LAN – Local Area Networks (Lähiverkot) 010602000 – Luento 7 LAN – Local Area Networks (Lähiverkot)

LAN - lähiverkot Lähiverkkokonsepti kehitetty 1970-luvulla korvaamaan kalliit point-to-point –linkit verkon jakaminen käyttäjien kesken Sittemmin tullut yleisimmäksi verkkotyypiksi Viime vuosina on lähiverkkojen tapahtunut suuria muutoksia teknologioissa suunnittelussa verkkojen kaupallisissa sovelluksissa Erityisesti suurinopeuksiset lähiverkot kehittyneet nopeasti

LAN - lähiverkot Lähiverkkojen yleisyyden syitä halpa ja helposti saatavilla oleva tekniikka läheiset suhteet (locality of reference) tietokone on todennäköisemmin yhteydessä fyysisesti lähellä olevan koneen kanssa kuin kaukana olevan tietokone on todennäköisesti yhteydessä tiettyjen koneiden kanssa toistuvasti esim. työpaikat, perheet

Lähiverkkojen kehitys Lähiverkot ovat kehittyneet perinteisesti yhdessä PC-koneiden hyötykäytön kanssa PC-käytön tarpeet luoneet vaatimuksia myös lähiverkkojen kehitykselle Viime vuosiin asti lähiverkkojen tehtävänä on ollut yhdistää PC:t ja keskustietokoneet tai tarjota mahdollisuus työryhmäkommunikointiin verkon käyttö tiedostojen siirtoa, sähköpostia, tulostuspalveluiden käyttöä verkolta ei vaadittu suurta kapasiteettia tekniikoina Ethernet ja Token ring

Lähiverkkojen kehitys Kaksi merkittävää suuntausta PC-koneiden jatkuva tehonkasvu tuo mukanaan yhä monimutkaisemmat sovellukset yrityksissä keksitty uusia tapoja hyödyntää lähiverkkoa client / server –ajattelu intranetit Uudet suuntaukset vaativat myös verkolta enemmän kapasiteetti, viiveettömyys

Lähiverkkojen kehitys Esimerkkejä sovelluksista, jotka vaativat nopeita LAN:eja ”palvelinfarmit” erityisesti kuvan- ja videonkäsittelyssä ”tehotyöryhmät”, esim. työryhmissä tapahtuva CAD-työskentely paikalliset runkoverkot

Lähiverkkojen käyttökohteet PC-LAN yleinen LAN-kokoonpano, yhdistää PC-koneet ja yhteiset resurssit (esim. tulostin) kriteerinä edullisuus ja laitteiden liittämisen helppous Taustaverkot (Backend networks) yhdistää suurien järjestelmien osia toisiinsa (keskustietokoneet, supertietokoneet, tallennusverkot) piirteenä suurien tietomäärien siirto pienellä alueella, hyvä luotettavuus perusvaatimuksena edullinen hinta ei ykköskriteeri

Lähiverkkojen käyttökohteet Nopeat toimistoverkot perinteisten yhteistyötoimintojen lisäksi toimistoissa nykyään usein nopeita verkkoja vaativia toimintoja videon-/kuvankäsittely Yleensä toimita-ala laajempi kuin taustaverkossa Runkoverkko-LAN Korkeakapasiteettinen LAN yhdistämässä useita eri rakennusten tai osastojen LAN:t toisiinsa etuina yhteen LAN:iin nähden skaalattavuus, hinta, luotettavuus

Tallennusverkot Erottaa tallennuslaitteet tietyistä palvelimista, kaikki palvelimet voivat käyttää samaa tallennusverkkoa Siirtotie toteutettu yleensä valokuidulla Parantaa asiakaslaitteen ja tallennuslaitteen välistä tehokkuutta ja tallenuslaitteiden välistä yhteistyötä (varmuuskopio, monistus)

Tallennusverkot

LAN-arkkitehtuuri LAN arkkitehtuurien sisältö: Siirtotien tyyppi (pari- ja koaksiaalikaapelit, optinen kuitu Protokollatasot MAC = Medium Access Control LCC = Logical Link Control Topologiat Väylä ja puu -LANit Rengas-LANit Tähti-LANit Langattomat LANit

Lähiverkkojen siirtotiet, yleistä Erilaiset siirtotiet vaativat erilaiset laitteistot (verkkokortit) Siirtoteinä koaksiaali- ja parikaapeli, optinen kuitu, radiotie Käydään tarkemmin Ethernet-kaapeloinnin tyypit 10Base5, paksu ethernet (thick ethernet) 10Base2, ohut ethernet (thin ethernet) 10BaseT, parikaapeli-ethernet (twisted pair ethernet) 100BaseT (fast ethernet), 1000BaseT (gigabit ethernet)

10Base5, thick ethernet AUI – Attached Unit Interface

10Base5, thick ethernet multiplexor käytössä

10Base2, thin ethernet

10BaseT, twisted pair ethernet parikaapeli, lisäksi keskitin (hub) emuloimassa kaapeleita koneiden välillä

