Aktivní prvky, fyzická a linková vrstva

Petr Odvárka Tutoriály 27. září 2000

Podle počtu uzlů použitých v počítačové síti a v závislosti na její topologii by měly být voleny aktivní prvky. Protože je zřejmý celosvětový příklon k technologii Ethernet a tato technologie je v mnoha společnostech zvolena za standard, bude popis prvků zaměřen převážně na ni (i když v některých případech je popis obecný).

Podle počtu uzlů použitých v počítačové síti a v závislosti na její topologii by měly být voleny aktivní prvky. Protože je zřejmý celosvětový příklon k technologii Ethernet a tato technologie je v mnoha společnostech zvolena za standard, bude popis prvků zaměřen převážně na ni (i když v některých případech je popis obecný). V LAN sítích jsou používány následující typy aktivních prvků. V tomto přehledu jsou rozděleny z pohledu sedmivrstvého modelu OSI.

1. vrstva – fyzická vrstva

Opakovač (repeater) – aktivní prvek zajišťující spojení dvou a více segmentů sítě tím, že signál obdržený na jednom portu zopakuje do ostatních portů přičemž signál přečasuje, tj. obnoví ostré vzestupné a sestupné hrany; opakovač rozšiřuje kolizní i broadcastovou doménu.

Rozbočovač (hub, koncentrátor) – multiportový opakovač vybavený UTP porty typu RJ45 nebo Telco, případně rozšiřujícím portem jiného typu (coax, FO, AUI); rozbočovač rozšiřuje kolizní i broadcastovou doménu; vedle klasických rozbočovačů používajících jednu rychlost (ať již 10 Mbit/s nebo 100 Mbit/s) existují dvojrychlostní rozbočovače (dual speed hub) – ty mají dvě sběrnice a port se automaticky přepne na jednu z nich v závislosti na tom jakou rychlost používá připojované zařízení; dvourychlostní rozbočovače se dnes již vyrábějí převážně v provedení s integrovaným přepínačem zajišťujícím spojení obou sběrnic, starší modely však mohou překvapit tím, že jsou obě sběrnice oddělené a je nutno je propojit externím prvkem!

Počet opakovačů nebo rozbočovačů spojených za sebou je omezen. U technologie 100Base-X se vyskytují dva typy Class I a Class II. Typ Class I umožňuje vzájemné spojení maximálně dvou rozbočovačů, Class II spojování rozbočovačů dokonce neumožňuje ! Pravidlo je naštěstí eliminováno přepínači takže je potřeba se pouze vyvarovat propojování rozbočovačů a volit vhodný návrh sítě.

U technologie 10Base-X existují buď zjednodušená pravidla pro určení množství opakovačů zapojených za sebou nebo exaktní výpočet. Přestože se dnes již používají přepínače, které omezení eliminují, je dobré si pamatovat, že by neměly být za sebe zapojeny více než 4 opakovače.

Převodník (Media Converter) – je poměrně oblíbené zařízení, které zajišťuje konverzi (převod) signálu z jednoho typu média do jiného. Rozdíl mezi opakovačem a převodníkem je v tom, že převodník na rozdíl od opakovače neprovádí přečasování signálu. Převodníky jsou dostupné v pevné konfiguraci nebo modulární, spravovatelné i nespravovatelné, připravené pro určitou technologii nebo universální. Jsou používány tam, kde je potřeba určitý počet portů definovaného typu a řešení na primárních aktivních prvcích je příliš nákladné (např. konverze z Multimodové optiky na Singlemodovou optiku nebo z UPT na optiku). Jedněmi z nejoblíbenějších převodníků jsou produkty společnosti IMC.

2. vrstva – linková vrstva

Můstek (bridge) – dvouportové zařízení které odděluje provoz dvou segmentů sítě na základě učení se fyzických (MAC) adres uzlů na obou portech, na základě těchto adres můstek buď data na druhou stranu propouští nebo nepropouští; můstek pracuje na druhé vrstvě modelu OSI (linková vrstva) a proto je protokolově nezávislý, je však závislý na používané síťové technologii (přenosové metodě); můstek odděluje kolizní domény, ale rozšiřuje broadcastovou doménu; filtrační schopnost platí s jedním omezením – vztahuje se pouze na Unicast pakety, NonUnicast pakety (Multicast, Broadcast) jsou propouštěny.

