Компјутерски Мрежи КМ06 (2020) PDF

Компјутерски Мрежи КМ06 Податочно ниво (дел 3) Проф. д-р Марјан Гушев ([email protected]) Проф. д-р Дејан Спасов ([email protected]) КМ06-1 ЕТЕРНЕТ (ETHERNET) РАМКИ КМ06-2 Ethernet структура н...

Компјутерски Мрежи КМ06 Податочно ниво (дел 3) Проф. д-р Марјан Гушев ([email protected]) Проф. д-р Дејан Спасов ([email protected]) КМ06-1 ЕТЕРНЕТ (ETHERNET) РАМКИ КМ06-2 Ethernet структура на рамка Испраќачката мрежан картичка енкапсулира датаграм или друг пакет формиран од мрежно ниво во Етернет рамка КМ06-3 Ethernet структура на рамка дест. извор. преамбула адрес адреса тип Податоци CRC (товар) а преамубла: 7 бајти со вредност 10101010 проследени со бајт со вредност 10101011 Се користат за да се синхронизираат брзините на такт часовниците на испраќачот и приемникот КМ06-4  Ethernet структура на рамка адреси: 6 бајтни изворна и дестинациска MAC адреси – Ако се прими рамка со целна адреса која се совпаѓа, или рамка со broadcast адреса (пр. ARP пакет), податоците се пренесуваат кон мрежниот слој – Во спротивно, рамката се отфрла тип: го означува протоколот на мрежнииот слој (најчесто IP, но можни се на пр. Novell IPX, AppleTalk) CRC: проверка на грешка кај приемникот – Ако се открие грешка, рамката се отфрла дест. извор. преамбула адрес адреса тип Податоци CRC (товар) а КМ06-5 Користење на рамка P DA = 2 SA = 6 T DATA FCS КМ06-6  IEEE 802.3 Frame Format Preamble Des. Add Sour. Add Length Data FCS 7 1 2/6 2/6 2 46 - 1500 Bytes 4 Bytes Byte Bytes Bytes Bytes Bytes Original Ethernet II Frame Format Preamble Des. Add Sour. Add Type Data FCS 8 Bytes 6 Bytes 6 Bytes 2 46 - 1500 Bytes 4 Bytes Bytes КМ06-7  Ethernet структура на рамка Секој протокол на дадено ниво треба да овозможи поврзување со протокол од повисоко ниво – Ethernet го користи Type полето Type: 2 bytes – Го означува протоколот од повисоко ниво, најчесто IP, но може да поддржува и други како Novell IPX и AppleTalk КМ06-8  Прашање Од колку бајти се состои заглавјето кај Етернет: A. 22 бајти (8 преамбула, 2*6 адреси, 2 тип) B. 24 бајти (8 преамбула, 2*6 адреси, 4 тип) C. 26 бајти (8 преамбула, 2*6 адреси, 2 тип, 4 CRC) КМ06-9  Одговор Од колку бајти се состои заглавјето кај Етернет: A. 22 бајти (8 преамбула, 2*6 адреси, 2 тип) B. 24 бајти (8 преамбула, 2*6 адреси, 4 тип) C. 26 бајти (8 преамбула, 2*6 адреси, 2 тип, 4 CRC) КМ06-10  Минимална големина на рамка Што ако се испратат многу мали рамки – Како ќе се открие судирот? КМ06-11  Големина на рамка Што со различните брзини? 3 Mbit, 100 Mbit, 1 Gbit... – оригиналниот 3 Mbit Ethernet немал минимум големина Max должина = 1 km, без повторувачи – За поголеми брзини мора да се направи помала мрежа, поголема минимална големина на рамка или двете Колку е max големина на рамка? – За да се оневозможи окупирање на мрежата – 1500 bytes во Ethernet КМ06-12  Ethernet CD Min должина на рамка > 2 x max tp – ако A, B се на спротивните краеви од врската и B почнува со пренос 1 tp по A По судирот се испраќа сигнал (Jam) со должина од 48 bits и потоа се престанува со испраќање – За да се осигура дека сите го забележиле судирот КМ06-13  Ethernet: недоверлив, безконекциски безконекциски: нема ракување помеѓу мрежните картички на испраќачот и примникот недоверлив: Мрежната