunk bele abba a helyzetbe, amikor egy idegen országban vagyunk és elkezdünk beszélni a saját nyelvünkön. Ha az illető, akivel beszélünk nem magyar, akkor beszélhetünk estig is, semmi hatása nem lesz. Az alkalmazásoknál is ugyanez a helyzet. Ha azonos nyelvet beszélnek, akkor minden rendben, különben semmi se fog történni. Az alkalmazásoknak tehát ismerniük kell egy azonos szabály rendszert, amelynek segítségével kommunikálni tudnak egymással, ezt a szabályrendszert nevezik protokollnak. Az operációs rendszereknek is kommunikálniuk kell egymással, tehát nekik is szükségük van egy közösen használt, ismert protokollra. Ugyancsak szükség van az IMP-k közötti kommunikációnál is egy közösen használt protokollra. Vagyis elmondhatjuk, hogy a hálózati kommunikáció réteges felépítésű, és minden azonos szinten lévő rétegnek meg kell állapodnia egy egységes protokollban, amit használnak. A rétegek között is szükség van valamilyen információ cserére, hiszen például az alkalmazás az operációs rendszer hálózati szolgáltatásait használja fel. Ez a kommunikáció a rétegek között úgynevezett szolgálat elérési pontokon (SAP) keresztül valósul meg. A szomszédos rétegpárok között egy interfész húzódik. Az interfész az alsóbb réteg által a felsőnek nyújtott elemi műveleteket és szolgálatokat definiálja. Ez az interfész ráadásul egyszerre több ponton keresztül is képes a szolgálatát ellátni, vagyis egyszerre több kommunikáció lehet folyamatban. Az információ útja tehát az egyik host legfelső rétegéből indul, sorban áthalad az adott gép rétegein, közben minden réteg hozzáadja a rétegspecifikus információkat az adatokhoz, majd az átviteli közegen, alhálózaton, IMP-ken keresztül eljut a cél hosthoz, ahol az egyes rétegek leszedik a saját rétegének szóló információkat és lentről felfelé haladva eljut az információ a legfelső rétegbe. A rétegek és rétegprotokollok halmazát nevezzük hálózati architektúrának.

1.6

Az ISO/OSI modell

Egy hálózati architektúra megtervezésekor meg kell tervezni az egyes rétegeket a következő elvek alapján: − minden rétegnek rendelkeznie kell a kapcsolat felépítését, illetve annak lebontását biztosító eljárással, − döntést kell hozni az adatátvitel szabályairól, az átvitel irányáról (szimplex, fél duplex, duplex) − milyen legyen a rendszerben a hibavédelem, hibajelzés, − hogyan oldható meg a gyors adók lassú vevők együttműködése (folyamat vezérlés – flow control) − ha bizonyos okok miatt az üzenetek hossza korlátozott, és ezért a küldés előtt szét kell darabolni, felmerül a kérdés, hogy hogyan biztosítható a helyes összerakásuk, Készült az Európai Unió támogatásával

5


Vinnai Zoltán

− az előbbi esetben biztosított-e a az üzenetek sorrendjének a helyessége, − nagyon sokszor ugyanazon fizikai csatornán több párbeszéd zajlik, hogyan kell ezt összekeveredés mentesen megoldani, − ha a cél és a forrás között több útvonal lehetséges, fontos a valamilyen szempont szerinti útvonal kiválasztása. Ezekre a kérdésekre nincs együttesen optimális válasz. Az első számítógépes hálózatok tervezésénél így több teljesen különböző megoldás született. Ezeket a megoldásokat különböző cégek készítették, ezért kevert megoldás szóba se jöhetett. A különböző megoldásoknak viszont különböző előnyei és hátrányai voltak. Jó lett volna ezeket a megoldásokat egységes alapon megtervezni, szabványosítani, hogy több gyártó is gyárthasson ilyen megoldásokat. A probléma még a PC-s hálózatok előtt komolyan felvetődött. Az IBM ekkor már megalkotta az SNA-nak (Systems Network Architecture) nevezett hálózati rétegrendszerét, ezt lehetett alapul venni. De a mindenkire vonatkozó ajánlást csak egy nemzetközi szervezet adhatta meg. A szerep az ISO-ra (International Standards Organization – Nemzetközi Szabványügyi Hivatal) hárult. Az ISO nemzetközi szabványokat alkot a csavaroktól a számítógépekig. Tagjai a nemzeti szabványügyi hivatalok (pl. ANSI, DIN). A hálózati rétegmodellt 1980-ban adta ki OSI (Open System Interconnection – Nyílt Rendszerek Összekapcsolása) néven. Az OSI nem szabvány, hanem egy hivatkozási modell, egy ajánlás, amely nem határoz meg protokollokat és interfészeket, mindössze azt mondja meg, hogy milyen rétegekre kellene osztani egy hálózatot és ezen rétegeknek mi legyen a feladatuk. Az OSI szerint egy hálózatot 7 rétegre célszerű osztani. Az egyes rétegek megnevezése: 7. Alkalmazói 6. Megjelenítési 5. Viszony (Együttműködési) 4. Szállítási 3. Hálózati 2. Adatkapcsolati 1. Fizikai

Prezentációs rétegek Logikai összeköttetéssel foglalkoznak Transzport rétegek Adatátvitellel foglalkoznak

Az egyes rétegek által ellátandó feladatok: Fizikai réteg A bitek kommunikációs csatornára való kibocsátásáért felelős. Ide tartozik a csatlakozások elektromos és mechanikai definiálása, átviteli irányok megválasztása, stb. Tipikus villamosmérnöki feladat a tervezése. Adatkapcsolati réteg Feladata egy hibátlan adatátviteli vonal biztosítása a végpontok között. Az adatokat adatkeretekké tördeli, továbbítja, a nyugtát fogadja, hibajavítást és forgalomszabályozást végez. Hálózati réteg A kommunikációs alhálózatok működését vezérli, feladata az útvonalválasztás a forrás és a célállomás között. Ha az útvonalban eltérő hálózatok vannak, akkor fregmentálást, protokoll átalakítást is végez. Az utolsó réteg, amely ismeri a hálózati topológiát. Szállítási réteg Feladata a végpontok közötti hibamentes átvitel biztosítása. Már nem tud a hálózati topológiáról, csak a két végpontban van rá szükség. Feladata lehet például az összeköttetések felépítése és bontása, csomagok sorrendhelyes elrendezése, stb. Viszonyréteg Lehetővé teszi, hogy két számítógép felhasználói kapcsolatot létesítsen egymással. Jellegzetes feladata a logikai kapcsolat felépítése és bontása, párbeszédszervezés (pl. félduplex csatornán). Elláthat szinkronizációs (ill. ellenőrzési) funkciót ellenőrzési pontok beépítésével. Megjelenítési réteg Az egyetlen, amelyik megváltoztathatja az üzenet tartalmát. Tömörítést, rejtjelezést, kódcserét (ASCII – EBCDIC) végezhet el. Ez a réteg felel az értékes információ megjelenítéséért. Alkalmazási réteg Széles körben igényelt szolgáltatásokat tartalmaz. Ilyen alapvető igényt elégítenek ki például a fájlok tetszőleges gépek közötti másolását lehetővé tévő fájl átviteli protokollok (ftp). Kommunikáció az ISO/OSI modellben:


6


Vinnai Zoltán

Az ISO szabványokat is készít az egyes rétegek számára, de ezek nem részei a hivatkozási modellnek. A továbbiakban az OSI alapján vizsgáljuk a hálózatokkal kapcsolatos szabványokat és megvalósításokat. A későbbiekben lényeges, hogy tisztában legyünk a réteges felépítéssel, a protokollok és az architektúra fogalmával.

2. A fizikai átvitel és jellemzői 2.1

Vezetékes átviteli közegek

Csavart érpár A csavart, vagy más néven sodrott érpár (Unshielded Twisted Pair – UTP) két szigetelt, egymásra spirálisan felcsavart rézvezeték. Ha ezt a sodrott érpárat kívülről egy árnyékoló fémszövet burokkal is körbevesszük, akkor árnyékolt sodrott érpárról (Shielded Twisted Pair – STP) beszélünk. A csavarás a két ér egymásra hatását küszöböli ki, jelsugárzás nem lép fel. Általában több csavart érpárt fognak össze közös védőburkolatban. Ma már akár 100 Mbit/s adatátviteli sebességet is lehet ilyen típusú vezetékezéssel biztosítani. Alkalmasak mind analóg mind digitális jelátvitelre is, áruk viszonylag alacsony. Az UTP kábelek minősége a telefonvonalakra használtaktól a nagysebességű adatátviteli kábelekig változik. Általában egy kábel négy csavart érpárt tartalmaz közös védőburkolatban. Minden érpár eltérő számú csavarást tartalmaz méterenként, a köztük lévő áthallás csökkentése miatt. A szabványos osztályozásuk: Típus (kategória) Cat 1 Cat 2 Cat 3 Cat 4 Cat 5

Felhasználási terület Hangminőség (telefon vonalak) 4 Mbit/s-os adatvonalak (Local Talk) 10 Mbit/s-os adatvonalak (Ethernet) 20 Mbit/s-os adatvonalak (16 Mbit/s Token Ring) 100 Mbit/s-os adatvonalak (Fast Ethernet)

A kategóriák közötti közötti egyetlen lényeges különbség a csavarás sűrűsége. Minél sűrűbb a csavarás, annál nagyobb az adatátviteli sebesség és a méterenkénti ár. Az UTP kábeleknél általában az RJ-45 típusjelű telefoncsatlakozót használják a csatlakoztatásra. Előnye könnyű szerelhetősége, struktúráltsága, egyszerű bővíthetősége. Hátránya zajérzékenysége, limitált sávszélessége valamint lehallgathatósága. Koaxiális kábelek Középen általában tömör rézhuzal található, ezt veszi körül egy szigetelőréteg, majd erre jön az árnyékolás (tipikusan fonott rézhuzal harisnya). Jellemzője a hullámimpedancia, ezzel kell lezárni mindkét végét, hogy ne legyen jelvisszaverődés. Szabványos hullámimpedanciák az 50, 75, 93 Ohm. Lehet alapsávú és szélessávú átvitelre is használni. Az 50 Ohm-os kábel két változatban is készül, vékony és vastag kivitelben. A vékony koaxiális kábelnél rendszerint BNC csatlakozókat használnak a csatlakoztatáshoz, a vastag kábelnél pedig speciális úgynevezett vámpírcsatlakozókat. A vámpírcsatlakozó a kábelre kívülről rásajtolt csatlakozó, amely a rásajtoláskor úgy szúrja át a kábel szigetelését, hogy a külső árnyékolással és a belső vezetékkel is önálló elektromos érintkezést biztosít. Készült az Európai Unió támogatásával 7


Vinnai Zoltán

Előnye nagy sávszélesség, nagy távolság, zajérzéketlenség. Hátránya lehallgathatósága valamint a kiépítési struktúrából adódó sérülékenysége és nehézkes szerelhetősége. Szélessávú átvitelnél komoly szaktudást igényel telepítése és karbantartása. Üvegszálas kábelek Az információkat egy üvegszálban haladó fénysugár megléte vagy hiánya hordozza. A fény a szál belsejének és külsejének eltérő törésmutatója miatt nem tud kilépni. Előnye érzéketlen az elektromágneses zavarokra, nincs földpotenciál probléma, nagy sávszélesség, erősítés nélkül igen nagy távra vihető, nem hallgatható le. Hátránya drága, nehéz javítani és megcsapolni.

2.2

Vezeték nélküli átvitel

Közös bennük, hogy az átviteli közeg a levegő. Infravörös, lézer A lézer és infravörös fényt alkalmazó adó-vevő párok könnyen telepíthetők háztetőkre, a kommunikáció teljesen digitális, a nagyobb távolság áthidalását lehetővé tevő energiakoncentrálás miatt rendkívül jól irányított, amely szinte teljesen védetté teszi az illetéktelen lehallgatás, illetve külső zavarás ellen. Sajnos a láthatósági feltételek miatt az eső, köd, légköri szennyeződések zavarként jelentkeznek. A számítógépes rendszerekben az információ átvitel ilyen módja fokozatosan terjed, IrDA néven már szabványos megoldása is létezik. Rádióhullám Nagyobb távolságok áthidalására gyakran használják a mikrohullámú átvitelt. A frekvenciatartomány 2-40 GHz között lehet. A kiemelkedő antennatornyokon (a láthatóság itt is feltétel!) elhelyezkedő parabola adó és vevőanntennák egymásnak sugárnyalábokat küldenek és akár száz kilométert is átfoghatnak. A jelismétlést itt reléző állomásokkal oldják meg, azaz a vett jelet egy más frekvencián a következő, reléző állomásnak továbbítják. Problémaként jelentkeznek a viharok, villámlás, egyéb légköri jelenségek. A frekvenciasávok kiosztása átgondolást igényel, és hatósági feladat. Szórt spektrumú sugárzás Kisebb távolságokra (kb. 1 km távolságokig), lokális hálózatoknál használt megoldás. Széles frekvenciasávot használ, amit egy normális vevő fehér zajnak érzékel. (Azonos amplitúdó minden frekvencián.) A szórt spektrumú vevő felismeri és fogja az adást. Antennaként megfelel egy darab vezeték. Műholdas átvitel A műholdakon lévő transzponderek a felküldött mikrohullámú jeleket egy másik frekvencián felerősítve visszasugározzák. Hogy a földön lévő műholdra sugárzó, illetve a műhold adását vevő antennákat ne kelljen mozgatni, a műholdakat geostacionárius pályára állítják. A frekvenciatartományok a távközlési műholdaknál 3,7 – 4,4 GHz a lefelé, 5,925 – 6,425 GHz a felfelé irányuló nyaláb számára. A műholdak tipikus sávszélessége 500 MHz (12 db 36 MHz-es transzponder, egy transzponderen 50 MB/s-os adatforgalom, vagy 800 db 64 Kbit/s-os hangcsatorna).

2.3

Átviteli módok

Ebben a fejezetben azt ismerhetjük meg, hogy milyen eljárásokkal lehet az információt a fizikai közegeken keresztül eljuttatni az egyik végpontról a másik végpontra. Az itt vázolt kép azonban nem teljes, csak ízelítőt ad a lehetőségekből. Az információt elektronikus jelek formájában tároljuk és továbbítjuk. Ez azt jelenti, hogy rendszerint feszültségszintek illetve áramerősségek változása hordozza magát az információt. Ha analóg átvitelről beszélünk, akkor ez a jelváltozás az időben vizsgálva egy adott tartomány (pl. feszültségtartomány) minden értékét felveheti, lásd szinusz hullám. Jó példa erre a beszédátvitel. Beszédünk során különböző frekvenciájú hanghullámokat bocsátunk ki, melynek amplitúdója is folyamatosan változhat. Ha mikrofon segítségével beszédünket elektronikus jellé alakítjuk át, akkor ez a jelfolyam analóg jelfolyam lesz, mivel a jel egy adott feszültségtartományban minden értéket felvehet. A számítástechnikában azonban a digitális ábrázolási módot alkalmazzák, ahol az információ 0-ák és 1-esek sorozatából épül fel. Az átviteli technikában digitális jelfolyamról akkor beszélünk, ha ezekhez a 0-khoz és 1Készült az Európai Unió támogatásával

