IEEE 802 hálózati szabványok
Az Institute of Electrical and Electronics Engineer ( Villamosmérnökök Intézete) több helyi hálózati szabványt is elõállított. Ezeket összefoglaló néven IEEE 802-ként ismerjük, amely magába foglalja a CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Colosion Detection - ütközésérzékeléses, csatornafigyelõ többszörös hozzáférésû), a vezérjeles sin és a vezérjeles gyûrû hálózatokat. Ezek a szabványok különböznek a fizikai réteget, valamint a közeghozzáférési vezérlés alréteget illetõen, de az adatkapcsolati réteg szintjén már kompatibilisek. Az IEEE szabványokat Amerikai Nemzeti Szabványként elfogadta az ANSI, Kormányzati szabványként az NSB és nemzetközi szabványként (ISO 8802 néven) az ISO (International Standards Organisation - Nemzetközi Szabványügyi Szervezet ).
A szabványokat részekre osztották, és mindegyiket külön könyvben publikálták. A 802.1 szabvány bevezetést nyújt a szabványhalmazba és meghatározza az interfész primitíveket. A 802.2 szabvány az adatkapcsolati réteg felsõ részét definiálja, amely az ún. LLC (Logical Link Control - logikai kapcsolatvezérlés ) protokollt használja. A 802.3, 802.4 és 802.5 részek három LAN-szabványt a CSMA/CD, a vezérjeles sín és a vezérjeles gyûrû szabványokat írják le. Mindhárom szabvány a fizikai réteget és a MAC (Medium Access Control - közeghozzáférési vezérlés) alréteget definiálja.
Az IEEE 802.3 szabvány és az ETHERNET
Az IEEE 802.3 szabvány egy 1-perzisztens CSMA/CD LAN-t specifikál. A rendszer alapgondolata a következõ. Mielõtt egy állomás adni akar, belehallgat a csatornába. Ha a kábel foglalt, akkor az állomás addig vár, amíg a csatorna üressé válik, máskülönben azonnal adni kezd. Ha egy üres kábelen két vagy több állomás egyszerre kezd adni, ütközés következik be. Minden ütközést szenvedett keretû állomásnak be kell fejeznie az adását, ezután véletlenszerû ideig várnia kell, majd az egész eljárást meg kell ismételnie.
A 802.3 szabványnak érdekes története van. A Xerox épített (1975) egy 2.94 Mbit/s-os CSMA/CD rendszert, mely 1km-es kábelen 100 személyi munkaállomást kötött össze. Ezt a rendszert a luminiferous éter után, amelyet valamikor az elektomágneses sugárzás közvetítô közegének hittek, Ethernetnek nevezték el. Az Ethernet olyan sikeres volt, hogy a Xerox, a DEC és az INTEL összefogva létrehozta a 10 Mbit/s-os Ethernet szabványt. A publikált 802.3 szabvány abban is különbözik az Ethernet specifikációtól, hogy egy teljes 1-perzisztens CSMA/CD rendszercsaládot ír le, 1-tõl 10 Mbit/s-os, 50 ohmos koaxiális kábelen futó alapsávú rendszer paramétereire is javaslatot ad.
Pár évvel ezelõtt az Ethernet hálózatok elterjedten használtak két különbözõ típusú koaxiális kábelt, népszerü nevükön a vastag Ethernetet és a vékony Ethernetet. Manapság az Ethernet hálózatok mindhárom rézalapú kábelt használják: az UTP (Unshielded Twisted Pair - Árnyékolatlan csavart érpár), vastag és vékony Ethernet kábelt.
A vastag Ethernet egy sárga kerti locsolócsôre emlékezteti az embert (a 802.3 ténylegesen nem követeli meg a sárga színt, de ajánlja). Ezen a kábelfajtán a csatlakozási pontokat 2,5m-enként megjelölték. A csatlakozás a kábelhez ún. megcsapolásos csatlakozóval lehetséges, mellyel a kábel folytonosságának megszakítása nékül lehet leágazást készíteni. A maximális szegmenshossz ilyen kábel alkalmazása esetén jelismétlõk nélkül 500 méter.
A vékony Ethernet vékonyabb, sokkal hajlékonyabb és szabványos ipari BNC csatlakozókkat használ. A vékony Ethernet alkalmazásával a kábelezési költségek jelentõsen csökkennek, ennek azonban ára van. A szegmens hossza lerövidül 185 méterre. A sodrott érpár csak erõs megszorításokkal és kiegészítôkkel (pl. HUB) használható a koaxiális kábel helyett.
