Yerel Alan Ağları - ETHERNET
Paylaşılmış erişimli ağlar Paylaşılmış erişimli ağlarda aynı fiziksel bağlantı üzerinde birden çok bağlantı vardır Bus, halka ve kablosuz yapıdadırlar. Bir noktadan iletilen bilgi diğer tüm noktalardan alınır. Ara geçiş anahtarları (switch) yok. Erişim hakkını alabilmek için yöntemler gerektirir (MA- Çoklu erişim protokollleri)
Multiple Access Çoklu Erişim Yöntemleri Sabit Atamalı yöntemler Kanalı bölmelemek. Böylece her bir nokta band genişliğinden bir miktar alacaktır. Devre anahtarlama gerektirir, bu nedenle verimsizdir. Örnekler: TDMA, FDMA, CDMA (Çoğu kablosuz / hücresel haberleşme sistemlerinde kullanılır) Çekişme/elde etmeye dayalı yöntemler Haberleşme noktaları band genişliğini eşit olarak paylaşırlar. Çarpışma engelleme yöntemleri kullanırlar. Örnekler: Aloha, Ethernet Jeton- Tabanlı yada reservasyona dayalı yöntemler Kanalı sırayla kullanırlar Örnek: Token ring
Token Ring: Kısa Bilgi IBM tarafından 80 li yılların başlarında yeni bir LAN teknolojisi olarak geliştirildi Halka biçiminde bağlanan noktalardan oluşmaktadır. Jeton adı verilen özel bir mesaj halka üzerinde dolaştırılır. Jetonu alan noktalar sınırlı bir süre için gönderme yaparlar. Her bir gönderim açısından her bir nokta eşit olasılığa sahiptir. Token Ring standardı IEEE 802.5 de verilmiştir. Güvenilirlik, eşitlik ve kestirilebilirlik için tasarlanmıştır. Orjinal olarak 4Mbs, 1989 da:16 Mbs. FDDI token-ring metodolojisini kullanır. Hala kullanımdadır ancak Ethernet, Token-Ring kullanımını oldukça düşürmüştür.
Ethernet (IEEE 802.3) Tarihçe Bob Metcalfe, Xerox Parc,1973 Xerox, DEC, ve Intel tarafından 1978 de standartlaştırılmıştır. LAN standartları, MAC ve fiziksel katman bağlantılarını tanımlar. IEEE 802.3 (CSMA/CD - Ethernet) standart ilk tanımlama 2Mbps di. IEEE 802.3u standardı, 100 Mbps Ethernet IEEE 802.3z ve IEEE 802.3ab standardları 1 Gbps Ethernet IEEE 802.ae 10 Gbit/s Ethernet i tanımlar. CSMA/CD: Ethernet in ortam erişim kontrol yöntemidir. CS = carrier sense (taşıyıcı algılama) Yalnızca ortam boş ise gönderme yapar. MA = multiple access (çoklu erişim) CD = collision detection (çarpışma algılama) Eğer çarpışma algılanırsa, göndermeyi keser.
Ethernet Standardı fiziksel katmanı tanımlar. 802.3 standardı hem MAC hem de fiziksel detayları tanımlar Metcalfe in orijinal Ethernet çizimi
IEEE 802.3 PROTOKOL ĐÇERĐĞĐ
IEEE 803.2 Protokol Yapısı OSI modelinin ilk iki katmanı IEEE 802 referans modeli Fiziksel Logical link control (LLC) Media access control (MAC) Veri aktarım katmanı Fiziksel Katman Fiziksel ortam
IEEE 802 Protokol katmanları ve OSI Modeli
802 katmanları -Fiziksel Kodlama/Kod çözme Giriş kelimesi (preamble) üretimi/yok edilmesi Bit iletimi/alımı Đletim ortamı ve Topoloji 802 katmanları - Logical Link Control Daha üst katmanlara erişim Akış ve Hata kontrolü
6 byte lık MAC adresleri, tekil olmalıdır. AA:AA:AA:BB:BB:BB biçiminde gösterilirler. Đlk üç byte üreticiyi tanımlar, sonraki üç byte ise seri numarasıdır. MAC adresi, ethernet kartını, fiziksel olarak adreslemede kullanılır. ARP protokolü ile MAC numaraları, IP numaraları ile eşleştirilir Preamble: 56 bitlik 0101.. biçiminde bir dizidir. SFD: 10101011 dir. Çerçeve sınırını belirler. Pek çok uygulama V.2 çerçevesini kullanır. Ancak değer 1523 den küçükse, Type kısmı uzunluk içerir ve çerçeve IEEE 802.3 ile uyumlu olur.