8


Vinnai Zoltán

esekhez csak két feszültségértéket rendelünk hozzá, vagyis jól megkülönböztethető feszültségértékeket láthatunk, ha az időben vizsgáljuk a jelfolyamot. Analóg átvitel A múltat teljes egészében az analóg átvitel jellemezte. A berendezések, az átviteli módszerek mindegyike analóg volt, gondoljunk a telefonra, a rádióra és a televízióra. A kialakított infrastruktúra is döntően analóg. Az emberi fül számára elég a 300 Hz – 3000 Hz-ig terjedő frekvenciatartomány az emberi beszéd megértésére. Ezért a nyilvános távbeszélő hálózatokat ennek megfelelően alakították ki, a telefonbeszélgetések váltakozó áramú jeleit szűrők segítségével 300 Hz – 3300 Hz között tartják. A beszélgetés idejére állandó kapcsolat épül ki a két felhasználói végberendezés között. Ez gyakorlatilag alapsávi átvitel, mivel az előállított elektronikus jeleket közvetlenül, átalakítás nélkül továbbítják az átvivő közegen, általában kétvezetékes rendszeren. A rádiótechnikában azonban más elveket is alkalmaznak. Ezekben közös, hogy egy úgynevezett vivőhullámot alkalmaznak, amelyre „ráültetik” az átviendő információt, vagyis modulálják. A moduláció többféle lehet, a két legismertebb az AM-el jelölt amplitúdó moduláció, és az FM-el jelölt frekvencia moduláció. AM esetén a vivőfrekvencia amplitúdója kerül módosításra az átviendő információ alapján, vagyis a frekvencia állandó, csak az amplitúdója változik, míg FM esetén a vivő frekvenciája változik. Kevésbé ismert modulációs eljárás a fázis moduláció. Lényege, hogy a szinuszos vivő fázisszögét módosítják, modulálják. Ezeket a módszereket együttesen szélessávú átvitelnek nevezik, és vegyesen is lehet alkalmazni őket. Modulált átviteli formát nemcsak vezeték nélküli átvitel esetén alkalmaznak, hanem vezetékes esetben is. Ha a hang átvitelénél maradunk, akkor egy adott vezeték egy kapcsolatot tesz lehetővé alapsávi átvitel esetén. Azonban a vezeték sávszélessége ennél jóval nagyobb is lehet. Ezt ma már ki is használják úgy, hogy egy kábelen több kapcsolatot valósítanak meg, például úgy, hogy különböző vivőfrekvenciát alkalmaznak, amelyek mindegyikét különböző adatátviteli csatorna (kapcsolat) jeleivel modulálnak. Ha ezek a vivőfrekvenciák elég távol vannak egymástól, akkor ugyanazon kábelen egyszerre például több beszélgetés is folyhat minden gond (áthallás, torzulás) nélkül. Digitális átvitel Az információt ebben az esetben adott időpillanatokban vizsgált feszültségszint hordozza. Legáltalánosabb eset, amikor a logikai 0-t a 0V körüli feszültségszint, a logikai 1-et pedig az 5V körüli feszültségszint jelenti. A kódolt információt általában bitenként egymás után sorban továbbítják (soros átvitel). Az is megoldható, hogy egyszerre egymással párhuzamosan több bitet is továbbítanak (párhuzamos átvitel), ekkor persze több szálú kapcsolatra is szükség van a két kommunikáló végpont között. Nagyobb távolság esetén a párhuzamos átvitel igen drága, így ezt nem is alkalmazzák ilyen esetekben. Az átvitel során mindig biteket viszünk át, de mivel eleinte szövegátvitelt valósítottak meg, ezért az átvitt információ egysége a bitcsoport volt, amely a szöveg egy karakterét kódolta. Az ilyen, bitcsoportokat átvivő módszert szokták karakterorientált átviteli eljárásnak nevezni. Az átvitt információ egysége a karakter, és speciális úgynevezett vezérlő karakterek biztosítják az átvitel megfelelő megvalósítását. A hálózati szabványokban, leírásokban a bájt kifejezés helyett az oktet fogalmát használják. A hálózatok elterjedésével a szöveges jellegű információk mellett más jellegű információk átvitele is szükségessé vált, sokszor eltérő szóhosszúságú és adatábrázolású számítógépek között. Ezért a bitcsoportos átvitel helyett a tetszőleges bitszámú üzenetátvitel került előtérbe, ezek a bitorientált eljárások. Az átvitel során, mivel az a legtöbbször sorban, bitenként történik, valahogy biztosítani kell az adó és vevő szinkronizmusát, azaz azt, hogy az ötödiknek elküldött bitet a vevő szintén az érkező ötödik bitnek érzékelje. A szinkron átviteli módszernél az egyes bitek jellemző időpontjai (kezdetük, közepük és végük) egy meghatározott alapidőtartam egész számú többszörösére helyezkednek el egymástól. Ez azt jelenti, hogy egy üzenet bitjei szigorú rendben követik egymást. A szinkronizmust egy speciális bitcsoport (SYN) érzékelése biztosítja. A vevő ezt érzékelve, már helyesen tudja az ezt követő biteket vagy bitcsoportokat (karaktereket) értelmezni. Karakter szinkron átvitel:

SYN

SYN

n darab karakter

Bit szinkron átvitel:

SYN

SYN

Vezérlő inf.

… Adatmező

vége

…

Az aszinkron karakterorientált eljárások legrégebbi módszere a START-STOP átvitel. Ennél a szinkronizmus az adó és vevő között csak egy-egy karakter átvitelének idejére korlátozódik. Aszinkron átvitel: START Karakter1

STOP

START

Karakter2

STOP

A tényleges átvitel során az információt különböző eljárások alapján kódolják (RZ, NRZ, NRZI, PE, stb). Készült az Európai Unió támogatásával

9


Vinnai Zoltán

A digitális átvitel több szempontból jobb az analóg átvitelnél. − Először is nagyon kicsi a hibaaránya. Analóg áramkörök esetén erősítőket használnak a vonalon fellépő csillapítások kompenzálására, azaz a jel regenerálására. Mivel a szükségképpen két irányban elhelyezett erősítők paraméterei folyamatosan változnak (öregedés, külső hőmérséklet, stb) ezért ez soha nem lehet tökéletes. Mivel a hiba halmozódik, ezért a sok erősítőn átmenő jelek várhatóan komolyan torzulnak. Ezzel szemben a digitális jelek tökéletesen helyreállíthatóak, hiszen két lehetséges értékük van, az 1 és a 0. A digitális jelek helyreállításakor halmozódó hiba sem lép fel. − A digitális átvitel egy másik előnye az, hogy egyetlen eszköz hatékonyabb kihasználásával különböző típusú adatok (hang, zene, normál adat, kép) kevert átvitelét teszi lehetővé. Ez természetesen a különféle típusú adatok bináris alakra kódolása segítségével valósul meg. − További előny az, hogy a már meglevő vonalakon is nagyobb átviteli sebesség érhető el, mint analóg átvitel esetén. Ezért figyelhető meg az a tendencia, hogy lassan minden átvitel, ami eddig analóg eljárásokat alkalmazott, áttér a digitális átviteli eljárások valamelyikére.

2.4

Átvitelvezérlési módszerek

Az átviteli közeg hozzáférésére számos eljárást használnak. A hozzáférés módja amint azt a későbbiekben látni fogjuk függ a hálózat topológiájától is, vagyis attól, hogy milyen módon vannak az állomások összekapcsolva. A közeg elérési módja szerint három fő hozzáférési módszer lehetséges: véletlen, osztott és központosított vezérlés. Ezen belül számos megoldás lehetséges, a legfontosabbakat a kővetkező felosztásban láthatók: Véletlen

Osztott

Központosított

- Ütközést figyeléses, ütközést jelző - Réselt gyűrű

- Vezérjel gyűrű

- Lekérdezéses

- Vezérjel busz

- Vonalkapcsolásos

- Regiszter beszúrásos

- Ütközést figyeléses, ütközést elkerülő

- Időosztásos, többszörös hozzáféréses

2.4.1

Véletlen átvitel-vezérlési módszerek

Mindegyik állomás figyeli a csatornát, ha szabad, akkor az adás idejére kisajátítja. A módszer nevében szereplő véletlen kifejezés a döntő jelentőségű, mivel nincs külön eljárás az adási jog megadására, ezért elvileg nem lehet felső időkorlátot adni az üzenettovábbítás időbeli bekövetkezésére. Tiszta ALOHA Az első ilyen típusú átvitelt a Hawai szigeteken próbálták ki. A különböző szigeteken lévő, egy központi helyre adatcsomagokat küldő rádióadók véletlenszerű időpontokban adtak. Ha két adási időtartam átfedte egymást, akkor egyik adás sem volt eredményes, mivel az üzenetek összekeveredtek, ütközés következett be. Réselt ALOHA Az ütközések száma nyilvánvalóan függ az adók számától, a forgalomtól, és a csomagok időtartamától. Az ütközések száma csökkenthető, ha bármely adó nem akármikor, hanem csak adott időpontokban adhat A CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ) ütközés figyeléses ütközést jelző Ennél az átviteli módszernél, mielőtt egy állomás adatokat küldene, először „belehallgat” a csatornába, hogy megtudja, hogy van-e éppen olyan állomás, amelyik használja a csatornát. Ha a csatorna „csendes”, azaz egyik állomás sem használja, a „hallgatódzó” állomás elküldi az üzenetét. A vivőérzékelés (carrier sense) jelenti azt, hogy az állomás adás előtt belehallgat a csatornába. Az állomás által küldött üzenet a csatornán keresztül minden állomáshoz eljut, és véve az üzenetet a bennfoglalt cím alapján eldöntheti hogy az neki szólt (és ilyenkor feldolgozza), vagy pedig nem (és akkor eldobja). Ennél a módszernél természetesen előfordulhat olyan eset, amikor egyszerre két vagy több állomás akarja használni a közeget. Az adás közben - mivel közben a csatornán lévő üzenetet veszi - el tudja dönteni, hogy az adott és a vett üzenetfolyam egyforma-e. Ha ezek különbözők, akkor azt jelenti, hogy valaki más is „beszél”, azaz a küldött üzenet hibás, sérült. Ezt ütközésnek hívják, és ilyenkor az állomás megszakítja az üzenetküldést. Az ütközés miatt kudarcot vallott állomások mindegyike az újabb adási kísérlet előtt bizonyos, véletlenszerűen megválasztott ideig várakozik. Ezek az idők a véletlenszerűség miatt eltérők, és a versengő állomások kővetkező hozzáférési kísérlete során egy, a legrövidebb várakozási idejű fog adni, mivel a többiek a várakozási idejük leteltével adás előtt a csatornába belehallgatva azt már foglaltnak fogják érzékelni. Készült az Európai Unió támogatásával

10


Vinnai Zoltán

Végiggondolva az eljárást, nyilvánvaló, hogy gyér forgalom esetén a közeghozzáférés nagyon gyors, mivel kevés állomás kíván a csatornán adni. Nagy hálózati forgalom esetén az átvitel lelassul, mivel a nagy csatornaterhelés miatt gyakoriak lesznek az ütközések. A széles körben elterjedt Ethernet hálózat ezt a módszert használja. Réselt gyűrű (slotted ring) A réselt gyűrű átviteli módszernél a gyűrűn felfűzött állomások réseknek elnevezett, rögzített hosszúságú kereteket adnak körbe. Minden résben van egy jelző (marker) amelyik jelzi a rés foglaltságát. Mivel a rés hossza állandó, az állomásnak az üzeneteit akkora darabokra kell vágnia, hogy azok elférjenek a résben (az állomáscímekkel, és egyéb kiegészítő információval együtt.) Ha egy állomáshoz egy nem foglalt (üres) rés érkezik, akkor az elhelyezi benne a saját adatait, és továbbadja az immár fogalt keretet. Természetesen az adatot elhelyező állomásnak a feladata a visszaérkezett keret kiürítése, azaz a foglaltságának a megszüntetése. Ha átviteli, vagy egyéb hibák miatt (pl. az állomás elromlik), ez nem történik meg, akkor ez a rés foglaltan tovább kering a gyűrűben. Ezért kijelölnek egy állomást, amely felügyelői feladatot is ellát, ez figyeli, hogy van-e olyan rés, amely a gyűrűben nem jut alaphelyzetbe, és ha ilyen van, egy idő múlva eltávolítja a gyűrűből. Regiszter beszúrásos gyűrű (register insertion ring) A gyűrű topológiájú hálózatoknál a másik alkalmazott eljárás a léptető regiszter késleltető funkcióján túl, annak tárolási képességét is kihasználja. A hálózati illesztőben két regiszter, egy léptető (shift), és egy tároló regiszter található. A gyűrű indulásakor a mutató a léptető regiszter kezdő pozíciójára mutat. Ahogy jönnek a bitek a hálózatról, a pointert mindig bitenként balra lépteti, azaz a gyűrűben lévő biteket tárolja. Közben a keretben lévő címet a beérkezett bitekből megállapítja. Ha nem az állomásnak szól, akkor a kapcsolón keresztül kezdi kiléptetni a biteket, miközben az újabb érkező bitek a mutató által jelölt helyre íródnak, amely a léptetés miatt mindig felszabadul. Ha a keret utolsó bitje is beérkezett, akkor a maradékot még kilépteti és a mutató ismét a kezdő pozícióba kerül. Ha a keret az állomásnak szólt, akkor a kapcsoló 2es pozícióba kerülve nem engedi a keret kijutását, azaz kivonja a keretet a gyűrűből. Kivitel esetén az állomás által összeállított keret a KIMENETI REGISZTER-ben van. Kivitel csak akkor lehetséges, ha az előzőleg vett, és továbbadandó keret utolsó bitjét is már kitolta a BE-KIMENETI LÉPTETŐ REGISZTER-ből a gyűrűre, és a regiszterben elegendő hely van a kimeneti keret fogadására. Csak ekkor kerül a kimeneti kapcsoló a 3-as pozícióba, és kerül a regiszter tartalma bitenként a gyűrűre. a bemenettel szinkronban. Az új bemenet eközben gyűlik a felső regiszterben. Ha a kimeneti tároló regiszter kiürült, a kimeneti kapcsoló ismét az l-es helyzetbe billen, folytatva a vett bitek küldését. 2.4.2 Osztott átvitel-vezérlési módszerek Lényegében minden állomás a közeghez való vezérlés funkcióját is betölti, és ez a szerep váltakozva továbbadódik. Vezérjeles gyűrű (Token Ring) Fizikailag gyűrű topológiájú hálózatok esetén - mivel lényegében páronként pontpont összeköttetés valósul meg - a leggyakrabban használt hozzáférési módszer a vezérjel továbbításos eljárás, amelyben egy úgynevezett vezérjel (token) halad körben a gyűrű mentén állomásról állomásra. A vezérjel lényegében egy rövid üzenet, ami utal a gyűrű foglaltságára. Ha szabadot jelez, akkor a tokent vevő állomás számára ez azt jelenti, hogy üzenetet küldhet. A tokent foglaltra állítja, és üzenettel együtt küldi tovább, vagy más megoldásként kivonja a gyűrűből. Az üzenet a gyűrűn halad körben állomásról állomásra. Az üzenetet az állomások veszik, megvizsgálják hogy nekik szól-e, majd továbbadják. Amikor a gyűrűben az üzenet visszaér az elküldő állomáshoz, akkor kivonja az üzenetét a gyűrűből, a tokent szabadra állítja, és továbbküldi az immár szabadot jelző vezérjelet más állomás számára. Készült az Európai Unió támogatásával

11


Vinnai Zoltán

Elképzelhető, hogy valamilyen hiba miatt egy üzenet nem kerül kivonásra. A leblokkolás megakadályozására kijelölhetnek egy aktív felügyelő állomást, amely az ilyen „árva” üzeneteket figyeli és kivonja ezeket a hálózatból. A többi állomás ún. passzív felügyelő, és az aktív felügyelő meghibásodásakor egy másik veszi át a szerepét. A módszer előnye a garantált, adott időn belüli üzenetadás. Az állomások között prioritás is kialakítható, azaz a nagyobb prioritású állomások az alacsonyabb szintű állomások előtt kaphatnak lehetőséget adataik továbbítására. Vezérjeles sín (Token bus - Vezérjel busz) A vezérjel továbbításos eljárást két különféle topológiájú (busz illetve gyűrű) hálózati szabványban is használják. Busz topológiájú hálózat esetén vezérjel busz szabványról beszélünk. A vezérjel busz az átviteli közeget úgy vezérli, hogy az állomásról állomásra történő vezérjel továbbítása egy logikai gyűrűt képez. Amikor egy állomás vette a vezérjelet, lehetőséget kap arra, hogy adatblokkokat továbbítson a számára biztosított maximális időn belül. Ha nincs adandó adatblokkja, akkor a tokent azonnal továbbadja. Ütközést elkerülő, vivőérzékeléses többszörös hozzáférés (CSMA/CA) A véletlen közeghozzáférésekkel foglakozó részben már a módszer alapgondolatát megismertük: Itt minden állomás az adást figyelve „belehallgat” a csatornába. Az adás befejezése után minden állomás egy adott ideig vár, amit egy logikai listában elfoglalt helyük határoz meg. Ha ez alatt az idő alatt más állomás nem kezd adni, akkor elkezdi az adást. 2.4.3

