- propojení mezi 2 médii –> není potřeba adresace
- řídí děje v přenosovém médiu (je pasivní)
- poskytuje služby vrstvě nad ní (datového spoje)
- transformuje bity na signály a naopak
- určuje počet logických kanálů souběžně přenášejících data z různých zdrojů
- cíl: přenést bity (obsah rámců) mezi odesílatelem a příjemcem
- vlastnosti (parametry a návaznosti signálů, zapojení konektorů apod.) jsou určeny standardy
přenosové médium – přenáší data mezi uzly
- analogové přenosové médium – éter
- digitální přenosové médium – koaxiál, kroucená dvojlinka
- Bit-to-Signal Transformation – převod bitů na signál
- Bit-Rate Control – kontrola počtu bitů za sekundu
- Bit Synchronization – synchronizace příjemce a odesílatele
- Multiplexing – rozdělení na logické kanály za účelem vyšší efektivit
- Circuit Switching – přepínání okruhů
- data jsou přenášena pomocí (elektromagnetických) signálů
- je nutné provést převod binárních dat na signál
signál – časová funkce reprezentující změny fyzikálních vlastností přenosového média
- analogový signál – spojitý v čase, šíření po vodiči nebo bezdrátově (éter)
- digitální signál – diskrétní (nespojitý) v čase (mění se skokově), šíří se pouze po vodiči
- slábnutí – ztráta energie, příčina: odpor vodiče
- zkreslení – ztráta tvaru, příčina: různá rychlost šíření signálů na různých frekvencích
- šum – příčina: vliv cizí energie
- modulace
- amplitudová, frekvenční nebo fázová modulace
- modem = MOdulátor + DEModulátor
- transformace kódováním
- kódování – binární data -> digitální signál
- problém: synchronizace vysílače a přijímače (nerozeznáme počet 1 v dlouhé posloupnosti 111…)
přímé kódování – 0 je 0, 1 je 1, bez možnosti synchronizace
NRZ kódování – dva signály, jeden přenáší data a druhý mění amplitudu, pokud následující bit == 1
kódování Manchester – pokles amplitudy == 0, nárůst amplitudy == 1, nižší efektivní přenosová kapacita, plná samosynchronizovatelnost
kódování 4B/5B – uměle zavedená redundance, umí detekovat chyby; substituce 4-bitových bloků speciálními 5-butovými vzorky
- prostředí pro činnost fyzické vrstvy
- voděná – fyzický kanál mezi dvěma zařízeními (kroucená dvojlinka, koaxiál, optické vlákno…)
- nevoděná – nepoužívají fyzický vodič, signály se šíří éterem (rádiové, mikrovlnné či infračervené vysílání…) - ovlivněná prostředím
- technika sdílení dostupné přenosové kapacity přenosového média souběžnými komunikacemi
- lze uplatnit především u optických a bezdrátových přenosů
- pro analogové signály:
- Frequency-Division Multiplexing (FDM) – stanice vysílající v éteru na různých frekvencích
- Wave-Division Multiplexing (WDM) – FDM pro optická vlákna, různé vlnové délky (každá barva reprezentuje jeden kanál)
- pro digitální signály:
- Time-Division Multiplexing (TDM) – v jeden okamžik vysílá pouze jeden vysílač, střídají se, nutno dobře synchronizovat
- na úrovni LAN(Local Area Network)
- přenosové médium sdíleno více stanicemi (nutnost adresace stanic)
- tzv. node-to-node delivery
- přijímá pakety do síťové vrstvy a transformuje je do rámců
- přenáší rámce mezi komunikujícími uzly, které jsou určeny MAC adresami
- zaručuje spolehlivost přenosu (vynucení opakování chybně přenesené informace)
- brání zahlcení cílového uzlu
- řídí přístup uzlů k sdílenému přenosovému médiu
- detekuje a opravuje chyby
- Error Detection, Automatic Request for Retransmission (ARQ)
- Forward Error Correction (FEC) – samoopravné kódy (např. Hammingův kód viz. MB104)
- kolizní doména
- tvorba rámců (Framing) – balení paketů ze síťové vrstvy do rámců
- adresování (Addressing) – fyzické/MAC adresy
- chybové řízení (Error Control) – detekce a korekce chyb z fyzické vrstvy
- řízení toku (Flow Control) – zabraňuje zahlcení příjemce (stop-and-wait, sliding-window)
- řízení přístupu k médiu (Medium Access Control - MAC) – eliminace kolizí při násobném vysílání
- Ethernetový rámec:
- preambule (identifikace počátku rámce)
- cílová adresa
- zdrojová adresa
