Architektura Systemów Komputerowych

Prezentacja na temat: "Architektura Systemów Komputerowych"— Zapis prezentacji:

1 Architektura Systemów Komputerowych
Sieci komputerowe 2 Architektura Systemów Komputerowych mgr inż. Michał Misiak

2 Agenda Media Ethernet Protokoły warstwy internetowej Adresacja IP

3 UTP UTP (ang. Unshielded Twisted Pair) – skrętka nieekranowana.
Skrętka wykonana z dwóch przewodów, ze zmiennym splotem (zwykle 1 zwój na 6-10 cm) Stosowana w sieciach telefonicznych (jedna, dwie lub cztery pary) i w kablach komputerowych (cztery skrętki w kablu). Używany jest różny skręt w celu minimalizacji przesłuchów zbliżnych NEXT i zdalnych FEXT. Przydatność do transmisji cyfrowych określają kategorie, przydatność do aplikacji - klasy kabli miedzianych. Za pomocą skrętek UTP (cztery pary) uzyskuje się standardowe przepływności do 100 Mb/s (kat. 5), oraz 1 Gb/s w technologii Gigabit Ethernet. W sieciach komputerowych konieczne są skrętki kategorii 3 (10 Mb/s) i kategorii 5 (100 Mb/s)

4 UTP Źródło:

5 FTP & STP FTP (ang. Foiled Twisted Pair) – skrętka foliowana. Skrętka miedziana ekranowana z użyciem folii oraz z przewodem uziemiającym. Wykorzystywana do budowy sieci nawet do kilku kilometrów. Używana do budowy sieci Gigabit Ethernet (1 Gb/s) z wykorzystaniem wszystkich czterech par okablowania miedzianego kat. 5. Źródło: STP (ang. Shielded Twisted Pair) – skrętka ekranowana. Miedziane medium transportowe sieci komputerowej, wykonane z dwóch skręconych przewodów wraz z ekranem w postaci oplotu. Ekranowanie zwiększa odporność na zakłócenia impulsowe oraz szkodliwe przesłuchy w porównaniu UTP. Źródło:

6 Kategorie kabli Kategorie kabli miedzianych wyspecyfikowane w EIA/TIA
Przydatność do transmisji określona w MHz kategoria 1 –nieekranowana skrętka telefoniczna, wykorzystywana wyłącznie do przesyłania głosu kategoria 2 – nieekranowana skrętka, szybkość transmisji do 4 MHz. kategoria 3 – skrętka o szybkości transmisji do 10 MHz. Kabel zawiera 4 pary skręconych przewodów kategoria 4 – skrętka działająca z szybkością do 16 MHz. Kabel zbudowany jest z czterech par przewodów kategoria 5 – skrętka z dopasowaniem rezystancyjnym. Przeznaczona do transmisji danych z szybkością 100 MHz na odległość do 100 m kategoria 5e – (enchanced) – ulepszona wersja kabla kategorii 5. Jest zalecana do stosowana w przypadku nowych instalacji kategoria 6 – skrętka umożliwiająca transmisję z częstotliwością do 200 MHz.

7 Typy połączeń przewodów
Dwa typy podłączeń w sieciach 10Base-T i 100Base-TX końcówek RJ-45: Zgodne (proste) – żyły w przewodzie połączone w sposób: styk pierwszy we wtyczce pierwszej do styku pierwszego we wtyczce drugiej, 2 do 2, 3 do 3, itd. Krzyżowe (cross-over)– zamienione dwie pary wewnętrznych przewodów (1-3, 2-6).

8 Konfiguracja kabla crossover i prostego
Źródło:

9 Elementy monatżowe Panel krosowniczy Patchcord

10 Światłowód Światłowód jest falowodem, w którym przesyłana jest promieniowanie świetlne Złożony jest z włókien dielektrycznych, okrytych otuliną z tworzywa sztucznego Współczynnik załamania światła jest większy niż dla szkła Promień światła rozchodzi się w światłowodzie po drodze będącej łamaną Transmisja światłowodowa polega na przesyłaniu sygnału optycznego wewnątrz włókna szklanego. Podstawowym składnikiem do budowy światłowodu jest dwutlenek krzemu

11 Budowa światłowodu Źródło: stud.wsi.edu.pl/~sizmudkl/medium/sbudowa.php

12 Budowa światłowodu Włókno optyczne - złożone jest z dwóch rodzajów szkła o różnych współczynnikach załamania: rdzeń przeważnie o średnicy 62,5 um płaszcz zewnętrzny o średnicy 125 um; Warstwa akrylowa Tuba - izolacja o średnicy 900 um. Oplot kewlarowy. Izolacja zewnętrzna.

