RETELE LOCALE

RETELE LOCALE

Standardele pentru retele locale, LAN (Local Area Network) au fost propuse de IEEE in seria 802 si adoptate de ISO in seria 8802.

IEEE 802.1 - introducere in setul de standarde, prezinta primitivele de interfata.

IEEE 802.2 - e descrisa partea superioara a nivelului 2 legatura de date, care utilizeaza protocolul LLC (Logical Link Control), similar cu HDLC;

IEEE 802.3 - cuprinde nivelul fizic si subnivelul inferior al nivelului 2, de control al accesului la mediu, MAC (Medium Acces Control) pentru retele locale de tip Ethernet pe bus;

IEEE 802.4 - nivelul fizic si MAC pentru LAN-uri de tip token-bus (cu jeton explicit), topologie bus/magistrala (MAP-Manufacturing Automatic Protocol);

IEEE 802.5 - nivelul fizic si MAC, LAN-uri de tip token-ring (cu jeton implicit), topologie inel (TOP-Tehnical Office Protocol);

IEEE 802.6 - nivelul fizic si MAC pentru retele locale pe fibra optica de tip DQDB (Distributed Queue Dual Bus) cu doua magistrale; ANSI (American National Standards Institute) a propus pentru LAN-uri pe fibra optica FDDI-1, FDDI-2 (Fiber Distributed Data Interface), dar acestea nu sunt standardizate ISO;

IEEE 802.3 u - Ethernet de viteza mare (Fast Ethernet)

IEEE - W-LAN-uri, (W-Wireless - fara fir, pe canal radio)

LAN-uri de tip Ethernet 802.3

Cateva dintre modalitatile de accesare a mediului comun de comunicatie la cest tip de retele sunt prezentate mai jos.

ALOHA de baza sau pur - dezvoltat la Universitatea din Hawai, pentru canale radio

Ø      transmite atunci cand doresti;

Ø      utilizarea =1 / (2e) 18,4 % in cazul cel mai defavorabil; durata maxima a coliziunii este egala cu durata a doua pachete. Utilizarea scazuta a mediului a condus la solutia care urmeaza.

ALOHA cu divizare (slotted ALOHA)

Ø   timpul canalului se divide in intervale sau sloturi de dimensiune fixa

Ø   utilizarea=1/e in cel mai defavorabil caz;

Ø   transmisia poate avea loc doar la inceputul unui interval de timp; durata maxima a coliziunii se reduce la jumatate fata de cazul Aloha pur si eficienta se dubleaza.

CSMA-CD- (Carrier Sense Multiple Acces with Collision Detection) acces multiplu cu detectia purtatoarei si a coliziunilor, este un protocol de acces la mediu similar cu tehnica din aviatie, unde se asculta mediul (se detecteaza purtatoarea ) inainte de a transmite, pentru a vedea daca este liber si se asculta si in timpul propriei transmisii, pentru a detecta daca apare vreo coliziune. Se spune ca ascultarea este persistenta. Daca mediul este liber, se poate transmite cu probabilitatea p, sau se intarzie transmisia cu un slot, cu probabilitatea 1-p. Alta varianta este cea in care, daca mediul e liber se transmite imdediat, adica cu probabilitatea p=1; fata de varianta precedenta creste sansa coliziunii dar se reduce timpul in care canalul e nefolosit.

IEEE 802.3 CSMA-CD (1- persistent)

Ø   se asculta mediul daca e liber se transmite sigur, cu probabilitatea 1;

Ø   daca mediul e ocupat, se asteapta pana este liber si atunci se transmite imediat;

Ø   daca e detectata o coliziune in timpul transmisiei:

- se intrerupe transmisia cadrelor si se transmite un semnal de avertizare/jam scurt,

- se asteapta un interval aleator si reincearca (de maxim 16 ori). Intervalul aleator este = 0,2^min(k,10) -1 sloturi, k fiind numarul coliziunii. Algoritmul se numeste cu reactie exponentiala binara,

detectia coliziunii se face verificand nivelul de tensiune; tensiune

prea mare inseamna ca exista mai mult de o transmisie.

la CSMA-CD pierderea de capacitate de transmisie se reduce la timpul necesar detectiei coliziunii in cel mai defavorabil caz, adica timpul de propagare tur-retur.

Cadrul Ethernet IP IPX Appletalk

sincro bit sincro byte

1010...10 10101011

Ethernet se comporta bine in sarcina mica dar cedeaza complet in sarcina mare.

Formatul adresei MAC

47 46

OUT-Organizationally Unique Identifier, e identificatorul de organizare unic. Bitul 47 (cel mai semnificativ) indica o adresa individuala/de grup ; bitul 46 indica adrese locale/globale. Adresa Ethernet sau adresa MAC este formata din 6B (48 de biti), dar initial era din 2B. Cele doua versiuni pot coopera.

CSMA-CA (CSMA with Collision Avoidance) acces multiplu cu detectia purtatoarei si evitarea coliziunilor. Se foloseste la WLAN-uri, pentru prevenirea coliziunilor. Pentru transmiterea mesajelor:

Ø   1- statia pune pe 1 exponentul de reactie

Ø   2- daca are cadre de transmis, statia asculta mediul. Daca e mediul e liber, statia asteapta un timp, IFG (InterFrame Gap)

Ø   3- apoi mai asteapta inca un interval aleator (backoff) si transmite cadrul

Ø   4- asteapta confirmarea un interval fix

Ø   5- daca a sosit confirmarea in acest interval, transmisia e cu succes.

Ø   6- daca nu a sosit confirmarea, transmisia e fara succes (fie cadrul, fie confirmarea au fost pierdute sau eronate)

Ø   7- statia incrementeaza exponentul de reactie, asculta mediul si repeta pasii 2-6.