- typ
- data
- CRC (Cyclic Redundancy Check) – cyklický redundantní součet
- chyby (změna hodnot bitů) vznikají na fyzické vrstvě
- na linkové vrstvě probíhá detekce a korekce
- vysílač přidá redundantní kontrolní bity, přijímat podle nich zkontroluje data
- Error Detection, Automatic Request for Retransmission (ARQ) – detekce & opakování přenosu (náročná operace; vodné pro málo chybová zařízení)
- Forward Error Correction (FEC) – detekce & oprava (např. Hammingův kód)
- sudá/lichá parita (silnější: dvoudimenzionální parita)
- cyklické kódy s kontrolní redundancí (CRC - Cyclic Redundancy Check) – viz MB104 (n,k)-kódy, spolehlivě opravuje jednoduché chyby
- pro blok k=bitů dat se vygeneruje (n-k)-bitová posloupnost přidávaná ke k-bitům zprávy
- přenášená zpráva (rámec, n-bitů) reprezentuje polynom M(x) stupně (n - 1)
- klíč - vhodně zvolený polynom C(x) stupně (n - k)
- přidávaná posloupnost (CRC) - zbytek po dělení M(x)/C(x) (=> n - k bitů)
- funkcionalita odpovědná za koordinaci přístupu více stanic ke sdílenému přenosovému médiu
- cíl: eliminovat kolize
- neřízený, řízený nebo multiplexově-orientovaný přístup
- Aloha – stanice vysílá kdykoli má připravený rámec, potvrzení o přijetí, při kolizi počká náhodou dobu a pak to zkusí znovu, neefektivní
- CSMA/CD – vysílá jen když je klid, používá se v LAN Ethernetu, nelze použít v nevoděném médiu (CD = Collision Detection)
- CSMA/CA – obcházení kolizí, použitelné v nevoděném médiu (CA = Collision Avoidance)
- stanice smí vysílat, pouze když získá svolení
- rezervace - vysílá se v předem domluvených intervalech
- vyzývání - centrální stanice vyzývá a vybírá stanici, která bude vysílat
- předávání příznaku - předání peška indikující právo k vysílání
- v médiu se přenáší víc signálů najednou
- FDMA – frekvence
- TDMA – čas
- lokální počítačové sítě (LANs)
topologie – uspořádání stanic na médiu
kolizní doména – určena stanicemi, které sdílí přenosové médium, při souběžném vysílání nastává kolize
- relativně snadná na instalaci
- kolizní doména zahrnuje všechny připojené stanice
- protokol CSMA/CD pro řízení přístupu k médiu
- při výpadku kabelu vypadne celá síť (je náchylná k defektům)
- zprávy putují v jednom směru
- kolizní doména zahrnuje všechny připojené stanice
- právo vysílat se určuje metodou peška
- při výpadku kabelu nebo stanice vypadne celá síť (je náchylná k defektům)
- centrální bod (hub, bridge, switch)
- obtížnější na instalaci
- kolizní doména závisí na propojovacím bodu
- hub (L1) – všechny připojené stanice
- bridge, switch (L2) – pouze sousedící stanice
- při výpadku kabelu vypadne pouze dané zařízení
- bridge (můstek) – transparentní propojení sítí, zabraňuje šíření kolizí, všechen provoz prochází můstkem
- switch – víceportový můstek
- založena na MAC adresách
- můstek se učí umístění jednotlivých stanic (Backward Learning Algorithm) – nutné pro správné přepínání rámců
- rámce se směřují dle cílové adresy
- vlastnosti:
- lze vytvořit sítě s cykly –> problém
- distribuovaný Spanning Tree Algorithm pro výpočet kostry
- nevhodné pro velké sítě
- přepínací tabulky rostou s počtem stanic - pomalá konvergence
- cíl: zabránit cyklům (nepoužívat některé porty můstků)
- všechny můstky periodicky posílají informaci o <své adrese, adresa kořenového můstku a vzdálenosti od kořene>
- pokud můstek obdrží zprávu od souseda, upraví svoji definici nejlepší cesty (kořen s menší adresou, menší vzdálenost (popř. nižší adresa))
- výběr kořenového můstku
- všechny můstky se prohlásí za kořeny
- rozešlou informace a vyberou ten s nejnižším ID
- výběr kořenových portů
- každý můstek si vybere svůj nejkratší port ke kořenovému můstku
- ostaní porty vypne
- výběr aktivních/neaktivních portů
- kořenový můstek nastaví všechny své porty jako aktivní
- na spojích, kde nejsou kořenové porty, se vyměňují informace
- ten s nižším můstkovým ID se vypne
- animace: http://frakira.fi.muni.cz/~jeronimo/vyuka/Cisco-spanning_tree.swf