Központosított átvitelvezérlési módszerek

Ezeknél az eljárásoknál mindig van egy kitüntetett egység, amelynek feladata az egyes állomások hálózathoz való hozzáférésének a vezérlése. Lekérdezéses (polling) eljárás Ennél az eljárásnál a főállomás (master), és a többi mellékállomás (slave vagy secondary) alkotja a hálózatot. A főállomás sorban egymás után szólítja fel a mellékállomásokat üzenetek küldésére. Ha a megszólított állomásnak van üzenete, akkor elküldi a főállomáshoz, amely az üzenetben lévő cím alapján meghatározza, hogy melyik másik mellékállomásnak kell ezt elküldenie. Azaz a mellékállomások a főállomás közvetítésével tudnak egymással kommunikálni. Ha a megszólított mellékállomásnak nincs üzennivalója, akkor negatív választ küld a lekérdezésre. Ezután a főállomás egy előre meghatározott prioritási sorrend alapján periodikusan folytatja a többi mellékállomás lekérdezését. Az eljárás előnyös, mert a rugalmas vezérlés lehetőséget biztosít arra, hogy egy mellékállomás több üzenetet is küldjön egymás után, és a lekérdezési sorrendben többször szerepeltetve egyes mellékállomásokat, azok magasabb prioritást kapnak. Az eljárás sebezhető pontja a mellékállomásoknál bonyolultabb főállomás meghibásodási lehetősége, hiszen ilyenkor az egész hálózat megbénul. Mivel minden két mellékállomás közötti üzenetváltás kétszer megy át a hálózaton, ez növeli az átviteli időt. Vonalkapcsolásos eljárás Egy másik központi vezérlési eljárás, amit csillag struktúrájú hálózatokban használnak, a vonalkapcsolásos. Ezt az eljárást az automatikus hívású alközpontok (private branch exchange - PBX) alkalmazzák a hagyományos telefonrendszerekben, és gyakran nem is sorolják be a LAN-eljárások közé. Vonalkapcsolásos megoldásnál, mielőtt egy állomás adna, a másik állomással való összeköttetés vagy kapcsolás létesítését kell kérnie. A központi vezérlőállomás határozza meg, létrejöhet-e a kapcsolat. Ha igen, a küldő- és a fogadóállomás fizikailag összekapcsolódik. Az állomások ezután oda-vissza üzenetet válthatnak egymással, és a kialakult áramköri út illetve kapcsolat, a két állomás használatában marad. Ha a két állomás befejezi egymás között a párbeszédet, szétkapcsolódnak, és a vonal felszabadul. A központi vezérlő tipikusan az egyszerre több állomáspár közötti kapcsolást támogatja. Ha a vezérlő digitális technikát használ, akkor van olyan módszer, amelynek segítségével lehetővé válik, hogy a vezérlő megszervezze a nagyszámú kapcsolások osztott hozzáférését az átviteli berendezésekhez. Az átviteli hozzáférést a különböző áramkörök között, az adatátviteli sebességhez képest sokkal nagyobb sebességgel kapcsolgatják, ami minden vonal számára folyamatos kapcsolat látszatát kelti. A vonalkapcsolásos eljárásnál, hasonlóan a lekérdezéses módszerhez, az állomások különböznek a központi vezérlőtől, áramköri egységük egyszerűbb, és olcsóbban lehet őket telepíteni. Ennek ellenére, magasabbak lehetnek a kapcsolások létesítéseinek és bontásainak rezsiköltségei, és a központi vezérlő elromlása az egész hálózat meghibásodását eredményezheti. Időosztásos, többszörös hozzáférésű eljárás (Time Division Multiple Access – TDMA) Elsődlegesen busz felépítésű hálózatoknál alkalmazzák. Ennél az eljárásnál minden a buszhoz kapcsolódó mellékállomás, egy adott időszeletben adhat. Ha nincs üzenete, akkor a szelet kihasználatlan marad. Készült az Európai Unió támogatásával

12


Vinnai Zoltán

A ciklust a főállomás indítja egy rövid időzítő üzenet kiküldésével. Mindegyik állomás a főállomáshoz szinkronizálja önmagát, és akkor ad, amikor elérkezik a saját ideje. Ha egy új állomás kapcsolódik a hálózathoz, akkor a főállomás megnöveli a teljes időintervallumot, beiktatva az új állomás időtartamát a ciklus végén, és utána hosszabb ideig. vár, mielőtt kiküldené a következő időzítő üzenetet. A különböző állomásokhoz különböző prioritási szintet lehet rendelni. A prioritási szint értékét az időzítő üzenetben helyezik el. Az időzítő üzenetet követő adás időtartamában csak azok az állomások szólalhatnak meg, amelyeknek prioritási szintjük egyenlő vagy magasabb az időzítő üzenetben meghatározott szintnél. . A TDMA eljárás lehetővé teszi az átviteli közeghez való hozzáférés központosított vezérlését. Ennek ellenére, ha csak néhány állomásnak van üzenete, akkor nagy számban fordul elő az adás számára kihasználatlan időszelet. Ha pedig egy állomás tévesen számítja ki a hozzá tartozó időszelet tartamát, akkor néhány esetben előfordulhat, hogy összeütközik egy másik állomás adásával. A TDMA módszer is a főállomás helyén sebezhető. Éppen ezért célszerű kinevezni egy alternatív főállomást, amely szükség esetén átveszi a főállomás szerepét.

3. A fizikai és az adatkapcsolati rétegek szabványai és gyakorlati megvalósításai 3.1

Az IEEE 802-es szabvány család

A hálózatok kialakulásakor rengeteg LAN hálózat típus keletkezett, velük felvetődött a szabványosítás kérdése is. Kidolgozásukra az amerikai IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) kapott megbízást. Az IEEE a villamos mérnököket fogja össze, és a világ legnagyobb szakmai szervezete. Szabványait 1985-ben adta ki IEEE 802 összefoglaló névvel. Az ISO 8802 néven tette őket nemzetközivé. Ez a szabvány csak a hálózat két alsó rétegével foglalkozik, mivel a helyi hálózatokban nincs nagy hálózat, amelyben utat kellene keresni (ez a harmadik réteg feladata), csak szomszédos gépeket kötnek össze. Mivel ekkora már a számítástechnikát meghatározó nagy cégeknek léteztek saját hálózataik, ezek közül kellett volna választani, illetve teljesen újat kellett volna definiálni. Ezek egyike sem járható út a már befektetett óriási pénzek és fejlesztések miatt, illetve azért, mert a hálózatok iránti igények is nagyban különbözőek, elfogadott helyesnek három, egymással inkompatibilis hálózatot. A hálózati hardver logikai kezelését azonban azonossá tette. A szabvány az adatkapcsolati réteget két alrétegre bontotta, az LLC – Logical Link Control és MAC – Media Acces Control alrétegekre. Ezzel sikerült elérnie, hogy a különböző hardver elemek felé egységes logikai kezelést helyezzen. A szabvány felépítése: 802.1 Keretszabvány: bevezetés, fogalmak, interfész, primitívek meghatározása 802.2 LLC szabvány (logikai kapcsolat vezérlés)

LLC

802.3 CSMA/CD

MAC

802.4 Token Bus

802.5 Token Ring

Alapsávú koax Szélessávú koax Sodrott érpár Optikai kábel

Adatkapcsolati alrétegek

Fizikai Fizikai réteg

A szabvány felépítése lehetővé teszi további hálózati hardverek szabványosítását is. Jelenleg a következő elemeket tartalmazza: − 802.1 Keretszabvány − 802.2 LLC − 802.3 CSMA/CD, az 1980-ban a DEC, Intel, Xerox együttműködésre létrejött Ethernet 2 alapján készült. A szabvány 1-20 Mbit/sec átviteli sebességű bus topológiájú hálózatot definiál. − 802.4 Vezérjeles sín, a General Motors és támogatói vezették be. A szabvány 1-10 Mbit/s átvitelű bus topológiájú hálózatot engedélyez. Az átvivő közeg 75 ohm-os koaxiális kábel, az átvitel szélessávú, maximális csomagméret 8191 bájt. − 802.5 Vezérjeles gyűrű, az IBM saját LAN-ja. 1-4-16 Mbit/s sebességű gyűrű topológiájú hálózatot határoz meg. Az átviteli közeg sodrott érpár vagy optika. − 802.6 DQDB Man, kettős bus, szétosztott sorképzés − 802.7 FDDI, 100 Mbit/s sebességű, optikai szálas hálózat. Működésmódja a 802.5-ös hálózatén alapszik, azaz vezérjeles gyűrű Készült az Európai Unió támogatásával 13

Számítógépes hálózatok − − − − −

Vinnai Zoltán

802.8 Broadband technológia 802.9 Integrált átvitel LAN- ok és MAN-ok részére 802.10 Hálózati titkosítás 802.11 Wireless hálózatok 802.12 Demand Priority Access Method – Igény szerinti prioritáskezelést alkalmaz, 100Mbit/s sebességű, Cat 3 minőségű érpáron is működik, Ethernet és Token Ring kereteket is tud továbbítani.

Fizikai réteg Az IEEE 802-es három olyan fizikai közeget szabványosított, amelyeket az architektúra fizikai rétegében használhatnak: a sodrott érpárt, a koaxiális kábelt (alap- és szélessávút) és az optikai kábelt. A fizikai szabvány így megadja a kábel és az átvitel típusára, a kódolás módjára és az adat sebességére vonatkozó előírásokat. A fizikai réteg felelős a két berendezés közötti fizikai összeköttetés létesítéséért és megszüntetéséért, valamint az átviteli közegen keresztül bitek átviteléért. Meghatározza még átvitelre alkalmas formában az adatkódolást és dekódolást, vezérli az eszközök időzítését, hogy azokat az adott és vett jelek szinkronizálják. MAC alréteg (közeghozzáférés vezérlés) A lokális hálózatban lévő eszközök mindegyike a közös fizikai csatornán való hozzáférésért verseng. Mivel a LAN kialakításokban ezen a szinten számos hozzáférés-vezérlési módszert használnak ütközésest és ütközés mentest egyaránt, a közeghozzáférés vezérlési alréteg szabványa négy funkciót határoz meg: − Közeghozzáférés vezérlés: a hálózati állomások szabályokat illetve eljárásokat használnak, hogy vezéreljék a fizikai csatorna megosztását − Keretezés: kezdeti és záró információ jelzés hozzáadására van szükség ahhoz, hogy azonosítani lehessen az üzenetek elejét és végét, hogy az adó és a vevő szinkronizálódjon, és felismerjék a hibákat − Címzés: a hálózat címzést használ, hogy azonosítani lehessen az üzenet adásában és vételében résztvevő eszközöket − Hibafelismerés: célja a helyes üzenetadás és vétel ellenőrzése A későbbiekben ismertetésre kerülő MAC eljárások esetén teljesen hasonló a címzési módszer. Lényegük, hogy minden, a kommunikációban részt vevő állomásnak egységes címzésűnek kell lennie. Az IEEE 802-es szabványt kétfajta címzési eljárás alkalmazására tervezték: − Elszigetelt címzési forma esetén 16 vagy 48 bites egyedi címeket használnak, amelynél a címzési forma annak szervezésére alkalmas, hogy kijelölje a hálózat hálózati eszközeinek címeit (lokális adminisztráció). Elszigetelt hálózatok esetén alkalmazzák. − Univerzális címzési forma esetén 48 bites címet használnak, melynek megadására hexadecimális, bájtonként kettősponttal elválasztott formát ajánlanak: 3A:12:17:0:56:34. Ezt a címet szokás még MAC address-nek is nevezni, mivel a MAC alréteg ezekkel a címekkel azonosítja az adó- és vevőállomást is. Ebben az esetben minden gyártó csak a számára kijelölt címtartományban lévő eszközöket gyárthat. Ez biztosítja, hogy nem lesz két egyforma cím akkor sem, amikor újabb eszközöket telepítenek a hálózathoz. A gyakorlati megvalósítás során vagy a gyártó vagy a felhasználó választhat a kétféle címzési mód közül. LLC alréteg (logikai kapcsolat vezérlés) Ezen a szinten minden IEEE 802-es szabvány közös, már amit a felsőbb rétegek felé mutat. Az alréteg szervezi az adatfolyamot, parancsokat értelmez, válaszokat generál, a hibákat ellenőrzi, és helyreállítási funkciókat hajt végre. Ez az alréteg a hálózati rétegnek nyújt szolgáltatásokat. 3.1.1

802.2 LLC – logikai kapcsolatvezérlési szabvány

A logikai kapcsolatvezérlés felel teljes mértékben az állomások közötti adatblokkok cseréjéért. A lokális hálózatban az adatblokkok cseréjéhez a hálózat állomásai között létesítendő logikai kapcsolatra van szükség. Ahhoz, hogy meg tudják különböztetni az ugyanazon állomás által létesített különböző kapcsolatokat, bevezették a szolgáltatás hozzáférési pont (Service Acces Point – SAP) fogalmát, amelyet a hálózati állomásban az egyetlen adatcserében résztvevő egyedi elem (entitás) azonosítására használnak. Egy eszköz természetesen számos SAP-ot használhat különböző hálózati eszközökkel való kapcsolattartásra. Azt a szolgáltatás hozzáférési pontot, amelyik adatblokkot küld, forrás szolgáltatási pontnak (Source SAP – SSAP), azt pedig, amelyik adatblokkot vesz rendeltetési szolgáltatás hozzáférési pontnak (Destination SAP – DSAP) nevezik. Azt az adatblokkot, amely a forrásállomás logikai kapcsolatvezérlési alrétegéből eljut a célállomás logikai kapcsolatvezérlési alrétegéig, logikai kapcsolatvezérlési protokoll adatblokknak (LLC Protokoll Date Unit – PDU) Készült az Európai Unió támogatásával

14


Vinnai Zoltán

nevezzük. Az adás folyamán a forrásállomás logikai kapcsolat vezérlő alrétege (LLC) átadja az adatblokkot a közeghozzáférés vezérlő (MAC) alrétegnek. Az átadott adatblokk (PDU) felépítése: DSAP 1 bájt

SSAP 1 bájt

Vezérlő mező 1 v. 2 bájt

Információ 0-n bájt

A forrás SAP cím mindig egyedi, ami egyetlen olyan SAP-ot azonosít, amely az eredeti adatblokkot küldte. A rendeltetési SAP cím vagy egyetlen SAP-ot azonosító egyedi cím, vagy csoportcím. A csoport SAP cím a rendeltetési SAP-ok olyan csoportját határozza meg, amelybe tartozó rendeltetési állomás mindegyike veszi az adatblokkot. Az interfészszolgáltatási előírások azt a módot definiálják, ahogy a hálózati alréteg (vagyis az egész lokális hálózat) a logikai kapcsolatvezérlési (LLC) alréteg szolgáltatását kéri. Az LLC szabvány ezeket az interfészszolgáltatási előírásokat oly módon rögzíti, hogy néhány szolgálati primitívet definiál, és felsorolja azokat a paramétereket, amelyek ezekhez a szolgálati primitívekhez tartoznak. Minden LLC szolgáltatásnak egy vagy több szolgálati primitívje lehet, amelyekhez a szolgáltatáshoz tartozó interfész-aktivitás kapcsolódik. Az LLC szabvány három szolgálati primitív típust definiál: − Kérelem (request): egyedi szolgáltatás igénybevételének kérésére használják − Bejelentés (indication): akkor használják, amikor a szolgálatot igénybe vevővel közlik, hogy egy lényeges esemény lezajlott − Megerősítés (confirm): a szolgáltatás használóját értesítik egy vagy több kérelem eredményességéről Mindhárom definiált szolgálati primitív logikailag olyan szolgálatgyűjteményt képez, amit az LLC alréteg nyújt. Fontos annak megértése, hogy az IEEE 802-es szabvány a szolgálati primitíveket elvonatkozott értelemben definiálja, nem határoz meg kódstruktúrát, amit akkor kell használni, ha az egyedi szolgáltatást hívják, és az sincs meghatározva, hogyan kell egy szolgáltatást megvalósítani. A kódstruktúra és az implementálás kérdéseit illetően a forgalmazó dönt, aki LAN-ba építi a hardver- és szoftvertermékeket. Hálózati/LLC felületek közötti szolgáltatási előírások A felsőbb hálózati réteg és a logikai kapcsolatvezérlési alréteg felületek közötti kapcsolat számára két műveleti típust definiáltak, a kapcsolatmentes és a kapcsolatorientált szolgáltatást. Kapcsolatmentes szolgáltatás esetén nincs szükség logikai kapcsolat létrehozására az adó- és vevőállomás között, és minden elküldött adatblokkot közvetlenül dolgoznak fel. Nem végeznek sorszámellenőrzést (amivel biztosítanák, hogy az adatblokkot ugyanabban a szekvenciában vegyék, mint az a kiküldés során volt), és a vevőállomás az adatblokk vétele után nem küld nyugtát. A kapcsolatmentes szolgáltatásoknál nincs folyamatvezérlés és hibajavítás (azaz datagram szolgáltatás).Itt csak két szolgálati primitív van: − L_DATA.request: a hálózati réteg az LLC-hez az adatblokkot továbbítja, és kéri elküldését − L_DATA.indication: jelzi a hálózati rétegnek, hogy adatblokk érkezett, majd továbbítja is Kapcsolatorientált szolgáltatás esetén az adó- és vevőállomás között kapcsolatot kell létesíteni a műveletek megkezdése előtt, összeköttetést kell fenntartani, majd az összeköttetést bontani. Itt öt primitív osztályt definiáltak: − L_CONNECT primitívek két SAP közötti logikai kapcsolat létesítésére szolgálnak − L_DISCONNECT primitívek a kapcsolat bontására − L_DATA_CONNECT primitívek a felépített összeköttetésen keresztüli átvitelt vezérlik − L_RESET primitívek az összeköttetés alaphelyzetbe hozására szolgálnak − L_CONNECTION_FLOWCONTROL primitívek a két réteg közti adatcserét vezérlik, a sebességkülönbségeket egyenlítik ki Általában minden szolgáltatást megvalósító eljárásnak (primitívnek) a működéséhez paraméterekre is szükség van. Ezek összefoglalva: a célcím, a forráscím, az adatblokk vagy mutatója, az átvitel prioritási szintje, jelzőbitek az átvitel sikerességének jelzésére, stb. LLC/MAC felületek közötti szolgáltatási előírások Az LLC/MAC interfész szolgáltatások lehetővé teszik, hogy az egyik állomás LLC alrátege adatot cseréljen a másik állomás ugyanezen alrétegével. Ezt három szolgálati primitív segítségével valósítják meg: − MA_DATA.request: kéri, hogy az adatblokkot küldje el egy vagy több egyenrangú LLC entitásnak − MA_DATA.indication: jelez egy LLC entitásnak, hogy adatblokk vétele és továbbítása történt a MAC alrétegből az LLC alrétegbe − MA_DATA.confrm: arról ad felvilágosítást, hogy az előző MA_DATA.request sikeres vagy hibás volt LLC egyenrangú protokoll eljárások Készült az Európai Unió támogatásával