ETHERNET 100BASE-T YAPISAL GÖRÜNÜMÜ Ethernet MAC Ethernet PHY LLC MAC uygunlaştırma MII Media Independent Interface, PCS PMA PMD (GMII (gigabit), XGMII ve XAUI (10gigabit )) Physical Coding Sublayer Physical Medium Attachment Physical Medium Dependent MDI, MDI-X Media Dependent Interface Ortam PCS: kodlamadan (4B5B, 8B10B ), hata algılama ve Çarpışma algılamadan sorumludur. PMA: gönderilen verilerin serileştirilmesi ve alınan verilerin paralelleştirilmesi, bağlantının gözlenmesi gibi işlemleri yapar. PMD: MDI yıda içeren, fiziksel donanım kısmıdır. Analog fonksiyonları sağlar. Saat elde edilmesi, kodlama (MLT-3 vs), karıştırma (tx)
ETHERNET 802.3 PHY ÖZELLĐKLERĐ Ethernet bağlantıları, bus yapısı yada yıldız yapısı biçimindedir. Đsimlendirme 3 kısımdan oluşur <Veri hızı><đşaretleşme yöntemi><maximum kablo uzunluğu> Veri hızı (10, 100, 1,000, 10G) 10, 100, 1,000Mbps Đşaretleşme yöntemi (base, broad) Baseband Temel band Sayısal işaretleşme Broadband Modülasyonlu Analog işaretleşme Cabling (2, 5, T, F, S, L) 5 - Kalın coax (orjinal Ethernet kablolaması) 2- Đnce coaxiyel F Optik fiber S multimode fiber üzerinde Kısa dalga laser L tek modlu fiber üzerinde uzun dalga laser T Bükülü kablo
ETHERNET 802.3 PHY ÖZELLĐKLERĐ (10GB altı Đsimlendirme)
10 Base 2 : 10 megabit 2 metre, ince koaksiyel kablo üzerinde bus tipi bağlantı * Manchester kodlama Sonlandırıcı T bağlantı
10BaseT ve 100BaseT Yıldız bağlantı 10/100 Mbps hız T Twisted Pair anlamına gelir Hub yada switch ler bükülü kablo çiftleri kullanılarak yıldız topolojisi oluşturacak biçimde bağlantı oluşturur hub ın herhangi iki noktası arasında uzaklık < 100M olmalıdır.
Ethernet özet En popüler anahtarlanmış LAN teknolojisidir. Band genişlikleri: 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps, (10 Gbps) Max bus uzunluğu: 2500m 500m aralıklar maximum 4 tekrarlayıcı Bus ve Star topolojileri Noktalar, ağa bir Ethernet transceiver ı (alıcı/verici) si üzerinden bir hub yada anahtar ile bağlanırlar. Her bir nokta hat durumunu algılar ve işaretleri alır ve gönderir. Hub lar ortak paylaşılar yapılar oluşturmak için kullanılır. Ethernet üzerindeki tüm noktalar, ortama erişmek için yarış halindedir. Anahtarlar bu modeli bozar. Algoritma dağıtılmış olduğu için adaletli bir erişim olmaz. Ethernet tanım olarak bir yayım protokolüdür Herbir işaret tüm alıcılar tarafından alınabilir. Anahtarlar ise ayrı ayrı herbir noktanın erişimini sağlayabilir.
ETHERNET HUB ve SWITCH Bir Ethernet switch, Ethernet ağı üzerindeki terminallerin birbiriyle haberleşmesini sağlayan cihazdır. OSI nin ilk üç katmanında çalışanları varsa da (multi-layer switch), daha çok ilk 2 katmanda çalışırlar Ethernet Switchler, kendilerine bağlanan cihazların MAC bilgilerini tablolayarak, bağlı cihazlardan gelen bilgileri tamponlayıp, istenilen MAC adresine aktarırlar. Böylece, çarpışma olmaksızın ve full-duplex olarak çalışma sağlanacaktır. Daha üst katmanlarda çalışabilen Switch ler, ayrıca protokol süzgeçleme özelliğine de sahiptirler. Port mirroring özelliği bulunan switch ler, istenilen portlarına gelen bilgiler, ayrıca belirlenen bir port a da yansıtabilirler. Ethernet Hub akıllı bir cihaz değildir. Yalnızca, birden fazla cihazı yıldız bağlantıyla aynı ağa katmak için kullanılırlar. Bu nedenle de verimli değildirler.
Ethernet MAC Algoritması Geleneksel Ethernet, half duplex dir. Aloha da, gönderme kararları diğer noktaların durumlarına bakılmaksızın verilir. Bunu için ACK ve Timeout kullanılır Ethernet CSMA/CD kullanır noktalar herhangi birşey göndermeden önce hattı dinler. Eğer hat boş ise (taşıyıcı algılanmamış ise) Paket hemen gönderilir. Max. Mesaj boyutu 1500 byte dır giden ve gelen çerçeveler arası 96 bit süresi (9.6us 10 Mb için) beklenir. 100 Mb için 960 ns, 1Gb için 96 ns Eğer hat dolu ise (carrier sensed) Hat boşalana kadar bekle ve paketi derhal gönder bu 1-persistent gönderme olarak isimlendirilir. Eğer çarpışma algılanırsa Gönderme durdurulur ve işaret karıştırılır Sonra tekrar denenir.
Üç değişik gönderme başlatma seçeneği vardır. Israrcı olmayan (nonpersistant) Burada hat meşgul ise belirli bir olasılık dağılımına göre beklenir ve hattın meşguliyeti tekrar kontrol edilir. Hat boş ise hemen gönderme yapılır Hat boş bekleyebilir. 1 ısrarcı ( 1-persistant) Burada hat meşgul ise, meşguliyet bitene kadar beklenir. Meşguliyet bittiği anda gönderme yapılır. Birden fazla istasyon beklemedeyse çarpışma kaçınılmazdır. ( 1-persistant) istasyonlar bencildir. P- ısrarcı (p-persistant) Kural: Çarpışmalar engellenmeye çalışılır (ısrarcı olmayan gibi). Boş zaman azaltılmaya çalışılır. (1-ısrarcı gibi) 1.Ortam boş ise, p olasılıkla gönder, yada (1 p) olasılıkla bir zaman birimi bekle Zaman birimi tipik olarak max yayılım gecikmesidir. 2.Eğer ortam meşgul ise,boşalana kadar bekle ve adım 1 i tekrarla 3.Eğer aktarın bir zaman birimi geciktirilirse,adım 1 i tekrarla
CSMA/CD için durum diyagramı Paket? hayır Taşıyıcı algıla Gönder Çarpışma algıla Paketi sil deneme < 16 deneme == 16 evet Kanalı karıştır b=calcbackoff(); bekle(b); deneme++;
Çarpışma Çarpışma her iki tarafın hattın boş olduğunu algılayıp, gönderme yapmasıyla oluşur. A, 0 zamanında başlar A A B B Mesaj T süresinde B ye ulaşırken B mesaj gönderir ve çarpışma oluşur. A çarpışma olduğundan nasıl emin olabilir.
Çarpışma algılama A çarpışma olduğunu nasıl algılar? Çarpışma oluştuğunda yeniden göndermeyi sağlayacak bir mekanizma olmalıdır. A nın mesajı B ye T zamanında erişir. B nin mesajı A ya 2T zamanında erişir. Bu nedenle, A 2T zamanında hala gönderiyor olmalıdır. Slot süresi: Minimum çerçeve boyunu göndermek için gerekli süredir. 10 ve 100 Mbit için 512 bitlik süredir. Bu aynı zamanda, ağın boyunu sınırlar. Çarpışma ilk 512 bitte algılanmalıdır. (hız yüksek olduğundan GigaBit ethernet de min boy 4096 bit (512 byte dır)) IEEE 802.3 10 Mbit için 2T süresinin 51.2us olduğunu tanımlar. Bu istasyonlar arasındaki mesafenin ile ilgilidir. 10Mbps de bir bit 0.1us de gönderilir. 512 bits (64B) in gönderilmesi 51.2 us olacaktır. Slot süresi 100 Mb te 5.12 us olacaktır. (1Gbps de 4.096us) Bu nedenle, Ethernet çerceveleri en az 64B uzunlukta olmalıdır. 14B header, 46B data, 4B CRC Veri 46B dan küçükse padding yapılır. Đstasyon, tüm istasyonların çarpışmayı görebilmesi için 32 yada 48 bitlik bir karıştırma sinyali gönderir.
ARP PROTOKOLÜ Address Resolution Protocol, Haberleşilecek uç birimin MAC adresini bulmak için kullanılır. Đki modu vardır. Request Reply Sürekli broadcast olmaması için, adres tabloları tutulur Tersi RARP dır.
ARP paketleri broadcast biçiminde algılanır. Switch ler ARP paketlerini tüm birimlere ulaştırırlar. ARP paketleri Data link layer dadır ARP BAŞLIĞI Donanım tipi : Ethernet için 1 dir. Protocol tipi: IPv4 için 0x800 dür Donanım adres uzunluğu Ethernet için 6 dır Protokol adres uzunluğu IPv4 için 4 dür. Operation: gönderme için 1, yanıt için 2 dir. Gönderme çerçevesi için target hardware address önemli değildir. Yanıt çerçevesinde değeri alınır. Ethernet paketi içinde ARP görünümü