Amennyiben a teljes kábelhossz valamilyen oknál fogva több mint a megengedett hossz ott ismétlõket (repeatereket) kell alkalmaznunk. Az ismétlõ fizikai rétegbéli eszköz. Mindkét irányból veszi a jeleket, felerõsíti és továbbítja azokat. A szoftver szemszögébõl az ismétlõkkel összekötött kábelszegmensek ekvivalensek egyetlen kábellel (eltekintve az ismétlõ által okozott késleltetéstõl). Egy rendszer többszegmest és több ismétlõt is tartalmazhat, de nem lehet két olyan adó-vevõ, amely 2,5 km-nél távolabbra helyezkedik el egymástól, ill. nem lehet olyan adó-vevõ közötti út, mely négynél több ismétlõn megy keresztül. A kábelhálózatok építésének egyik lehetséges módja az, amikor a különálló szemenshalmazokat hidak (bridge) segítségével kötik össze, amelyeket szelektív ismétlõknek is neveznek. Az IEEE 802.3 szabvány által támogatott kábeltopológiák a következõ 1. ábrán láthatók:
Click here for Picture
lineáris gerinc fa szegmentált
1. ábra
Az IEEE 802.4 szabvány: vezérjeles sín
Bár a 802.3-at elterjedten használják hivatalokban, a General Motors és más gyártásautomatizálásban érdekelt vállalatok komoly fenntartással kezelték e szabványt a fejlõdésük során. Ennek oka az volt, hogy valószínûségi alapon mûködõ MAC protokolljából következôen, ha egy állomásnak nincs szerencséje, akkor esetleg nagyon sokáig nem képes keretet küldeni (vagyis a legrosszabb esetnek nincs korlátja), Egy másik ok az volt, hogy a 802.3 kereteknek nincsen prioritása, ami alkalmatlanná teszi azokat valósidejû renszerekben való használatra. Ott ugyanis egy fontos keretet nem tarthatnak fel kevésbé fontos keretek.
A 802-es bizottság gyártásautomatizálási szakemberei a gyûrû koncepcióját kedvelték, nem kedvelték viszont annak fizikai megvalósítását, mivel a gyûrûkábelben elôforduló hiba az egész hálózatot megbéníthatja. Továbbá nyilvánvaló, hogy a gyûrû topológia kevéssé illeszkedik a futószalagok egyenes vonalú topológiájához. Végeredményben egy új szabványt fejlesztettek ki, amely a 802.3 üzenetszórásos kábelének megbízhatóságával, ugyanakkor kiszámítható legrosszabb esetbeli viselkedéssel rendelkezik. Ez a 802.4 szabvány (IEEE 1985), amelyet vezérjeles sínnek (token bus) is neveznek (2. ábra)
Click here for Picture
2. ábra
Fizikailag a vezérjeles sín lineáris vagy fa elrendezésû kábel, amelyre állomásokat csatlakoztatnak. Logikailag az állomások gyûrûbe szervezettek, amelyben minden állomás ismeri a bal, ill. a jobb oldali szomszéd állomásának címét. Amikor a gyûrût üzembe helyezik, elsôként a legmagasabb sorszámú állomás küldhet. Miután megtette, a küldés jogát továbbadja a közvetlen szom-szédjának. Ez egy speciális vezérlôkeret, az ún. vezérjel (token) elküldésével végzi el. A vezérjel a logikai gyûrû mentén körbejár. Küldési joga csak a vezérjelet aktuálisan birtokló állomásnak van. Mivel egyszerre csak egy állomás birtokolhatja a vezérjelet, ezért ütközés soha nem fordulhat elô. Fontos megértenünk, hogy az állomások fizikai sorrendje lényegtelen. Mivel a kábel (tulajdonságából fakadóan) egy üzenetszórásos közeg, ezért minden állomás minden keretet vesz, de nem veszi figyelembe azt, amelyik nem neki szól. Amikor egy állomás továbbadja a vezérjelet, akkor úgy küldi el a közvetlen logikai gyûrûszomszédjának címzett vezérjelkeretet, hogy valójában nem ismeri annak fizikai helyét. Azt is érdemes megjegyeznünk, hogy amikor az állomásokat bekapcsolják, nem kerülnek azonnal a gyûrûbe, az állomások gyûrûbe juttatása, ill. az onnani törlése a MAC protokoll hatáskörébe tartozik.A fizikai réteghez a vezérjeles busz a kábeltelevíziózásban alkalmazott 75 ohm szélessávú koaxiális kábelt használja. Mind az egy-, mind a kétkábeles rendszer engedélyezett, fôállomással vagy anélkül. Két különbözô analóg modulációs módszer engedélyezett: fázisfolytonos frekvenciabillentyûzés és a duobináris amplitudómodulált fázibillentyûzés. Lehetséges sebességek: 1,5 és 10 Mbit/s. Mindent összevetve a fizikai réteg teljesen inkompatibilis 802.3-al, és sokkal bonyolultabb.
Az IEEE 802.5 szabvány: vezérjeles gyûrû
Gyûrûhálózatok már sok-sok éve mûködnek és régóta használtak, mind helyi, mind nagytávolságú hálózatok kialakítási formájaként. Számos vonzó tulajdonságuk mellet tény az, hogy a gyûrû nem igazán alkalmas üzenetszórá-sos átvitelre, hiszen tulajdonképpen kör alakba rendezett, két pont közötti kapcsolatok halmaza. A két pont közötti kapcsolatok technológiai háttere jól ismert, kipróbált és sokféle közegen biztosítható, így sodrott érpáron, koaxiális kábelen vagy optikai szálon is. A gyûrû technológia majdnem teljesen digitális, szemben pl. a 802.3-al, amely jelentôs mennyiségû analóg komponenst tartalmaz az ütközések érzékeléséhez. A gyûrû szintén fair és kiszámítható felsô határú csatornahozzáférést biztosít. Ezen tulajdonsága miatt az IBM saját LAN-ját a gyûrû architektúrára alapozta (3. ábra)
Click here for Picture
3. ábra
A vezérjeles gyûrûben, ha az állomások tétlenek, akkor egy speciális bitminta az ún. vezérjel (token) jár körbe. Amikor egy állomás keretet akar küldeni, akkor még a küldés elôtt meg kell szereznie a vezérjelet, és el kell távolítania a gyûrûbôl.