15


Vinnai Zoltán

Az LLC szabvány azt a kölcsönhatást is definiálja, ami az adóállomás LLC alrétege és a vevőállomás LLC alrétege között jön létre. Ezt a kölcsönhatást az egyenrangú protokollok halmaza írja le. Egyenrangú protokoll alatt azt az üzenetsorozat cserét értjük, amely a két állomás LLC alrétege között alakul ki, az egyik állomástól a másikig terjedő adat- ás vezérlőinformáció továbbítása során. A szabvány eltérő eljárásokat definiál a kapcsolatmentes és kapcsolatorientált szolgáltatásokra. Kapcsolatmentes szolgáltatás protokoll esetén úgynevezett számozás nélküli (U formátumú) parancsokat és válaszokat definiálnak. Mindegyik számozatlan parancs egy bájtos vezérlőmezővel rendelkezik (lásd PDU). A vezérlő mező első két bitjén lévő 11 érték jelenti, hogy ez a parancs számozatlan, azaz U formátumú. A vezérlőmező többi bitjének értékei jelzik a parancs típusát. A három leggyakrabban alkalmazott U formátumú parancs jelentése: − Sorszámozatlan Információs parancs (UI): az adatblokkot egy vagy több LLC entitásnak küldi el. A rendeltetési SAP cím lehet egyedi, csoport vagy globális cím. Amikor egy UI parancs vétele megtörténik, nincs sorszámellenőrzés, és nincs válaszvisszajelzés. Ha az átvitel során hiba lép fel, adatblokk vesztés lehetséges, kivéve ha a magasabb rétegekben hibaellenőrzést végeznek. − Azonosító csere parancs (XID): kicseréli az információt a két állomás által értelmezett szolgáltatások típusairól, és a kapcsolatorientált szolgáltatás esetén válasz nélkül küldhető információ hosszáról. Az egyik LLC entitás az információjával együtt elküldi XID parancsát. Minden a parancsot fogadó állomás, egy saját információjával ellátott XID választ küld vissza. A XID parancsot és választ alkalmazni lehet annak eldöntésére, hogy − egy állomás a hálózaton van-e, − az állomások csoportcímet alkotnak-e, − a kétszeres címzések ellenőrzésére, − az állomás által értelmezett szolgáltatás típusának meghatározására, − a hálózaton jelenlévő állomás bejelentésére − A XID parancs egyértelmű alkalmazási módját a tényleges megvalósításra bízzák. − Teszt (TEST): a rendeltetési entitástól egy TEST választ kér. A TEST parancsban opcionálisan jelen van egy információs mező. Ha a parancsban jelen van, akkor TEST válaszban is jelen kell lennie. A TEST parancsot és annak válaszát az LLC-től LLC-ig terjedő átviteli út ellenőrzésére használják. Kapcsolat orientált szolgáltatás protokoll esetén az adó- és vevőállomás között logikai összeköttetést építenek fel. Sorszámellenőrzést alkalmaznak annak megállapítására, hogy minden adatblokk helyes sorrendben érkezett, és erről nyugtát küldenek vissza a küldő állomáshoz. A nyugtázatlan adatblokkot újraadják. Ezen kívül adatáramlás vezérlést is alkalmaznak a vevőállomások túltöltődésének megelőzésére. A sorszámellenőrzés lényege, hogy minden információs adatblokkot sorszámmal együtt küldenek el. Ha az információs adatblokk vétele megtörtént, minden adatblokk sorszámát ellenőrzik, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy az összes adatblokk helyes sorrendben érkezett. A fogadó LLC entitás periodikusan nyugtát küld vissza, így a küldő LLC entitása tudni fogja, hogy az információs adatblokkok sikeresen érkeztek meg. Ha probléma van és a fogadó LLC entitás olyan visszajelzést ad a küldő entitásnak, hogy az információs adatblokk vétele sikertelen volt, akkor a küldő entitás vagy újraadja azokat, vagy más szükséges eseményt kezdeményez. Ha az adatkapcsolat létrejött (felépült), minden LLC entitás egy N(S) küldőszámlálót és egy N(R) fogadószámlálót használ. A számlálók 7 bit hosszúságúak, ami 128 adatblokk (0 – 127) számozását teszi lehetővé. A kapcsolat orientált szolgáltatás protokollja öt fő részre osztható: − Összeköttetések felépítésére és bontására szolgáló parancsok és válaszok − Információtovábbító parancsok és válaszok − Felügyelő parancsok és válaszok, amelyeket nyugtaként vagy más vezérlőinformációként lehet felhasználni − Nyugtázások küldésére szolgáló parancsok és válaszok − Adatáramlás vezérlése szolgáló parancsok és válaszok a küldő LLC entitás adatblokkjainak adási számát korlátozhatja − − A logikai kapcsolatvezérlés az IEEE 802-es szabványban definiált három közeghozzáférési szabvány (MAC) bármelyikével használható. A magasabb hálózati rétegek inkább illeszkednek az LLC-hez, mint a vele közvetlenül kapcsolódó MAC alréteghez, így a magasabb színtű rétegek védettek a LAN megvalósítási részletek hatásaitól. 3.1.2

802.3 CSMA/CD szabvány

Az IEEE CSMA/CD szabvány hat funkciót magába foglaló modellt definiál. A funkciók közül három foglalkozik az adat adásával, és három az adat vételével. Az adat beágyazás/feltárás (data encapsulation/decapsulation) és a Készült az Európai Unió támogatásával

16


Vinnai Zoltán

közeghozzáférés szervezés (media acces management) funkciókat a MAC alréteg, az adat kódolás/dekódolás (data encoding/decoding) funkciókat az a fizikai alréteg tartalmazza, amelyik a MAC alréteg alatt működik. 3.1.2.1

Adat beágyazás/feltárás

A küldő állomás adatbeágyazást végez, ami az LLC rétegtől érkező átviteli kerethez, az átviendő adatblokk elejéhez és végéhez kiegészítő információk hozzácsatolásáról gondoskodik. Ezeket az információkat a következő feladatok végrehajtására használják: − A vevőállomás szinkronizálása − A keret kezdetének és végének határolása − A küldő- és fogadóállomások címeinek azonosítása − Az átviteli hibák jelzése A keret vétele után az LLC alréteghez továbbítás előtt a vevőállomáson adatfeltárási funkció gondoskodik a rendeltetési állomás címének felismeréséről (megegyezik-e az állomás címmel), a hibaellenőrzésről, majd mindazon kiegészítő vezérlőinformáció eltávolításáról, amelyet az adatbeágyazási funkció adott hozzá a küldő állomáson. A MAC alréteg szinten lévő adatbeágyazás, az LLC adatblokkot információval egészíti ki. Ezzel egy új adatblokk jön létre, amelyet átviteli keretnek, illetve egyszerűen keretnek nevezünk, és ez jut a hálózatra. A vételi oldalon a MAC alrétegen lévő adatfeltárás funkció a keretről eltávolítja a hozzáadott információt, utána az így létrejött LLC protokoll adatblokkot (PDU) továbbítja az LLC alréteghez. A hálózaton továbbításra kerülő keret felépítése: Előtag Kezdeti Rendeltetési Forrás cím kerethat cím ároló 7 bájt 1 bájt 2 v. 6 bájt 2 v. 6 bájt

Hossz

PDU (LLC adatblokk)

Kiegészítő bájtok

Keretellenőr ző sorozat

2 bájt

0-n bájt

0-p bájt

4 bájt

− Előtag: egy 56 bites egység, amelyben 0-k és 1-esek felváltva követik egymást, szinkronizálásra használják − Kezdeti kerethatároló: 10101011 bitsorozat, az adatkeret kezdetét jelöli − Címek: a cél és a forrás MAC címét tartalmazzák − Hossz: az adatmező (PDU) hosszát adja meg − PDU: ez az információs mező, ami az átviendő adatokat tartalmazza az LLC réteg által megadva − Kiegészítő mező: az ütközések helyes detektálásához minimális bájt számú kereteket kell továbbítani, amennyiben szükséges a kiegészítő mezőben egészítik ki a keretet a minimális hosszúságúra − Keretellenőrző sorozat: CRC kód (IEEE írja le az előállítási módját) 3.1.2.2

Közeghozzáférés szervezés

A küldő állomáson a közeghozzáférés szervezés gondoskodik annak meghatározásáról, vajon az átviteli közeg használható-e (felhasználva a fizikai réteg szolgáltatásait), és ha igen, akkor inicializálja az átvitelt. Ez a funkció azt is eldönti, milyen folyamatokat működtessen, ha ütközést észlel, és ha újraindítást kísérel meg. A fogadó állomáson a közeghozzáférés szervezés ellátja a keret érvényességi ellenőrzését, mielőtt továbbadná az adatfeltárási funkciónak. A közeghozzáférés szervező a keretadás indítása után folytatja a közeg felügyeletét. Ha két állomás ugyanabban az időben kezd el adni, akkor a jelek össze fognak ütközni, összekeveredést eredményezve. Amikor az adóállomás észleli az ütközést, abbahagyja az adatküldést, és kiküld egy zavaró jelet. A zavarójel biztosítja, hogy mindegyik hálózati állomásütközést észleljen. Azok az állomások, amelyek adtak, abbahagyják az adatküldést, várnak egy ideig, és ha a közeg szabad, a keret újraadását kezdeményezik. Egy állomásnak addig kell hallgatnia, ameddig biztos nem lesz, hogy az ütközés megszűnt. Ez az időtartam változó, attól függ, hogy az alkalmazott átvitel alapsávú vagy szélessávú. Mindkét esetben arra kell figyelni, hogy a jel terjedése időt vesz igénybe, és az ütközésjelnek el kell jutnia mindkét adóállomáshoz. Az ütközés észlelését jelentő maximális idő a minimális keret méretét határozza meg, mivel egy állomásnak az ütközés észleléséhez elegendő ideig kell adnia. Az ütközés utáni várakozási időt visszatérési késleltetésnek is nevezik. Ez a késleltetés annak az időnek a véletlen számú többszöröse, amely a hálózat egyik végétől elinduló jel másik végéig és vissza haladása során telik el. A várakozási idő meghatározásához a CSMA/CD szabvány a kettes hatványa szerinti visszatérésként ismert módszert alkalmazza. Ennek lényege, hogy ütközés után minden állomás egy véletlen számot generál, amelynek értéktartománya minden ütközés után exponenciálisan nő. Vagyis az első újraadási kísérletnél 0-1, a másodiknál 03, a harmadiknál 0-7, stb. A 16. sikertelen adás hibafeltételt állít be. Az exponenciális visszatérés eredményeképpen, Készült az Európai Unió támogatásával

17


Vinnai Zoltán

ha a hálózat forgalma kicsi, az újraadások előtt minimális késési idő lép fel. Ha a forgalom nagy, az ismételt ütközések a számtartomány növekedését okozzák, ezáltal csökkentve az újbóli ütközések esélyét. 3.1.2.3

Fizikai réteg szabványok

A 802.3 a fizikai réteget további alrétegekre osztja: − PLS (Physical signaling) alréteg: fizikai jelzés átviteli alréteg − PMA (Physical Medium Attachment) alréteg: fizikai közegcsatoló alréteg A PLS alréteg elsődleges feladatai a következők: − Fogadja a biteket a MAC alrétegből, kódolja és kiadja − Veszi a bitjelet a MAU-tól, dekódolja és továbbítja a MAC alréteghez − A MAC alrétegnek információkat ad a közeg állapotáról, ütközés előfordulásáról, és az átvitel sikerességéről illetve sikertelenségéről A kódolás és dekódolás a bitsorozat és a bináris jel közötti konverziót jelenti. A CSMA/CD a Manchester kódolási módszert alkalmazza, amelynél a jel minden bitidő közepén megváltozik. 1-es bit esetén a jel alacsony szintről magasra változik, 0-s bit esetén magas szintről változik alacsonyra. Ez a kódolás feleslegessé teszi külön órajel használatát, mivel a vevőállomás a bitidők közepén előforduló állapotváltozást szinkronizálásra használhatja fel. A PMA alréteg két fő részből épül fel: − AUI, csatolóegység interfészből, mely a hálózati eszköz illetve állomás, valamint a MAU közötti felület. Ez gyakorlatilag abból a kábelből és csatlakozóból áll, amely az eszközt összeköti a MAU-val. A hálózati állomásoknak a tényleges átviteli közegtől független használatot ad, így ugyanannak az állomásnak lehetővé teszi, hogy alapsávi koaxiális kábelt, szélessávú koaxiális kábelt vagy alapsávi fénykábelt használjon. Igen részletes és szigorú szabványok definiálják a jeljellemzőket, az elektromos jellemzőket, a kábeleket, az illesztő áramköröket, és az AUI által felhasznált csatlakozókra és kábelekre vonatkozó mechanikai jellemzőket. − a MAU közegcsatoló egységből, melyet az állomásnak a tényleges átviteli közeghez való csatlakoztatására használják. Ez az egység kezel minden olyan funkciót, amely az alkalmazott speciális átviteli közegtől függ. Mivel a MAU az állomástól leválasztható, ugyanaz az állomás a MAU egyszerű lecserélésével más átviteli közeghez is felhasználható. − MAC/PLS felületek közötti szolgáltatási előírások Ezek a szolgáltatások egy függvényből (ReceiveBit), két eljárásból (TransmitBit, Wait) és három logikai változóból (collisionDetect, carrierSense, transmitting) állnak. Funkcionálisan ezek a szolgáltatások teszik képessé a MAC alréteget, hogy − a közeg foglaltsági állapota alapján eldöntse, átadhat-e egy bitnyi adatot a PLS-nek adásra − meghatározza az ütközés tényét − várjon egy meghatározott ieig − vegyen egy bitnyi adatot a PLS-től PLS/PMA felületek közötti szolgáltatási előírások A PLS és a PMA alréteg közötti interfészt logikailag üzenetek formájában határozzák meg. A 802.3-as szabványban a műveletek két módját definiálták a MAU-ra. Normál módban a MAU adhat és vehet is. Felügyeleti módban a MAU nem adhat, de veheti a közegről érkező jeleket. Alapsávi MAU A 802.3-as szabvány megengedi több közegcsatoló egység szabványának definiálását. Az egyik szabvány 10 Mbps adatsebességű koaxiális kábelen keresztüli alapsávi átvitelt. definiál. Ez az előírás maximum 500 m hosszú koaxiális kábel jelismétlő egység nélküli használatát teszi lehetővé. A sebességet (10 Mbps), az átviteli eljárást (alapsávi) és a kábel hosszát (500 m) néha a 10BASE5 jelöléssel egyszerűsítik. Ez a MAU szabvány 50 ohm-os koaxiális kábelt használ és a hálózat maximá1is útvonalhossza 2500 m. A MAU előírásai öt funkciót tartalmaznak (transmit, receive, collision presence, monitor, jabbner). Ezeken a funkciókon keresztül a MAU figyeli, hogy a PLS-től érkező jelek az AUI-n keresztül a koaxiális kábelre kerülnek-e, és hogy a koaxiális kábeltől jövő jeleket továbbítják-e az AUI-n keresztül a PLS-hez. A MAU ezen kívül érzékeli az ütközéseket, és jelzi a PLS felé, ha bekövetkezik. Ütközéseket akkor észlel, amikor a kábelen levő jelszint megegyezik, ill. meghaladja két állomás együttes jelszintjét. A jel kábelen haladása során fokozatosan csillapodik, ill. gyengül. Ha a jel túlságosan legyengül, egy másik állomás jelével összekeveredve nem lehetne detektálni az ütközést. Ennek megelőzésére legalább 500 méterenként jelismétlőket kell használni, hogy a jelet felfrissítsék és eredeti szintjére állítsák. Készült az Európai Unió támogatásával