картичка на приемникот не испраќа потврда на испраќачот – Податоците од отфрлените пакети се препраќаат само ако испраќачот користи протоколи за rdt од повисоко ниво (пр., TCP), во спротивно, отфрлените податоци се губат Ethernet MAC протокол: unslotted CSMA/CD со бинарен backoff КМ06-14 Податочен слој и LAN 6-14 Уреди од физичко ниво HUB - РАЗВОДНИК КМ06-15 Користење на (Hub) разводник топологија магистрала - ѕвезда Max растојание од hub до компјутер = 250 m КМ06-16 Праќање и примање на Етернет рамки преку разводник (hub) 3333 1111 1111 ? 2222 Разводникот (Hub) е мултипортен повторувач. Разводникот (Hub) е 5555 уред кој работи на ниво 1 од OSI 3333 Rick Graziani 4444 17 КМ06-17 [email protected] Праќање и примање на Етернет рамки преку разводник (hub) 3333 1111 1111 2222 Nope Разводникот (Hub) ќе ги преплави сите порти освен портата од која дошла пораката 5555 Разводникот (Hub) Nope не ги гледа адресите од ниво 2 (MAC), затоа е многу брз во праќањето. 3333 For me! Rick Graziani 4444 Nope18 КМ06-18 [email protected]  Недостатоци кај разводници (hub) 2222 1111 1111 2222 For me! (Мрежа од) разводници (Hub) прават еден домен на судири. Уште еден 5555 недостаток на Nope разводниците (hub) Непотребен е дека непотребно капацитет трошат капацитет на некои врски. 3333 Nope Rick Graziani 4444 Nope19 КМ06-19 [email protected]  Перформанси на Етернет разводници (Hubs) во LAN Оставштина од минатото - Етернет разводник КМ06-20  Проблем Кога бројот на станици во мрежата расте – Доаѓа до заситување Решение – Зголемување на брзината на пренос – Етернет со преклопување (Switched Ethernet) КМ06-21 ЕТЕРНЕТ СО ПРЕКЛОПУВАЊЕ SWITCHED ETHERNET КМ06-22 Ethernet преклопник (switch) Уред на податочен слој: има активна улога – Чува, препраќа Ethernet рамки – Ја прегледува MAC адресата на дојдовните рамки, и селективно препраќа рамки кон една или повеќе излезни врски, користи CSMA/CD за да пристапи до мрежниот сегментот Транспарентен – Домаќините не се свесни за неговото постоење plug-and-play, само-учење – Не треба да се конфигурира КМ06-23 Податочен слој и LAN 6-23 Етернет преклопник (свич) КМ06-24 Преклопникот може да елиминира судири и повторени преноси КМ06-25  Праќање и примање на Етернет рамки преку преклопник (switch) Source Address Table Port Source MAC Add. Port Source MAC Add. 3333 1111 switch Преклопниците (Switch) се познати како мостови што учат learning bridges Преклопникот (Switch) има табела на изворни адреси во RAM меморијата каде ги чува изворните MAC адреси, откако ќе ги 1111 3333 научи. Abbreviated MAC addresses 2222 4444 КМ06-26  Праќање и примање на Етернет рамки преку преклопник (switch) Source Address Table Port Source MAC Add. Port Source MAC Add. 3333 1111 switch Преклопникот (Switch) кога прима Етернет рамка, пребарува низ адресната табела за целна MAC адреса. Ако најде совпаѓање, ja праќа (филтрира) рамката само на таа порта Ако нема совпаѓање, ги 1111 3333 преплавува на сите порти. Abbreviated MAC addresses 2222 4444 КМ06-27  Како учи преклопникот (Switch)? Source Address Table Port Source MAC Add. Port Source MAC Add. 1 1111 3333 1111 switch Прво ќе провери дали адресата 1111 е во адресната табела. Ако е таму – ресетира тајмер Ако не е во табелата, ја додава заедно со бројот на портата 1111 