Standarde Ethernet

10 BASE 5 : 10 Mbps, cablu coaxial, 50 , gros sau subtire, 500 m lungime de segment intre repetoare, maxim 4 repetoare, lungime maxima de magistrala 2500 m. Transmisia se face in banda de baza, cu codare Manchester, niveluri de tensiune .

10 BROAD 36 : 10Mbps, pe cablu coaxial de banda larga, 3600 lungime maxima de segment.

1 BASE 5: 1Mbps, pe perechi de fire UTP (Unshielded Twisted Pairs)

10 BASE 2: 10 Mbps, cablu coaxial subtire, 185 m lungime maxima de segment.

10 BASE T: 10Mbps, pe 2 perechi de fire UTP.

10 BASE FL: 10 Mbps, fibra optica, legaturi punct cu punct.

10 BASE FB: 10Mbps, fibra optica, backbone, cunoscuta si ca Ethernet Sincron.

10 BASE FP: 10Mbps, fibra optica, stea pasiva, plus segmente.

10 BASE F: 10 BASE- FL, FB, FP

100 BASE T4 : 100Mbps, 4 perechi de fire UTP, CAT 3, 4, 5

100 BASE TX: 100 Mbps, 2 perechi de fire UTP, CAT 5 sau STP (Shielded Twisted Pairs)

100 BASE FX: 100 Mbps, CSMA/CD, pe 2 fibre optice

100 BASE-X: 100 BASE-TX, FX

100 BASE-T: 100 BASE-T4, TX, FX

Cadrul 802.3 

IP IPX Appletalk

6B 6B 2B 1500B 0-46B 4B

LLC-Tip 1

Neorientat pe conexiune, fara confirmare (la 802.3)

Ø   fara controlul fluxului sau erorilor

Ø   permite multiplexarea de protocol

Ø   foloseste 3 tipuri de PDU (protocol data unit)

Ø   UI- informatii nenumerotate

Ø   XID- schimb de ID, tipuri de operatii, fereastra

Ø   Test- testare in bucla

LLC-Tip 2 si 3

Tipul 2 - orientat pe conexiune, cu confirmare (la 802.5)

Ø   Cu control de flux /erori; SABM(E), UA, DISC, DM

Tipul 3- neorientat pe conexiune, cu confirmare

Ø   1 bit de secventa

Ø   comanda AC in PDU si raspuns AC in PDU

802.3u Fast Ethernet

802.3u este o completare la setul de standarde 802.3. Sunt pastrate formatele de pachete, interfetele si regulile procedurale. Durata bitului scade de la 100nsec/10Mbps la 10 nsec/100Mbps. Cablarea este similara cu 10 BASE-T cu concentratoare. Nu sunt permise cabluri multipunct cu conectori vampir/BNC.

100 BASE T4, UTP CAT3 : in birourile din occident, oficiile sunt cablate cu patru perechi de fire UTP3 : doua inspre/dinspre concentrator si doua se comuta in sensul transmisiei curente. Transmisia e ternara 8B6T (8 biti reprezentati prin 6 triti) si nu Manchester. Scade astfel viteza de semnalizare la 25MHz per pereche de fire (fata de 33,3 MHz/pereche).

100 BASE-TX-UTP CAT5 e mai simplu, deoarece suporta 125 MHz ; 2 perechi fire inspre/dinspre concentrator. Codarea 4B5B, compatibila la FDDI, sincronizare ceasuri.Perechile ramase se folosesc pentru telefonie. Sistemul e full duplex.

100 BASE - FX foloseste 2 fire multimod, cate una pe sens

La 100 BASE- T4 si TX sunt posibile diferite concentratoare:

concentratorul partajat: toate liniile care intra in placa "plug-in" sunt conectate logic, formand un domeniu de coliziune. Regulile sunt ca la 802.3 inclusiv algoritmul de regresie binara (binary back-off). La un moment dat poate transmite doar o statie. Este echivalent cu un hub.

- concentratorul comutat: memoreaza fiecare cadru sosit intr-un modul de intrare. E mai scump, dar avantajul e ca toate statiile pot transmite sau receptiona simultan. Eficienta creste cu peste un ordin de marime. Cadrele receptionate si memorate trec spre destinatie printr-un fund de sertar, de viteza mare, nestandardizat. Este echivalent cu un switch sau puntea multiport.

Aproape toate comutatoarele pot trata un amestec de statii, de 10 Mbps si 100 Mbps, astfel ca modernizarea e usoara, inserand module standard.

Initial s-a crezut ca FDDI va reprezenta standardul de piata pentru LAN-uri de viteza mare. Dar administratrea statiilor era prea complicata, chip-urile complexe si scumpe, astfel ca FDDI a ramas limitat la piata retelelor de tip coloana vertebrala (backbone). Fast-Ethernet a acaparat piata cu succes datorita simplitatii sale (trebuie invatata lectia KISS- Keep It Simple, Stupid).

Operarea full-duplex a Ethernet

Ethernet clasic functioneaza semi-duplex, astfel ca cei 100 Mbps de la functionarea semi-duplex, devin 200 Mbps la functionarea duplex. Trebuie prevazute pentru statii carduri duplex. Punctul central este concentratorul comutat switching-hub) si nu un simplu repetor multiport. Fiecare statie constituie un domeniu de coliziune separat. De fapt nu mai exista coliziuni si nu ar fi necesar algoritmul CSMA-CD, dar fiecare statie il executa in continuare.

Gigabit Ethernet, la 1Gbps (normative aparute dupa 1995)

Ø   Strategia utilizata e aceeasi ca la Fast Ethernet (cadru si protocol),

Ø   Compatibil cu Ethernet de 10 Mbps si 100 Mbps,

Ø   Asigura conectarea la servere centrale si comutatoare de mare viteza, respectiv grupuri de servere sau de comutatoare,

Ø   Fiecare comutator suporta :

-legaturi de 1 Gbps -pentru LAN-uri backbone si servere dar si

-legaturi de 100 Mbps- pentru statii de lucru, servere, comutatoare de 100 Mbps

Specificatiile IEEE 802.3 pentru 1 Gbps prevad urmatoarele variante:

Ø   1000 BASE -LX: legaturi duplex, unde lungi (1270-1355) nm.