18


Vinnai Zoltán

Egy másik ütközésészlelési probléma akkor lép fel, ha az állomásokat nem megfelelően helyezik el. A jelvisszaverődés téves ütközésészlelést eredményezhet. Ennek megelőzésére az állomásokat úgy kell elhelyezni, hogy a közöttük levő távolság 2,5 m többszöröse legyen, és az 500 m-es kábelszakaszon 100-nál több állomás ne csatlakozzon. Elektromos jellemzőket is előírnak a MAU-ra, és azok koaxiális kábelhez illesztőire. Ezen kívül előírják a koaxiális kábel és csatlakozóinak, lezárásainak és az ezekkel épített jelismétlőknek elektromos, mechanikai és fizikai jellemzőit . A biztonságra, az elektromágneses környezetre, a hőmérsékletre, a nedvességre és ezek szabályozására vonatkozó előírásokat szintén tartalmazza á szabvány. A CSMA/CD szabványnak sok változata van. Az egyik például alapsávi átvitelt ír le, maximálisan 200 m szegmenshosszúságú 10 Mbps adatsebességű koaxiális kábelen (10BASE2). Ez a változat egy nagyon olcsó CSMA/CD hozzáférés-vezérlési módszert alkalmazó LAN kialakítást tesz lehetővé. A szabvány másik változata alapsávi átvitelt használ, 500 m maximális kábelhosszúságú 1 Mbps sebességű árnyékolatlan sodrott érpáron (1BASE5). Az alacsonyabb sebesség és a sodrott érpárú kábel alkalmazása szintén az olcsóbb változatok közé tartozik. Az átvitelnek ezt a formáját az AT&T cég STARLAN lokális hálózata használja. A CSMA/CD újabb változata az Ethernet implementációjában található meg. Ez 10 Mbps adatsebességet ad sodrott érpárú kábelen. Szélessávú MAU A CSMA/CD szabvány másik változata szélessávú átvitelre készült. E szabvány esetén 75 ohmos koaxiális kábelt használnak. Eltérő adatsebesség választható 2 Mbps-től 10 Mbps-ig. A hálózatok maximális hossza (ami a fejvégtől a legtávolabbi állomás) néhány kilométer lehet. A küldő állomás közegcsatoló egysége végzi el az ütközésérzékelést. A leadott keret másolatát megtartja, és a vett biteket összehasonlítja a leadott bitekkel. (A hálózat mindegyik állomása veszi az átvitelt, beleértve a küldő állomást is.) Ha a bitek azon időtartamban egyeznek, ami az összes állomás vételéhez kell, a küldő állomás úgy veszi, hogy nem volt ütközés. 3.1.3

802.4 Vezérjel busz szabvány

Vezérjel busz hozzáférés-vezérlési módszer esetén, az egyik állomástól a másikhoz egy vezérjelet továbbítanak. Amikor egy állomás vette a vezérjelet, lehetőséget kap, hogy adatblokkokat továbbítson a számára biztosított maximális időn belül. Ezután a vezérjelet elküldi a kővetkező állomáshoz. Ha á vezérjelet fogadó állomásnak nincs továbbítandó adatblokkja, a vezérjelet azonnal át kell adnia. Annak ellenére, hogy a hálózat felépítési formája fizikailag busz topológiájú, a vezérjel egyik állomástól a másikig való továbbításának alapján, a hálózatot logikai gyűrűként képzelhetjük el. Az elsődleges MAC alréteg funkciói a következők: Interfész az LLC aIréteghez, a MAC alrétegnek az LLC alrétegtől érkező adatblokkokat kell fogadni, és adásra előkészíteni. A vételi oldalon a MAC alrétegnek kell azokat az adatblokkokat venni, amelyek a hálózaton keresztül érkeztek, és továbbítani kell az LLC-hez. − Vezérjel kezelés, ez a funkció tartalmazza, az egyik állomástól a másikhoz a vezérjel továbbítását, a vett vezérjel felismerését, és opcionálisan az adatblokk-prioritás kezdését. − Gyűrűfenntartás, létrehozza a hálózat bekapcsolásakor az állomások kezdeti logikai gyűrűjét, és módosítja ezt a gyűrűt, ha állomások lépnek be a hálózatba vagy lépnek ki a hálózatból − Téves működésjelzés és visszaállítás, téves működés lehet többszörös, elveszett, téves vezérjeltovábbítás esetén, vételképtelen állomásoknál és egyező állomáscímeknél. Ezeket fel kell ismerni, és a lehetőségekhez képest korrigálni kell − Adatok vétele és adása, a küldő állomáson az adatblokkot a hálózaton keresztüli átvitelhez a MAC alrétegtől a fizikai réteghez kell továbbítani, a vevőállomáson az adatblokkot a fizikai rétegtől el kell vennie. Ez tartalmazza azon vezérlőinformáció hozzáadását és elvételét egy adatblokkból, amelyet a vezérjelbusz szabvány definiál. Vezérjel kezelés A vezérjel az adáshoz való jogot reprezentálja. Ha egy állomás vezérjelet kapott, egy előre meghatározott időtartamig lehetősége van várakozó adatblokkjának elküldésére. Amikor az állomás minden adatblokkját elküldte, vagy lejárta számára biztosított idő, továbbadja a vezérjelet a kővetkező állomásnak. Ha annak az állomásnak, amelyik megkapta a vezérjelet, nincs továbbítandó adatblokkja, azonnal továbbadja a vezérjelet a logikai gyűrűben lévő kővetkező állomásnak. A legalacsonyabb hálózati című állomás a vezérjelet visszaadja a legmagasabb hálózati címmel rendelkező állomásnak. A busz alakú fizikai topológia miatt, a vezérjelet és az összes többi adatblokkot minden hálózati állomás veszi. Minden adatblokk egy címmezőt tartalmaz, amelyet azonosítani tudnak az állomások. Csak az az állomás fogadja el Készült az Európai Unió támogatásával

19


Vinnai Zoltán

és dolgozza fel az adatblokkot, amelyiknek címezve Volt. Mielőtt az állomás a vezérjelet továbbadná, a vezérjel címmezőjét lecseréli a gyűrűben logikailag sorban kővetkező állomás címére. Mivel egy állomás csak akkor adhat, amikor megkapta a vezérjelet, két állomás sohasem adhat egy időben, Így ütközés sem fordulhat elő. Emiatt nincs szükség minimális hosszúságú adatblokkokra, és a vezérjel olyan rövid adatblokk lehet, hogy csak a helyes működéshez szükséges vezérlőinformációt tartalmazza. Prioritás kezelés Vezérjel-továbbítás esetén a gyűrű valamennyi állomását egy előre meghatározott hosszúságú időn belül, adási joggal ruházzák fel, ami nem okoz átviteli késleltetést és hálózati problémát. Ha nincs prioritási rendszer, akkor minden állomás egyenlő eséllyel kap adási jogot ugyanannyi időre, a vezérjel pedig folyamatosan körbehalad a gyűrű mentén. A gyűrű üzembe helyezésekor az állomások a gyűrűbe cím szerint csökkenő sorrendbe kerülhetnek be. A vezérjel küldés is mindig a nagyobbtól a kisebb sorszámú állomás felé irányul. Amikor egy állomás megkapja a vezérjelet, azt adott ideig birtokolhatja, és ez alatt az idő alatt, ha a keretei rövidek, akár több keretet is elküldhet. Ha a vezérjelet birtokló állomásnak nincs elküldendő kerete, akkor a tokent azonnal továbbküldi. A prioritás megvalósításának fontossága miatt négy, növekvő prioritási osztály van a forgalom számára: 0, 2, 4, 6. Ez utóbbi a legnagyobb prioritású. Működési szempontból úgy is tekinthetjük, mintha minden állomás négy különféle prioritású alállomásból állna. Az érkező kereteket a prioritásuk szerinti alállomás dolgozza fel. Amikor a vezérjel megérkezik egy állomáshoz, annak 6-os alállomása aktivizálódik. Ha van kerete, azonnal kezdi küldésüket. Amikor végzett (vagy amikor az időzítése lejárt), a vezérjelet belül átadja a 4-es alállomásnak, amely szintén az időzítésének lejártáig küldhet kereteket. Ezután az is továbbadja a vezérjelet 2-es prioritású alállomásnak, majd az a 0-ás alállomásnak, ahol a keretek elküldésre kerülnek. Ezek után a vezérjelet a következő állomásnak kell továbbküldeni. Az időzítések megfelelő beállításával elérhető például az, hogy a teljes vezérjel birtoklási idő egy jól meghatározott része a 6-os prioritású forgalomé legyen. Ez lehetővé teszi, hogy a hálózati adatátviteli kapacitás egy adott részét a 6-os prioritású forgalom számára tartsa fenn, és pl. hang vagy más valósidejű forgalom lebonyolítására használható. Az alsóbb prioritások számára a maradék idő áll rendelkezésre. Gyűrűfenntartás A gyűrű működésének vezérléséhez mindegyik állomásnak ismernie kell az őt megelőző állomás címét, ahonnan kapja a vezérjelet, és az őt kővető állomás címét, ahová tovább kell adnia a vezérjelet. Amikor egy vezérjelbusz hálózat működésbe lép, ill. valamilyen leállást követően újraindul, minden állomásnak meg kell állapítania, melyik állomás van előtte és utána. Ha állomás kapcsolódik a gyűrűhöz, ill. gyűrűből kilép, az állomások a vezérjel láncot ennek megfelelően módosítják. Állomás bekapcsolódás megteremtéséhez minden állomásnak periodikusan engedélyeznie kell az új állomás csatlakozását. Ehhez a vezérjelet birtokló, speciális adatvezérlő blokkot küld el, ez az ún. követést kérő adatblokk (solicit successor data unit). Ez tartalmazza az adóállomás, és az őt kővető állomás címét. Bármelyik állomás, amelyiknek címe beleesik a két cím közötti tartományba, kérheti a gyűrűbe kapcsolódást. A gyűrűfenntartási eljárásokat úgy tervezik meg, hogy az új állomás csak akkor adódik hozzá a gyűrűhöz, ha a hálózat forgalma viszonylag kicsi. Mielőtt egy állomás elküldené a követést kérő adatblokkot, megnézi a maximális gyűrűfenntartási időnek nevezett számlálót. Ha az aktuális vezérjel-rotációs idő nagyobb, mint a maximális gyűrűfenntartási idő, az állomás nem küldi el a követést kérő adatblokkot. Ha egy állomás elküldte a követést kérő adatblokkot, egy válaszablaknak (response window) nevezett időtartamig vár, hogy megállapítsa válaszol-e valamelyik állomás. A válaszablak az a maximális idő, ami az adóállomásboz visszaérkező válasz során eltelhet, és megegyezik a hálózat végpontjai közötti terjedési idő kétszeresével. Ha a vezérjel visszatartás során a válaszablakon belül nincs válasz, az állomás arra a következtetésre jut, hogy nincs olyan új állomás, amelyik a gyűrűbe akar bekapcsolódni. Az az állomás, amely a gyűrűbe szeretne bekapcsolódni, és a kővetést kérő adatblokk által meghatározott címzési tartományba eső címmel rendelkezik, válaszol erre az adatblokkra. Ha csak egyetlen állomás válaszol, akkor a bejelentkező állomás hozzákapcsolódik a gyűrűhöz. A felkapcsolódási folyamat a kővetkező lépések szerint megy végbe: 1. A vezérjelet visszatartó állomás kicseréli a kővetkező állomás címét, a gyűrűbe felkapcsolódó állomás címére. A vezérjelet visszatartó állomás ezen kívül elküldi a vezérjelet ehhez az állomáshoz. 2. A felkapcsolódó állomás beállítja a megelőző és kővető címeket a megfelelő értékre, és hozzáfog a vezérjel feldolgozásához. 3. Amikor a régi követőcímmel rendelkező állomás veszi a felkapcsolódott állomás adását, tárolja a címét az új megelőző állomás címeként. Amennyiben egynél több új állomás válaszol a követést kérő adatblokkra, azok válaszai ütköznek, és ez értelmetlen átvitelt eredményez. Ha a vezérjelet visszatartó állomás az értelmetlen átvitelt érzékeli, egy vitafeloldó eljárást Készült az Európai Unió támogatásával

20


Vinnai Zoltán

kezdeményez, hogy eldöntse, melyik állomás kapcsolódjon fel először. Ez az eljárás azzal kezdődik, hogy a vezérjelet visszatartó állomás egy vitafeloldó adatblokkot küld el (resolve contention data unit). A felkapcsolódni szándékozó állomások a címük értékétől függően 0, 1, 2 vagy 3 értékű válaszablak ideig kötelesek várakozni mielőtt válaszolnának. Ha az állomások közül bármelyik azt állapítja meg, hogy várakozása alatt egy másik állomás már válaszolt, nem fog válaszolni. Ha ekkor újabb ütközés keletkezik, a vezérjelet visszatartó állomás ezt érzékelve egy másik vitafeloldó adatblokkot küld ki. Erre már csak azok az állomások válaszolhatnak, amelyek az első feloldó adatblokkra válaszolási lehetőséget kaptak. Ezek az állomások ismét a címüktől függő 0, 1,2 vagy 3 értékű válaszablak ideig várakoznak. Ez a folyamat addig folytatódik, amíg csak egyetlen állomás nem válaszol, ill. az ismétléseknek egy maximális száma nem következik be. Ha az ismétlések elérték a maximumot, a vezérjelet visszatartó állomás továbbítja a vezérjelet az őt követő állomáshoz anélkül, hogy egyetlen állomás felkapcsolódott volna a gyűrűhöz. Állomás eltávolítása folyamata egyszerűbb, mint a gyűrűhöz való bekapcsolódásé. Ha egy állomásnak szándékában áll a gyűrűből kilépni, vár, amíg meg nem kapja a vezérjelet Ezután egy követőt beállító adatblokkot (set successor dala unit) küld el az őt megelőző állomáshoz, hogy az cserélje ki kővetkező címét a kilépni szándékozó állomást kővető címre. Ezzel a mostani megelőző állomás közvetlenül küldi el a vezérjelet a követőállomáshoz, átugorva a kilépett állomást. Amikor az új követőállomás adást vett az új megelőző állomástól, tárolja annak címét a megelőző cím helyére. Hibakezelés A vezérjelbusz szabvány azt is előírja, hogyan érzékeljék és javítsák ki az előforduló hibákat. Ezek a következők lehetnek: − több vezérjel jelent meg a gyűrűn − a vezérjel a működésképtelen állomáshoz került továbbításra − a vezérjel a gyűrűből elveszett Több vezérjel akkor van jelen, ha egy állomás, amelyik megkapta a vezérjelet, a hálózaton másik adást észlel, ami azt jelenti, hogy egy másik állomás is vezérjel birtokában van, és éppen ad. Ennek a hibának a megszüntetéséhez a vezérjelet fogadó és adást észlelő állomás eldobja a vezérjelet, és visszatér vételi állapotba. Ez azt eredményezi, hogy a vezérjelek száma vagy egy, vagy nulla lesz. Ha nulla az eredmény, a később ismertetésre kerülő vezérjel elvesztési eljárás új vezérjelet kezd körbefuttatni. Működésképtelen állomás kezelése a következőképpen történik. Miután egy állomás továbbította a vezérjelet, egy válaszablak ideig figyel, hogy az őt követő állomás vette-e a vezérjelet, és ad-e. Ha ez időtartamon belül adást észlel, megállapítja, hogy az őt követő állomás helyesen működik. Amennyiben a vezérjelet kibocsátó állomás az időtartamon belül, nem észlel adást, újraadja a vezérjelet. Ha a második vezérjel továbbítására sem következik adás, akkor arra a következtetésre jut, hogy az őt kővető állomás meghibásodott. Erre a kibocsátó-állomás egy „ki következik” adatblokkot (who follows data unit) küld a vonalra, kérve azt az állomást, amelyik a meghibásodott állomást követi, hogy azonosítsa magát. A meghibásodott állomást követő állomás, egy követőállomást beállító adatblokkot ad önmaga azonosítására. A kibocsátó állomás, amint vette a követőállomást beállító adatblokkot, lecseréli a követő állomás címét, és továbbadja a vezérjelet az új követő állomáshoz. Ily módon a meghibásodott állomás automatikusan kikerül a gyűrűből. Ha a „ki következik” adatblokkra nem érkezik válasz, a kibocsátó állomás még egyszer elküldi az adatblokkot. Ha másodszor sem érkezik válasz, a kibocsátó állomás lead egy követést kérő adatblokkot, amelynek címtartománya az egész hálózatot lefedi. A kővetést kérő adatblokkra érkező válaszok lekezelése a gyűrűhöz felkapcsolódás alfejezetben leírtak szerint történik. Megállapítva, hogy válasz érkezett és a vita feloldódott, egy kétállomásos gyűrű épül fel. A folyamat ezután ismétlődik, amíg a teljes gyűrű Újra felépül. Amennyiben a követést kérő adatblokkra sincs válasz, a kibocsátó állomás még egyszer elküldi. Ha másodszorra sem érkezik válasz, a kibocsátó állomás vételi állapotba tér vissza. Elveszett vezérjel akkor kerül megállapításra, ha egy állomás egy előre meghatározott időtartamnál hosszabb ideig nem észlel adást. Ekkor az állomás egy vezérjel igénylő adatblokkot (claim token data unit) ad ki, hogy a gyűrűn lévő összes állomást vezérjel-kibocsátási folyamatra ösztönözze. A vezérjel igénylő adatblokkra érkező vitázó válaszokat ugyanúgy kezeli le, mint a gyűrűhöz való felkapcsolódást. Ilyen módon a vezérjelet kiadó igénylő azonosításra kerül. Vezérjel elvesztés kezdeményezésének több oka is lehet, mint például a vezérjellel rendelkező állomás meghibásodása, vagy a lokális hálózat hálózati feszültség alá helyezése. Amikor a hálózatot bekapcsolják, a vezérjel elvesztési eljárás gondoskodik a gyűrű kezdeti beállításáról. Adási és vételi keretek A vezérjelbusz szabvány átviteli keretének formátuma nagyon hasonló a 802.3 szabványéhoz, felépítése:


21

Számítógépes hálózatok Előtag 7 bájt

Kezdeti kerethat ároló 1 bájt

Vinnai Zoltán

Keretvezérlő

Rendeltetési cím

Forrás cím

1 bájt

2 v. 6 bájt 2 v. 6 bájt

Hossz

PDU (LLC adatblokk)

2 bájt

0-n bájt

Kiegészí Keret tő bájtok ellenőrző sorozat 0-p bájt 4 bájt

Záró keret határoló 1 bájt

A különböző típusú keretek azonosítását keretvezérlő mező végzi. Vezérlő kereteket a vezérjel továbbítására és a gyűrű fenntartására használják. A keretvezérlő mezőt itt három különböző típusú keret azonosítására használják: LLC adatkeretek, állomásszervező adatkeretek és speciális célú adatkeretek. Átviteli típusok Az átviteli közeg leírások meghatározzák a funkcionális-, elektromos- és fizikai jellemzőket, a környezeti viszonyokat, valamint az átviteli út késleltetés megfontolásait, és néhány esetben a hálózat méretére vonatkozó megfontolásokat. A szabvány három átviteli típust definiál: az egycsatornás fázis folytonos FSK-t, az egycsatornás fázis koherens FSK-t és a szélessávú átvitelt. Az egycsatornás fázis folytonos FSK előírás alapsávú átvitelt használ. A frekvenciaeltolásos eljárást (frequencyshift keying - FSK) modulációra alkalmazzák, ahol a frekvencia változása folyamatos (fázis folytonos — phase continous). Ehhez Manchester kódolást használnak. Az alapvető adási és a vételi funkciók mellett a fizikai réteg előírásai jelismétlőt (repeater), és adástiltó (jobberinhibit) funkciókat is tartalmaznak. A jelismétlő funkció lehetővé teszi egy állomásnak, hogy csak jelismétlőként működjön, ami két kábelszegmenst köt össze, és felfrissíti a jeleket. Az adástiltó funkció lehetővé teszi az állomásnak, hogy megszakítsa az átvitelt, és letiltsa az adóállomást, ha az adás túl hosszú ideig tart. A hálózatban 75 ohmos CATV típusú koaxiális kábelt használnak a törzskábelhez. A törzskábelhez az eszközöket rövid kábellel kötik össze, amelyek 35-50 ohmosak, és 35 cm-nél nem hosszabbak. Az adatsebesség 1 Mbps. A közeg frekvenciatartománya 5 MHz körüli, 3,75 MHz-től 6,25 MHz-ig változik. Az egycsatornás fáziskoherens FSK specifikáció alapsávi átvitelt és frekvenciamodulácíót használ. A frekvencia ebben az esetben két diszkrét érték között változik. Kódolási eljárásra a módosított Manchester kódolást alkalmazzák. Az alacsony-alacsony jelátmenet-kombináció l-es bitet, a magas-magas kombináció 0-s bitet jelent. A nem adatbit megkülönböztetésére a többi kombinációt (alacsony-magas és magas-alacsony jelátmenet) használják, amit a kerethatárolókban alkalmaznak. A jelismétlő és adástiltó funkciókat ennél az átviteli előírásnál is értelmezik. Ez a specifikáció is 75 ohmos CATV típusú koaxiális kábelt használ törzskábelre. Kétféle adatsebességet támogat: 5 Mbps és 10 Mbps. 5 Mbps adatsebességnél 5 MHz és a 10 MHz, 10 Mbps adatsebességnél pedig a 10 MHz és a 20 MHz frekvenciákat alkalmazzák. A szélessávbusz specifikáció szélessávú átvitelt használ buszhálózaton. Egykábeles, közép hasításos vagy kétkábeles konfigurációt alkalmazhatnak, bár az egykábeles változat ajánlott. Modulációs eljárásra a többszintű duobináris AM/PSK-nak nevezett eljárást használják. Ez a modulációs eljárás olyan amplitúdómoduláció (AM), amelyet fáziseltolással (PSK) kombinálnak. A duobináris többszintű jelrendszer három eltérő amplitúdó szintet tesz lehetővé. A három szintet (0), (2) és (4) alakban jelölik szimbolikusan. A nem adatbitet a (2) érték jelenti, a 0-ás bitet a (0)‚ az 1-es bitet pedig a (4). Egy keverőeljárást használnak arra az esetre; amikor hosszú 0-ás vagy hosszú 1es bitsorozat követi egymást. Ilyen álvéletlen függvény konvertálja a 0-ás bitet 1-es bitté és fordítva. Ez megakadályozza egy adott bit hosszú sorozatát, ami a szinkronizálást veszélyeztetné. A vételi oldalon egy visszakeverő függvény állítja vissza a bitek eredeti értékeit. Három adatsebesség ajánlott: 1 Mbps, 5 Mbps és 10 Mbps. 1 Mbps esetén 1,5 MHz-es csatorna-sávszélesség szükséges, 5 Mbps-nál 6 MHz, 10 Mbps-nál pedig 12 MHz. 3.1.4

802.5 Vezérjel gyűrű szabvány

Hozzáférési protokoll A vezérjel gyűrű hálózat struktúrája egy fizikai gyűrű topológiával kialakított logikai gyűrűből áll. Az átvitel egyirányú. Az adatblokkok a gyűrű mentén fizikai sorrendben jutnak tovább az egyik állomástól a másikig. Minden állomás az adatblokkot a következő állomásnak adja, és egyúttal frissíti is a jelet. Az adatblokk adási jogát a vezérjel (token) vezérli, ami a gyűrű mentén körbejár az egyik állomástól a másikig. Amikor egy állomás megkapja a vezérjelet, egy meghatározott időtartamig lehetősége van adatblokkok adására. Az olyan vezérjelet, amelyik csak az adáshoz való jogot (engedélyezi) jelzi, szabad vezérjelnek (free token) nevezik. Amikor egy állomás megkapja a vezérjelet és adásra váró adatblokkokkal rendelkezik, foglaltra állítja a vezérjelet (busy token), az összes adatblokkot a foglalt vezérjelbe helyezi el, és utána elküldi. Az adatblokkok állomásról állomásra haladnak a gyűrű mentén. Minden állomás, amint elvette az adatblokkot, ellenőrzi az adatblokkban található címet, hogy neki szól-e. Ha nem, az adatblokkot továbbküldi a kővetkező állomáshoz. Amikor egy adatblokk visszatér ahhoz az állomáshoz, amelyik eredetileg elküldte, az állomás eltávolítja az adatblokkot a hálózatból, és szabad vezérjelet küld a következő állomásnak. Készült az Európai Unió támogatásával

22


Vinnai Zoltán

Mivel egy adatblokk minden állomáson keresztülhalad, és visszaérkezik a küldő állomáshoz, a rendeltetési állomásoknak lehetőségük van az adatblokkban vezérlőbitek beállítására, mielőtt továbbítanák a blokkot a kővetkező állomáshoz. A vezérlőbitek jelzik, hogy feldolgozásra került-e az adatblokk, vagy talált-e az állomás valamilyen hibát. Három vezérlőbitet definiálnak a kővetkező célokkal: − Címfelismerés (Adress recognired), a rendeltetési állomás azonosította az adat-blokkot a címe alapján − Csomagmásolás (Packet Copied), a célállomás elküldte az adatblokk másolatát az LLC alréteghez feldolgozásra − Hiba (Error), hibafelismerés történt, ezt a bitet a gyűrű bármelyik állomása beállíthatja, nemcsak az, amelyik az adatblokkot feldolgozza A címfelismerés bit és a csomagmásolás bit kombinációi lehetővé teszik a forrásállomás számára, hogy megkülönböztessen gyűrűállapotokat: − az adatblokk feldolgozásra került − a célállomás a címe alapján azonosította az adatblokkot, de nem tudja feldolgozni − a célállomás vagy nem azonosította a címet, vagy nincs jelen, vagy nem működik Hibakezelés Két hibatípus okozhat komoly zavart a vezérjel gyűrűs hálózatban, a vezérjel elvesztés és az állandóan foglalt vezérjel. E két hibatípus felismeréséhez és javításához a gyűrűben aktív monitor funkcióval rendelkező állomást neveznek ki. Az aktív monitorállomás folyamatosan felügyeli a hálózatot. Ha adott időtartam elteltével nem észlel vezérjelet, a monitor megállapítja, hogy a vezérjel elveszett, és új vezérjelet indít. Az állandóan foglalt vezérjel ellenőrzéséhez a monitor beállítja a foglalt vezérjel monitorbitjét, ha vette a vezérjelet. Ha a foglalt vezérjel ismét visszajut az aktív monitorhoz, ebből a bitből állapíthatja meg, hogy a forrásállomás nem távolította el a hálózatból az adatblokkot. Ez akkor következik be, ha az átvitel során megsérül az adatblokk, és így nem tudta azonosítani a forrásállomás, vagy a forrásállomás elromlott. A monitor ebben az esetben szabadra állítja a vezérjelet és elküldi a következő állomáshoz. A hálózatban minden más állomás passzív monitorként működik, és az aktív monitor működését felügyelik. Ha valamilyen oknál fogva az aktív monitor meghibásodik, a passzív monitorok egy vitafeloldó eljárással eldöntik, melyik állomás vegye át az aktív monitor szerepét. Egy másik hibatípus is komoly működési zavart okozhat, ez pedig az állomás meghibásodása. Amennyiben meghibásodik egy állomás, nem képes többé adatblokkokat adni, így a gyűrű megszakadását okozza. A hiba kiküszöbölésére minden állomáshoz tartozik egy kiiktató kapcsoló (bypass swiCch). Ha az állomás meghibásodik a kiiktató kapcsolót kézi úton vagy automatikusan zárják, ezzel a gyűrűből kiiktatva az állomást, és ezáltal lehetővé téve, hogy az adatblokkok a gyűrűn körbe haladjanak. Ha a kiiktató kapcsolót fizikai csillagkábelezéssel kombinálják, akkor a gyűrűben előforduló fizikai hibákat sokkal egyszerűbben lehet javítani. Ebben az esetben minden eszköz (állomás) egy központi elhelyezésű kábelkoncenrátorhoz csatlakozik, amelyik a kiiktató kapcsolókat tartalmazza. Ha egy eszközben hiba keletkezik, vagy az eszközt összekötő kábel elszakad, a kiiktató kapcsolót zárják, és a gyűrűszakadás megszűnik. Megjegyezzük, hogy a hálózat topológiája továbbra is gyűrű és nem csillag, mivel a kábelkoncentrátor nem rendelkezik hálózati állomás működési intelligenciával. Ennek ellenére a központi vezeték elhelyezési rendszer egyszerűbbé teszi új eszköz csatlakoztatását, vagy a hiba azonosítását és elszigetelését. Kevés eszköz esetén fontos lehet kábelkoncentrátor nélkül, közvetlenül összekötni az eszközöket. Azonban sok eszköznél, amelyek több hivatalba, sok emeletre vannak szétosztva, a vezetékezés fizikai azonosítása egyik eszköztől a másikig való összekötése komoly feladatot jelent. Prioritási rendszer A vezérjelgyűrű hozzáférés vezérlése működhet prioritás nélkül vagy prioritással. Ha nincs prioritási rendszer, egy állomás akkor küldheti az adatblokkjait, amikor szabad vezérjelet kapott. Ha a hálózatot prioritási rendszerrel alakították ki, az adatblokkban három bitet használnak fel az aktuális prioritás jelölésére. Amikor az állomás megkapja a szabad vezérjelet, összehasonlítja a vezérlőjel prioritási értékét az elküldésre váró adat-blokkban lévő prioritás értékével. Ha az adatblokk prioritása megegyezik a vezérjel prioritásával vagy nagyobb nála, akkor az adatblokkot elküldi. Ha az adatblokk prioritása kisebb értékű, az adatblokk nem kerül elküldésre. Minden keret ezenkívül három foglalási bitet is tartalmaz. Ha egy állomás 0-nál nagyobb prioritású elküldendő adatblokkal rendelkezik, a vezérjel foglalási bitjeit beállíthatja az elküldésre váró adatblokkjának prioritási értékére. Ha az eredeti küldő állomás eltávolítja az adatblokkot és szabad vezérjelet generál, a foglalási biteket és a további elküldésre váró adatblokk prioritását leellenőrzi. Ha a vezérjel foglalási bitjei, vagy a várakozó adatblokk prioritása nagyobb az aktuális vezérjel prioritásánál, a vezérjel prioritását a magasabb értékre állítja. Ha egy állomás emeli a Készült az Európai Unió támogatásával

23


Vinnai Zoltán

vezérlőjel prioritását, tárolja az előző, alacsonyabb értékét, és később gondoskodik a vezérjel prioritásának eredeti értékének visszaállításáról. . Keretformátum A keret formátuma egyetlen mező kivételével azonos a vezérjel busz szabványban definiáltal: Kezdeti kerethat ároló 1 bájt

Hozzáférés vezérlő 1 bájt

Rendeltetési cím

Forrás cím

Hossz

PDU (LLC adatblokk)

2 v. 6 bájt

2 v. 6 bájt

2 bájt

0-n bájt

Keret ellenőrző sorozat 4 bájt


Keret állapotok 1 bájt

A keretállapot mező a címfelismerés- és a keretmásolás biteket tartalmazza, amelyeket a rendeltetési állomás sikeres vételének jelzésére használnak. A szabvány definiál két speciális keretet. Az első keret a vezérjelé, csak hozzáférés-vezérlési mezőt, kezdeti és záró kerethatárolót tartalmaz. A másik keretet beállító sorozatnak (abort sequence) nevezik, és keret adásának idő előtti leállítására használják: Kezdeti kerethat ároló 1 bájt

PDU (LLC adatblokk) 0-n bájt


Kezdeti kerethatá roló 1 bájt


Az információs keret a logikai kapcsolatvezérlőtől érkezett protokoll adatblokkot, vagy a közeghozzáférés vezérlő által előállított vezérlő információt tartalmazza. A szabvány több MAC vezérlőkeretet definiál. Fizikai réteg előírások A vezérjel gyűrű szabvány a differenciális Manchester-kódolásként ismert kódolási eljárást alkalmazza. Ahogy a Manchester-kódolásnál, a differenciális Manchester-kódolásnál is a bitidő közepén van jelváltás, ami lehetővé teszi a kódolt adatnak az önszinkronizálást. A jelenlegi szabvány előírja az alapsávú átvitel funkcionális, elektromos és mechanikai jellemzőit (árnyékolt, sodrott érpár kötegű kábel), 150 ohmos kábelt alkalmaznak és az ajánlott átviteli sebesség 1 Mbps vagy 4 Mbps. A vezérjel gyűrű szabványnak egy másik változata, alapsávú átvitelre koaxiális kábelt használ, amelyre 4 Mbps, 20 Mbps és 40 Mbps adatsebességet ajánl. 3.1.5

802.7 FDDI szabvány

A szabványt úgy tervezték, hogy egyszerre elégítse ki a nagy teljesítményű egyedi hálózatoknál és a hálózatok közötti összeköttetéseknél felmerülő igényeket. A száloptikai adatátviteli interfész szabványt az Amerikai Nemzeti Szabványügyi Hivatal (ANSI) dolgozta ki. Fénykábel használatán alapszik és 100 Mbps-os adatsebességgel működő gyűrű alakú vezérjelgyűrű (token-passing ring) kialakítására alkalmas. Az FDDI szabvány a fizikai és a MAC rétegekre vonatkozik és feltételezi a MAC rétegek felett működő IEEE 802-es logikai kapcsolatvezérlés (LLC) használatát. Annak ellenére, hogy az FDDI szorosan kapcsolódik az IEEE 802-es lokális hálózati szabványhoz, az FDDI kifejlesztésével az Accredited Standards Commitee (ASC) X3T9.5-ös bizottságot bízták meg. Az I/O interfész szabvány kialakításában szerzett tapasztalata alapján alkalmasabbnak tartották, hogy nagy átviteli sebességű FDDI-vel foglalkozzon. Az FDDI szabvány létrehozásánál három hálózati típus igényeit tartották szem előtt: − a lokális háttér hálózatokét, − a nagy sebességű hivatali hálózatokat − és a lokális gerinchálózatokat. A lokális háttérhálózatokat (Backend Local Networks) nagy számítógépek (mainframe computers) és nagy tárolókapacitású eszközök összeköttetésének megvalósítására használják ott, ahol nagy adatátviteli sebesség szükséges. A lokális háttérhálózatokra jellemző, hogy kevés egymáshoz közeli eszközt kell összekapcsolni. A nagy sebességű hivatali hálózatokra (High-Speed Offlce Networks) való igény a hivatali környezetben egyre inkább terjedő kép és grafikai feldolgozóeszközök használatából ered. Grafikák és képdokumentumok (document images) használata megnövelheti a fontossági sorrendben továbbítandó adatok mennyiségét. A tipikus adatfeldolgozói adatcsere 500 bitet tartalmaz, míg egy dokumentumlap képének átvitelére 500.000 vagy még ennél is több bitre van szükség. A lokális gerinchálózatokat (Backbone Local Networks) olyan nagy kapacitású hálózat létrehozására használják, amely hálózat megteremtheti az alacsonyabb kapacitású lokális hálózatok összekötését. Mindhárom hálózat követelménye az FDDI hálózattal kapcsolatos nagy átviteli és adatsebesség. Készült az Európai Unió támogatásával