Mivel csak egyetlen vezérjel van, ezért csak egyetlen állomás adhat egyszerre, így tehát a csatornahozzáférés ugyanúgy oldódik meg, mint a vezérjeles sín esetén.
Ahogy a fentiekben említettük, egy gyûrû valójában két pont közötti kapcsolatokkal összekötött gyûrû interfészek gyûjteménye. Minden gyûrûinterfészhez érkezô bit egy ideiglenes pufferba kerül, ahonnan az adott állomás ismét a gyûrûbe küldi ki. A pufferban lévô bitet a gyûrûbe való kiírás elôtt az állomás megvizsgálhatja, szükség szerint módosíthatja is. A bitek interfészeknél való bufferelése, másolása 1-bites késleltetést eredményez minden egyes állomásnál.
A vezérjeles gyûrû tervezésének további gondja az, hogy magának a gyûrûnek is elegendô késleltetéssel kell rendelkeznie ahhoz, hogy tétlen állomások esetén is képes legyen a teljes vezérjel befogadására és keringte-tésére. A késés két komponensbôl áll: az egyes állomások okozta 1 bites késleltetésbôl és a jelterjedési késleltetésbôl. A tervezôknek majdnem minden gyûrûben számolniuk kell az állomásoknak különbözô idôkben, különösen az éjszakára való kikapcsolásával. Ha az interfészek a gyûrûtôl kapják az áram ellátásukat, akkor az állomások kikapcsolása nincsen hatással az interfészre. Ha azonban az interfészek kívülrôl kapják az áramot akkor úgy kell azokat megtervezni, hogy kikapcsoláskor a bemenetük a kimenethez kapcsolódjon. Ez nyilvánvalóan megszünteti az 1-bites késleltetést. Rövid gyûrû esetén ezért éjszakára mesterséges késleltetéseket ültetnek be, így teszik képessé a gyûrût a vezérjel további fenntartására és keringtetésére.
A gyûrûinterfészeknek két üzemmódjuk van, a vételi és az adási. Vételi üzemben a jelek 1-bites késéssel egyszerûen a kimenetre másolódnak. Adási üzemmódban, amely csak a vezérjel megszerzése után következhet be, az interfész megszakítja a kapcsolatot a bemenet és a kimenet között, és saját adatait viszi át a gyûrûre. Azért, hogy a vételibôl az adási üzemmódba való átkapcsolás 1 bitidô alatt megvalósítható legyen, az interfészeknek rendszerint pufferelni kell a az elküldendô egy vagy több keretet (4. ábra)
Click here for Picture
4.ábra
A fizikai rétegben a 802.5 1 vagy 4 Mbit/s-os sebességre alkalmas árnyékolt sodrott érpárat használ (STP). A IBM verziója, akárcsak a legtöbb vezérjeles gyûrû, 4 Mbit/s sebességen mûködik. A jeleket a különbségi Manchaster-kódolással kódolják. A magas és alacsony logikai értéket 3,0-4,5 V közötti pozitív, ill. negatív jelek képviselik.
A gyûrûhálózatok egyik kritikája az, hogy a kábel bárhol elôforduló megszakadása esetén az egész gyûrû meghal. Ez a probléma nagyon elegánsan megoldható egy ún. huzalközponttal (wire center), amely a 5 ábrán látható. Míg logikailag az állomások gyûrût alkotnak, addig fizikailag állomásonként (legalább) kér sodrott érpárral a huzalközpontba csatlakoznak. Az egyik érpár az állomások felé, a másik érpár az állomásoktól a központ felé irányuló adatok átvitelét végzi.
Click here for Picture
5. ábra
A huzalközponton belül terelô relék vannak, amelyeket az állomások látnak el árammal. Ha a gyûrû megszakad, vagy egy állomás meghibásodik, akkor a tápáram hibája miatt a relé elenged, így az állomás kikerül a logikai gyûrûbôl. A reléket szoftver is mûködtetheti, így lehetôség nyílik olyan diagnosztikai programok írására, amelyekkel az állomások egyenkénti kiiktatása révén hibás állomásokat, ill. gyûrûszegmenseket fel lehet fedezni. A gyûrû a rossz szegmens kiiktatása után tovább mûködik. Bár a 802.5 nem követeli meg ennek a gyakran csillagalakú gyûrûnek (star-shaped ring) nevezett gyûrûtípusnak a használatát, de a gyakorlatban elvárják, hogy a 802.5 LAN-ok a megbízhatóság és a karbantarthatóság növelése érdekében huzalközponttal rendelkezzenek. Amikor a hálózat több, egymástól messze fekvô állomáscsoportból áll, akkor a több huzalközpontból álló topológia is létrehozható. Ezt úgy képzelhetjük el, hogy az ábrán az egyik állomáskábelt egy távoli huzalközpontba tartó kábel váltja fel.