Legaturi pana la: -550m/62,5μm sau /50μm fibra multimod

-5 km/10μm fibra monomod

Ø   1000 BASE - SX: unde scurte (770-860) nm,

legaturi duplex de pana la :-275m/62,5 μm fibra multimod

-550m/50 μm fibra multimod

Ø   1000 BASE-CX:legaturi £25m, cablu STP, jumper-e de Cu, legaturi intre dispozitive din acelasi dulap/ incapere. Fiecare sens are o pereche separata de STP

Ø   1000 BASE- T: legaturi £100m, cu 4 perechi UTP, CAT 5

Ethernet de 10 Gbps

Se va dezvolta in urmatorii ani, din cauza cresterii volumului de trafic intranet si internet, determinata de:

-cresterea numarului de conexiuni la retea,

-cresterea vitezei conexiunii a fiecarei statii (utilizatorii 10 cu Mbps vor trece la 100 Mbps, iar cei cu 56 kbps analogic vor trece la DSL-Digital Subscriber Loop),

-cresterea numarului de aplicatii consumatoare de banda (video de calitate buna),

-cresterea traficului Web si de aplicatii.

Aceste legaturi vor exista in LAN-urile backbone, intre LAN-urile backbone si comutatoarele de mare viteza, campusuri, etc, permitand ISP-urilor (Internet Service Provider) si NSP-urilor (Network Service Provider) sa ofere legaturi de mare viteza si pret scazut intre centralele clasice si rutere. Vor putea fi construite MAN-uri si WAN-uri care interconecteaza LAN-uri sau PoP (Point-of-Presence)-uri dispersate.

Ethernet de 10 Gbps va concura tehnologiile de MAN-uri si ATM. In majoritatea cazurilor cerinta clientului este transportul de date sau trafic TCP/IP, ceea ce ofera Ethernet-ului un avantaj fata de ATM:

Ø   nu sunt necesare conversii Ethernet-ATM, consumatoare de banda,

Ø   combinarea IP-Ethernet ofera facilitati de QOS(Quality Of Service) si politici de trafic similare cu ATM,

Ø   o mare varietate de interfete optice (lungimi de unda si distante), optimizate ca operare si cost pentru aplicatii de LAN, MAN si WAN,

Ø   functionarea este exclusiv duplex, pe distante de (40-300)km.

10 G BASE -S (Short): l=850nm,fibra multimod, d £ 300m

10 G BASE- L (Long): l=1310nm, fibra monomod, d £ 10km

10 G BASE- E (Extended): l=1550nm, fibra monomod, d £ 40km

10 G BASE -LX4: l=1310 nm, fibra multimod sau monomod, d£10km.

Se face multiplexare prin divizarea lungimii de unda WDM (Wavelenght - Division Multiplexing) pentru a multiplexa 4 unde luminoase ce transporta sirurile de

LAN uri de tip 802.11 Wireless

Se folosesc impreuna cu LAN-urile cablate, dar permit acoperirea locurilor greu de cablat, mobilitatea, reamplasarea si crearea de retele ad-hoc.

Reteaua ad-hoc este o retea de tip pereche-la-pereche, fara server centralizat, stabilita temporar pentru un scop imediat. De exemplu, un grup de angajati, cu laptop-uri sau palmtop-uri participa la o sedinta, intr-o incapere, isi leaga temporar calculatoarele in aceasta retea ad-hoc, doar pe durata sedintei.

Conditiile impuse WLAN-urilor sunt similare cu ale altor LAN-uri: capacitate mare, posibilitatea acoperirii distantelor scurte, conectivitate totala intre statiile atasate, difuzarea. Suplimentar, WLAN-urilor li se mai cere sa asigure:

Ø      eficienta sau debitul protocolul MAC trebuie creat astfel incat sa asigure maximizarea capacitatii,

Ø      numarul de noduri: sute de noduri de-a lungul mai multor celule,

Ø      conectarea la LAN-uri backbone: in multe cazuri e necesara conectarea la LAN-uri backbone cablate, lucru posibil cu modulele de control care conecteaza ambele tipuri de LAN-uri. Acestea pot adapta si utilizatorii mobili si a retelelor ad-hoc,

Ø      zona de servire: tipic 100-300 m,

Ø      consumul de putere redus de la baterie: pentru a creste timpul de alimentare trebuie ca protocolul MAC sa nu necesite conectari frecvente la punctele de acces, pentru monitorizare sau comunicatii frecvente cu statiile de baza,

Ø      robustetea si securitatea transmisiei: WLAN-urile sunt predispuse la interferente si captari nedorite. Proiectarea WLAN-urilor trebuie sa permita o transmisie sigura in mediu zgomotos si in conditii de siguranta si securitate,

Ø      operarea invecinata: operarea a 2 sau mai multe LAN-uri in aceeasi zona poate duce la accesari neautorizate sau perturbari,

Ø      operarea fara licente de frecvente: utilizatorii vor sa-si cumpere echipamentele de WLAN fara sa-si mai cumpere si licenta de frecvente pentru banda in care LAN-ul opereaza,

Ø      handoff/roaming: protocolul MAC trebuie sa permita circulatia intre celule,

Ø      confirmarea dinamica: adresarea MAC si controlul retelei LAN trebuie sa permita adaugarea, stergerea si relocarea sistemelor terminale dinamic, fara intreruperea celorlalti utilizatori.