24


Vinnai Zoltán

Hozzáférési protokoll Az FDDI adathordozó hozzáférés-vezérlési protokollja hasonlít az IEEE 802.5-ös vezérjelgyűrű protokolljához. Különbségek vannak azonban a vezérjel kezelésében, a prioritásban és a szervezési eljárásokban. Egy vezérjelnek nevezett speciális keret halad egyik állomásról a másikra a gyűrű mentén. Ha az állomás veszi a vezérjelet, az átvitele engedélyezett. Az állomás előre meghatározott időkorláton belül annyi keretet küldhet, amennyi szükséges. Amikor az állomásnak már nincs több elküldeni való kerete vagy eléri az időkorlátot, továbbadja a vezérjelet. A hálózat minden egyes állomása veszi és továbbítja a kereteket, és lemásolja azokat, amelyeket neki címeztek. Amikor egy keret visszatér a küldőállomáshoz, akkor ez az állomás a keretet a gyűrűből eltávolítja. Az állomások a keretmásolás során képesek a keretekben állapotbitek beállítására, jelezve, hogy hibát találtak, felismerték a címet vagy feldolgozásra lemásolták a keretet. Az állapotbitek alapján a küldőállomás képes meghatározni, hogy a keret vétele sikeres volt-e vagy sem. A hibajavítási folyamat és az újraadás azonban nem része a MAC protokollnak, ezek magasabb rétegek feladatai. Mivel a vezérjelet az állomás azonnal továbbadja, amint befejezte a keretek adását, lehetséges, hogy a következő állomás új kereteket küldjön, miközben a korábban indított keretek még a gyűrűben köröznek. Így a hálózaton bármikor előfordulhatnak több állomástól származó többszörös keretek (multiple frames). Kapacitáselosztási rendszer Az FDDI nem használja az IEEE 802.5-ös vezérjelgyűrű szabványban dokumentált prioritási eljárást. Helyette a kapacitáselosztási (allokációs) rendszert alkalmazza, amely a vezérjelhez való visszatéréshez szükséges időn alapszik. Ezt a rendszert arra tervezték, hogy egyaránt támogassa az állandó gyakoriságú (stream) és lökésszerű (burst) átviteleket, valamint az állomáspárok közötti párbeszédek átviteleit is. Kétféle keretet különböztetnek meg: szinkron és aszinkron. Minden egyes állomás egy bizonyos időtartamig szinkron kereteket továbbíthat. Ezt az időközt szinkron allokációnak (synchronous allocation, SA) nevezzük. Ezenkívül definiálnak egy vezérjelkörülfordulási időt is (target token rotation time, TTRT). A TTRT hosszát két tényező összege határozza meg: az összes állomás szinkron átviteli idejének összege, és a maximális méretű keretnek a gyűrű körülutazásához szükséges ideje. Minden állomás őrzi azt az időközt, amely azóta telt el, hogy utoljára vezérjelet kapott. Amikor legközelebb vezérjelet kap, ez engedélyezi, hogy a szinkron allokációs időre szinkron kereteket továbbítson. Ha az előző vezérjel vétele óta eltelt idő kisebb a TTRT-nél, az adott időkülönbséggel megegyező intervallumban aszinkron keretek küldése engedélyezett. Így a szinkron allokációval rendelkező állomások számára garantált a szinkron keretek továbbítása, az állomás csak akkor küld aszinkron kereteket, ha az idő engedi. Az aszinkron keretek tetszés szerint tovább oszthatók prioritásszintek használatával, amelyeket az aszinkron forgalom küldésének prioritás meghatározására alkalmaznak. Az FDDI többkeretes (multiframe) párbeszédek bonyolítására is rendelkezik mechanizmussal. Ha egy állomásnak párbeszédre kell lépnie egy másik állomással, használhatja aszinkron átviteli kapacitását. Miután az állomás a párbeszéd első keretét továbbította, egy korlátozott vezérjelet továbbít. Csak az az állomás adhat ezután aszinkron keretet, amelyiknek a párbeszéd első kerete szól. Az adáshoz ez az állomás is korlátozott vezérjelet használ. A két állomás ezután több adatkeretet is küldhet egymásnak, korlátozott vezérjelet használva a párbeszéd során. Ezalatt az idő alatt a többi állomás szinkron keretek küldésére képes, aszinkron keretekére azonban nem. Hibakezelés Az FDDI a vezérjellel kapcsolatos problémák kezelésére általános hibakezelési eljárásokat ír elő. A hálózat minden állomása felelős a vezérjel-továbbító protokoll működésének figyeléséért, és hibaállapot esetén a gyűrű alaphelyzetbe állításáért. Hibaállapotot okoz a hosszú időtartamú tétlenség a gyűrűn (elvesztett vezérjel), és a hosszú időtartamú vezérjel nélküli adatátvitel (állandó, ismétlődő keret). Ha egy állomás valamelyik feltételt észleli, megkezdi a gyűrű alaphelyzetbe állítását. Az állomás a gyűrű alaphelyzetbe állítását a vezérjeligénylés eljárással kezdi. Igénylőkeretnek nevezett, folyamatos áramlású vezérlőkereteket kezd kibocsátani. Minden keret tartalmazza az ajánlott vezérjel-körülfordulási időt (TTRT). Ha az igénylőkereteket küldő állomás egy másik állomásról igénylőkeretet kap, összeveti a TTRT értékeket. Ha a saját TTRT értéke alacsonyabb, folytatja az igénylőkeretek küldését. Ha a másik állomás értéke alacsonyabb, a másik állomás értékeit továbbítja. Ha az értékek egyenlőek, az állomáscímek döntik el az állomások elsőbbségét. Végül is az alacsonyabb TTRT értékű igénylőkeretek járnak körbe állomásról-állomásra, míg az első keret visszatér a küldőállomáshoz. Ezen a ponton a küldőállomás a vezérjeligénylés-eljárás győzteseként értékeli önmagát. Ezután következik ténylegesen a gyűrű alaphelyzetbe állításának folyamata. A vezérjeligénylés-eljárásban győztes állomás vezérjelet küld, amely a TTRT értékét tartalmazza. A többi állomás felismeri, hogy a gyűrű alaphelyzetbe állítása van folyamatban, mert előzőleg igénylőkeretekct kaptak. Minden egyes állomás megőrzi a TTRT értéket, alaphelyzetbe állítást végez, és továbbítja a vezérjelet a következő állomásra. Egyetlen keretet sem ad addig, amíg a vezérjel körbe nem ment a gyűrűn. Készült az Európai Unió támogatásával

25


Vinnai Zoltán

Ha komoly hiba merül fel, mint például gyűrűszakadás, a vészjel eljárást (bcacon process) használják. Abban az esetben, amikor az igénylőkereteket küldő állomás felismeri, hogy egy meghatározott idő eltelt a vezérjeligénylési folyamat lezárása nélkül, vészjelkeretek állandó áramlásának adásával megkezdi a vészjeleljárást. Ha egy állomás vészjelkeretet kap egy másiktól, leállítja saját vészjelkereteinek küldését és a kapott vészjelkereteket továbbítja. Végül is a szakadás utáni első állomásról érkező vészjelkeretek elterjednek a hálózaton, lehetővé téve a hálózat újraképződését. Ha az állomás saját vészjelkereteit veszi, feltételezi, hogy a gyűrű helyre lett állítva, és megkezdi a vezérjeligénylés eljárást. Keretformátum Az FDDI adásához használt keretformátum hasonló, de nem azonos az IEEE 802.5-ös vezérjelgyűrű szabványban meghatározottal. A keretformátum meghatározásában az FDDI a jelkép (szimbólum - sz) kifejezést használja, amely egy 4 bites csoportot jelöl. A jelképek kódolása lehetővé teszi mind az adat, mind a nem adatértékek képviseletét. Előtag 16 sz

Kezdeti kerethat ároló 2 sz

Keretvezérlő

Rendeltetési cím

Forrás cím

PDU (LLC adatblokk)

2 sz

4 v. 12 sz

4 v. 23 sz

0-n sz

Keret ellenőrző sorozat 8 sz

Záró keret határoló 1 v 2 sz

Keret állapotok 1 sz

Vezérjelként speciális keretformátumot alkalmaznak, amely csak előtagot, kezdeti kerethatárolót, keretvezérlő mezőt és záró kerethatárolót tartalmaz. Négy kerettípust definiáltak: logikai kapcsolatvezérlő keret (LLC), vezérlőkeret, implementáló számára fenntartott keret, és jövőbeli szabványosításra fenntartott típust. Az LLC keret az LLC alrétegről érkező információt tartalmazza. A vezérlőkeret-típusba tartozik a vezérjel; a vezérjeligénylő és a vészjelkereteket tartalmazó MAC keretek; és az állomásszervező keretek. A fenntartott kerettípusokat speciális célok megvalósítására és a szabvány jövőbeli változatára használják. Fizikai réteg előírások Az FDDI szabványban a fizikai réteget (physical layer — PL) két alrétegre osztjuk: fizikai közegfüggő (physicalmedium-dependent — PDM) alrétegre, és a fizikai réteg protokoll (physical layer protocol — PHY) alrétegre. A PMD szolgáltatja a megfelelően kódolt bitfolyamnak a hálózaton történő állomástól állomásig szállítását, és meghatározza az adathordozó fizikai természetétől — pl. kábelek, konnektorok, áramforrás-követelmények, optikai átvezető kellékek — függő jellemzőket. A PHY a MAC alrétegnek nyújt szolgáltatást adatkódolással, valamint szinkronizálással. PHY/PMD felületek között a következő primitíveket használják. − PM_DATA.request Ez a primitív helyezi át a megfelelően kódolt adatot a PHY-ról a PMD-re. − PM DATA.indication Ez a primitív helyezi át a kódolt adatot a PMD-ről a PHY-re. − PM_SIGNAL.indication Ez a primitív értesíti a PHY-t a PMD-ről kapott jel állapotában bekövetkezett változásáról. Adatkódolás Az FDDI által használt kódrendszert úgy tervezték meg, hogy szinkronizálásra és adatátvitelre egyaránt alkalmas legyen. Kétrészes kódstruktúrát alkalmaz, ezzel biztosítva a jelben az átvitelek gyakoriságát. A kódolás első része a 4 bites szimbólumot 5 bitessel helyettesíti, az ún. 4B/5R kódot használva. Az 5 bites értéket azután a nullaállapotba vissza nem térő inverz (NRZI) kódolásnak vetik alá. NRZI esetén az 1-es bitet a bitidőben levő jelátmenet jelöli, a 0-s bitnél nincs jelátmenet. A szimbólumok jelölésére használt 5 bites kombinációkat úgy választják meg, hogy a kódsorban nincs három 0-s bitnél több, és így átmenet nélkül nem telik el 3 bitnél több idő. Fizikai előírások Az FDDI szabványnak a PMD-vel foglalkozó szakasza írja le a 100 Mbps adatsebességen működő fénykábel átviteli használatát. Az adatátvitelre meghatározott hullámhossz 1300 m. Többmódusú fényszál átvitelt alkalmaznak, ahol a mag és köpeny átmérője: 62.5/125 vagy 85/125 μm. A szabványban alternatív átmérőként 50/125 és 100/140 μm is megengedett. E fizikai jellemzők alapján az erősítők közötti maximális távolság 2 km, a fizikai csatlakozások száma maximum 1000, és a teljes szálútvonal hosszúsága max. 200 km. Megbízhatóság Az FDDI-t úgy tervezték, hogy a nagy sebességű átvitelt nagyon megbízhatóan nyújtsa. Az FDDI szabványnak a PMD-vel foglalkozó része világosan meghatározza a megbízhatóságot növelő eljárásokat. Ezekben szerepel a kábelkoncentrátorok és automatikus optikai kiiktatókapcsolók (bypass switch) használata, amelyek megkönnyítik a hiba helyének megtalálását, és a nem működő állomások kiiktatását. Az FDDI lehetővé teszi a kétgyűrűs megvalósítást, ahol két gyűrűt építenek ki az állomások között, és a gyűrűkön ellenkező irányba folyik az átvitel. Készült az Európai Unió támogatásával

26


Vinnai Zoltán

Az egyik gyűrűt elsődleges gyűrűnek, a másikat másodlagos gyűrűnek nevezik. Általában az adatok az elsődleges gyűrűn folynak, míg a másodlagos gyűrű tétlen. Ha megszakad a kapcsolat, az állomások az összekapcsolás valamelyik oldalán újraépülnek, a másodlagos gyűrűt használva (9.4. ábra). Ez tökéletesen helyreállítja a gyűrűt, és lehetővé teszi az átvitel folytatását. Ha egy állomás hibásodik meg, hasonló újraépülésre kerül sor. Az FDDI az állomásokat két osztályba sorolja. Az A osztályba sorolt állomások az elsődleges és a másodlagos gyűrűhöz egyaránt kapcsolódnak; képesek hiba esetén újraépíteni a hálózatot. A B osztályba A B osztályba sorolt állomások csak az elsődleges gyűrűhöz kapcsolódnak.

3.2 3.2.1

Hálózati megvalósítások Ethernet

1972-vel kezdődően a Xerox Corporation Palo Aito Research Center (PARC, Palo Alto-i Kutató Központ) elkezdte az Experimental Ethernet (kísérleti Ethernet) néven ismert LAN rendszer fejlesztését. A fejlesztés nagyon jól sikerült, és mára már nagyon sok Ethernet hálózatot installáltak. A korai Ethernet speciflkáció lényegesen hozzájárult az IEEE 802.3 szabvánnyal kapcsolatban végzett munkájához, amely defmiálta a CSMA/CD hozzáférés-vezérlési módszert. Később a Digital Equipment Corporation, az Intel Corporation és a Xerox Corporation közösen határozta meg az Ethernet specifikációt, amely lényegében kompatibilis az IEEE 802.3-as szabvánnyal. Azonosságok és különbségek a 802.3 és az Ethernet között − Az Ethernet terminológiában az adatkapcsolati réteg felett működő szoftverréteget megbízórétegnek (Clien layer) hívják. A megbízóréteg csomagoknak nevezett adatblokkokkal működik. A megbízóréteg a hálózaton való átvitel érdekében a csomagokat átadja az adatkapcsolati rétegnek. Bár a terminológiában van némi különbség, az adatkapcsolati és fizikai réteg számára ugyanolyan alapvető funkciókat határoztak meg. − Az Ethernet közeghozzáférés szervezés helyett adat- és vételkapcsolat szervezésről beszél, de a lényeg itt is azonos (CSMA/CD). − A rétegek közötti szolgáltatásokat is azonosan definiálták, csak a paraméterekben van különbség. − Az adatok beágyazása és feltárása is azonosan van értelmezve. − A kódolás itt is Manchester. − A címzés is azonos, itt is lehet 16 és 48 bites címzést is alkalmazni. − Az Ethernet keretformátuma némileg eltér a 802.3-ban definiált keretformátumtól. Nincs kezdeti kerethatároló és hosszúságmező, illetve nem használ kitöltő mezőt. Az adatmezőnek 8 bit többszörösének kell lennie. Az Ethernet a minimális keretméretet 72 bájtban, a maximálisat pedig 1526 bájtban határozza meg az előtaggal együtt. Ha a továbbításra kerülő adat mérete kisebb vagy nagyobb, a magasabb rétegek feladata, hogy kitöltsék vagy egyedi csomagokra bontsák. A csomag maximális mérete gyakorlati szempontokat tükröz, amelyek az adapterkártya pufferméretével, és azzal függnek össze, hogy az átviteli közeg egyetlen keret átvitelére korlátozott ideig lehet lekötve. Az Ethernet bevezet egy új mezőt (típus), amit nem specifikál, meghagyja a magasabb rétegek számára. − Az AUI itt is adó-vevő kábelből és csatlakozóiból áll. − A MAU-t adó-vevő nevezik, amely a csatorna hozzáférés funkcióit néhány áramkörrel valósítja meg, és a koaxiális kábelhez közel vagy közvetlenül rajta helyezkedik el. Adó-vevő kábelt használnak az adó-vevő és a vezérlőkártya összekötésére. − Az Ethernetnél a fizikai réteg funkcióira, mint fizikai csatornára, vagy csak mint csatornára utalnak. Ez a vezérlőkártyán lévő logikai áramköröket jelenti, amelyek elvégzik a kódolást és dekódolást, előállítják és kiemelik az előtagot, és figyelik a közeget. Az Ethernet az IEEE 802-hoz hasonlóan több fizikai közeget is definiál: Elnevezés Kábel fajtája Max. hossz (jelerősítés nélkül) 10Base2 Vékony koax (50 ohm) 185 m 10Base5 Vastag koax (50 ohm) 500 m 10BaseT UTP 100 m 10BaseF Üvegszál > 1000 m Az átvitel az üvegszálas kivételével alapsávú. Készült az Európai Unió támogatásával

