Temat 6/11.01.15/Protokoły w warstwie dostępu do sieci

Warstwa dostępu do sieci jest odpowiedzialna za wszystkie zagadnienia związane z zestawieniem łącza fizycznego służącego do przekazywania pakietu IP do medium transmisyjnego. Odpowiada między innymi za odwzorowywanie adresów IP na adresy sprzętowe i za enkapsulację pakietów IP w ramki. Określa połączenie z fizycznym medium sieci w zależności od rodzaju sprzętu i interfejsu sieciowego. 
Warstwa dostępu do sieci w modelu TCP/IP definiuje funkcje umożliwiające korzystanie ze sprzętu sieciowego i dostęp do medium transmisyjnego. W sieciach lokalnych protokołem dostępu do sieci jest Ethernet, w sieciach rozległych są to m.in. protokoły ATM i Frame Relay.
 

1. Standard sieci Ethernet jako sieci lokalniej LAN - rodzaje, odległości pomiędzy komputerami w sieci

Standard Ethernet został opublikowany w latach 80-h ubiegłego wieku. Transmisja osiągała szybkość do 10 Mb/s i była realizowana przez gruby kabel koncentryczny na odległościach do 500 m. Pierwotny standard technologii Ethernet był wielokrotnie poprawiany w celu dostosowania go do potrzeb nowych mediów transmisyjnych i większych prędkości transmisji. Obecnie rodzina technologii Ethernet obejmuje następujące standardy:

  • Ethernet (prędkość 10 Mb/s);
  • Fast Ethernet (100 Mb/s); 
  • Gigabit Ethernet (1000 Mb/s); 
  • 10 Gigabit Ethernet (10 Gb/s);
  • 40 Gigabit Ethernet (40 Gb/s);
  • 100 Gigabit Ethernet (100 Gb/s).

2.  Autonegocjacja

Autonegocjacja - sposoby ustalania przepustowości łącza sieciowego ustalane przez technologie Ethernet.
Interfejsy sieciowe mogą pracować w wielu trybach, w zależności od rodzaju wykorzystywanego w sieci medium:
IEEE 802.3   standard protokołu CSMA/CD
IEEE 802.3u Fast Ethernet 100BASE-T
IEEE 802.3z Gigabit Ethernet
IEEE 802.3ab Gigabit Ethernet, 1000BASE-T
IEEE 802.11 bezprzewodowy Ethernet
IEEE 802.3ae 10 Gigabit Ethernet
IEEE 802.3bg 40 Gigabit Ethernet
IEEE 802.3bj 100 Gigabit Ethernet

3. Schemat ramki sieci Ethernet, opis elementów ramki

Celem autonegocjacji jest umożliwienie współpracy różnych urządzeń w trybie o najwyższej prędkości akceptowalnej przez wszystkie urządzenia w sieci. Format ramki przyjmuje postać Preambula-SFD-Adres docelowy MAC-Adres źródłowy MAC-Typ ramki-Dane-Typ ramki.
Poszczególne elementy oznaczają:
 
• Preambuła — składa się z 7 bajtów złożonych z naprzemiennych jedynek i zer;
• SFD (start frame delimiter), czyli znacznik początkowy ramki w postaci sekwencji 8 bitów (1 bajt);
• Adres MAC odbiorcy (6 bajtów);
• Adres MAC nadawcy (6 bajtów);
• Typ ramki (2 bajty);
• Dane (46 - 1500 bajtów) — jeżeli dane są mniejsze niż 46 bajtów, to są uzupełniane zeram;
• Suma kontrolna (4 bajty).
 

4. Protokół Frame Relay

Frame Relay zapewnia komunikację połączeniową o przepływności do 45 Mb/s. Funkcjonuje na telekomunikacyjnych łączach cyfrowych odznaczających się niskim wskaźnikiem błędów. Frame Relay pozwala na łączenie sieci LAN, transmisję danych i gtosu, wideo-1 telekonferencje.
Sieć Frame Relay składa się z wielu urządzeń sieciowych połączonych kanałami fizycznymi, na których są tworzone połączenia wirtualne (logiczne). Mogą być one zestawiane na stałe (Permanent Virtual Circuits — PVC) i tymczasowo (Switched Virtual Circuits — SVC). 
Frame Relay zapewnia gwarantowaną szybkość transmisji (Committed Information Rate — CIR).


