Hálózati technológiák és alkalmazások

Hálózati technológiákés alkalmazások Vida Rolland 2008.04.01

STP • Spanning Tree Protocol • IEEE 802.1D szabvány része • Hurokmentes fák egy bridge-lt LAN-on • Az Ethernetben nincs TTL • Hurok esetén végtelenül keringenek a csomagok a hálózatban • Redundanciára viszont szükség van • Hiba esetén van egy védelmi útvonal 2008.04.01

Példa – Fizikai topológia B8 B3 B5 B7 B2 B1 B6 B4 2008.04.01

STP működése • Root bridge kiválasztása • Minden bridge-nek MAC címe és konfigurálható prioritási száma • BID – Bridge Identification • A legkisebb prioritású bridge lesz a root • Egyenlőség esetén a kisebb MAC cím nyer • A második helyezett lesz a secondary (backup) root • Teljesen automatikus, de ha rendszergazda egy bizonyos bridge-et szeretnek root-nak, beállithatja egy alacsony prioritási számra 2008.04.01

STP működése • „Legolcsóbb” utak keresése a root bridge-hez • BPDU – Bridge Protocol Data Units • Periódikusan (2s) küldözgetik egymásnak a bridge-ek • Egy bridge kiszámolja az összes lehetséges útvonal árát a root bridge felé • minden port rendelkezik egy árral (Port Cost) • Adminisztratív érték, pl. fordítottan arányos a sávszélességgel • Kiválasztja a legolcsóbb (least-cost) útvonalat • Az útvonalhoz vezető port lesz a root port • A bridge-ek közösen kiszámolják minden LAN szegmensre hogy melyik bridge-en keresztül a legolcsóbb eljutni a root bridge-hez • Designated bridge, designated port • A designated és a root port-ok forwarding state-be kerülnek • Az összes többi porton blokkolni fog • Csak BPDU-k mennek át • A fa kiépülése után megtanulja a címeket • 15 másodperc tanulási idő 2008.04.01

Példa – Fizikai topológia B8 B3 B5 • Protocol működés: • Rootkiválasztás • minden LAN-ra kiválasztja • a designated bridge-et,a legközelebbit a root-hoz. • Minden bridge a rootfele adesignatedbridge-en keresztül küld. B7 B2 B1 B6 B4 2008.04.01

Példa – STP Topológia B8 Spanning Tree: B3 B5 B1 B7 B2 B2 B4 B5 B7 B1 Root B8 B6 B4 2008.04.01

Hiba kezelés • Minden porton periodikusan HELLO üzeneteket küldenek • 2 HELLO üzenet elmaradása hibát jelent • A bridge-ek újraszámolják a topológiát • Ha van blokkolt port akkor azt fogja használni • Az új topológia kialakítására van 15 sec • Következik a MAC címek megtanulása a portokon • 30 másodpercen belül újra működőképes a rendszer 2008.04.01

Változatok • A STP nagyon lassan reagál hiba esetén • Timer alapú működés • Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) • Gyorsabb hibadetektálás, alternatív útvonalak • Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP) • Minden VLAN-ra egy külön STP • Virtual Local Area Network 2008.04.01

Túl sok a vezeték... 2008.04.01

Bluetooth • II. Harald Blaatand („Kékfogú”) • i.sz. 940 – 981 • Viking király, egyesítette Dániát és Norvégiát • Ericsson kezdeményezés (1994) • Összekötni mobiltelefonokat más eszközökkel (pl. PDA-kal) vezeték nélküli kapcsolaton • Rövid hatósugarú, kis teljesítményű, olcsó rádiós adó-vevők • SIG – Special Interest Group • Ericsson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba 2008.04.01

Bluetooth • Eredeti cél – megszabadulni a kábelektől • PAN – Personal Area Network • Környezetünkben, egymáshoz közel elhelyezkedő eszközök hálózata • Betört a vezeték nélküli helyi hálózatok (WLAN) területére is • Versenytársa lett az IEEE 802.11-nek • Bluetooth SIG specifikáció – 1999 • 1500 oldalas doksi • Mindennel foglalkozik, a fizikaitól az alkalmazási rétegig • IEEE 802.15 szabvány (2002) • Csak a fizikai és adatkapcsolati réteg 2008.04.01

Bluetooth hálózat • Piconet • egy mester (master) és max. 7 szolga csomópont (slave) • Szolgák 10 méteres távon belül a master-től • Több piconet alkothat egy scatternet-et (szórt hálózat) • Az aktív szolgák mellett legfeljebb 255 várakozó (parked) csomópont • A mester alacsony teljesítményű állapotba vitte őket • Kímelik az akkumulátort • Semmit nem csinálnak, csak a mester aktíválására várnak • Más állapotok • Hold – tartás • Sniff – szimatolás • Az architektúra lényege hogy olcsó legyen • 5 dollár alatt egy Bluetooth chip • Buta szolgák, azt csinálják amit a mester mond • Piconet – frekvenciaosztásos multiplexelés – FHSS (részletek később) • A mester vezérli az órát, kiosztja az időszeleteket • Két szolga csak a mesteren keresztül kommunikálhat egymással • Egy mester az egyik piconet-ben lehet slave a másikban 2008.04.01