Optikai szálas hálózatok
Az eddig tárgyalt három 802 LAN réz alapanyagú átviteli közeget használ. Az optikai szálak azonban nemcsak nagytávolságú kétpontos kapcsolatok kiváltásában fontosabbak, hanem a nagyvárosi és a helyi számítógép-hálózatoknál is nô a szerepük. Az optikai szálnak nagy a sávszélessége, vékony és könnyû, valamint érzéketlen a nagy villamos gépek (pl. felvonók) által keltett erôs elektromágneses zavarra, a villámlások okozta impulzuszajokra, sôt kitûnô információvédelmi tulajdonságú, mivel szinte lehetetlen észrevétlenül megcsapolni.
FDDI
Az FDDI (Fiber Distributed Data Interface - optikai szálas elosztott adatinterfész) egy nagy teljesítményû, optikai szálas vezérjeles gyûrû LAN, amely maximálisan 200 km-t képes áthidalni, 100Mbit/s-os sebességû és legfeljebb 1000 állomás összekötésére alkalmas. Ugyanúgy használható, mint akármelyik 802 LAN, de nagy sávszélessége miatt gyakran használják az ábrán látható gerinchálózatnak is (6. ábra), amelyek réz alapú hálózatokhoz kapcsolódnak. Az FDDI-II az FDDI utódja, amelyet úgy módosítottak, hogy a közönséges adatokon kívül képes hang, vagy ISDN-forgalomhoz szinkron vonalkapcsolt PCM (Pulse Code Modulation - impulzuskód-moduláció) adatokat is kezelni.
Click here for Picture
6. ábra
Az FDDI sokmódusú szálakat használ, mert a csak 100 Mbit/s sebességgel mûködô hálózatoknál nincsen szükség a többletköltséget jelentô egymódusú szálakra. Lézer helyett is LED-eket használ, nemcsak mert olcsóbbak, hanem azért is, mert sokszor a felhasználói munkaállomásokat közvetlenül az FDDI-hez kötik. Ez utóbbi ugyanis kíváncsi felhasználó esetén veszélyes lehet, mert ha valaki lehúzza az optikai szálról a csatlakozót és kíváncsian belenéz, hogy vajon hogyan röpködnek ebben 100 Mbit/-s-mal a bitek, akkor lézer használata esetén az illetô retinája könnyen kilyukadhat. LED-ek esetén ilyen veszély nincs, mert nem elég erôsek ahhoz, hogy roncsoljanak , viszont elég erôsek ahhoz, hogy az adatokat 100 Mbit/s sebességgel pontosan szállítsák. Az FDDI specifikációja 2,5 Click here for Picture bitenként legfeljebb 1 hiba elôfordulását engedélyezi. Sok implementáció még ennél is sokkal jobb hibaaránnyal mûködik.
Az FDDI kábelezése két optikai szálas gyûrûbôl áll, amelyek közül, ahogy a 7/a ábrán is látszik, az egyik az óramutató járásával megegyezô, míg a másik azzal ellentétes irányban továbbít adatokat. Ha az egyik szál meghibásodik, akkor a másik tartalékként felhasználható. Ha mindkettô ugyazon ponton szakad meg, pl. tûz vagy bármi más következtében, akkor a két gyûrû az ábrán látható módon egyetlen, megközelítôleg kétszer hosszú gyûrûvé alakítható (7/b ábra). Minden állomás relékkel van felszerelve, amelyek gyûrûk összekapcsolására és a meghibásodott állomások elkerülésére használhatók. Akárcsak a 802.5 esetében itt is lehet huzalközpontú.
Click here for Picture
7. ábra
Az FDDI két állomásosztályt definiál, az A-t és a B-t. Az A osztályú állomások mindkét gyûrûhöz hozzákapcsolódhatnak. Az olcsóbb B osztályú állomások csak az egyik gyûrûhöz csatlakoznak. A hibatûrés fontosságától függôen üzembe helyezéskor tiszta A, tiszta B, vagy kombinált állomásokból építik fel a hálózatot.
A fizikai réteg nem használ Manchaster-kódolást, mert a 100Mbit/s-os Manchaster-kódolás 200Mbaud-ot követelt volna, és ezt a tervezôk túl kölségesnek ítélték meg. Ehelyett a 4 az 5-bôl (4 out of 5) kódolást alkalmazzák. E kódolásnak az az elônye, hogy sávszélességet takarít meg, hátránya viszont, hogy elveszíti a Manchaster-kódolás önszinkronizáló tulajdonságát. Ennek kompenzálására a küldô egy hosszú elôtagot küld a keret elején, amely a vevõ órájának szinkronba hozására alkalmas.
Az alap FDDI protokoll modellje 802.5 protokollon alapszik. Egy különbség az FDDI és a 802.5 között az, hogy a 802.5 addig nem állít elô új vezérjelet, amíg a saját kerete körbejárva a gyûrût vissza nem ért. Az FDDI-ben, amely potenciálisan 1000 állomásból és 200 km optikai szálból áll, ez a stratégia jelentôs késést eredményezne. Emiatt egy állomás a keret elküldésének pillanata után már új vezérjelet bocsájthat ki a gyûrûre. Egy nagy gyûrûben akár több keret is keringhet egyszerre.