Arhitectura 802.11

In figura precedenta se vede modelul propus de grupul de lucru 802.11. BSS (Basic Service Set) este cel mai mic bloc al WLAN-ului si contine cateva statii cu acelasi protocol MAC, partajand acelasi mediu. BSS poate fi izolat sau se poate conecta la un sistem de distributie DS backbone, intr-un punct de acces AP. Punctul de acces functioneaza ca o punte. BSS este echivalent cu celula din sistemele de telefonie mobila. DS poate fi un comutator, retea cablata sau WLAN. Protocolul MAC poate fi total distribuit sau controlat de o functie de coordonare localizata in punctul de acces. Asocierea dintre statii si BSS este dinamica, iar BSS-urile se pot suprapune geografic, ca o statie sa apartina la mai mult de un BSS. Statia se poate activa/dezactiva, intra/iesi din celula

Serviciile 802. 11

asigura pentru WLAN-uri aceleasi functii ca ale LAN-urilor cablate:

Ø      asocierea stabilirea initiala intre S-AP (statie- punct de acces) a asocierii. Identitatea + adresa statiei se transmit AP-ului celulei, sau le pot transmite altor AP-uri pentru dirijarea si livrarea cadrelor de la/ la statie,

Ø      reasocierea transferul asocierii de la un AP la un alt AP cand statia e in miscare,

Ø      dez-asocierea: notificarea de la S sau AP, despre terminarea unei asocieri, cand o statie paraseste celula sau dezactiveaza MAC are facilitati de protectie la statiile care dispar fara notificare,

Ø      autentificarea: stabilirea reciproca a identitatii statiilor. Nu e vreun standard, poate fi o comunicare reciproca nesigura(handshake) pana la scheme de criptare cu chei publice,

Ø      secretizarea (privacy): evitarea citirii continutului pachetelor de catre persoane neautorizate. Standardul prevede folosirea optionala a criptarii.

Protocol MAC IEEE 802.11

Acopera 3 zone: -livrarea sigura a datelor

-controlul accesului

- securitatea

Livrarea sigura a datelor

Zgomotul , interfetele si alte distorsiuni de propagare duc la pierderea cadrelor. Chiar folosind coduri corectoare de erori, raman un numar de cadre MAC receptionate fara succes. Situatia se remediaza plasand in straturile superioare, un mecanism de siguranta, cu TCP. Dar contoarele de timp sau timer-ele din nivelurile superioare sunt de ordinul secundelor, asa ca este mai eficienta tratarea erorilor in nivelul MAC. De aceea 802.11 include un protocol pentru schimbul de cadre. Cand o statie receptioneaza un cadru, returneaza o confirmare ACK. Perechea (cadru+ACK) este tratata ca un tot unitar, care nu poate fi intrerupt de transmisia oricarei alte statii. Daca sursa nu receptioneaza ACK-ul in timpul prescris (cadrul sau ACK-ul au fost eronate la transmisie) sursa retransmite cadrul.

Deci, mecanismul de baza la transferul 802.11 prevede schimbarea a 2 cadre. Pentru siguranta se schimba 4 cadre.

Controlul accesului

Grupul de lucru 802.11 a considerat 2 propuneri pentru algoritmul MAC:

Ø      Protocolul de acces distribuit, asemanator Ethernet-ului, la care se distribuie decizia de acces tuturor nodurilor folosind mecanismul de detectie a purtatoarei. Se foloseste la retele ad-hoc si WLAN cu trafic in rafale.

Ø      Protocolul de acces centralizat, la care deciziile de reglare a accesului se iau centralizat. Este util la WLAN-urile la care statiile de baza se interconecteaza cu LAN-uri cablate backbone si exista date sensibile la intarzieri sau cu prioritati mari.

DFW MAC (Distributed Foundation Wireless MAC) 802.11 ofera un mecanism de control al accesului distribuit, optional cu un control centralizat superior.

Subnivelul DCF (Distributed Coordonation Function) al MAC foloseste un algoritm de tip Ethernet pentru accesul la orice tip de trafic.Traficul asincron ordinar foloseste direct DCF.

Subnivelul PCF (Point Coordonation Function)e un algoritm MAC centralizat care asigura serviciul fara coliziuni; serveste la intrarea la emisie a statiilor in ordine. PCF e folosit de traficul de prioritate sau cel cu pretentii de sincronizare mari.

Ø      Securitatea nu va fi tratata aici.

Nivelul fizic

Optiunea in infrarosu nu a avut succes comercial

SS-(Spread Spectrum): transmisiune cu spectrul imprastiat. Banda folosita pentru transmisiune este mult mai mare decat e necesara la debitul respectiv. Scad interferentele si BER (Bit Error Rate).

FH-SS (Frequency Hopping Spread Spectrum): transmisiune cu salturi de la o frecventa (o purtatoare sau pilot) la alta, astfel ca daca o purtatoare are interferente sau e degradata va fi afectata doar o mica parte a transmisiei. FHSS- mai simpla, a fost utilizata in primele retele 802.11

DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum): "0" si "1" sunt transmisi ca o secventa de mai multi biti. Efectul este imprastierea in timp a fiecarui bit, minimizand astfel efectul interferentelor si degradarilor; dar creste si viteza de semnalizare, deci creste banda. DSSS- este mai eficienta decat FH-SS.

Toate produsele originale 802.11 au avut o utilitate limitata din cauza debitelor reduse ale datelor. Ulterior, au rezultat diverse variante.

802.11.a lucreaza in banda 5 GHz, nu foloseste SS ci OFDM, numita si modulatie multipurtatoare, cu pana la 52 de purtatoare de frecvente diferite, fiecare purtatoare fiind modulata cu o parte din biti.

802.11.b este o extensie a lui 802.11 DSSS, cu viteza datelor 5,5 si 11 Mbps,

foloseste modulatii mult mai complexe. A fost realizata toata gama de produse (cipset, PC card, acces point, systems). Apple Computer a fost prima companie ce a oferit 802.11.b. urmata de CISCO, Dell, etc. Pentru asigurarea interoperabilitatii produselor acestora, a fost creat un test de catre WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance). O problema la 802.11.b este interferenta cu alte sisteme care opereaza in banda 2,4 GHz: Bluetooth, Home RF, etc, dispozitive care opereaza in aceeasi portiune a spectrului (inclusiv monitoare de copii, comenzi de usi de garaje). In plus, debitul redus le-a scazut interesul.

