MAC-szabályok, az ütközések felismerése és a visszatartás.

Az előadások a következő témára: "MAC-szabályok, az ütközések felismerése és a visszatartás."— Előadás másolata:

1 MAC-szabályok, az ütközések felismerése és a visszatartás

2 CSMA/CD feladata Az Ethernet hálózatokban használt CSMA/CD hozzáférési módszer három funkciót lát el: Adatkeretek küldése és fogadása Adatkeretek dekódolása és a bennük tárolt címek érvényességének ellenőrzése az OSI modell felsőbb rétegeihez való továbbítás előtt Hibák felismerése az adatkeretekben vagy a hálózatban

3 CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - Ütközést jelző vivőérzékeléses többszörös hozzáférés

4

5

6 Időzítések az Ethernet hálózatokban

7 Ütközés Az Ethernet hálózatokban a készülékek az üzenetek elküldése előtt figyelnek, hallgatóznak, így állapítják meg, hogy éppen nem végez-e átvitelt valamelyik másik állomás. Ha az átviteli közeget senki nem használja, az átvitelt azonnal meg lehet kezdeni. Az elektromos jelnek kell valamennyi idő a kábelen való végigutazásra (késleltetés), és az ismétlők némi késleltetéssel továbbítják a kereteket egyik portjukról a másikra. A késleltetések miatt lehetséges, hogy egyszerre egynél több állomás is adni kezd. Ilyenkor ütközés történik

8 Duplex mód Ha az adott állomás duplex módban üzemel, akkor egyszerre tud küldeni és fogadni is, ilyenkor ütközés nem történhet. A duplex működéssel az időzítési szempontok is megváltoznak, és a résidők kérdésével sem kell foglalkozni. A duplex működés nagyobb méretű hálózatok építését is lehetővé teszi, mivel az ütközések észlelése miatti időzítési korlátok eltűnnek.

9 Fél-duplex működésnél Ha nem történik ütközés, a küldő állomás 64 bitnyi időszinkronizáló adatot küld el, ezt előtagnak nevezzük. A küldő állomás ezt követően a következő információkat továbbítja: –Cél és forrás MAC-cím –Egyéb fejrészbeli adatok –Hasznos adatrész –Ellenőrző összeg (FCS), amely a keretben a továbbítás során történt sérülések felismerését teszi lehetővé A keretet megkapó állomások újraszámítják az FCS értékét, így döntik el, hogy a bejövő üzenet érvényes-e; ha igen, továbbadják a protokollkészlet következő szintjének.

10 Időzítési adatok Az Ethernet 10 Mbit/s sebességű és lassabb változatai aszinkron működésűek. Az aszinkron működés azt jelenti, hogy minden fogadó állomásnak nyolc oktettnyi időzítési adatra van szüksége, amelynek segítségével szinkronizálja adatfogadó áramkörét. Az időzítési adatokat ezután eldobják az állomások. Az Ethernet 100 Mbit/s-os és nagyobb sebességű változatai szinkron működésűek. A szinkron változatok időzítési adatokat nem igényelnek, ám a kompatibilitás fenntartása miatt az előtag és a keretkezdet mezők ezeknél a változatoknál is megvannak.

11 Résidő Az 1000 Mbit/s sebességű vagy lassabb Ethernet átviteleknél a szabványok előírásai szerint egy-egy átvitel nem lehet rövidebb egy résidőnél. A 10 és a 100 Mbit/s sebességű Ethernet-változatoknál a résidő 512 bit, vagyis 64 oktett ideje. Az 1000 Mbit/s sebességű Ethernetnél a szeletidő 4096 bit, vagyis 512 oktett ideje. A résidőket a legnagyobb szabályos hálózati architektúra és a leghosszabb megengedett kábelszakaszok alapján lehet kiszámítani. Minden hardveres késleltetési időt a megengedett maximumnak kell venni, ütközések észlelésekor pedig a 32 bites torlódási jelet kell használni.

12 1 bit továbbítása A 10 Mbit/s sebességű Ethernet hálózatokban a MAC rétegnek egy bit továbbításához 100 nanoszekundumra (ns) van szüksége. 100 Mbit/s sebességen mindez 10 ns, 1000 Mbit/s sebességen pedig 1 ns ideig tart. Az UTP kábelek esetében durva becsléssel úgy szoktak számolni, hogy a terjedési késleltetés miatt a jelek 20,3 cm-t tesznek meg nanoszekundumonként. Egy 10BASE-T hálózaton tehát egy jel kevesebb mint 5 bitnyi idő alatt halad végig egy 100 méteres UTP kábelszakaszon.