Az Institute of Electrical and Electronics Engineer ( Villamosmérnökök Intézete) több helyi hálózati szabványt is elõállított. Ezeket összefoglaló néven IEEE 802-ként ismerjük, amely magába foglalja a CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Colosion Detection - ütközésérzékeléses, csatornafigyelõ többszörös hozzáférésû), a vezérjeles sin és a vezérjeles gyûrû hálózatokat. Ezek a szabványok különböznek a fizikai réteget, valamint a közeghozzáférési vezérlés alréteget illetõen, de az adatkapcsolati réteg szintjén már kompatibilisek. Az IEEE szabványokat Amerikai Nemzeti Szabványként elfogadta az ANSI, Kormányzati szabványként az NSB és nemzetközi szabványként (ISO 8802 néven) az ISO (International Standards Organisation - Nemzetközi Szabványügyi Szervezet ).
A szabványokat részekre osztották, és mindegyiket külön könyvben publikálták. A 802.1 szabvány bevezetést nyújt a szabványhalmazba és meghatározza az interfész primitíveket. A 802.2 szabvány az adatkapcsolati réteg felsõ részét definiálja, amely az ún. LLC (Logical Link Control - logikai kapcsolatvezérlés ) protokollt használja. A 802.3, 802.4 és 802.5 részek három LAN-szabványt a CSMA/CD, a vezérjeles sín és a vezérjeles gyûrû szabványokat írják le. Mindhárom szabvány a fizikai réteget és a MAC (Medium Access Control - közeghozzáférési vezérlés) alréteget definiálja.
Az IEEE 802.3 szabvány és az ETHERNET
Az IEEE 802.3 szabvány egy 1-perzisztens CSMA/CD LAN-t specifikál. A rendszer alapgondolata a következõ. Mielõtt egy állomás adni akar, belehallgat a csatornába. Ha a kábel foglalt, akkor az állomás addig vár, amíg a csatorna üressé válik, máskülönben azonnal adni kezd. Ha egy üres kábelen két vagy több állomás egyszerre kezd adni, ütközés következik be. Minden ütközést szenvedett keretû állomásnak be kell fejeznie az adását, ezután véletlenszerû ideig várnia kell, majd az egész eljárást meg kell ismételnie.
A 802.3 szabványnak érdekes története van. A Xerox épített (1975) egy 2.94 Mbit/s-os CSMA/CD rendszert, mely 1km-es kábelen 100 személyi munkaállomást kötött össze. Ezt a rendszert a luminiferous éter után, amelyet valamikor az elektomágneses sugárzás közvetítô közegének hittek, Ethernetnek nevezték el. Az Ethernet olyan sikeres volt, hogy a Xerox, a DEC és az INTEL összefogva létrehozta a 10 Mbit/s-os Ethernet szabványt. A publikált 802.3 szabvány abban is különbözik az Ethernet specifikációtól, hogy egy teljes 1-perzisztens CSMA/CD rendszercsaládot ír le, 1-tõl 10 Mbit/s-os, 50 ohmos koaxiális kábelen futó alapsávú rendszer paramétereire is javaslatot ad.
Pár évvel ezelõtt az Ethernet hálózatok elterjedten használtak két különbözõ típusú koaxiális kábelt, népszerü nevükön a vastag Ethernetet és a vékony Ethernetet. Manapság az Ethernet hálózatok mindhárom rézalapú kábelt használják: az UTP (Unshielded Twisted Pair - Árnyékolatlan csavart érpár), vastag és vékony Ethernet kábelt.
A vastag Ethernet egy sárga kerti locsolócsôre emlékezteti az embert (a 802.3 ténylegesen nem követeli meg a sárga színt, de ajánlja). Ezen a kábelfajtán a csatlakozási pontokat 2,5m-enként megjelölték. A csatlakozás a kábelhez ún. megcsapolásos csatlakozóval lehetséges, mellyel a kábel folytonosságának megszakítása nékül lehet leágazást készíteni. A maximális szegmenshossz ilyen kábel alkalmazása esetén jelismétlõk nélkül 500 méter.
A vékony Ethernet vékonyabb, sokkal hajlékonyabb és szabványos ipari BNC csatlakozókkat használ. A vékony Ethernet alkalmazásával a kábelezési költségek jelentõsen csökkennek, ennek azonban ára van. A szegmens hossza lerövidül 185 méterre. A sodrott érpár csak erõs megszorításokkal és kiegészítôkkel (pl. HUB) használható a koaxiális kábel helyett.