802.11.g combina, ca tehnici de codare, variantele 802.11.a si 802.11.b.

802.4 LAN de tip Token-bus, IEEE 802.4

LAN-urile de tip token-bus, numite si MAP (Manufacturing Automatic Protocol), au fost dezvoltate de GM (General Motors) pentru aplicatii de automatizare. Mediul este cablul coaxial de 75 W (cablu de televiziune), debitul este £ 10 Mbps, modulatia poate fi o modulatie de frecventa cu faza continua, sau o modulatie de faza cu detectie coerenta, sau o modulatie de faza cu 4 faze combinata cu o modulatie de amplitudine multinivel. Nivelul fizic si subnivelul MAC sunt total incompatibile cu cele ale LAN-urilor de tip Ethernet. Se reprezinta ² ² ² ², pauza, si 3 simboluri pentru controlul retelei. Poate transmite doar statia care detine permisul. Daca statia ce are tokenul nu are date, il paseaza mai departe, statiei invecinate de pe cercul virtual. Cercul virtual se poate modifica, in functie de tipul operatiei tehnologice de realizat. Daca T este durata unui cadru si N este numarul de statii de pe inel, atunci timpul maxim de asteptare dupa token este NT. Modul de lucru al retelei trebuie sa permita raspunsul in timp real. Echipamentele folosite si cablul TV, modemurile si amplificatoarele de banda larga sunt accesibile comercial.

Daca statia ce are tokenul nu are date, il paseaza mai departe. Prima transmite statia cu numarul logic maxim. Exista in fiecare statie 4 clase de prioritate 6, 4, 2, 0 (6 fiind clasa cea mai prioritara). Interpretarea este ca sunt 4 substatii in fiecare statie. Unui cadru receptionat de statie i se verifica nivelul de prioritate si e dirijat spre substatia adecvata.

Receptia unui token permite statiei sa transmita un interval prestabilit de timp Dt substatia de prioritate maxima incepe transmisia, iar celelalte substatii transmit doar daca le mai ramane timp. Schema de prioritati garanteaza traficului de prioritate 6 un interval de timp cunoscut si se poate folosi pentru transmiterea vocii sau altor semnale de timp real.

Exemplu: daca N = 50 statii si D = 10 Mpbs, atunci pentru fiecare statie vor fi disponibili D/N = 200 kbps. Daca traficului de prioritate 6 i se aloca o treime din timp, rezulta ca fiecare statie are garantata o cale de 66,6 kbps, ceea ce este suficient pentru o cale vocala ISDN (64 kbps).

Cadrul TB este diferit de cadrul Ethernet

Ø      preambulul serveste la sincronizarea bazei de timp a receptorului,

Ø delimitatorii cu o structura unica, nepermisa in campul de date,

Ø controlul indica tipul de cadru: I de informatie, (contine prioritatea si cererea de confirmare), sau S de supervizare. Daca s-a pretins confirmarea receptiei, corecta sau incorecta, receptorul trebuie sa pozitioneze acel indicator, altfel nu mai poate capta token-ul, deci nu mai poate transmite.

Ø adresarea este la fel ca la Ethernet. Din acest punct de vedere LAN- urile 802.3 si 802.4 ar putea fi interconectate, dar sunt incompatibile la nivel fizic si MAC.

ØCRC: are acelasi polinom generator ca la 802.3

Mentinerea inelului logic

Ø      dupa stabilirea inelului, fiecare statie X isi memoreaza predecesorul P si succesorul S.

Ø      pentru atasarea de noi statii, statia X care detine tokenul solicita periodic oferte de atasare de noi statii, transmitand un cadru ²solicitare succesor 1² cu adresa lui X si S:

-daca nici o statie nu solicita intrarea, cadrul revine la X fereastra de raspuns se inchide si tokenul e transmis normal.

-daca o statie emite o oferta de intrare, e inserata pe cerc si preia tokenul.

-daca mai multe statii cer intrarea, ofertele lor intra in coliziune si arbitrajul se face prin cadrul ²rezolvare competitie², iar ofertele se intarzie cu 0,1,2,3 intervale (reactie exponentiala binara cu 2 biti). In fiecare statie exista un numarator care se anuleaza cand e captat tokenul, dupa ce i se verifica valoarea. Daca s-a depasit un prag, traficul a fost prea intens si nu poate fi lansata nici o solicitare. La o solicitare poate fi atasata o singura statie.

Ø Initializarea inelului e un caz de atasare de noi statii. Cand prima statie intra pe bus, noteaza ca nu trafic o perioada data si lanseaza o ²cerere de token². Cand revine la ea, genereaza tokenul si emite periodic cereri de atasare de noi statii. Pe masura ce se activeaza, statiile intra pe inelul logic.

Erori de functionare

- statia X paseaza tokenul unei statii defecte S. La pasarea tokenului X continua sa asculte inelul si constata ca S nu transmite nici date nici tokenul. Face 3 incercari de emisie a tokenului, dupa care transmite un cadru ²cine urmeaza² cu adresele lui X si S. Succesorul statiei S defecte, S receptioneaza acest cadru care-l indica pe predecesorul sau S defect, si transmite lui X un cadru ² definire succesor² care-i spune ca S va fi noul sau succesor. Astfel statia defecta S este scoasa automat de pe inel.

- statia X esueaza la pasarea tokenului si nu poate defini succesorul succesorului sau (defect sau inactiv) S. Statia X va transmite un cadru ²definire succesor 2² pentru a vedea daca exista vreo statie activa. Eventual inelul e reinitializat.

