Ethernet και LANs

CSMA/CD Προσεγγιστική Ανάλυση Το πρωτόκολλο: Όλοι οι κόμβοι ακούνε τις μεταδόσεις στο κανάλι Όταν ένας κόμβος έχει ένα πακέτο να στείλει: a. αν το κανάλι είναι κενό ►μεταδίδει b. αν το κανάλι είναι απασχολημένο ►περιμένει για έναν τυχαίο χρόνο (binary exponential backoff) Όταν ένας κόμβος που μεταδίδει αντιληφθεί σύγκρουση, τότε σταματάει τη μετάδοση, και περιμένει για έναν τυχαίο χρόνο μέχρι να ξαναπροσπαθήσει Χρόνος για την ανίχνευση μιας σύγκρουσης: Αν τ είναι η μέγιστη καθυστέρηση διάδοσης στο καλώδιο, τότε αν γίνει μια σύγκρουση, μπορεί να πάρει μέχρι και 2τ sec μέχρι όλοι οι κόμβοι που συμμετέχουν στην σύγκρουση να την αντιληφθούν και να σταματήσουν την μετάδοση.

Σημειώσεις: Πιο ακριβής ανάλυση δίνει τον τύπο της σελ. 20 του προηγούμενου set από slides. Στην πράξη βέβαια δεν χρησιμοποιούνται σχισμές (η ανάλυση είναι πιο δύσκολη, το αποτέλεσμα όχι πολύ διαφορετικό). Το CSMA/CD μπορούμε να το δούμε και σαν ένα σύστημα κρατήσεων όπου τα mini slots χρησιμοποιούνται για να κάνουν κρατήσεις για τα data packets (δες reservation protocols).

Πως θα επεκτείνουμε το Ethernet στα 100 Mbps? CSMA/CD παραδείγματα Παράδειγμα 1 (Ethernet) Ρυθμός μετάδοσης = 10Mbps. Μήκος πακέτων = 1000 bits Μήκος καλωδίου=1.5 km. τ = 5x10-6 sec, β=0.05, e=0.8 Παράδειγμα 2 (GEO δορυφόρος) Καθυστέρηση διάδοσης = ¼ sec β = 2500, e ≈ 0 Το CSMA/CD είναι κατάλληλο μόνο για δίκτυα με μικρές καθυστερήσεις διάδοσης Πως θα επεκτείνουμε το Ethernet στα 100 Mbps? Πως θα επεκτείνουμε το Ethernet στo 1 Gbps?

Ethernet (IEEE 802.3) MAC frame Εφευρέθηκε από Bob Metcalfe & David Bogs της Xerox. Το πιο δημοφιλές πρωτόκολλο για LANS. 3 γενιές Ethernet (10Mbps, 100Mbps, 1Gbps) Παραδοσιακό Ethernet: MAC frame Preamble 7 bytes of alternating 0s and 1s – receiver sync Start of Frame Delimiter (10101011 – unique sequence -> last chance to synchronize) Source Address, Destination Address (48 bit unique address) Length (Value up to 1500 bytes) Data Preamble and SFD excluded

Ελάχιστο και μέγιστο μήκος πλαισίου Ethernet Ελάχιστο μήκος – λόγω του CSMA/CD Το πλαίσιο πρέπει να διαρκεί αρκετά ώστε να “γεμίζει” το κανάλι Tο κανάλι έχει ένα συγκεκριμένο μέγιστο μήκος Μέγιστο μήκος – για να εξασφαλίσει fair access Ένας σταθμός δεν θα πρέπει να καταλαμβάνει το κανάλι υπερβολικά πολύ Ethernet διευθύνσεις (ή MAC διευθύνσεις, ή hardware διευθύνσεις, ή layer 2 διευθύνσεις)

Μετάβαση σε switched LANs “Παραδοσιακό ” Ethernet Όλοι οι κόμβοι είναι πάνω σε ένα bus, πράγμα που σημαίνει μακρύ καλώδιο. Το πρωτόκολλο είναι το CSMA/CD. “Hub” Ethernet Οι κόμβοι συνδέονται στο hub, το οποίο λειτουργεί ως επαναλήπτης σε όλους. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και στα 100 Mbps. Το πρωτόκολλο είναι το CSMA/CD. Ευκολότερο να αυξήσεις ή να μειώσεις τον αριθμό των χρηστών και να εντοπίσεις τυχόν βλάβες.