Amennyiben a teljes kábelhossz valamilyen oknál fogva több mint a megengedett hossz ott ismétlõket (repeatereket) kell alkalmaznunk. Az ismétlõ fizikai rétegbéli eszköz. Mindkét irányból veszi a jeleket, felerõsíti és továbbítja azokat. A szoftver szemszögébõl az ismétlõkkel összekötött kábelszegmensek ekvivalensek egyetlen kábellel (eltekintve az ismétlõ által okozott késleltetéstõl). Egy rendszer többszegmest és több ismétlõt is tartalmazhat, de nem lehet két olyan adó-vevõ, amely 2,5 km-nél távolabbra helyezkedik el egymástól, ill. nem lehet olyan adó-vevõ közötti út, mely négynél több ismétlõn megy keresztül. A kábelhálózatok építésének egyik lehetséges módja az, amikor a különálló szemenshalmazokat hidak (bridge) segítségével kötik össze, amelyeket szelektív ismétlõknek is neveznek. Az IEEE 802.3 szabvány által támogatott kábeltopológiák a következõ 1. ábrán láthatók:
Click here for Picture
lineáris gerinc fa szegmentált
1. ábra
Az IEEE 802.4 szabvány: vezérjeles sín
Bár a 802.3-at elterjedten használják hivatalokban, a General Motors és más gyártásautomatizálásban érdekelt vállalatok komoly fenntartással kezelték e szabványt a fejlõdésük során. Ennek oka az volt, hogy valószínûségi alapon mûködõ MAC protokolljából következôen, ha egy állomásnak nincs szerencséje, akkor esetleg nagyon sokáig nem képes keretet küldeni (vagyis a legrosszabb esetnek nincs korlátja), Egy másik ok az volt, hogy a 802.3 kereteknek nincsen prioritása, ami alkalmatlanná teszi azokat valósidejû renszerekben való használatra. Ott ugyanis egy fontos keretet nem tarthatnak fel kevésbé fontos keretek.
A 802-es bizottság gyártásautomatizálási szakemberei a gyûrû koncepcióját kedvelték, nem kedvelték viszont annak fizikai megvalósítását, mivel a gyûrûkábelben elôforduló hiba az egész hálózatot megbéníthatja. Továbbá nyilvánvaló, hogy a gyûrû topológia kevéssé illeszkedik a futószalagok egyenes vonalú topológiájához. Végeredményben egy új szabványt fejlesztettek ki, amely a 802.3 üzenetszórásos kábelének megbízhatóságával, ugyanakkor kiszámítható legrosszabb esetbeli viselkedéssel rendelkezik. Ez a 802.4 szabvány (IEEE 1985), amelyet vezérjeles sínnek (token bus) is neveznek (2. ábra)
Click here for Picture
2. ábra
Fizikailag a vezérjeles sín lineáris vagy fa elrendezésû kábel, amelyre állomásokat csatlakoztatnak. Logikailag az állomások gyûrûbe szervezettek, amelyben minden állomás ismeri a bal, ill. a jobb oldali szomszéd állomásának címét. Amikor a gyûrût üzembe helyezik, elsôként a legmagasabb sorszámú állomás küldhet. Miután megtette, a küldés jogát továbbadja a közvetlen szom-szédjának. Ez egy speciális vezérlôkeret, az ún. vezérjel (token) elküldésével végzi el. A vezérjel a logikai gyûrû mentén körbejár. Küldési joga csak a vezérjelet aktuálisan birtokló állomásnak van. Mivel egyszerre csak egy állomás birtokolhatja a vezérjelet, ezért ütközés soha nem fordulhat elô. Fontos megértenünk, hogy az állomások fizikai sorrendje lényegtelen. Mivel a kábel (tulajdonságából fakadóan) egy üzenetszórásos közeg, ezért minden állomás minden keretet vesz, de nem veszi figyelembe azt, amelyik nem neki szól. Amikor egy állomás továbbadja a vezérjelet, akkor úgy küldi el a közvetlen logikai gyûrûszomszédjának címzett vezérjelkeretet, hogy valójában nem ismeri annak fizikai helyét. Azt is érdemes megjegyeznünk, hogy amikor az állomásokat bekapcsolják, nem kerülnek azonnal a gyûrûbe, az állomások gyûrûbe juttatása, ill. az onnani törlése a MAC protokoll hatáskörébe tartozik.A fizikai réteghez a vezérjeles busz a kábeltelevíziózásban alkalmazott 75 ohm szélessávú koaxiális kábelt használja. Mind az egy-, mind a kétkábeles rendszer engedélyezett, fôállomással vagy anélkül. Két különbözô analóg modulációs módszer engedélyezett: fázisfolytonos frekvenciabillentyûzés és a duobináris amplitudómodulált fázibillentyûzés. Lehetséges sebességek: 1,5 és 10 Mbit/s. Mindent összevetve a fizikai réteg teljesen inkompatibilis 802.3-al, és sokkal bonyolultabb.
Az IEEE 802.5 szabvány: vezérjeles gyûrû
Gyûrûhálózatok már sok-sok éve mûködnek és régóta használtak, mind helyi, mind nagytávolságú hálózatok kialakítási formájaként. Számos vonzó tulajdonságuk mellet tény az, hogy a gyûrû nem igazán alkalmas üzenetszórá-sos átvitelre, hiszen tulajdonképpen kör alakba rendezett, két pont közötti kapcsolatok halmaza. A két pont közötti kapcsolatok technológiai háttere jól ismert, kipróbált és sokféle közegen biztosítható, így sodrott érpáron, koaxiális kábelen vagy optikai szálon is. A gyûrû technológia majdnem teljesen digitális, szemben pl. a 802.3-al, amely jelentôs mennyiségû analóg komponenst tartalmaz az ütközések érzékeléséhez. A gyûrû szintén fair és kiszámítható felsô határú csatornahozzáférést biztosít. Ezen tulajdonsága miatt az IBM saját LAN-ját a gyûrû architektúrára alapozta (3. ábra)
Click here for Picture
3. ábra
A vezérjeles gyûrûben, ha az állomások tétlenek, akkor egy speciális bitminta az ún. vezérjel (token) jár körbe. Amikor egy állomás keretet akar küldeni, akkor még a küldés elôtt meg kell szereznie a vezérjelet, és el kell távolítania a gyûrûbôl.