13

14 Az Ethernet CSMA/CD módszerének működéséhez a küldő állomásnak még a keret továbbításának befejezése előtt értesülnie kell az ütközésekről, akkor is, ha a keret mérete minimális. 100 Mbit/s sebesség mellett a rendszer időzítése éppen csak lehetővé teszi a 100 méteres kábelek bejárását. 1000 Mbit/s mellett különleges megoldásokra van szükség, mivel a 100 méteres UTP kábel végének elérése előtt a minimális méretű keret továbbítása is majdnem befejeződik. Ez az oka annak, hogy a 10 Gbit/s sebességű Ethernet hálózatok fél-duplex módban nem működhetnek.

15 A keretek közötti térkitöltés és a visszatartás

16 Kerettérköz A két nem ütköző keret közötti minimális kihagyást kerettérköznek nevezzük. A kerettérköz az első keret FCS mezőjének utolsó bitjétől a második keret előtagjának első bitjéig tart.

17 Kerettérköz Egy-egy keret elküldése után a 10 Mbit/s sebességű Ethernet hálózatokban minden állomásnak legalább 96 bitnyi ideig (9,6 mikroszekundum) várnia kell, a következő keret továbbítását szabályosan csak ezt követően lehet megkezdeni. A térköz a gyorsabb Ethernet-változatoknál is 96 bitnyi idő, ám ennek hossza a sebességgel arányosan kisebb. Ezt az intervallumot keretrésnek nevezzük, alkalmazása révén a lassabb állomások is időt kapnak az előző keret feldolgozására, illetve fel tudnak készülni a következő keret fogadására.

18 Ütközés Ha ütközés történik, és minden állomás – a kerettérköz lejárására várva – szabadon hagyja a kábelt, akkor az ütközés által érintett állomásoknak hosszabb és progresszívan növekedő ideig kell várniuk, mielőtt újra megpróbálkozhatnának az ütközött keret újraküldésével. A várakozási idő véletlenszerű megválasztása szándékos tervezési lépés, így ugyanis kicsi a valószínűsége annak, hogy két állomás azonos ideig várakozzon az újraküldés előtt, ami újabb ütközéseket eredményezne. Ennek érdekében minden újraküldési próbálkozás előtt megnő az az intervallum, amelyből a várakozási idő véletlenszerű kiválasztása történik. A várakozási idők a résidő egész számú többszörösei lehetnek.

19

20 Hibajelzés Ha a MAC-réteg 16 próbálkozás után sem képes elküldeni a keretet, akkor feladja a próbálkozást, és hibajelzést küld a hálózati rétegnek. Ilyesmi rendkívül ritkán, inkább csak a hálózat erős leterheltségekor vagy fizikai hiba esetén történik

21 Hibakezelés

22 Ütközés Az Ethernet hálózatokon a leggyakoribb hibajelenség az ütközés. Az ütközés a hálózati hozzáférések terén jelentkező torlódások feloldására szolgáló mechanizmus. Néhány ütközés árán a hálózati csomópontok zökkenőmentesen, egyszerűen, kis többletterheléssel dönthetik el, hogy a hálózathoz mint erőforráshoz melyikük férhet hozzá. Ha a hálózat terhelése túlságosan nagyra nő, akkor az ütközések komolyan gátolhatják a hálózat hasznos szolgáltatásait.

23 Az ütközések a hálózati sávszélesség csökkenését okozzák, amelynek mértéke a kezdeti átvitel és a torlódási jel méretével arányos. Ezt a jelenséget fogyasztási késleltetésnek nevezzük, a hálózat összes csomópontját érinti, és a hálózat átviteli sebességének akár számottevő romlását is okozhatja.

24 Az ütközések jelentős része a keret továbbításának megkezdésekor, általában még a keretkezdet mező küldésének megkezdése előtt jelentkezik. A keretkezdet küldésének megkezdése előtt felmerülő ütközésről a felsőbb rétegek általában nem értesülnek, mintha meg sem történt volna. Az ütközés észlelésekor a küldő állomás egy 32 bites torlódási jelet küld el, ami megerősíti, fokozza az ütközést. Erre azért van szükség, hogy az elküldött adatok biztosan megsérüljenek, és így minden állomás lehetőséget kapjon az ütközés felismerésére.