3333 Abbreviated MAC addresses 2222 4444 КМ06-28  Нема цел во адресната табела Преплавувај Source Address Table Port Source MAC Add. Port Source MAC Add. 1 1111 3333 1111 switch Следно, во примерот, преклопникот (Switch) ќе преплавува бидејќи адресата за цел не е во табелата 1111 3333 Abbreviated MAC addresses 2222 4444 КМ06-29  Нема цел во адресната табела Преплавувај Source Address Table Port Source MAC Add. Port Source MAC Add. 1 1111 6 3333 1111 3333 switch Сега 3333 враќа одговор на 1111. Преклопникот (Switch) ја додава 3333 во адресната табела 1111 3333 Abbreviated MAC addresses 2222 4444 КМ06-30  Има цел во адресната табела Филтрирај Source Address Table Port Source MAC Add. Port Source MAC Add. 1 1111 6 3333 3333 1111 switch 1111 3333 Следно ја проверува адресата на примачот и во нашиот случај ја филтрира рамката со тоа што ја праќа само на портата 1 1111 3333 Отсега па натаму, при размена на рамки помеѓу Abbreviated MAC 1111 и 3333 ќе се испрати addresses (филтрирана) низ 2222 4444 соодветната порта. КМ06-31  Нема судири кај Switch Баферирај Source Address Table Port Source MAC Add. Port Source MAC Add. 1 1111 6 3333 3333 1111 9 4444 switch 3333 4444 За разлика од разводникот (hub), кај преклопникот (Switch) нема судири. Наместо тоа, 1111 3333 преклопникот (Switch) ги Abbreviated баферира рамките што MAC треба да стигнат на порта addresses 6 во исто време. 2222 4444 КМ06-32  Каде е доменот на судири Source Address Table Port Source MAC Add. Port Source MAC Add. 1 1111 6 3333 3333 1111 9 4444 switch 3333 4444 Покажи каде е доменот на судири! 1111 3333 Abbreviated MAC addresses 2222 4444 КМ06-33  Домени на судири Source Address Table Port Source MAC Add. Port Source MAC Add. 1 1111 6 3333 3333 1111 9 4444 Домени на судири switch 3333 4444 Ако има само еден компјутер по порта, доменот на судири се компјутерот и портата 1111 3333 Со full-duplex врска помеѓу PC и Преклопникот Abbreviated (Switch) нема да има MAC судири. addresses 2222 4444 КМ06-34  Други информации Source Address Table Port Source MAC Add. Port Source MAC Add. 1 1111 6 3333 9 4444 Колку долго адресите се switch чуваат во табелата на изворни адреси? – Најчесто е 5 минути. Како компјутерите ги знаат MAC адресите за целта? – ARP Кеш меморијата и ARP Request пораките 1111 3333 Abbreviated MAC addresses 2222 4444 КМ06-35  Други информации Source Address Table Port Source MAC Add. Port Source MAC Add. 1 1111 6 3333 9 4444 Колку адреси се чуваат во switch табела? – Зависи од меморијата, но 1024 е доста често. Што се случува со broadcast? – Кај преклопникот (Switch) broadcast се праќа на сите порти 1111 3333 Abbreviated MAC addresses 2222 4444 КМ06-36  Што ќе се случи ако врземе разводник (HUB)? Source Address Table Port Source MAC Add. Port Source MAC Add. 1 1111 6 3333 1111 3333 1 2222 1 5555 Забележете дека табелата на изворни адреси има повеќе редици за порта #1. 3333 1111 2222 5555 КМ06-37  Што ќе се случи ако врземе HUB? Source Address Table Port Source MAC Add. Port Source MAC Add. 1 1111 6 3333 1111 3333 1 2222 1 5555 Каде е доменот на судири? 