Mivel csak egyetlen vezérjel van, ezért csak egyetlen állomás adhat egyszerre, így tehát a csatornahozzáférés ugyanúgy oldódik meg, mint a vezérjeles sín esetén.
Ahogy a fentiekben említettük, egy gyûrû valójában két pont közötti kapcsolatokkal összekötött gyûrû interfészek gyûjteménye. Minden gyûrûinterfészhez érkezô bit egy ideiglenes pufferba kerül, ahonnan az adott állomás ismét a gyûrûbe küldi ki. A pufferban lévô bitet a gyûrûbe való kiírás elôtt az állomás megvizsgálhatja, szükség szerint módosíthatja is. A bitek interfészeknél való bufferelése, másolása 1-bites késleltetést eredményez minden egyes állomásnál.
A vezérjeles gyûrû tervezésének további gondja az, hogy magának a gyûrûnek is elegendô késleltetéssel kell rendelkeznie ahhoz, hogy tétlen állomások esetén is képes legyen a teljes vezérjel befogadására és keringte-tésére. A késés két komponensbôl áll: az egyes állomások okozta 1 bites késleltetésbôl és a jelterjedési késleltetésbôl. A tervezôknek majdnem minden gyûrûben számolniuk kell az állomásoknak különbözô idôkben, különösen az éjszakára való kikapcsolásával. Ha az interfészek a gyûrûtôl kapják az áram ellátásukat, akkor az állomások kikapcsolása nincsen hatással az interfészre. Ha azonban az interfészek kívülrôl kapják az áramot akkor úgy kell azokat megtervezni, hogy kikapcsoláskor a bemenetük a kimenethez kapcsolódjon. Ez nyilvánvalóan megszünteti az 1-bites késleltetést. Rövid gyûrû esetén ezért éjszakára mesterséges késleltetéseket ültetnek be, így teszik képessé a gyûrût a vezérjel további fenntartására és keringtetésére.
A gyûrûinterfészeknek két üzemmódjuk van, a vételi és az adási. Vételi üzemben a jelek 1-bites késéssel egyszerûen a kimenetre másolódnak. Adási üzemmódban, amely csak a vezérjel megszerzése után következhet be, az interfész megszakítja a kapcsolatot a bemenet és a kimenet között, és saját adatait viszi át a gyûrûre. Azért, hogy a vételibôl az adási üzemmódba való átkapcsolás 1 bitidô alatt megvalósítható legyen, az interfészeknek rendszerint pufferelni kell a az elküldendô egy vagy több keretet (4. ábra)
Click here for Picture
4.ábra
A fizikai rétegben a 802.5 1 vagy 4 Mbit/s-os sebességre alkalmas árnyékolt sodrott érpárat használ (STP). A IBM verziója, akárcsak a legtöbb vezérjeles gyûrû, 4 Mbit/s sebességen mûködik. A jeleket a különbségi Manchaster-kódolással kódolják. A magas és alacsony logikai értéket 3,0-4,5 V közötti pozitív, ill. negatív jelek képviselik.
A gyûrûhálózatok egyik kritikája az, hogy a kábel bárhol elôforduló megszakadása esetén az egész gyûrû meghal. Ez a probléma nagyon elegánsan megoldható egy ún. huzalközponttal (wire center), amely a 5 ábrán látható. Míg logikailag az állomások gyûrût alkotnak, addig fizikailag állomásonként (legalább) kér sodrott érpárral a huzalközpontba csatlakoznak. Az egyik érpár az állomások felé, a másik érpár az állomásoktól a központ felé irányuló adatok átvitelét végzi.
Click here for Picture
5. ábra
A huzalközponton belül terelô relék vannak, amelyeket az állomások látnak el árammal. Ha a gyûrû megszakad, vagy egy állomás meghibásodik, akkor a tápáram hibája miatt a relé elenged, így az állomás kikerül a logikai gyûrûbôl. A reléket szoftver is mûködtetheti, így lehetôség nyílik olyan diagnosztikai programok írására, amelyekkel az állomások egyenkénti kiiktatása révén hibás állomásokat, ill. gyûrûszegmenseket fel lehet fedezni. A gyûrû a rossz szegmens kiiktatása után tovább mûködik. Bár a 802.5 nem követeli meg ennek a gyakran csillagalakú gyûrûnek (star-shaped ring) nevezett gyûrûtípusnak a használatát, de a gyakorlatban elvárják, hogy a 802.5 LAN-ok a megbízhatóság és a karbantarthatóság növelése érdekében huzalközponttal rendelkezzenek. Amikor a hálózat több, egymástól messze fekvô állomáscsoportból áll, akkor a több huzalközpontból álló topológia is létrehozható. Ezt úgy képzelhetjük el, hogy az ábrán az egyik állomáskábelt egy távoli huzalközpontba tartó kábel váltja fel.