Esimerkki

Kaapelointien verkkoliittimet Parikaapeli-ethernet Paksu ethernet Ohut ethernet

LAN arkkitehtuuri LAN:ien arkkitehtuuri määritellään normaalisti kerrosmallin mukaisesti, kattaen 2 OSI:n kerrosta Fyysinen kerros Linkkikerros MAC (Medium Access Control) LLC (Logical Link Control) Ylemmän tason protokollat siirtävät datalohkoja lähiverkon ylitse OSI mallin alimmat 2 kerrosta (3. eli verkko-kerros on jo lähiverkosta riippumaton) IEEE 802 referenssimalli

IEEE 802 referenssimalli

LAN protokollat, IEEE 802 referenssimalli Fyysinen kerros Signaalien koodaus ja purku Synkronointi (preamble) Bittien siirto Siirtotie ja topologia Yleensä fyysisen kerroksen “alla”, mutta kuitenkin tärkeä LANien suunnittelulle. Siksi ovat mukana 802-mallissa

LAN protokollat, IEEE 802 referenssimalli Linkkikerros (Yhteys ylempiin kerroksiin) Kokoaa datan kehyksiksi yhdessä osoitteiden ja virheenkorjauksen kanssa Purkaa kehykset vastaanotettaessa Vastaa siirtotien “käyttövuoroista” Vuon valvonta ja virheenkorjaus Yhtenäinen rajapinta erilaisille verkoille Nämä OSI-mallin 2. kerroksen työt jaettu IEEE 802:ssa MAC ja LLC alikerroksille Käyttövuorojen hallinta MAC-protokollilla LLC:lle useita mahdollisia MAC-protokollia

MAC / LLC

LAN Topologiat Mahdollisia LAN-topologioita: Väylä Puu Rengas Tähti Väylärakenne on puun erikoistapaus (yksi runko, ei oksia) Erotettava fyysinen ja looginen toiminta parikaapeli-ethernet fyysisesti tähti, mutta loogisesti väylä

LAN Topologiat

Väylä ja puutopologia Yhden aseman lähetys kuuluu kaikille (signaali etenee lähettäjältä molempiin suuntiin) Terminaattorit poistavat signaalin siirtotieltä Vastaanottajan tunnistus (kaikilla asemilla yksikäsitteinen osoite) Lähetysvuorojen hallinta Yhtäaikaisuus / jatkuva lähetys ongelmina Käytetään datan siirtoon lähetyksiä

Väylä ja puutopologia

Väylä ja puutopologia Siirtotie Parikaapeli Ei parhaimmillaan nopeilla datanopeuksilla Kantataajuuskoaksiaalikaapeli (ohut Ethernet) Ethernet-käytössä Laajakaistakoaksiaalikaapeli (Paksu Ethernet) Sisältyy 802.3 spesifikaatioon, muttei enää käytössä Optinen kuitu Kallis Saatavuusongelmat Ei yleisessä käytössä lähiverkoissa

Rengastopologia Renkaassa yhdistetään joukko toistimia point-to-point linkeillä renkaan muotoon Toistin välittää bitit yksitellen tulevalta linkiltä lähtevälle Linkit toimivat yksisuuntaisesti Asemat liittyvät toistimiin Asemat lähettävät kehyksiä verkkoon, jossa ne kiertävät kunnes saapuvat takaisin lähettäjälle ja lähettäjä poistaa ne verkosta

Rengastopologia

Rengastopologia Siirtotie: Parikaapeli Koaksiaalikaapeli Optinen kuitu

Itsepalautuva rengas

Tähtitopologia Asemat on liitetty point-to-point linkeillä keskussolmuun (yleensä kaksi linkkiä) Keskussolmulla kaksi toimintavaihtoehtoa: Broadcast eli lähetys kaikille asemille (keskussolmuna kaapelointia emuloiva keskitin) => Fyysisesti tähti, loogisesti väylä Kytkentä eli saapuva kehys talletetaan keskussolmuun ja välitetään ainoastaan oikealle vastaanottajalle

Tähtitopologia Parikaapeliin perustuvat tähdet Parikaapelin käyttömahdollisuus lisännyt parikaapelitähtiä, koska Joissain tapauksissa ei ole kaapelikuluja (vanhat puhelinkaapelit kelpaavat) Kattavuus (puhelinkaapelit ovat jo lähes kaikkialla) Uuden kaapelin vetäminen edullista ja helppoa Asemat yhdistetään keskittimillä/kytkimillä (hub/switch) Keskittimet/kytkimet toimivat toistimina (toistetaan tuleva data joko kaikille asemille (hub) tai vain oikealle asemalle (switch)) Lähes kaikki nykypäivän lähiverkot ovat topologialtaan kytkettyjä tähtiä Keskittimiä/kytkimiä voidaan asettaa hierarkkisesti tasoihin

Kytkimen toimintaperiaate

Tähtitopologia (Kaksitasoinen)

Topologiatyyppien etuja ja haittoja Rengas- ja väylätopologia verkon saannin koordinointi ja verkon toiminnan tarkkailu helppoa jos rengas tai pääväylä katkaistaan, koko verkko katkeaa Tähti Kaapelin irrottaminen katkaisee vain 1 koneen yhteyden Vaatii enemmän kaapelia kuin toiset tekniikat (toisaalta puhelinkaapelointi usein riittävä)