3333 1111 2222 5555 КМ06-38  Што ќе се случи ако врземе HUB? Source Address Table Port Source MAC Add. Port Source MAC Add. 1 1111 6 3333 1111 3333 1 2222 1 5555 Домен на судири 3333 1111 2222 5555 КМ06-39  Баферирање Ethernet-базиран преклопник switch (switch) може да користи техника на баферирање за да зачува и препрати рамка Баферирање може да се користи и ако целта е зафатена. Областа во меморијата каде преклопникот (switch) ги чува 1111 3333 овие податоци се нарекува Abbreviated мемориски бафер. MAC addresses 2222 4444 40 КМ06-40  Реализација на мемориски бафер switch Мемориско баферирање базирано на порти - рамките се чуваат во редици кои се поврзани со секоја влезна порта поединечно. Баферирање со заедничка меморија ги чуваат сите рамки во заднички бафер за 1111 3333 сите порти на свичот Abbreviated MAC addresses 2222 4444 41 КМ06-41 Две методи на преклопување switching Зачувај-и-препрати (Store-and-forward) – Најпрвин се прима целата рамка – Се читаат адресата на примачот и испраќачот се читаат, и ако постои, се аплицира филтрирање – Се проверува CRC Прободување (Cut-through) – Препраќањето на рамката започува пред да се прими целата рамка. – Овој режим го намалува доцнењето, но ја намалува и способноста за детекција на грешки. КМ06-42  Прободување (Cut-through) со Брзо-препраќање (Fast-forward) Најмало задоцнување Преклопникот (switch) ја чита адресата на примачот и веднаш ја препраќа рамката. Меѓутоа, постојат ситуации кога рамките се препраќаат но постои грешка. КМ06-43  Прободување (Cut-through) без-фрагменти (Fragment-free) пред да започне препраќањето се проверува дали пристигнатата рамка е фрагмент на судири (ако е фрагмент на судири се отфрла) Фрагменти на судири се рамки помали од 64 бајти. Фрагменти на судири се поголемиот дел од грешките КМ06-44  Зошто да се сегментираат LAN мрежите? Switch Hub 1. За да се изолира сообраќајот помеѓу сегменти. 2. За да се постигне повеќе капацитет по корисник со креирање на помали домени на судири. КМ06-45  Зошто да се сегментираат LAN мрежите? switch Collision Domains Преклопникот (Switch) 1111 3333 користи микросегментација за Abbreviated MAC да се намали доменот addresses на судири кај LAN 2222 4444 мрежата. КМ06-46 ARP - ПРОТОКОЛ ЗА РЕЗОЛУЦИЈА НА АДРЕСИ КМ06-47  ARP: Address Resolution Protocol Прашање: како да се одреди Секој IP јазел (хост, MAC адресата на B упатувач) во LAN Знаејќи ја IP адресата на B? мрежата има ARP табела 137.196.7.78 ARP табела: IP/MAC 1A-2F-BB-76-09-AD пресликување 137.196.7.23 137.196.7.14 < IP address; MAC address; TTL> LAN – TTL (Time To Live): 71-65-F7-2B-08-53 време по кое парот ќе 58-23-D7-FA-20-B0 биде отстранет од табелата (типично 20 0C-C4-11-6F-E3-98 min) 137.196.7.88 КМ06-48 ARP протокол: Ист LAN (мрежа) A сака да испрати пакет A ги снима IP-MAC до B, и MAC адресата на B парот во неговата ARP не се наоѓа во ARP табела, додека не табелата на А. истече TTL A испраќа broadcast ARP – Се прави пакет со барање во кое се содржи IP адресата на B освежување на TTL – одредишна MAC адреса ARP e “plug-and-play”: = FF-FF-FF-FF-FF-FF – Јазлите ги креираат – Сите машини во LAN го ARP табелите без примаат ARP барањето интервенција на B го прима ARP пакетот, мрежниот одговара на A со неговата администратор MAC адреса КМ06-49  Адресирање: рутирање во друг LAN Се испраќа пакет од A до B преку R да претпоставиме дека A ја знае IP адресата на B 74-29-9C-E8-FF-55 88-B2-2F-54-1A-0F A E6-E9-00-17-BB-4B 