5. Technologia ATM

ATM jest technologią telekomunikacyjną, która umożliwia przesyłanie gtosu, obrazów, wideo i danych przez sieci prywatne i publiczne. Podstawową porcją danych w sieciach ATM jest komórka, która ma stalą dtugość 53 bajtów. Tworzy ją 5-bajtowy nagłówek ATM i 48 bajtów treści zasadniczej. Maté komórki o stałej długości doskonale nadają się do przesyłania gtosu i obrazów wideo, ponieważ ruch ten nie toleruje opóźnień. Ruch zawierający obrazy wideo i gtos nie musi czekać na przesianie większego pakietu danych.


6. Format pakietu IP

Zadaniem warstwy internetowej jest wybranie najlepszej ścieżki dla pakietów przesyłanych w sieci. Podstawowym protokołem działającym w tej warstwie jest protokół IP (Internet Protocol). Tutaj następuje określenie najlepszej ścieżki i przełączanie pakietów.
Protokół IP spełnia następujące zadania: 
• definiuje format pakietu i schemat adresowania, 
• kiemje pakiety do zdalnych hostów.
 

W warstwie internetowej modelu TCP/IP dziafają następujące protokoły:

  1. Protokół IP - zapewnia usługę bezpotączeniowego dostarczania pakietów przy użyciu dostępnych możliwości; nie uwzględnia zawartości pakietu, ale wyszukuje ścieżkę do miejsca docelowego.
  2. Protokół ICMP (Internet Control Message Protocol) - pełni funkcje kontrolne i informacyjne; jest używany przez polecenia sprawdzające poprawność połączenia (np. polecenie ping).
  3. Protokół ARP (Address Resolution Protocol) - znajduje adres warstwy łącza danych MAC dla znanego adresu IP.
  4. Protokół RARP (Reverse Address Resolution Protocol) - znajduje adres IP dla znanego adresu MAC.
  5. Protokoły routingu (RIR, IGRR, EIGRR, OSPF, BGP).
Przesyłanie danych przez pakiet IP:
W
ersja		  Długość  Typ usługi  (ToS) Rozmiar pakietu 
Identyfikator  Flagi Przesunięcie fragmentu
Time-to-łive (TTL) Protokół  Suma kontrolna nagłówka 
Adres nadawcy 
Adres odbiorcy
Opcje
Dane
Poszczególne elementy oznaczają:
 
• Wersja — wersja protokołu IP. 
• Długość nagłówka — wartość tego pola pomnożona przez 32 bity określa długość nagłówka w bitach.
• Typ usługi (ang. Type of Service — ToS) — określa klasę usług, wykorzystywany przy zarządzaniu ruchem. 
• Rozmiar pakietu — rozmiar całego pakietu IP podany w bajtach. 
• Identyfikator — używany podczas łączenia fragmentów danych. 
• Flagi — jest to 3-bitowe pole, gdzie pierwszy bit określa, czy dany pakiet może zostać podzielony na fragmenty; drugi — czy pakiet jest ostatnim fragmentem. Trzeci bit nie jest używany. 
• Przesunięcie fragmentu — określa kolejną pozycję przesyłanych danych w oryginalnym datagramie w celu jego późniejszego odtworzenia. 
• Czas życia (TTL) — zawiera znacznik życia pakietu. Pole to jest liczbą zmniejszaną przez każdy router, przez który przechodzi. Kiedy wartość TTL osiągnie zero, pakiet jest zatrzymywany, a nadawca zostaje poinformowany, że pakietu nie udało się dostarczyć.
• Protokół — oznacza kod protokołu warstwy wyższej — transportowej. 
• Suma kontrolna nagłówka — służy do wykrywania uszkodzeń wewnątrz nagłówka. 
• Adresy źródłowy i docelowy pakietu — adres IP nadawcy i odbiorcy pakietu. 
• Opcje — dodatkowe informacje, nie zawsze używane, mogą dotyczyć na przykład funkcji zabezpieczeń. 
• Wypełnienie — opcjonalne pole, które uzupełnia nagłówek pakietu zerami, aby jego wielkość była wielokrotnością 32 bitów. 
• Dane — pole, w którym są transportowane właściwe dane.