010602000 – Luento 7

1. 010602000 – Luento 7 LAN – Local Area Networks (Lähiverkot)

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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

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

7. 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

8. 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

9. 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)

10. Tallennusverkot

11. 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

12. 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)

13. 10Base5, thick ethernet AUI – Attached Unit Interface

14. 10Base5, thick ethernet • multiplexor käytössä

15. 10Base2, thin ethernet

16. 10BaseT, twisted pair ethernet • parikaapeli, lisäksi keskitin (hub) emuloimassa kaapeleita koneiden välillä

17. Esimerkki

18. Kaapelointien verkkoliittimet • Parikaapeli-ethernet • Paksu ethernet • Ohut ethernet

19. 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

20. IEEE 802 referenssimalli

21. 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

22. 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

23. MAC / LLC

24. 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

25. LAN Topologiat

26. 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

27. Väylä ja puutopologia

28. 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

29. 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

30. Rengastopologia

31. Rengastopologia • Siirtotie: • Parikaapeli • Koaksiaalikaapeli • Optinen kuitu

32. Itsepalautuva rengas

33. 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

34. 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

36. Kytkimen toimintaperiaate

37. Tähtitopologia (Kaksitasoinen)

38. 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)