Topologie sieciowe, standardy ethernet, wifi

Topologie sieciowe

Topologia sieciowa określa układ

komputerów,  okablowania  i  innych
urządzeń w sieci. Jest to fizyczna mapa
sieci.  Wybór  topologii  sieciowej  ma
wpływ na rodzaj i możliwości urządzeń
sieciowych,  zarządzanie  nimi  oraz
możliwości

przyszłej

rozbudowy.

Istnieją dwa rodzaje topologii, fizyczna
oraz logiczna:

Topologie sieciowe



Topologia

fizyczna

opisuje

fizyczną

realizację  sieci  komputerowej,  jej  układu
przewodów,  medium  transmisyjnych.  Poza
połączeniem  fizycznym  hostów  i  ustaleniem
standardu  komunikacji,  topologia  fizyczna
zapewnia  bezbłędną  transmisję  danych.
Topologia  fizyczna  jest  ściśle  powiązana  z
topologią logiczną np. koncentratory, hosty.



Topologia

logiczna

opisuje

sposób

przesyłania danych przez fizyczne urządzenia
sieciowe.

Topologie sieciowe

Istnieje pięć podstawowych

topologii sieciowych:



topologia magistrali;



topologia gwiazdy;



topologia pierścienia;



topologia pełnych połączeń;



topologia mieszana (hybryda).

Topologia magistrali

W  topologii  magistrali,  każdy  komputer
jest  podłączony  do  jednego  kabla  lub
segmentu  łączącego  je  w  jednej  linii.  W
tej

liniowej

topologii,

pakiet

jest

transmitowany

wszystkich

kart

sieciowych w danym segmencie.

Topologia magistrali

  Ze  względu  na  sposób  transmisji  sygnału
elektrycznego  przez  kabel,  końce  kabla
muszą  być  zamknięte  przez  urządzenia
nazywane  terminatorami,  działające  jako
granice  dla  sygnału  i  segmentu.  Jeśli  kabel
jest  przerwany  w  dowolnym  miejscu  lub  jeśli
końce  kabla  nie  są  zamknięte  terminatorami,
sygnał  elektryczny  przesyłany  jest  tam  i  z
powrotem  przez  sieć,  co  uniemożliwia
komunikację w całym segmencie.

Topologia magistrali

Liczba

komputerów

podłączonych

magistrali ma również wpływ na wydajność.

Im więcej komputerów jest podłączonych do

magistrali, tym więcej komputerów czeka na

możliwość przesłania danych, a co za tym

idzie, sieć jest coraz wolniejsza. Poza tym, ze

względu na sposób komunikacji komputerów

w topologii magistrali, generowanych jest

dużo kolizji. Kolizje jest to ruch generowany w

sieci przez komputery, które w tym samym

czasie próbują komunikować się z innymi

komputerami. Zwiększenie liczby komputerów

powoduje zwiększenie ilości kolizji, a co za

tym idzie spadek wydajności sieci.

Topologia gwiazdy

W topologii gwiazdy, kabel sieciowy z każdego

komputera jest podłączony do centralnego

urządzenia

zwanego

koncentratorem.

Koncentrator jest urządzeniem łączącym kilka

komputerów. W topologii gwiazdy, sygnał jest

przesyłany z komputera przez koncentrator, do

wszystkich komputerów w sieci. W większej

skali, wiele sieci LAN może być wzajemnie
połączonych w układzie topologii gwiazdy.

Topologia gwiazdy

Zaletą  topologii  gwiazdy  jest  to,  że  awaria
jednego  komputera  w  topologii  gwiazdy
powoduje,  że  tylko  on  nie  będzie  mógł
wysyłać  i  odbierać  danych.  Reszta  sieci
będzie

pracowała

normalnie.

Wadą  stosowania  tej  topologii  jest  to,  że
komputery  są  podłączone  do  koncentratora  i
jeśli  koncentrator  ulegnie  awarii,  cała  sieć
przestanie  funkcjonować.  Poza  tym,  w
topologii gwiazdy również występują kolizje.

Topologia pierścienia

W topologii pierścienia komputery połączone są

w zamkniętej pętli. W przeciwieństwie do

magistrali, nie ma końców zakończonych

terminatorami. Sygnał wędruje w pętli od

komputera do komputera, który pełni rolę

wzmacniaka

regenerującego

sygnał

wysyłającego go do następnego komputera. W

większej skali, sieci LAN mogą być połączone w

topologii pierścienia za pomocą grubego kabla

koncentrycznego lub światłowodu.

Topologia pierścienia

Metoda transmisji danych w pętli nazywana jest

przekazywaniem żetonu dostępu. Żeton dostępu

jest określoną sekwencją bitów zawierających

informację kontrolną. Przejęcie żetonu zezwala

urządzeniu w sieci na transmisję danych w sieci.

Każda sieć posiada tylko jeden żeton dostępu.

Komputer wysyłający, usuwa żeton z pierścienia i

wysyła dane przez sieć. Każdy komputer przekazuje

dane dalej, dopóki nie zostanie znaleziony

komputer, do którego pakiet jest adresowany.

