010602000 – Luento 7

LAN – Local Area Networks

(Lähiverkot)

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

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

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

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

Lähiverkkojen kehitys

• Esimerkkejä sovelluksista, jotka vaativat nopeita LAN:eja– ”palvelinfarmit” erityisesti kuvan- ja

videonkäsittelyssä– ”tehotyöryhmät”, esim. työryhmissä tapahtuva

CAD-työskentely– paikalliset runkoverkot

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

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

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)

Tallennusverkot

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

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)

10Base5, thick ethernet

AUI – Attached Unit Interface

10Base5, thick ethernet

• multiplexor käytössä

10Base2, thin ethernet

10BaseT, twisted pair ethernet

• parikaapeli, lisäksi keskitin (hub) emuloimassa kaapeleita koneiden välillä

Esimerkki

Kaapelointien verkkoliittimet

• Parikaapeli-ethernet

• Paksu ethernet

• Ohut ethernet

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

IEEE 802 referenssimalli

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

• 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

LAN protokollat, IEEE 802 referenssimalli

MAC / LLC

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

LAN Topologiat

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

Väylä ja puutopologia

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

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

Rengastopologia

Rengastopologia

• Siirtotie:

– Parikaapeli– Koaksiaalikaapeli– Optinen kuitu

Itsepalautuva rengas

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

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

Kytkimen toimintaperiaate

Tähtitopologia (Kaksitasoinen)

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)