- caderea statiei care detine tokenul, lanseaza algoritmul de initializare a inelului. Contorul de timp, care e sters la sosirea unui token, existent in fiecare statie, va depasi un prag indicand expirarea timpului, si statia cu numarul maxim de adresa va genera un token nou (primind o ²cerere de token²), care va fi preluat prin concurenta.

- tokenul multiplu, apare daca statia care detine tokenul, notificand o transmisie, descarca tokenul. Daca inca o statie descarca tokenul, mai apare un token, s.a.m.d. Daca toate statiile descarca tokenul, absenta activitatii determina ca una sau mai multe statii sa ceara un token.

Fiecare statie are de mentinut o serie de numaratoare (10) si de variabile de stare pentru a asigura acest mod de lucru. Algoritmul este complex si introduce intarzieri mari la debite scazute, dar lucreaza foarte bine la debite mari, avand eficienta apropiata de cea a multiplexarii cu divizarea timpului. Pierderile repetate de tokenuri pot introduce mai multa incertitudine decat e admisa. Este singurul tip de LAN care garanteaza raspunsul in timp real.

802.5 LAN de tip Token- ring, IEEE 802.5

LAN-urile de tip token-ring, numite si TOP (Technical Office Protocol), au fost dezvoltate de compania Boeing, la care s-a afiliat ulterior si IBM, pentru aplicatii de birotica.

Starea interfetei poate fi de ascultare sau de copiere. Cadrele TR pot fi cadre de informatie I, sau de control C.

SD Start Delimiter, AC-Acces Control, FC-Frame Control

ED End Delimiter, FS- Frame Status

Mediul consta din: perechi de fire UTP, STP, cablu coaxial, sau fibra optica. Se foloseste o codare Manchester, cu nivelurile (3 - 4,5) V, debitele sunt de 4 Mbps sau 16 Mbps in functie de tipul perechilor de fire, UTP sau STP. Delimitatorii sunt formati din structuri Manchester invalide, adica HH sau LL. Dezavantajul consta in posibilitatea intreruperii inelului. Solutia gasita este plasarea unui fir de centru cu relee K, comandabile prin soft. Creste pretul astfel dar creste si fiabilitatea. Hardware-ul este complet digital, ceea ce reprezinta un avantaj.

Tokenul, format din 24 de biti, trebuie sa incapa complet pe inel. Astfel prezinta importanta lungimea fizica a bitului

,

in cupru un bit are .

Pentru o rata de transmisie de R=1 Mbps, rezulta l_bit=200m. Un inel de 1000 m ar permite prezenta a doar 5 biti pe inel. Fiecare interfata mai introduce cate o intarziere de 1 bit. Trebuie luate masuri, in special pe timp de noapte cand multe statii sau interfetele lor sunt deconectate, ca sa inceapa tokenul pe inel. Mai exista si intarzierea suplimenrtara data de timpul de programare nenul.

Cand o statie vrea sa transmita trebuie sa capteze tokenul care circula pe inel (free token). Statia preia tokenul si trece pe 1 bitul de token (busy), dupa care genereaza cadrul in continuare. La receptie, statia pozitioneaza bitul A, ascultare si C-copiere din octetul ²stare cadru² cand cadrul trece prin I, sau e copiat spre statie. Apoi cadrul revine la statia emitatoare, a carei sarcina e sa-l dreneze de pe inel. Statia emitatoare verifica bitii A si C; pot fi 3 situatii:

A=0 C=0 destinatar absent sau neconectat,

A=1 C=0 destinatar prezent, dar cadrul este neacceptat,

A=1 C=1 destinatar prezent, cadrul este acceptat.

In cazul AC=10 se mai incearca odata. Bitii AC sunt dublati in FS pentru cresterea sigurantei transmisiei.

Delimitatorul de sfarsit, ED, contine un bit E, care poate fi pozitionat de orice interfata ce constata o eroare (ca de exemplu o structura Manchester invalida) si un bit F, final, ce marcheaza ultimul cadru dintr-un mesaj.

Manevrarea prioritatilor

Sunt admise 8 niveluri de prioritate. Octetul AC are structura

Ø      P_r - prioritatea tokenului sau cadrului receptionat

Ø      R_r - prioritatea rezervata: cineva de pe inel vrea sa transmita cu prioritatea R_r

Ø      Pentru a transmite un mesaj cu prioritatea P_m, se asteapta un token. Daca tokenul soseste si este:

liber, si P_r > P_m si R_r < P_m, rezervare token si R_r < P_m

ocupat, R_r< P_m, rezervare token, R_r < P_m

ocupat si R_r > P_m, statia trebuie sa astepte

Ø      Cand statia transmite un cadru, in AC pune R_r =0 si token=1 (busy). Dupa transmisie regenereaza tokenul cu P_r=max (P_r, P_m, R_r) si R_r= max (R_r, P_m)

Captarea tokenului se face de catre statiile cu prioritatea cea mai mare. Se avanseaza astfel spre prioritatea maxima. De aceea statia care a crescut prioritatea tokenului, generand un token cu prioritate mai mare decat a tokenului receptionat, este responsabila cu scaderea ulterioara a prioritatii la nivelul anterior. Daca trece un token liber de prioritate maxima, inseamna ca toate statiile de prioritate maxima si-au incetat transmisia si statia inscrie in token vechea prioritate memorata, P_m.

Mentinerea inelului logic se face de statia monitor. Orice statie poate fi monitor; daca monitorul se deconecteaza, este desemnat rapid altul, prin concurenta. La conectarea inelului, sau raportarea absentei monitorului de oricare statie, se transmite de o statie o ²o cerere de token², care daca revine la statie, inainte ca alta cerere sa fie lansata, desemneaza statia ca monitor. Ca sarcini ale monitorului sunt:

Ø      pastrarea tokenului

Ø      verificarea continuitatii inelului si luarea de masuri in caz de rupere: daca X presupune ca S e defecta, transmite un cadru de ²avertizare² care se propaga cat de departe poate. Statiile defecte vor fi sterse automat de pe inel, cu releele de centru.

Ø      drenarea inelului de cadrele eronate (detectate prin CRC sau format invalid) si regenerarea de token.

Ø      sincronizarea pentru cadrele ²orfane², care apar cand o statie transmite un cadru scurt complet si fie se intrerupe inelul fie cade alimentarea si statia sursa nu mai poate drena ea cadrul. La prima trecere a cadrului prin monitor, acesta pune pe 1 bitul monitor. La a doua trecere, monitorul vede un cadru cu bitul monitor setat si il dreneaza de pe inel.

Ø      introducerea de biti de intarziere pentru ca tokenul sa incapa pe inel.

Marele dezavantaj este atunci cand monitorul, desi defect, continua sa emita cadrul ²monitor activ prezent² si nici o alta statie nu poate prelua controlul.

LAN de tip FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

Este o retea de tip token-ring, pe fibra optica, cu un debit de 100 Mbps, inel maxim de 200 km, suporta pana la 1000 de statii atasate. Intentia a fost ca FDDI sa devina modelul pentru retelele metropolitane, MAN. Din cauza manevrarii complicate, chip-urilor complexe si scumpe, a ramas limitata la piata retelelor de tranzit de tip ²coloana vertebrala² (backbone).

Fibrele optice sunt subtiri si usoare, au banda de frecvente extrem de larga, nu sunt afectate de interfete electromagnetice, securitatea lor este excelenta (practic e imposibil sa tai fibra fara sa se vada). Sunt utilizate pentru LAN-uri, MAN-uri si WAN-uri. La FDDI se folosesc:

Ø      fibre multimod, deoarece la 100 Mbps nu se justifica costurile mari ale fibrei monomod,

Ø      LED-uri si nu diode LASER, pentru cost si protectia utilizatorului: daca se desface fibra pentru masurarea debitului, raza laser afecteaza retina. LED-urile au capacitate suficienta pentru a transfera date pana la 100Mbps,

Ø      BER <1 eroare la 2,5 10¹⁰ biti, sau chiar mai mic,

Ø      cablarea se face cu 2 inele concentrice, cu sensuri diferite de circulatie a datelor. Daca un inel se rupe se foloseste celalalt, daca ambele se rup in acelasi loc, se conecteaza cele 2 inele cu releele de centru. Eventual se foloseste si un fir de centru. Statiilepot fi de tip A, conectate la ambele inele, mai scumpe, sau de tip B, conectate la un singur inel. Gradul de toleranta impune solutia cu statii A, sau B, sau hibrida.

Codarea folosita este 4B5B, unde 4 biti sunt codati ca 5 biti (deoarece la un debit de 100 Mbps duce la o viteza de semnalizare de 125 MBaud si deci la o banda de frecvente mai redusa fata de 200 MBaud de la codarea Manchester, care ar fi fost o solutie prea scumpa: 32 combinatii din care 16/date, 3/delimitatori, 2/control, 3/semnalizari hard, 8/neutilizate. Avantajul e economia de banda, dezavantajul e o sincronizare mai slaba a receptorului decat la codarea Manchester. De aceea la inceputul transmisiei e un preambul lung de sincronizare. Generatoarele de tact trebuie sa aiba o stabilitate mai buna decat 0,005%, astfel incat se pot transmite cadre de pana la 4500B fara ca receptorul sa iasa din sincronism.

Protocolul FDDI este asemanator cu cel de la token-ring: pentru a transmite date, statia trebuie sa capteze tokenul, transmite cadrul si cand revine il dreneaza de pe inel, dupa care regenereaza tokenul. Dar la FDDI, timpul de revenire al cadrului ar fi prea lung, astfel incat se permite statiilor sa genereze tokenul imediat dupa transmisia cadrului (ETR- Early Token Release). Pe un inel lung vor exista mai multe cadre pe linie.

Cadrele de date sunt la fel cu 802.5. Pentru circuitele de date comutate, PCM si ISDN, exista cadrele sincrone generate la fiecare 125 ms, furnizand cele 8000 esantioane/sec necesare sistemelor PCM (Pulse Code Modulation). Pentru circuite comutate antetul are 96 B, iar pentru circuite necomutate antetul are 16 B.

Valoarea de 96 B a fost aleasa pentru a permite fie 4 24 cai=1,544 Mbps (standardul PCM american)=4 canale PCM- T1, fie 3 canale PCM-CCITT 3 32 cai=2,048 Mbps, E1, ca sa poata fi folosit oriunde in lume. Rezulta 96 de canale per cadru. Un cadru sincron la fiecare 125 msec consuma 6,144 Mbps de banda, iar 16 cadre sincrone, la fiecare 125msec, permit 1536 canale PCM si consuma 98,3 Mbps.

Odata ce o statie a dobandit una sau mai multe diviziuni de timp intr-un cadru sincron, acele diviziuni ii sunt rezervate pana cand sunt eliberate explicit. Banda ramasa nefolosita de cadrele sincrone este alocata, la cerere, traficului asincron (best-effort trafic). Traficul asincron este impartit in clase de prioritate, prioritatile mari fiind primele care au acces la banda ramasa.

Optiunea ETR, de generare anticipata de token dupa transmisia cadrului si inainte de receptia sa, impune ca prioritatea tokenului ² timpuriu² sa fie a ultimului cadru receptionat. Mecanismul de prioritati e invalidat partial de ETR, deoarece statia trebuie sa genereze tokenul inainte de a putea citi bitii d rezervare. Creste intarzierea de acces pentru traficul prioritar, cand nivelul este incarcat cu cadre scurte.

Protocolul MAC-FDDI foloseste trei contoare de timp:

Ø      THT -Token Holding Time, determina timpul de mentinere a tokenului de catre statie. Se evita astfel monopolizarea inelului.

Ø      TRT- Token Rotation Time, timpul de rotatie al tokenului, e anulat la fiecare trecere de token. Daca THT expira (time-aut) tokenul a fost pierdut probabil si se initiaza procedura de recuperare.

Ø      VTT- Valid Transmission Time, timp de transmisie corecta, folosit pentru detectarea si recuperarea unor erori temporare pe inel.

Performata LAN-urilor cu token

Presupunem o retea locala LAN cu statii active, pregatite sa transmita. Se noteaza cu a timpul de propagare normalizat la durata cadrului:

a = t_prop/t_frame,

care este timpul necesar tokenului sau cadrului sa parcurga inelul. Intuitiv, utilizarea sau eficienta va fi debitul normalizat la capacitatea sistemului.

Sunt posibile doua situatii:

a a>1, cadrul mai scurt decat inelul

Statia incepe sa transmita la momentul t₀, termina transmisia la momentul t₀+1, receptioneaza inceputul cadrului la momentul t₀+a, moment din care statia poate genera tokenul. Tokenul mai are nevoie de 1/N sa ajunga la statia urmaatoare. Deci de fapt durata unui ciclu este a+a/ N :

b a<1, cadrul mai lung decat inelul

Cand incepe receptia, t₀+a , statia e libera sa transmita tokenul, dar trebuie sa termine de transmis datele si deci abia la t₀+1 poate transmite tokenul, care mai are nevoie de a/N sa ajunga la proxima statie:

Performanta LAN-urilor de tip CSMA p-persistent

Exista N statii active. Cand o statie detecteaza mediu liber, transmite cu probabilitatea p. Diviziunea este 2t propagare cap la cap, adica timpul maxim de detectie al unei coliziuni. Timpul mediului e format din

timpul de transmisie = 1/(2a),  si

timpul de competitie, cand fie exista coliziuni, fie nu exista transmisie.

Determinarea timpului de competitie mediu

Ø      A = probabilitatea ca o singura statie sa transmita si sa obtina mediul si celelate statii nu:

dar , daca .

Ne intereseaza eficienta maxima, care se obtine cand probabilitatea de obtinere a mediului de catre fiecare statie e maxima:

=>.

In sarcina mare, statiile trebuie sa-si restranga oferta de incarcare la 1/N, ceea ce inseamna ca statiile cunosc N. In sarcina mica nu poate fi atinsa eficienta maxima. Lungime medie a intervalului de competitie E(w), [sloturi]

Utilizarea va fi raportul dintre intervalul de transmisie si timpul de ocupare (un interval de transmisie + unul de competitie)

Stim ca

LAN-uri de tip 802.6 DQDB

LAN-ul de tip 802.6 DQDB (Distributed Queue Dual Bus) reprezinta standardul de retea locala pe fibra optica, avand doua magistrale pentru transferul informatiei. Avantajul tehnicii consta in faptul ca este complet distribuita si nu sunt constrangeri de lungime a magistralelor.Debitul tipic este de 150 Mbps, dar poate varia in functie de capacitatea mediului. La un capat al fiecarei magistrale se afla un generator de sloturi, iar la celalalt capat un terminator. De fapt cele doua magistrale A si B sunt bidirectionale, dar in cele ce urmeaza le consideram unidirectionale. O statie va folosi pentru transmisia datelor acea magistrala pe care destinatia se afla in aval de ea si pe cealalta magistrala transmite cererile de rezervare. Cadrul are 125ms, dar numarul sloturilor din cadru depinde de capacitatea fibrei.

ms = cadru

Celula

1B 4B 48B

53 B= celula< >cadru ATM

ATM - Asynchronous Transfer Mode

Exista doua tipuri de sloturi sau celule: QA (Queue Arbitrated slot) pentru transportul datelor cu comutare de pachete, respectiv PA (Prearbitrated slot) pentru transportul datelor cu comutare de circuit. Alocarea sloturilor la fiecare circuit nu e standardizata inca.

Generatorul de sloturi trimite celule vide. Consideram ca magistrala A este pentru date, iar magistrala B este pentru cereri. Pentru ca o statie X sa poata transmite, adica sa-si incarce datele intr-o celula libera, trebuie ca pachetul sau sa fie primul in coada de asteptare din statia X. Fiecare statie tine evidenta cererilor si a informatiilor de transmis, printr-o coada de tip FIFO (first-in first-out) primul sosit primul servit. Daca in coada, pe primul loc se afla, un cadru de informatii al statiei X, atunci acesta va fi transmis in primul slot liber sosit pe magistrala A. Daca pe primul loc se afla o cerere a altei statii, slotul e lasat sa treaca si cererea e extrasa din coada. Slotul va fi folosit de o statie in aval de X, care l-a solicitat prin cererea sa.

Fiecarei statii i se permite introducerea unui singur cadru sau cerere la un moment dat, in coada, restul se pastreaza intr-o coada suplimentara. Cand un cadru de informatie intra in coada, se emite o cerere (un bit) pe magistrala B. Mecanismul foloseste 2 contoare

- RQ (Request Counter) numaratorul de cereri, incrementat la aparitia unei cereri pe B si decrementat la aparitia unui slot liber pe A

- CD (Count Down Counter), numaratorul decremental. CD e folosit doar cand statia vrea sa transmita. Se transfera RQ in CD si RQ devine 0. Apoi CD e decrementat de fiecare data cand un slot liber trece pe A. Cand CD=0, statia X poate folosi primul slot liber care trece pe A.

Sunt avantajate statiile mai apropiate de GS si statiile care se conecteaza primele. Aceste dezavantaje pot fi corectate, introducand o probabilitate p<1 de folosire a slotului liber, cand statiei ii revine randul.

DQDB a folosit pentru crearea standardului 802.6 pentru LAN-uri pe fibra optica, dar standardul de facto (de piata) este Ethernet-ul de mare viteza si FDDI.