222.222.222.221 1A-23-F9-CD-06-9B 111.111.111.111 222.222.222.220 222.222.222.222 111.111.111.110 B 111.111.111.112 R 49-BD-D2-C7-56-2A CC-49-DE-D0-AB-7D Има две ARP табели во упатувачот R, по една за секоја IP мрежа (LAN) КМ06-50  A создава IP пакет со извор A, и одредиште B A користи ARP за да ја добие MAC адресата на R за 111.111.111.110 A создава рамка со MAC адресата на R како цел, рамката содржи A-до-B IP пакет Мрежната картичка A ја испраќа рамката Мрежната картичка R ја прима рамката R го отстранува заглавjето на IP пакетот од етернет рамката и гледа дека пакетот е за B R користи ARP за да ја добие MAC адресата на B R создава рамка која го содржи A-до-B IP пакетот и ја испраќа до B 74-29-9C-E8-FF-55 88-B2-2F-54-1A-0F A E6-E9-00-17-BB-4B 222.222.222.221 1A-23-F9-CD-06-9B 111.111.111.111 222.222.222.220 222.222.222.222 111.111.111.110 B 111.111.111.112 R 49-BD-D2-C7-56-2A CC-49-DE-D0-AB-7D КМ06-51 РЕДУНДАНТНОСТ КАЈ LAN МРЕЖИТЕ ПРОБЛЕМ НА L2 ЈАМКИ КМ06-52  Дизајн на ЛАН мрежи Една од основните цели што треба да се постигне при дизајнирање на LAN мрежи е обезбедување на висока достапност помеѓу било кои две точки Висока достапност се постигнува со редундантни врски Негативна страна на редундантните врски е создавањето на јамки во ЛАН мрежите КМ06-53 Редундантноста креира јамки (loops) КМ06-54  L2 јамки поплава од unicast рамки Јамки од мостови настануваат секогаш кога има редундантна патека или јамка во мрежата КМ06-55  L2 јамки поплава од unicast рамки Јамките од мостови предизвикуваат: – Бура од broadcast-и – Повеќекратни копии од една иста Етернет рамка – Нестабилност во табелата со MAC адреси во switch-от. КМ06-56  Непознат Unicast Moe ја дознава MAC адресата на SAT (Source Address Table) Kahn Port 4: 00-90-27-76-96-93 Moe A Host Kahn 00-90-27-76-96-93 A Larry Host Baran 00-90-27-76-5D-FE КМ06-57  Непознат Unicast Целта е непозната MAC адреса, SAT (Source Address Table) затоа Moe ги преплавува сите порти Port 4: 00-90-27-76-96-93 Moe A Host Kahn 00-90-27-76-96-93 A Larry Host Baran 00-90-27-76-5D-FE КМ06-58  Непознат Unicast Larry запишува MAC адреса двапати, SAT (Source Address Table) - вториот запис останува во табелата Port 4: 00-90-27-76-96-93 Moe A Host Kahn 00-90-27-76-96-93 A Larry SAT (Source Address Table) Host Baran Port 1: 00-90-27-76-96-93 00-90-27-76-5D-FE Port A: 00-90-27-76-96-93 КМ06-59  Непознат Unicast Larry преплавува со непозната SAT (Source Address Table) unicast порака освен влезната Port 1: 00-90-27-76-96-93 Moe A Host Kahn 00-90-27-76-96-93 A Larry SAT (Source Address Table) Host Baran Port A: 00-90-27-76-96-93 00-90-27-76-5D-FE КМ06-60  Непознат Unicast SAT (Source Address Table) Moe ја прима рамката, обновува табела на MAC адреси и поплавува со Port 4: 00-90-27-76-96-93 непознатиот уникаст на сите порти Port 1: 00-90-27-76-96-93 Moe A Host Kahn 00-90-27-76-96-93 A Larry SAT (Source Address Table) Host Baran Port A: 00-90-27-76-96-93 00-90-27-76-5D-FE КМ06-61  Непознат Unicast SAT (Source Address Table) И кругот продолжува! Port 4: 00-90-27-76-96-93 Port 1: 00-90-27-76-96-93 Moe A Host Kahn 00-90-27-76-96-93 A Larry SAT (Source Address Table) Host Baran Port A: 00-90-27-76-96-93 00-90-27-76-5D-FE КМ06-62  Layer 2 Broadcast Kahn праќа ARP Request, SAT (Source Address Table) broadcast на второ ниво Port 1: 00-90-27-76-96-93 Moe A Host Kahn 00-90-27-76-96-93 A Larry Host Baran 00-90-27-76-5D-FE КМ06-63  Layer 2 Broadcast Moe поплавува со рамката. SAT (Source Address Table) Larry ги поплавува рамките Port 1: 00-90-27-76-96-93 Moe A Host Kahn 00-90-27-76-96-93 A Larry SAT (Source Address Table) Host Baran Port 1: 00-90-27-76-96-93 00-90-27-76-5D-FE Port A: 00-90-27-76-96-93 КМ06-64  Layer 2 Broadcast Продолжува поплавата со дупликати. SAT (Source Address Table) Преклопниците (Switch) константно ги Port 1: 00-90-27-76-96-93 менуваат табелите на MAC адреси Moe A Host Kahn 00-90-27-76-96-93 A Larry SAT (Source Address Table) Host Baran Port 1: 00-90-27-76-96-93 00-90-27-76-5D-FE Port A: 00-90-27-76-96-93 КМ06-65 SPANNING TREE PROTOCOL ПРОТОКОЛ ЗА СКЕЛЕТНО ДРВО КМ06-66  Скелетното дрво STP спречува создавање јамки Целта на STP е да се избегнат и елиминираат јамките со изнаоѓање на патеки без јамки низ root мостот. STP наоѓа каде се јамките и блокира редундантни врски. STP осигурува дека ќе има по една патека помеѓу било кои две точки X КМ06-67  Spanning Tree Algorithm за скелетно дрво STP извршува Spanning Tree Algorithm (STA). STA одбира референтна точка позната како X корен (root) мост и ги одредува патеките до него Ако постојат повеќе од две патеки, STA ја одбира најдобрата и ги блокира останатите КМ06-68  Spanning Tree алгоритам STP алгоритмот користи три едноставни чекори за да конвергира во дрво топологија: STP конвергенција Чекор 1 Одбери еден Root мост Чекор 2 Најди Root порти Чекор 3 Најди Доделени порти (Designated ports) Преклопниците (Switch) треба да изберат еден корен Root мост. Преклопникот (Switch) со најмала MAC адреса победува КМ06-69  Одберете еден Root мост - Најмалата MAC победува! 000f.2490.1380 000b.fd13.9080 000b.fd13.cd80 КМ06-70 000b.befa.eec0 0009.7c0b.e7c0  Одберете еден Root мост - Најмалата MAC победува! 000f.2490.1380 000b.fd13.9080 000b.fd13.cd80 Root Bridge КМ06-71 000b.befa.eec0 0009.7c0b.e7c0  Избор на Root порти STP конвергенција Чекор 1 Одбери еден Root мост Чекор 2 Најди Root порти Чекор 3 Најди Designated порти Откако војната за корен е добиена, свичовитe продолжуваат со селектирање на Root порти. Root портите на мост се портите најблиску до коренот. Се користат цени за да се одреди близината Секој не-Root мост ќе си одбере една Root порта! Мостовите водат сметка за Root Path Cost – кумулативната цена на патеката до коренот. КМ06-72  Избор на посветени порти STP конвергенција Чекор 1 Одбери еден Root мост Чекор 2 Најди Root порти Чекор 3 Најди Designated порти Дури во овој чекор, со селектирање на designated порти станува очигледна заштитата од јамки со STP. Доделена порта (Designated Port) e единствената порта која праќа и прима сообраќај од-до мрежниот сегмент и Root-от. Секој мрежен сегмент има една Designated порта, одбрана врз база на кумулативната Root Path Cost до Root мостот. NDP портите блокираат – се додека не се појави промена на топологијата. КМ06-73  Spanning-Tree состојба на порти Active links 000f.2490.1380 RP 23 23 000b.fd13.9080 19 X NDP 000b.fd13.cd80 19 DP DP 19 DP NDP 19 X 19 NDP 19 X RP 19 X NDP 19 RP DP DP 19 DP 0 Root Bridge 19 DP 19 RP DP 0 0 КМ06-74 000b.befa.eec0 0009.7c0b.e7c0