13 Transmisja w światłowodzie
Do włókna szklanego wprowadzane są promienie optycznie generowane przez laserowe źródło światła Światłowód posiada tłumienie bliskie zeru i jest obecnie najlepszym medium transmisyjnym Kabel światłowodowy złożony jest od jednego do kilkudziesięciu włókien światłowodowych. Dla promieni w zakresie bliskim podczerwieni współczynnik załamania światła w płaszczu jest mniejszy niż w rdzeniu. Gwarantuje to całkowite wewnętrzne odbicie promienia i prowadzenie go wzdłuż osi włókna. Zewnętrzną warstwę światłowodu pokryta jest akrylonem poprawiającym elastyczność światłowodu oraz zabezpieczający go przed uszkodzeniami.

14 Rodzaje światłowodów Światłowody jednomodowe Światłowody wielomodowe
większe pasmo przenoszenia oraz transmisję na większe odległości niż światłowody wielomodowe. koszt światłowodu jednomodowego wyższy. Średnica rdzenia 5-10 mikronów, średnica płaszcza 125 mikronów Światłowody wielomodowe Fala może rozchodzić się wieloma drogami Różna prędkość dla każdego z modów powoduje rozmycie impulsu na wyjściu średnica rdzenia 50 lub 62,5 mikrometra Światłowody wielomodowe: gradientowe i skokowe

15 Światłowody wielomodwe
Skokowy: Budowa warstwowa. Każda warstwa inaczej domieszkowana, dzięki czemu współczynnik załamania światła zmienia się w sposób ciągły. Dla różnych modów (poruszających się po łukach) ta sama prędkość rozchodzenia wzdłuż kabla. Fale rozchodzące się w większej odległości od środka poruszają się w warstwach o mniejszym współczynniku załamania, Gradientowy współczynnik załamania zmienia się skokowo pomiędzy rdzeniem i płaszczem. Mody prowadzone są w rdzeniu pod różnymi kątami - różna droga do przebycia. prędkość rozchodzenia światła jest stała (w szkle km/s), dlatego czasy przejścia promieni przez światłowód są różne. Zjawisko dyspersji międzymodowej, która powoduje poszerzenie impulsu docierającego na koniec światłowodu. Dyspersja powoduje ograniczenie pasma i odległości, Dyspersja chromatyczna występuje zarówno w światłowodach jednomodowych jak i w światłowodach wielomodowych.

16 Światłowody wielomodowe
Światłowód wielemodowy gradientowy Światłowód wielemodowy skokowy Źródło:

17 Historia ethernetu, Aloha
Aloha (sieć radiowa) prekursor sieci Ethernet. Sieć Aloha powstała na Uniwersytecie Hawajskim. Sieć Aloha umożliwiała komunikację między wyspami Archipelagu Hawajskiego. Komputer w sieci Aloha może w dowolnym momencie rozpocząć nadawanie. Jeżeli po określonym czasie nie było odpowiedzi od adresata, nadawca przyjmował, że nastąpiła kolizja w wyniku jednoczesnego nadawania we współdzielonym medium. W przypadku kolizji obaj nadawcy odczekiwali losowy przedział czasu zanim ponawiali nadawanie. Gwarantowało to poprawną transmisję. Przy dużej liczbie liczbie komputerów wykorzystanie kanału spadało do 18%, a po wprowadzeniu synchronizacji transmisji do 37%.

18 Historia ethernetu, Aloha
Na podstawie Aloha, opracowano nowy system z mechanizmami: wykrywanie kolizji, wykrywanie zajętości kanału, współdzielony dostęp, W firmie Xerox PARC powstała pierwsza doświadczalna sieć komputerowa Alto Aloha Network. Rozwiązanie opisane w publikacji z 1976 roku artykułu w Communication of the Association for Computing Machinery (CACM): Bob Matcalfe, David Boggs – „Ethernet Distributed Packet Switching for Local Computer Networks” W 1977 roku otrzymano patent pod nazwą: „Multipoint Data Communication System With Collision Detection”. 1980 roku konsorcjum DIX (Digital-Intel-Xerox) opublikowało standard Ethernet pracujący z prędkością 10Mbps znany

19 Historia ethernetu Komisji 802.3 uznała standard DIX
W 1985 roku wydało standard IEEE pod nazwą: „IEEE Carrier Sense Multiple Access witch Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications”. W miarę rozwoju opracowano gamę standardów 802.3 Najważniejsze: wprowadzenie skrętki, kolejne szybkości ethernetu: 100Mb, 1Gb i obecnie 10Gb.