27


Vinnai Zoltán

Vékony Ethernet hálózat jellemzői Az alkalmazott kábel RG58 jelű, nevét onnan kapta, hogy vékonyabb, mint a 10Base5 típusú vastag kábel. Az állomások összekapcsolására busz topológiát alkalmaznak. A felfűzés T csatlakozók segítségével történik úgy, hogy a T dugó egyik vége a hálózati kártyákra csatlakozik, a másik két végére pedig a szomszédos állomások kábelei csatlakoznak. A kábelek csatlakoztatására BNC csatlakozót alkalmaznak. A két szélső állomás után a végpontokat a kábel hullámellenállásával (50 ohm) le kell zárni. Egy ilyen lezárt kábelszakaszt neveznek egy szegmensnek, melynek maximális mérete lehet 185 m. Egy hálózaton belül 5 szegmenst alkalmazhatunk, melyek összekötése jelismétlők (repeater) segítségével valósítható meg. A repeater egy fizikai rétegbeli eszköz, amely mindkét irányból veszi, felerősíti és továbbítja a jeleket. A hálózat szemszögéből az ismétlőkkel összekötött kábelszegmensek egyetlen kábelnek tekinthetők. Egy szegmensre maximum 30 munkahely csatlakoztatható. A megengedett legrövidebb kábelhossz két pont között 0,5 m. A hálózat átviteli sebessége elméletileg 10 Mbit/s. Kialakítása egyszerű és olcsó. Vastag Ethernet hálózat jellemzői Itt is busz topológiát használnak, az állomások csatlakoztatása azonban úgynevezett vámpír csatlakozók segítségével történhet. A kábelbe egy rendkívül pontos mélységű és szélességű lyukat fúrnak, melynek a rézmagban kell végződnie. Ebbe a lyukba kell becsavarni egy speciális csatlakozót (ez a vámpír csatlakozó), amelynek végül is ugyanaz a célja, mint a T csatlakozónak, csak nem kell megszakítani a kábelt. Ilyenkor a kábelre a vámpír csatlakozóhoz egy adó-vevőt (transceiver vagy MAU) is illeszteni kell, amihez csatlakoztatott kábel köti össze az adó-vevőt a számítógépben lévő illesztő kártyával. Az adó-vevő kábel (AUI) legfeljebb 50 m hosszú lehet, és öt különállóan árnyékolt sodrott érpárt tartalmaz. A MAU csatlakozója (Canon DB-15) négy szimmetrikus jeláramkört, tápellátást és földelést szolgáltató vezetéket tartalmaz. A jeláramkörök két jelvezetékből (A és B) és az árnyékolásukból (S) állnak. A szegmens hossza 500 m lehet, a kábelvégeket ebben az esetben is le kell zárni. Itt is maximum 5 szegmens alkalmazható, amelyeket repeaterek segítségével kapcsolhatunk össze. Egy szegmensre maximum 100 munkaállomás csatlakoztatható. A csatlakozások azonban csak 2,5 m-enként, úgynevezett markerekkel jelölt pontokban helyezhetők el. A munkaállomás a transceiver-ektől maximum 50 m-re lehet. A teljes hálózat hossz 2500 m lehet. A hálózat átviteli sebessége itt is elméletileg 10 Mbit/s. Kialakítása nehezebb és drágábbak az eszközök, a nagyobb kiterjedésű és bonyolultabb hálózatok építési módja volt. UTP Ethernet hálózat jellemzői Lényegében csillag alakú topológia valósul meg, mivel minden állomás a HUB-hoz (gyakorlatilag repeater) csatlakozik. A kábelek csatlakoztatására RJ45 típusjelű (telefoncsatlakozóhoz hasonló) csatlakozót alkalmaznak. Az állomás a HUB-tól maximum 100 m-re lehet. A struktúrált kábelezés ideális eszköze. Ma már az eszközök is olcsóak, így széles körben ezt a módszert alkalmazzák, Cat5 kábelen 100Mbit/s átvitel is megvalósítható. 3.2.2

IBM Token Ring

Az IBM Token Ring architektúra összhangban van az IEEE 802.5-ös vezérjel gyűrű szabvánnyal. Az ott leírtak itt is igazak, de van néhány eltérés is. Az IBM vezérjelgyűrűs hálózatot alkotó elemek a következők: − IBM vezérjelgyűrüs hálózati adapterkártya A vezérjelgyűrűs adapterkártya a hálózat MAC alrétegének és fizikai rétegének implementálásához szükséges logikai és vezérlési funkcióit valósítja meg, és engedélyezi, hogy a kialakított számítógép üzeneteket adjon és vegyen a hálózaton keresztül. − IBM vezérjelgyűrűs többállomásos hozzáférési egység (Multistation Access Unit — MAU), más néven kábelkoncentrátor, maximum 8 állomásból álló, csillag kábelezésű alhálózat létrehozását teszi lehetővé. A kábe1koncentrátort és az állomásokat összekötő kábelt huroknak (lobe) nevezzük. A MAU-k speciális összekapcsolásával nyolcnál több állomást összefogó gyűrű hozható létre. Minden MAU rendelkezik az állomások csatlakozását biztosító csatlakozókon kívül speciális bemenettel (Ring In) és kimenettel (Ring Out), amelyek segítségével felfűzhetők a MAU-k egy logikai gyűrűbe. A csillag rendszerű fizikai struktúra megkönnyíti a hálózat kezelését. Újabb eszköz csatlakoztatása a hálózathoz vagy egy meglévő kiiktatása a központi ponton valósítható meg. Könnyebb a hálózat egy meghibásodott részét kikerülni mindaddig, amíg a hibát ki nem javítják, mivel a kikerülés is a központi ponton oldható meg. A logikai üzenetáramlás szempontjából azonban, a hálózat gyűrű topológiával rendelkezik, mivel a kábelkoncentrátor nem rendelkezik elegendő intelligenciával ahhoz, hogy hálózati állomásként működjön. Készült az Európai Unió támogatásával

28


Vinnai Zoltán

− Az IBM vezérjelgyűrűs hálózat alapsávi átvitelt használ. Az adatátviteli sebesség 4 Mbps sodrott érpárakból álló kábelrendszeren. Az adatátviteli minőségű vagy árnyékolt, sodrott érpár kötegekből álló kábelt magasabb megbízhatóságot igénylő átvitelhez ajánlják. Az árnyékolatlan vezeték (tipikusan telefon-vezeték, amely sok épületben készen van) a hálózat hosszának, az átviteli sebességnek és a hálózatra csatlakoztatott készülékek számának bizonyos fokú korlátozása mellett használható. A közeghozzáférés, a prioritáskezelés, a hibakezelés, a szolgáltatások, a kódolás tekintetében megegyezik a 802.5-ös szabványban definiálttal. Eltérés van a keretformátumban, ahol bevezettek egy új mezőt, az útvonal-irányítási információ mezőt. Erre akkor van szükség, ha több gyűrűből áll a hálózat. Címzés A címzés is módosult egy kicsit. Az IBM vezérjelgyűrűs hálózat három címzési típust használ: egyedi, csoportos és funkcionális címzést. Az egyedi címzés a hálózat konkrét állomását azonosítja. Az egyedi címzés vagy általános érvényű, vagy helyi nyilvántartású lehet Ha általános érvényű, akkor az egész hálózatra vonatkoztatva egyedi a cím. Mindegyik adapterkártya általános egyedi címmel készül. Az alkalmazói program azonban az adapterhez, vagyis a hálózati állomás számára rendelhet másik egyedi címet. Ha változó egyedi címet rendel hozzá, akkor azt helyi nyilvántartásúként kell kezelni. Csoportos és a funkcionális cím is rendelhető az állomásokhoz. A csoportos cím a gyűrűhöz tartozó állomások egy csoportját azonosítja. A funkcionális cím a funkciók egy adott halmazára utal, amelyet az állomás végre tud hajtani. A funkcionális cím minden egyes bitje más és más funkcióhoz tartozik. Ha a bit l-es értéket vesz föl, az állomás azt a funkciót megvalósítja. A funkcionális címet aktív monitor, hibás monitor, hálózati híd stb. típusú állomás azonosítására használják. A keret rendeltetési címében lévő bitek jelzik, milyen típusú címről van szó. A cím 0. bájtjának 0. bitje jelzi, hogy a keretet egyedi vagy csoport címzésként küldik., A 0. bájt 1 bitje jelzi, hogy a cím általános vagy helyi nyilvántartású. Ha helyi csoportcímről van szó, a 2. bájt 0. bitje határozza meg, hogy ez funkcionális cím vagy egyszerű csoportcím. A rendeltetési címben található ezen bitek alapján az állomás saját egyedi, csoport vagy funkcionális címét felhasználva határozza meg, hogy a keretet feldolgozza-e. Két speciális rendeltetési cím valamennyi állomáshoz szóló körözvény címként értelmezett. Az X”0000 FFFFFFFF” cím azt jelenti, hogy az adóállomás gyűrűjéhez tartozó minden állomásnak vennie kell a keretet. Az X”FFFF FFFF FFFF” cím azt jelzi, hogy a keretet a hálózat valamennyi gyűrűjéhez tartozó összes állomásnak vennie kell. Útvonal kijelölés Az IBM vezérjelgyűrűs hálózat több, egymással összekötött vezérjelgyűrűs hálózatból állhat. A gyűrűket összekötő állomás mindkét hálózat része. Ez az állomás a hálózati híd. A hálózati hídban gyűrűnként egy, összesen két vezérjelgyűrűs adapterkártyának kell lennie. Ezen kívül rendelkeznie kell az IBM Toke Ring NTwork Bridge Programmal is. A hálózati híd a kereteket átteszi az egyik gyűrűből a másikba, és egyúttal továbbadja őket a forrásgyűrű következő állomásának. Útvonal alatt azt az utat értjük, amelyen az adóállomástól a célállomásig a keret a hálózaton áthalad. Attól függően, hogy a gyűrűk hogyan vannak összekötve, a keret számára több útvonal lehetséges. A forrásállomás a keret útvonal kijelölési információs mezőjét felhasználva határozza meg az útvonalat. Az útvonal meghatározásához az adóállomás először TEST vagy XID parancsot küld saját hálózatán belül a célállomás részére. Ha választ kap, ebből megtudja, hogy a célállomás a saját gyűrűben van, és nincs szükség útvonal kijelölési információra. Ha nem kap választ, TEST vagy XID parancsot küld valamennyi gyűrű felé. Ahogy a parancs áthalad az egymással összekötött gyűrűkön, az útvonal bekerül az útvonal kijelölési információs mezőbe. Ha egynél több útvonal van, a célállomáshoz egynél több parancs érkezik, amelyek mindegyike más útvonal kijelölési információt tartalmaz. A célállomás minden vett parancsra visszaküld egy választ, amely egy lehetséges útvonal információját tartalmazza. A válaszok ugyanazon az útvonalon, amelyen jöttek, visszatérnek az adóállomáshoz, amely ezután kiválasztja a használni kívánt útvonalat. Ezután az állomás a kiválasztott útvonal-kijelölési információját tartalmazó adatkereteket küld és a célállomás is ezt az útvonalat használja visszafelé, ha az adóállomás számára kell választ küldenie. Fizikai réteg Az adatátviteli közeg speciális 4 eres, sodrott érpárú, árnyékolt kábel, amely külön adási és vételi adatutakkal rendelkezik. Az állomásokat MAU-k (kábelkoncentrátorok) segítségével lehet összekapcsolni. Egy MAU 8 állomást tud összekapcsolni. A MAU-k is felfűzhetők RI és RO bemenetükön keresztül. A MAU-k és az állomások között 45 m lehet a kábelhossz. A MAU-k között szintén 45 m maximális kábelhossz alkalmazható. A gyűrű maximális hossza (a MAU-k közötti kábelek összege) 120 m. Egy hálózathoz az alkalmazható 12 MAU segítségével legfeljebb 96 munkaállomás csatlakoztatható. Készült az Európai Unió támogatásával

29


3.2.3

Vinnai Zoltán

IBM PC

Az IEEE 802.3-as CSMA/CD szabvány implementálására az IBM két terméket ajánl, a szélessávú és az alapsávú PC-hálózatot. Mind a NETBIOS-t, mind a logikai kapcsolatvezérlő (LLC) felületeket támogatja a két PC hálózati termék. A PChálózat alapsávi változata az IBM Local Arca Network Support Programmal kezeli a NETBIOS- és az LLCfelületet. A PC-hálózat szélessávú változatainál az eredeti adapterkártyába beépítették a NETBIOS-t (ROMáramkörben). Az újabb adaptereknél az IBM Local Arca Network Support Program NETBIOS- és LLC-felületet is biztosít. Amennyiben ugyanabban a hálózatban az új és a régi adapter is van, az IBM Local Arca Network Support Program helyett inkább az IBM PC Network Protocol Driver Program-ot használják, amit az új adapterekhez alkalmaznak a NETBIOS felületének biztosítására. Így az új adapter kompatibilis lesz a régi adapterkártyákon levő NETBIOS változatokkal. A PC-hálózat az IEEE 802.3-as CSMA/CD-ben definiált módszer szerint működik. Keretformátuma is majdnem megegyezik az ott definiálttal: Előtag 7 bájt

Kezdeti kerethat ároló 1 bájt

Rendeltetési cím

Forrás cím

Hossz

6 bájt

6 bájt

2 bájt

Útvonal kijelölési inf. 0-r bájt

PDU (LLC adatblokk) 0-n bájt

Keret ellenőrző sorozat 4 bájt

Vagyis a címzés csak 48 bittel történhet, és bevezettek egy opcionálisan alkalmazható útvonal kijelölési mezőt. Ha a forráscím legnagyobb helyiértékű bitje 1, akkor a van útvonal kijelölési információ, különben nincs. Ezen kívül nem alkalmaznak kiegészítő adatokat a kitöltésre, ez itt is a magasabb rétegekre hárul. Szélessávú PC hálózat Az IBM PC hálózat szélessávú változatának alapvető elemei a következők: − Az adapterkártyát a személyi számítógépbe építik be, és az alapvető LAN kommunikációs funkciók implementálásához szükséges logikát tartalmazza. A CSMA/CD közeghozzáférés-vezérlési módszerrel dolgozik. − A frekvencia átalakító egység feladata a há1ózat állomása által továbbított minden jel vétele és továbbítása egy másik frekvencián. A frekvencia átalakító egységben nyolccsatornás elosztó van, amely nyolc hálózati állomás csatlakoztatását teszi lehetővé. − A kábelrendszer elemeit az alapbővítő, az elosztók és az állomásoknak a hálózatra való csatlakozásához szükséges kábelek alkotják. A hálózat fa topológiájú. A frekvencia átalakító a fa gyökere. A frekvencia átalakítás feszültségellátását hálózati tápegység végzi. Egy iránycsatolón keresztül nyolccsatornás elosztó csatlakozik a frekvencia átalakítóhoz, amelyhez maximum nyolc személyi számítógép képes kapcsolódni. Az alapbővítő egység további nyolc elosztó csatlakoztatására használható, amelyekre további személyi számítógépek csatlakozhatnak. A szélessávú hálózathoz IBM elemek felhasználásával maximum 72 állomás csatlakoztatható, de a frekvencia átalakító és bármelyik állomás közötti távolság nem haladhatja meg a 305 métert. Nagyobb hálózatok maximum 1000 állomásig, amelyek az átalakítótól maximum 5 km távolságra helyezkednek el, nem IBM frekvencia átalakítók és kábelek használatával hozhatók létre. Azonban ezen nagyobb hálózatok installálásakor vagy módosításakor szükséges kiegyensúlyozáshoz szakemberre van szükség. A szélessávú PC-hálózathoz átviteli közegként 75 ohmos CATV koaxiális kábelt használnak! A kábeles átvitel folytonos fázisú FSK frekvenciamodulációval történik. Az átviteli sebesség 2 Mbps. Két 6 MHz sávszélességű csatornát használnak. Az állomás adási frekvenciája 50,75 MHz. Amikor az adás eléri az átalakítót, az átalakító ugyanezen a kábelen az adatokat 219 MHz-es frekvencián továbbítja. A hálózat valamennyi állomása 219 MHz-cn „figyel”. Igy az átalakított adást a hálózat összes állomása veszi. A frekvencia átalakító gondoskodik arról, hogy az átalakított adás jele az egész hálózaton elég erős legyen. Alapsávú PC hálózat Alapvető elemei: − Adapterkártya − Bővítő a nagy kábelezésű hálózatok létrehozására − Sodrott érpárú kábeleket alkalmaz, így a már lefektetett telefonkábelek is használhatók


30


Vinnai Zoltán

Kétféle topológiát alkalmazhatnak. A lánckapcsolás néven ismert topológia maximum 8 állomás soros kapcsolására ad lehetőséget. A bővítőegység maximum 10, csillag konfigurációba kötött lánckapcsolás összekötésére használható, ily módon maximum 80 állomás köthető egyetlen hálózatra. Az átviteli sebesség 2 Mb/s. Az adatátvitel kódolása inverz differenciális Manchester.


31

Tartalomjegyzék. Készült az Európai Unió támogatásával 1

Recommend Documents