Następnie komputer odbierający wysyła komunikat

do komputera wysyłającego o odebraniu danych. Po

weryfikacji, komputer wysyłający tworzy nowy

żeton dostępu i wysyła go do sieci.

Topologia pierścienia

Zaletą topologii pierścienia jest:



to, że każdy komputer pełni rolę

wzmacniaka regenerującego sygnał i

przesyłającego

następnego

komputera, dzięki czemu sygnał nie

słabnie.



lepsza metoda zarządzania ruchem w

sieci, niż w sieciach o topologii magistrali.

Poza

tym,

topologii

pierścienia

zmniejszony został poziom zakłóceń.

Topologia pierścienia

Wadą tej topologii, jest to, że w danym
momencie

czasu

pojedynczym

pierścieniu może nadawać tylko jeden
komputer. Dodatkowo topologie pierścienia
są

zwykle

droższe

technologii

magistrali.

Topologia pełnych
połączeń

W topologii pełnych połączeń, komputery są

połączone

każdy

każdym,

pomocą

oddzielnego okablowania. Taka konfiguracja

powoduje, że istnieją dodatkowe ścieżki połączeń

sieciowych i jeśli jeden kabel ulegnie awarii,

łączność można nawiązać przez inny kabel i sieć

funkcjonuje nadal. W większej skali, wiele sieci

LAN może być ze sobą połączonych w topologii

pełnych połączeń, za pomocą dzierżawionych linii

telefonicznych, grubego kabla koncentrycznego

lub

światłowodu.

Topologia pełnych
połączeń

Zaletą topologii pełnych połączeń jest

możliwość odtwarzania połączeń dzięki

istnieniu wielu ścieżek sieciowych.

Ponieważ istnienie wielu dodatkowych

ścieżek sieciowych wymaga więcej

okablowania, niż w przypadku innych

topologii, topologia pełnych połączeń

może

być

kosztowna.

Topologia mieszana
(hybryda)

W topologii mieszanej (hybryda), dwie lub

więcej topologii połączone są w jedną sieć. Sieci

są rzadko projektowane w postaci pojedynczej

topologii. Na przykład, można zaprojektować

sieć złożoną z topologii gwiazdy i magistrali w

celu wykorzystania zalet każdej z nich.

Dwa rodzaje topologii mieszanych są często

używane: topologia gwiazda-magistrala oraz

topologia gwiazda-pierścień.

Topologia gwiazda-
magistrala

W topologii gwiazda-magistrala, kilka sieci o

topologii gwiazdy jest połączonych w

układzie

magistrali.

Gdy

konfiguracji

gwiazdy nie da się bardziej rozbudować,

można dodać drugą gwiazdę i połączyć obie

topologie gwiazdy w układzie magistrali.

W topologii gwiazda-magistrala, awaria

jednego komputera nie wpływa na działanie

reszty sieci. Jednakże, jeśli awarii ulegnie

koncentrator łączący wszystkie komputery

gwiazdy,

wtedy

wszystkie

komputery

podłączone do tego urządzenia nie będą

mogły komunikować się w sieci.

Topologia gwiazda-
pierścień

W topologii gwiazda-pierścień, komputery są

połączone do centralnego urządzenia jak w

topologii gwiazdy. Jednakże, urządzenia te są

połączone miedzy sobą w topologii pierścienia.

Podobnie jak w przypadku topologii

gwiazda-magistrala, awaria jednego komputera

nie wpływa na działanie reszty sieci. Dzięki

metodzie przekazywania żetonu, każdy komputer

w topologii gwiazda-pierścień, ma równe szansę

na komunikację. Dzięki temu możliwy jest

większy ruch między segmentami, niż w

przypadku sieci o topologii gwiazda-magistrala.

Ethernet

Obecnie

najbardziej

popularnym

rodzajem sieci lokalnych są sieci
Ethernet i Fast Ethernet. Są one
zbliżone

pod

względem

sposobu

definiowania  założeń  działania sieci, a
dzieli  je  bardzo  istotny  parametr  -
szybkoś  transmisji.  Ethernet  może
przesyłać  dane  z  prędkością  do
10Mb/s, a Fast Ethernet do 100 Mb/s.

Ethernet

W sieciach typu Ethernet stacje robocze wysyłają dane

w trybie rozgłoszeniowym (broadcastowym). Inne

stacje wsłuchują się w rozsyłane dane, i odbierają

tylko pakiety przeznaczone dla siebie. Gdy jeden

użytkownik nadaje komunikat do innego użytkownika,

jest on rozsyłany rozgłoszeniowo do wszystkich stacji.

Ethernet jest siecią typu rywalizującego, gdzie

wszystkie węzły w danym segmencie rywalizują ze

sobą o dostęp do sieci - w przypadku, gdy dwa

komputery próbują komunikować się w tym samym

czasie, następuje kolizja, komputery muszą się

wycofać i zaprzestać transmisji. Sieć ta korzysta przy

tym z protokołu CSMA/CD (Carrier-Sense Multiple

Access with Collision Detection).