20 Podstawa działania Elementy sieci ethernet:
Ramka: bity uporządkowane zgodnie z ich znaczeniem Protokół dostępu do medium: MAC Protocol zasady współdzielenia medium Urządzenia do transmisji sygnałów Medium fizyczne: kable i inne elementy wykorzystywane do przesyłania sygnału między stacjami

21 Schemat sieci ethernet
Źródło:

22 Ramka Istnieją 3 standardy ramek
Ethernet 1 – nie wykorzystywana Ethernet 2 tzw. ramką DIX najczęściej stosowana, IEEE 802.x LLC, Ramki mogą współistnieć w tej samej sieci Różnice pomiędzy ramkami dotyczą: długości nagłówków, maksymalną długością ramki (MTU) Ramka Ethernet 2. źródło:

23 Protokół MAC Określa zasady dostępu do medium
Dwa rodzaje protokołu MAC: deterministyczny: np. Token Ring (sieć w topologii pierścienia. Komputer nadający otrzymuje token na określny czas, w którym może nadawać) Niedeterministyczny: np. Ethernet (rywalizacja w dostępie do medium. Pojawiają się kolizje. Rozwiązanie kolizji z wykorzystaniem CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Colision Detection))

24 Protokół CSMA/CD Odpowiedzialny za cały proces transmisji danych
Wysyłanie i odbieranie ramek z danymi Dekodowanie ramek, sprawdzanie zawartych w nich adresów przed przekazaniem do wyższych warstw modelu OSI Wykrywanie błędów wewnątrz ramek Urządzenie przechodzi w stan nasłuchiwania przed nadawaniem Wykrycie nośnej przez urządzenie oznacza, że medium jest zajęte Urządzenie nadaje początkową sekwencje bitów i słucha czy nie nastąpiła kolizja Wystąpienie kolizji powoduje wysłanie przez urządzenie nadające informacji. Wszystkie inne urządzenia wstrzymają nadawanie na losowo wygenerowany odstęp czasu Wystąpienie kolejnej kolizji powoduje ponowne podwojenie odcinka czasu, etc … Problem wykrycia kolizji, która wystąpiła na końcu sieci.

25 Protokoły warstwy IP Protokół IPv4 - Protokół IP nie posiada mechanizmów sygnalizowania błędów (wsparcie przez protokół ICMP) Protokół ICMP. Zajmuje się zgłaszaniem problemów z przesyłaniem pakietów oraz sterowaniem. Protokół IGMP. Efektywniejsze rozsyłanie pakietów. Wykorzystywany przy rozsyłaniu grupowym w oparciu o adresy grupowe. Protokół IPv6. Następca IPv6 z zwiększoną długością adresu.

26 Protokół IPv4 Protokół opisany w RFC 791
Założenia dla protokołu IP pozwalają do pracowania w „warunkach ekstremalnych” np. w czasie dużych awarii. Protokół IP zajmuje się wyborem optymalnej drogi oraz przesłaniem nią pakietów W sytuacji wystąpienia awarii protokół będzie się starał dostarczyć pakiety inną drogą

27 Cechy IPv4 Protokół bezpołączeniowy. Pakiety przesyłane różnymi trasami, gdzie na końcu składane są w całość Pakiety nie są potwierdzane. Brak zabezpieczeń przed ewentualną awarią w sieci. Przesyłanie danych odbywa się strumieniowo. Dane z wyższych warstw są enkapsulowane w protokole IP.

28 Budowa pakietu IP

29 Protokół ICMP Internet Control Message Protocol, opisany w RFC 792
Zajmuje się sprawdzaniem dostępności sieci docelowej. Zadaniem nie jest rozwiązywanie problemów z siecią IP, ale zgłoszenie braku łączności Komunikaty ICMP wysyłane są przez bramy lub hosty Powody wysłania komunikatów: przeciążenie routera lub hosta, Komunikaty ICMP są enkapsulowane do IP. Komunikat ICMP jest przesyłany w datagramie IP. Komunikat ICMP = nagłówek + dane Najważniejsze informacje zawarte w polu Typ i Kod. Przykłady:

30 Protokół IGMP Internet Group Management Protocol, opisany w RFC 1112
Protokół do zarządzania grupami internetowymi Opracowany z myślą dogodnej komunikacji grupowej Działanie podobne do przesyłania sygnału radiowego/telewizyjnego Pakiety w typie transmisji grupowej (mulitcast) wysyłane są na adres grupowy IP.

31 Typy transmisji Multicast Unicast Broadcast