Switched Ethernet Δεν χρησιμοποιεί το CSMA/CD (επομένως είναι εύκολο να αυξήσεις τον ρυθμό μετάδοσης, για παράδειγμα, Gbit Ethernet, 10G Ethernet, κλπ) Οι κόμβοι στέλνουν όποτε θέλουν. Το switch αποθηκεύει τα πακέτα και τα στέλνει στον προορισμό. Τυπικά ένα switch έχει 20-40 ports O κάθε κόμβος μπορεί να στείλει στο full rate (1/10/100 Gbps).

Φυσικό επίπεδο Ethernet

10BASE-T 100BASE-FX Παραδείγματα twisted-pair wire Physical star topology. Οι σταθμοί συνδέονται στο hub Maximum distance 100 m. Maximum number of hubs is 4 (total span 500 m) 100BASE-FX Δύο fiber-optic cables σε physical star topology Αποστάσεις μέχρι 2km συνολικά; unrepeated 412 m single-mode fiber. Long-wavelength lasers στα NICs

LAN segments - repeaters

Bridges (ή LAN switches) Ένα Bridge κάνει επιπλέον filtering των MAC διευθύνσεων. Αν ο προορισμός του πακέτου είναι στο ίδιο segment δεν το περνάει στο διπλανό segment (ούτε περνάει τα collisions, τον θόρυβο, κλπ). Το κάθε segment δουλεύει ανεξάρτητα. Ένα Bridge χρησιμοποιεί μόνο layer 1/2 πληροφορία και συνδέει (συνήθως) όμοια LANs. Δεν κάνει layer 3 δρομολόγηση αλλά χρησιμοποιεί έναν learning algotithm για να φτιάξει πίνακα που λέει τι πρέπει να περνάει και που.

Εστω ότι ένα frame φτάνει στο bridge 2. Ο αλγόριθμος που τρέχει είναι

Αυτό θα δουλέψει? Δεν πρέπει να έχω loops Για να μην έχουμε πρόβλημα πρέπει τα bridges να οργανωθούν σε ένα spanning tree όπου ένα bridge είναι το root, κλπ. Οι bridges ανταλλάσσουν μηνύματα (BPDUs) για να φτιάξουν το spanning tree.

Μπορεί ένα πλαίσιο να χρειαστεί να περάσει από πολλά bridges Άλλα είδη συνδέσεων

Switches Ένα switch είναι ουσιαστικά ένα ΝxΝ bridge με την επιπλέον διαφορά ότι εδώ (συνήθως) το κάθε segment έχει έναν μόνο σταθμό Ο κάθε σταθμός έχει το δικό του σύνδεσμο σε ένα port του switch (no sharing medium). Οι συνδέσεις είναι point-to-point (no CSMA/CD) Μήκη μέχρι και 120km full-duplex Ethernet Store and Forward ή Cut-through Switched Ethernet: Gigabit Ethernet (IEEE 202.3z), 10G Ethernet, etc Πως μπορεί να είναι εσωτερικά το switch (π.χ.)

VLANS Ορίζει ένα broadcast domain σε switches Για να κινηθείς μεταξύ VLANs χρειάζεσαι έναν router (layer 3 device)

Δρομολογητές (Routers) Οι Routers λειτουργούν στο network επίπεδο (layer 3). Συνδέουν διαφορετικά υποδίκτυα. Δρομολογούν (OSPF, RIP algorithms) με βάση τις ΙΡ διευθύνσεις. Πιθανώς επεξεργάζονται και πεδία του πακέτου (TTL field) Π.χ.

Το Ethernet υπάρχει 20+ χρόνια simple, reliable, popular Μειονεκτήματα Ethernet: non-deterministic, no priorities, min frame size Πολλά από τα πακέτα είναι μικρά. Μήκος πακέτων στο Πανελλήνιο Σχολικό Δίκτυο