25

26 Az ábrán két állomás figyeli, hogy a kábel szabad-e, majd adni kezdenek. Az 1-es állomás a keret jelentős részét el tudja küldeni, mielőtt a jel egyáltalán elérné az utolsó kábelszegmenst is. A 2-es állomás még nem kapta meg az adás első bitjét, amikor maga is adni kezd, de csak néhány bitet tud elküldeni, amíg a hálózati kártya nem érzékeli az ütközést. A 2-es állomás azonnal megszakítja az adattovábbítást, elküldi a 32 bites torlódási jelet, majd befejezi az adást. A 2-es állomás által észlelt ütközés és a torlódásjelzés elküldése alatt az ütközésben részt vevő töredék az ütközési tartományon keresztül az 1-es állomás felé halad. A 2-es állomás már befejezte a 32 bites torlódási jel továbbítását, és megszakított minden küldést, mire az ütközés az 1-es állomásig is elér, amely eddig nem tudott az ütközésről, és folytatta a küldést. Amikor az ütközési töredék végre eléri az 1-es állomást, akkor ez is megszakítja az adattovábbítást, és a keret hátralévő része helyett elküldi a 32 bites torlódási jelet. A 32 bites torlódási jel elküldése után az 1-es állomás is elnémul.

27 Torlódási jel, runt A torlódási jel tetszőleges bitsorozat lehet, feltéve, hogy nem érvényes ellenőrző összeg a keret addig elküldött részéhez. A torlódási jel a legtöbb esetben egyesek és nullák váltakozó sorozata, hasonlóan az előtaghoz. Protokollelemzővel vizsgálva ez a bitsorozat ismétlődő hexadecimális 5-nek vagy A-nak látszik. A sérült, részlegesen elküldött üzeneteket ütközési töredékeknek vagy runtoknak nevezzük. A normál ütközések hossza 64 oktettnél kisebb, így a minimális hosszt nem érik el, és az ellenőrző összeg teszten sem felelnek meg.

28 Ütközéstípusok

29 Ütközések típusai Ütközés jellemzően akkor történik, ha két vagy több, azonos ütközési tartományba tartozó Ethernet állomás egyszerre küld adatokat. Egyszerű ütközésnek nevezzük azt, ha a keret első továbbítása ütközés miatt meghiúsul, ám a következő alkalommal sikeresen megtörténik. A többszörös ütközés azt jelenti, hogy ugyanaz a keret több ütközésben is részt vesz, mire sikerül továbbítani. Az ütközések eredményeként előálló ütközési töredékek olyan részleges vagy sérült keretek, amelyek 64 oktettnél rövidebbek és hibás FCS mezővel rendelkeznek.

30 Háromféle ütközést különböztetünk meg: Helyi Távoli Kései

31 Helyi ütközés Helyi ütközés koaxiális kábelen (10BASE2 és 10BASE5) úgy keletkezhet, hogy a jel addig utazik a kábelen, amíg egy másik állomás jelével nem találkozik. A hullámformák ekkor átlapolódnak, egy részük kioltja, más részük felerősíti, megduplázza egymást. A jelek duplázódásával a feszültségszint a maximálisan megengedett fölé emelkedik. A feszültségtúllépést a helyi kábelszegmens minden állomása ütközésként érzékeli

32 Távoli ütközés Távoli ütközésre következtethetünk, ha a minimális hosszt el nem érő keretet kapunk, aminek ellenőrző összege érvénytelen, ám helyi ütközésre utaló feszültségtúllépést vagy egyidejű RX/TX használatot nem tapasztaltunk. Az ilyen ütközések általában valamilyen ismétlő túloldalán történnek. Az ismétlő ilyenkor a feszültségtúllépést nem továbbítja, és a TX/RX párok egyidejű foglaltságát sem tudja előidézni. Ahhoz, hogy mindkét érpár aktív legyen, az állomásnak adnia kellene, ez esetben viszont helyi ütközés történne. Az UTP hálózatokon a legtöbb ütközés ilyen típusú.

33 Kései ütközés Ha egy állomás az adatok első 64 oktettjét már elküldte, akkor normál, szabályos ütközésre már nincs esély. Az első 64 oktett elküldése után fellépő ütközéseket kései ütközéseknek nevezzük. Az első 64 oktett elküldése előtt történő és a kései ütközések között a legfontosabb különbség az, hogy az Ethernet hálózati kártyák a normál ütközések által érintett kereteket automatikusan újraküldik, ám a kései ütközésekben részt vevőket nem. Mivel a hálózati kártya azt hiszi, hogy minden átvitel rendben lezajlott, a felsőbb rétegbeli protokollok feladata a keret elvesztésének felismerése. Az újraküldés elmaradásától eltekintve az állomások a kései ütközéseket is a normál ütközésekhez hasonlóan kezelik.

34

35