Princip můstku:

1. A posílá paket stanici B, můstek se  dívá do tabulky zda má zavedenu MAC adresu vysílajícího, tedy A. V této fázi nemá, proto zavede MAC adresu A do tabulky s portem 2. Další krok můstku je pohled do tabulky zda je zavedena adresa stanice B. V případě, že není (a to v první fázi není) provede můstek tzv. flooding, tj. zkopíruje paket na všechny porty kromě toho na němž paket přijal.

2. B odpovídá A. Můstek se dívá do tabulky zda má B zaveden - nemá, zavádí jej tedy do tabulky s portem 2. Dále se dívá do tabulky na adresu A. Tuto adresu nachází na portu 2, tj. na stejném portu jako je vysílající stanice B. Paket tedy není kopírován do zbývajících portů.

Při vysílání stanic C a D je princip stejný.

Důležitým parametrem je timeout po němž je adresa stanice vypuštěna z tabulky. Počitadlo je aktivní vždy od posledního výskytu adresy.

Přepínač (switch) – vysokorychlostní multiportový můstek který přináší nové významné vlastnosti:

– umožňuje paralelní komunikace mezi různými porty (tzn. např. dvojice portů 2-3, 5-9, 6-4, … mohou komunikovat současně);

- umožňuje aplikaci vysokorychlostních portů a pomocí inteligentního používání vyrovnávacích pamětí rozdělit provoz vysokorychlostního portu do několika portů s nižší rychlostí/;

- vedle standardního polovičně duplexního provozu přináší teoreticky dvakrát rychlejší plně duplexní provoz;

přepínač odděluje kolizní domény, ale rozšiřuje broadcastovou doménu (v případě nonunicatového paketu se chová jako rozbočovač – tj. pošle tento paket na všechny porty).

Smyčky a mechanismus STP

Na základě obrázku si jistě dokážete představit, že teoreticky stačí jeden NonUnicast k tomu aby zahltil síť. Přijde např. na některý z přípojných portů přepínače P1. Ten jej pošle na všechny ostatní porty včetně těch na něž jsou připojeny P2 i P3. P2 jej pošle na všechny porty mimo toho, na kterém jej přijal. Tím se paket dostává na P3 – ten jej posílá na P1, odtud jde na P2 a zase na P3, atd. Nekonečné kolečko je hotové. Původní paket od stanice připojené na P1 je ovšem šířen i druhou stranou, tj. z P1 na P3, z P3 na P2 a z P2 na P1, atd. Jedinou cestou na druhé vrstvě OSI jak těmto nekonečným přeposíláním paketů zábranit je zabránit vytváření smyček. Toho se dá dosáhnout pečlivým návrhem, realizací a rozvojem sítě nebo automatizovaným mechanismem nazývaným Spanning Tree Protocol (STP). Můstky a přepínače tento protokol používají.

Hlavní význam STP je v tom, že uzavře redundantní cesty, ale zároveň umožní jejich opětovné otevření při selhání primární trasy (např. přerušením kabelu nebo výpadkem některého prvku po cestě).

Topologie je řízena prostřednictvím priorit. Každé zařízení může teoreticky být tzv. root od kterého je topologie stavěna. Jako root je voleno zařízení s nejnižší prioritou, případně s nižší MAC adresou. V závislosti na cenách (prioritách) jednotlivých linek jsou některé z nich vybrány jako funkční, ostatní jsou v záložním stavu.

Určitou nevýhodou STP je poměrně dlouhá konvergence sítě v případě výpadku primární trasy nebo prvku, který je aktuálně zvolen jako root.

Lze doporučit následující věci:

  1. zvolit root tak aby bylo jasné který prvek tuto funkci vykonává
  2. root by měl být zároveň nejstabilnější zařízení sítě (např. redundantně vybavený centrální přepínač)
  3. vypnout STP na všech portech na které jsou připojeny stanice (důvodem jsou problémy při přihlašování k Netware a problémy s DHCP).


Vytisknout


    Komentáře k článku

    ...k článku nejsou žádné komentáře

Vložte Váš komentář k tomuto článku

Máte dotaz? Neváhejte nám napsat.

Pole označená hvězdičkou (*) jsou povinná


Reklama v příspěvcích není dovolena, dodržujte etiketu. Redakce Světa sítí si vyhrazuje právo smazat příspěvěk, který v diskuzi použije vulgární slova a společensky neúnosné výrazy. Délka příspěvku je limitována 1500 znaky.