Ethernet

Stacje robocze monitorują aktywność sieci

(nasłuchują) w celu ustalenia, czy mogą

transmitować dane, czy nie. Jeśli w danej chwili

żaden z komputerów nie przesyła informacji,

wybrana stacja może rozpocząć nadawanie,

nikomu nie przeszkadzając. Gdy dwie stacje

próbują przesyłać dane jednocześnie, dochodzi

do kolizji, co powoduje chwilowe zatrzymanie

transmisji. Po określonym czasie transmisja jest

wznawiana. Za czas wstrzymania wysyłki

odpowiedzialna jest każda stacja robocza,

wobec tego wystąpienie powtórnej kolizji jest

ma o prawdopodobne.

Ramka sieci Ethernet

Istnieją 3 standardy ramek:



Ethernet wersja 1 - już nie używana,



Ethernet wersja 2 (Ethernet II) - zwana też ramką DIX od

firm DEC, Intel i Xerox, które opracowały wspólnie ten typ

ramki i opublikowały w 1978. Jest ona w tej chwili

najczęściej stosowana,



IEEE 802.x LLC,

Ramki różnią się pomiędzy sobą długościami nagłówków,

maksymalną długością ramki (MTU) i innymi szczegółami.

Różne typy ramek mogą jednocześnie korzystać z tej

samej sieci.

Ramka sieci Ethernet



Preambuła - składająca się z 7 bajtów złożonych z naprzemiennych jedynek i zer:
10101010101010101010101010101010101010101010101010101010

co w zapisie szesnastkowym daje:

AAAAAAAAAAAAAA

Taki ciąg liczb pozwala na szybką synchronizację odbiorników.



SFD - (ang. start frame delimiter), czyli znacznik początkowy ramki w postaci

sekwencji 8 bitów (1 bajt):
10101011

w zapisie szesnastkowym



adres MAC odbiorcy (6 bajtów)



adres MAC nadawcy (6 bajtów)



typ (2 bajty) - jeżeli wartość jest równa lub
większa od 1536 (w zapisie szesnastkowym
0x0600), to określa typ protokołu który jest
używany, jeżeli mniejsza to oznacza długość
danych w ramce



dane (46 - 1500 bajtów) - jeżeli dane mniejsze
niż 46 bajtów, to uzupełniane są zerami



suma kontrolna (4 bajty) CRC.

Główne standardy w sieci
Wi-Fi



802.11a – 54 Mb/s częstotliwość 5 GHz



802.11b – 11 Mb/s częstotliwość 2,4 GHz

posiada zasięg ok. 30 m w pomieszczeniu i

120 m w otwartej przestrzeni; w praktyce

można osiągnąć transfery rzędu 5,5 Mb/s.



802.11g – 54 Mb/s częstotliwość 2,4 GHz,

obecnie najpopularniejszy standard WiFi,

który powstał w czerwcu 2003 roku,

wykorzystanie starszych urządzeń w tym

standardzie

powoduje

zmniejszenie

prędkości do 11 Mb/s;

Bezpieczeństwo Wi-Fi:



uwierzytelniania



protokół WEP (ang. Wired
Equivalent Privacy)



protokoły WPA/WPA2



autoryzacja



rejestracja raportów

Problemy występujące
podczas
dostępu do łącza w sieci
Wi-Fi:



zjawisko ukrytej stacji



zjawisko odkrytej stacji



interferencje



efekt przechwytywania

Stacja A nadaje do stacji B. Stacje A i

C są poza swoimi zasięgami, więc
transmisja ta nie zostanie wykryta w
stacji C, która przyjmie że łącze jest
wolne i zacznie nadawanie do stacji B
lub D.

Zjawisko ukrytej stacji

Interferencje

Interferencje - czyli zakłócenia transmisji,

powstają  gdy  stacja  jest  poza  zasięgiem
zarówno  odbiornika  jak  i  nadajnika,
jednak  wystarczająco  blisko  aby  móc
zakłócić  przesyłanie  informacji  między
nimi.  Stacje  które  zakłócają  transmisje
powinny  wstrzymać  nadawanie  podczas
gdy  inna  transmisja  jest  realizowana,
jednak  ani  nadajnik  ani  odbiornik  nie
może poinformować stacji interferującej o
tym, że zakłóca ona przebieg transmisji.

Zalety sieci Wi-Fi:



Możliwość budowy sieci z dostępem do
Internetu

domu

lub

biurze,

pozbawionej plątaniny kabli.



Korzystanie z darmowego internetu
poprzez

HotSpot-y

(dostępne

większych miastach).



Swoboda i mobilność - bezprzewodowe
podłączanie do sieci mobilnych urządzeń
(notebooki, palmtopy).

Wady sieci Wi-Fi:



Wykorzystywany w WiFi standard 802.11b i

802.11g wykorzystuje pasmo 2,4 GHz. W

tym

samym

zakresie

pracują

takie

urządzenia

jak

Bluetooth,

kuchenki

mikrofalowe. Efektem może być zagłuszanie

sygnałów WiFi i ograniczenie zasięgu

hotspota.



Sieci WiFi mają stosunkowo mały zasięg (od

90 do 150 metrów)



Szybkość transmisji zależy od odległości

między urządzeniami komunikującymi się.

Document Outline