Optikai szálas hálózatok
Az eddig tárgyalt három 802 LAN réz alapanyagú átviteli közeget használ. Az optikai szálak azonban nemcsak nagytávolságú kétpontos kapcsolatok kiváltásában fontosabbak, hanem a nagyvárosi és a helyi számítógép-hálózatoknál is nô a szerepük. Az optikai szálnak nagy a sávszélessége, vékony és könnyû, valamint érzéketlen a nagy villamos gépek (pl. felvonók) által keltett erôs elektromágneses zavarra, a villámlások okozta impulzuszajokra, sôt kitûnô információvédelmi tulajdonságú, mivel szinte lehetetlen észrevétlenül megcsapolni.
FDDI
Az FDDI (Fiber Distributed Data Interface - optikai szálas elosztott adatinterfész) egy nagy teljesítményû, optikai szálas vezérjeles gyûrû LAN, amely maximálisan 200 km-t képes áthidalni, 100Mbit/s-os sebességû és legfeljebb 1000 állomás összekötésére alkalmas. Ugyanúgy használható, mint akármelyik 802 LAN, de nagy sávszélessége miatt gyakran használják az ábrán látható gerinchálózatnak is (6. ábra), amelyek réz alapú hálózatokhoz kapcsolódnak. Az FDDI-II az FDDI utódja, amelyet úgy módosítottak, hogy a közönséges adatokon kívül képes hang, vagy ISDN-forgalomhoz szinkron vonalkapcsolt PCM (Pulse Code Modulation - impulzuskód-moduláció) adatokat is kezelni.
Click here for Picture
6. ábra
Az FDDI sokmódusú szálakat használ, mert a csak 100 Mbit/s sebességgel mûködô hálózatoknál nincsen szükség a többletköltséget jelentô egymódusú szálakra. Lézer helyett is LED-eket használ, nemcsak mert olcsóbbak, hanem azért is, mert sokszor a felhasználói munkaállomásokat közvetlenül az FDDI-hez kötik. Ez utóbbi ugyanis kíváncsi felhasználó esetén veszélyes lehet, mert ha valaki lehúzza az optikai szálról a csatlakozót és kíváncsian belenéz, hogy vajon hogyan röpködnek ebben 100 Mbit/-s-mal a bitek, akkor lézer használata esetén az illetô retinája könnyen kilyukadhat. LED-ek esetén ilyen veszély nincs, mert nem elég erôsek ahhoz, hogy roncsoljanak , viszont elég erôsek ahhoz, hogy az adatokat 100 Mbit/s sebességgel pontosan szállítsák. Az FDDI specifikációja 2,5 Click here for Picture bitenként legfeljebb 1 hiba elôfordulását engedélyezi. Sok implementáció még ennél is sokkal jobb hibaaránnyal mûködik.
Az FDDI kábelezése két optikai szálas gyûrûbôl áll, amelyek közül, ahogy a 7/a ábrán is látszik, az egyik az óramutató járásával megegyezô, míg a másik azzal ellentétes irányban továbbít adatokat. Ha az egyik szál meghibásodik, akkor a másik tartalékként felhasználható. Ha mindkettô ugyazon ponton szakad meg, pl. tûz vagy bármi más következtében, akkor a két gyûrû az ábrán látható módon egyetlen, megközelítôleg kétszer hosszú gyûrûvé alakítható (7/b ábra). Minden állomás relékkel van felszerelve, amelyek gyûrûk összekapcsolására és a meghibásodott állomások elkerülésére használhatók. Akárcsak a 802.5 esetében itt is lehet huzalközpontú.
Click here for Picture
7. ábra
Az FDDI két állomásosztályt definiál, az A-t és a B-t. Az A osztályú állomások mindkét gyûrûhöz hozzákapcsolódhatnak. Az olcsóbb B osztályú állomások csak az egyik gyûrûhöz csatlakoznak. A hibatûrés fontosságától függôen üzembe helyezéskor tiszta A, tiszta B, vagy kombinált állomásokból építik fel a hálózatot.
A fizikai réteg nem használ Manchaster-kódolást, mert a 100Mbit/s-os Manchaster-kódolás 200Mbaud-ot követelt volna, és ezt a tervezôk túl kölségesnek ítélték meg. Ehelyett a 4 az 5-bôl (4 out of 5) kódolást alkalmazzák. E kódolásnak az az elônye, hogy sávszélességet takarít meg, hátránya viszont, hogy elveszíti a Manchaster-kódolás önszinkronizáló tulajdonságát. Ennek kompenzálására a küldô egy hosszú elôtagot küld a keret elején, amely a vevõ órájának szinkronba hozására alkalmas.
Az alap FDDI protokoll modellje 802.5 protokollon alapszik. Egy különbség az FDDI és a 802.5 között az, hogy a 802.5 addig nem állít elô új vezérjelet, amíg a saját kerete körbejárva a gyûrût vissza nem ért. Az FDDI-ben, amely potenciálisan 1000 állomásból és 200 km optikai szálból áll, ez a stratégia jelentôs késést eredményezne. Emiatt egy állomás a keret elküldésének pillanata után már új vezérjelet bocsájthat ki a gyûrûre. Egy nagy gyûrûben akár több keret is keringhet egyszerre.
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése