Sítě ISO 8802/IEEE 802.x

Projekt IEEE 802, normy ISO 8802.x

Normalizace aktuálního stavu lokálních sítí (původně firemní standardy), od konce roku 1982, základní sada dokončena r. 1985, 1987 převzalo ISO jako normu ISO 8802.

Stále se vyvíjí nové specifikace a revidují existující.

Normalizace vyhovuje OSI RM, pokrývá fyzickou a spojovou vrstvu a vazbu na síťovou vrstvu

Fyzická a spojová vrstva chápány jako společný blok, členěný na podvrstvy fyzickou, podvrstvu řízení média (MAC-Medium Access Control) a podvrstvu logického řízení spoje (LLC-Logical Link Control). MAC vrstva je specifická pro každý typ sítě (vždy specifikována samostatným doporučením, IEEE 802.x), nad nimi sjednocující společná LLC vrstva popsaná v IEEE 802.2.

Fyzická vrstva

MAC vrstva

Adresy MAC

• MAC adresa přiřazena každému fyzickému připojení k síti (stanice, mosty, směrovače)
• délka adresy 48 (připouští i 16 bitů, ale na jedné LAN jeden typ - nepoužívá se)
• první bit adresy: individuální(0)/skupinová(1) adresa
• druhý bit adresy: univerzálně(0)/ lokálně(1) přidělená adresa. Téměř vždy 0.
• globálně jednoznačné: 3 oktety kód výrobce (přiděluje ISO), 3 oktety přiděluje výrobce,
  
• (16-bitové adresy pouze lokálně přidělované)
• Samé jedničky - broadcast, samé nuly - testovací a prázdné rámce

Rámce

LLC vrstva

LLC vrstva definuje služby, které síť poskytuje (podpora potvrzovacích schémat). Umožňuje adresaci entit v rámci stanice (SAP, Service Access Points)

Informace a formáty rámců LLC jsou nezávislé na typu použité sítě (MAC vrstvě). LLC vrstva přidává hlavičku LLC, vychází z HDLC.

Funkce vrstvy LLC:
- error-control
- flow-control
- zakrývá rozdíly mezi sítěmi projektu 802, společný formát a rozhraní k síťové vrstvě

Typy služeb poskytovaných LLC:

1. nespojovaná služba nepotvrzovaná - nejrozšířenější, není flow control a error control, detekci chyb a zahazování chybných rámců řeší MAC vrstva
2. spojovaná služba - služba s navazováním logického spojení mezi SAP, korekce chyb, flow control, sekvencování rámců. Režim odpovídá Extended Asynchronous Balanced Mode v HDLC.
3. nespojovaná služba s potvrzováním - nejméně využívaná

Formát rámce LLC (umístěn v datové části MAC rámce)

DSAP-Destination Service Access Point
SSAP-Source Service Access Point
 - identifikují komunikující procesy na cílovém a zdrojovém počítači

Pozn.: v poli DSAP podporovány i skupinové a všeobecné adresy

V poli řízení podmnožina příkazů z HDLC.

Enkapsulace SNAP (SubNetwork Access Protocol)

Doporučení pro nejdůležitější typy sítí

• 802.3 - Sítě CSMA/CD (Ethernet)
• 802.4 - Token Bus
• 802.5 - Token Ring
• 802.6 - MAN DQDB (Dual-queue Data Bus)
• 802.11 - bezdrátové lokální sítě
• 802.14 - sítě HFC (Hybrid Fiber Coax), přístupové sítě na koaxiálních rozvodech sítí (CATV) a optickou páteří
• 802.15 - Bluetooth
• ...
  

Doporučení 802.1

• definuje vzájemnou návaznost ostatních doporučení
• definuje mosty (bridges): transparentní mosty a mosty s explicitním směrováním (zdrojové směrování, source-route bridges)
• definice protokolu Spanning Tree - vyloučení smyček v topologii mostů (802.1d)
• virtuální sítě VLAN (802.1q)
• priorizace provozu (802.1p)

Ethernet

• Původně: DIX Ethernet (DEC-Intel-Xerox, Ethernet II), 10Mbps.
  Nemá vrstvu LLC.
• Později normalizováno: IEEE 802.3.
• Rozdíl pouze ve formátu rámce (interpretace pole type/length).
• Dnes používány oba formáty rámce.

Přístupová metoda CSMA/CD

• p-naléhající
• Maximální zpoždění signálu v síti definováno na 51,2 mikrosekund (512 bitových intervalů (64B) na 10Mb/s) (2x doba šíření signálu médiem + doba zpoždění ve všech opakovačích/rozbočovačích). Z něj plyne maximální rozsah sítě a maximální počet opakovačů s definovaným maximálním zpožděním signálu (pravidlo 5-4-3).
• Stanice detekující kolizi vysílá tzv. jam signál (32 bit) -> rozpoznání kolize ostatními stanicemi a zamezení dalšímu zbytečnému prodlužování kolize.
• po kolizi ustupování (exponential backoff)
  

Označování sítí Ethernet podle IEEE 802.3

Half/full duplex režim

• half duplex - kolizní prostředí
• full duplex - nekolizní (přepínané) prostředí
• u half duplexu je potřeba respektovat časování CSMA/CD a z něj plynoucí maximální délky kabelů
• u Gigabit Ethernetu výrazné délkové omezení i na full duplexu a multimode vláknech z důvodu disperze

Formát rámce

Pole Type/Length: identifikátory typu dat v datové části (protokolu) od 05DCh, nižší hodnoty reprezentují délku rámce

Povinná mezera mezi dvěma rámci (IFG, InterFrame Gap) 96 bitových intervalů

Poznámka: pro kódování dat použita modifikovaná PSK = Manchester.

10Base5
(Thick Ethernet, DIX Ethernet, ETHERNET II)

• DEC-Intel-Xerox
  
• Coax Yellow Cable (50ohm, průměr 10 mm), sběrnice (bus)
• Segment 500m ukončený terminátory, max 5 segmentů propojených 4 repeatery, stanice jen na třech segmentech - ostatní IRL (interrepeater links)
• Max 100 stanic na segment (vč. repeaterů), min. 2.5m od sebe
  
• External transceiver: se sítovými kartami propojen přes AUI (Attachment Unit Interface), na koaxiál připojen buď T-kusy (=> větší útlum) nebo konektor "připíchnut" přímo na kabel (wampire taps)
  Vzdálenost stanice-transceiver max 50 m (propojovací kabel AUI, D-konektor, využito 5 párů: TX, RX, detekce kolize, SQE-ověření obvodů detekce kolize, napájení transceiveru).
  Repeater má 2*AUI, na segmenty připojen přes transceivery.

Poznámka: SQE signál z transceiveru (hlášení o funkčnosti obvodů na detekci kolize) - zapnuto při připojení transceiveru k síťové kartě, vypnuto při připojení k opakovači. Při zapnutí generuje na určitou dobu kolizní signál do zařízení po každém rámci.

Poznámka: obecné rozšíření a využití AUI

10Base2 (Thin Ethernet)

• Coax RG58 (50ohm, průměr 5 mm), sběrnice (bus)
• segment 185m ukončený terminátory, max 5 segmentů propojených 4 repeatery, stanice jen na třech segmentech
• Max 30 stanic na segment, min. 0.5m od sebe
• Propojení: BNC konektory+T-rozbočky, transceiver přímo na síťové kartě

Poznámky

• Segmenty Thick a Thin Ethernet lze za zvláštních podmínek (omezení délky) kombinovat.
• Zemnění terminátorů - na jedné straně segmentu
• Víceportové opakovače (multiport repeaters)

10BaseT (Twisted Pair (TP) Ethernet)

• Kroucená dvoulinka 2*UTP kategorie 3,(4),5; hvězda (star, resp. tree)
  
• Konektory: RJ45, při pohledu OD slotu číslování zleva, použijí se páry 1/2 TX,3/6 RX
• Přípoj ke koncentrátoru (hub, switch) max 100m, min 0.6m
  
• Max 4 hub (=> max. vzdálenost mezi stanicemi 500m)
  
• Max. 512 stanic na "segment" (na celý strom)
  
• Repeatery (hub): 8/12/16 portů, některé stohovatelné (stackable), mívají také AUI, příp. 10Base2 nebo FO interrepeater link

Poznámky:

• Propojení rozbočovačů kroucenou dvoulinkou:
  Páry TX a RX se mezi stanicí a rozbočovačem se nekříží (překřížení na síťové kartě stanice), pro propojení rozbočovačů se musí překřížit (někdy je na jednom portu rozbočovače přepínač pro překřížení).
  Transceiver s AUI kříží.
  Při přímém propojení síťových karet zkříženo 2x, eliminuje se, nutný křížený kabel.
• Half vs. full duplex: V přepínaném Ethernetu lze na TP kabeláži přenášet v režimu half i full duplex (podporuje-li to switch)

10BaseF

• 10 Mb/s, fiber optic pro páteřní sítě, segment 2 km
• 10BaseFOIRL (10Base-FL) - Fiber Optic Interrepeater Link: pro propojení opakovačů na větší vzdálenost)
• 10BaseFP - pasivní optický rozbočovač pro propojení optických kabelů

100BaseT (Fast Ethernet)

• IEEE 802.3u
• vychází z 10BaseT, stejná metoda přístupu k médiu i formát rámce
• 2 páry UTP5, 100m, NIC zpravidla kompatibilní i s 10 Mbps (autodetekce rychlosti)
• SMF: 412m half duplex, 2 km full duplex
• kódování 4B5B a MLT3 (TP) - základní kmitočet 125 MHz
  

Fyzická vrstva 100BaseT

• 100BaseTX: UTP5, STP - 2 páry, kódování 4B5B + MLT, 125 MHz
• 100BaseFX: pro optická vlákna, max. vzdálenost stanice-rozbočovač 200m.
• další zřídka používané alternativy - pro kompatibilitu se starými kabelážemi
  (100BaseT2, 100BaseT4)
  

Obvykle zpětně kompatibilní s 10BaseT - startovaný interface 100Base vysílá tzv. fast link pulses (FLP), pokud je protistanice 10Base, ignoruje je, jinak vzájemná dohoda stanic podle normalizovaného algoritmu (algoritmu) na přenosové rychlosti a duplexu.

Možné topologie v režimu half duplex:

• dva uzly přímo spojené
• hvězda s N uzly, ve středu opakovač třídy I
• propojení dvou opakovačů třidy II vzdálených nejvýše 10 m
<>repeatery třídy I a II

- liší se maximální připustnou dobou zpoždění signálu, třída I umožňuje převod kódování, čili použití různých médii v jedné kolizní doméně (např. 100BaseTX na 100BaseT4)


- ve třídě I dovolen v síti jediný repeater, nelze spojovat; lze spojit 2 repeatery třídy II přes max 10 m UTP5 .

Gigabit Ethernet (802.3z)

• vývoj od r. 1995, původně předpokládané médium optika a koaxiální kabel, později práce na verzi pro kroucenou dvoulinku UTP5 (802.3ab, kompatibilita s existujícími rozvody)
• zrychlený Ethernet (CSMA nebo přepínání, rámec IEEE 802.3), topologie hvězda, zpravidla pro přepínané páteřní rozvody
• Kolizní varianta: problémy s min. délkou paketu (pro vzdálenosti jako klasický Ethernet). Řešení doplněním (na 512B místo 64B) nebo packet bursting.

Fyzická vrstva:

• Přejatý ANSI Fibre Channel (133Mpbs-1Gbps pro různé kabely - MMF, STP, koaxiál)
  • 1000Base-SX (short wavelength-850 nm, kódování - 8B10B, častější ): 62.5 um MMF 440m, 50 um MMF 550m
  • 1000Base-LX (long wavelength-1300 nm, kódování - 8B10B): SMF 3 km, 62.5 um MMF 440m, 50 um MMF 550m. Mnohdy použití tzv. offsetů za účelem omezení transverzálních vidů na MMF vlákně (zmenšení disperze).
• 1000Base-T: UTP5e, 4 páry, připojení 100m, problémy s odrazy na spojích (možnost rezonance a rozkmitání vedení).

Half duplex: max. dosah 2 x 100m (jediný opakovač)

10 Gigabit Ethernet