Bluetooth profilok • Általában a hálózati protokollok csak csatornákat adnak a kommunikáló eszközök számára • Nem szabják meg hogy mire használják azokat • A Bluetooth SIG specifikáció más • 27 konkrét támogatandó alkalmazást (profile-t) nevez meg • Újabb és újabb profile-ok jelennek meg • GAP – Generic Access Profile • Alap hozzáférés • Nem egy alkalmazás, inkább egy bázis amire más alkalmazások épülnek • Biztonságos csatornákat épít ki és tart fenn a mester és a szolgák között • SDP – Service Discovery Profile • Protokoll a felkínált szolgáltatások felfedezésére • Minden Bluetooth eszköznek implementálnia kell (az GAP-al együtt) • LAP – LAN Access Profile • A 802.11 versenytársa • Lehetővé teszi, hogy egy Bluetooth eszköz csatlakozzon a vezetékes hálózathoz 2008.04.01

Bluetooth profilok • DUN – Dial-up Networking Profile • Betárcsázós hálózati profil • Egy laptop egy beépített modemet tartalmazó mobiltelefonon keresztül csatlakozhat az internethez • IP – Intercom Profile • Két telefon rádiós adó-vevőként való összekötése • HS – Headset Profile • Mobiltelefon és fejhallgató vezeték nélküli összekapcsolása • A legelterjedtebb profil 2008.04.01

IEEE 802.11 • WLAN – Wireless Local Area Network • A legelterjedtebb WLAN megoldást az IEEE 802.11 szabvány definiálja • Más megoldások: HiperLAN, HomeRF • Mire jó? • Épületen belüli WLAN-ok • Épületek közötti összeköttetés • Otthoni alkalmazás • Vezetéknélküli kiterjesztése az otthoni szélessávú előfizetésnek • Nyílvános internetszolgáltatások (hotspot) • Reptereken, szállodákban, internet-kávézókban • Egyszerű alternatíva szélessávú internetezésre ott ahol vezetékes szolgáltatás (pl. ADSL) nem lehetséges 2008.04.01

A 802.11 protokollkészlete • Fizikai réteg • Nagyjából az OSI fizikai rétegének felel meg • Különböző verziókban különböző átviteli módszerek • MAC alréteg – Medium Access Control • Dönt a csatornakiosztásról • Ki lesz a soron következő adó • LLC alréteg – Logical Link Control • Elrejti a különböző 802-es változatok eltéréseit a hálózati réteg elől • Megbízható kommunikációt tud biztosítani az adatkapcsolati rétegben Felsőbb rétegek LLC alréteg Adatkapcsolati réteg MAC alréteg 802.11 Infravörös 802.11 FHSS 802.11 DSSS 802.11a OFDM 802.11b HR-DSSS 802.11g OFDM Fizikai réteg 2008.04.01

Fizikai réteg • A 802.11-es szabvány (1997) három átviteli módszert rögzít a fizikai rétegben: • Infravörös • FHSS – Frequency Hopping Spread Spectrum • DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum • 802.11a, 802.11b (1999) - új eljárások, a nagyobb sávszélesség eléréséhez • OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing • HR-DSSS – High Rate DSSS • 802.11g (2001) - új OFDM modulációs változat, más frekvenciasávban 2008.04.01

Infravörös átvitel • Hasonló a televíziók távirányítójában lévő megoldáshoz • Közvetlen rálátást nem igényel • Előnyök: • Egyszerű, olcsó megoldás • Az infravörös jelek nem hatolnak át a falakon • a különböző helységekben lévő cellák jól elkülönülnek egymástól • Hátrányok • Kis sávszélesség • 1 vagy 2 Mb/s sebesség • Az infravörös jelek nem hatolnak át a falakon • Az eléréshez a hozzáférési ponttal egy helységben kell lenni • A napfény elnyomja az infravörös sugarakat • Nem egy népszerű megoldás 2008.04.01

FHSS • Frequency Hopping Spread Spectrum (frekvenciaugrásos szórt spektrum) • 2.4 GHz-s ISM sávban • 79 db 1 MHz-es csatorna 2.402 GHz és 2.480 GHz között (Európa, USA) • 23 db csatorna 2.473 GHz és 2.495 GHz között (Japán) • Álvéletlenszám generátorral előállított frekvencia ugrássorozatok • Ha két állomás ugyanazt a kezdőértéket (seed) használja, akkor ugyanazokat a frekvenciakat fogjak egyszerre végigjárni • Időben szinkronban kell maradniuk • 78 db ugrássorozat, mindegyik 79 csatornával (USA, Európa) • Az 1. sorozat az USA-ban 3,26,65,11,46,19,74,50,22,64,79,32,62... • 12 db ugrássorozat, mindegyik 23 csatornával (Japán) • A tartózkodási idő (dwell time) az egyes frekvenciákon állítható • Nem lehet nagyobb 400 ms-nál • Leggyakrabban használt értékek: 32 ms vagy 128 ms 2008.04.01

FHSS 2008.04.01

FHSS • Előnyök • Hatékony spektrumkihasználás a szabályozatlan ISM sávban • Valamennyire biztonságos • Aki nem ismeri az ugrássorozatot vagy a tartózkodási időket, nem tud lehallgatni • Jó védelem a többutas csillapítás (multipath fading) ellen • A jel az adótól elindulva, különböző tárgyakról visszaverődve terjed • Többször is eléri a vevőt • A vevő csak egy rövid ideig hallgat azon a csatornán • Nem fogják zavarni a késéssel érkező jelek a régi csatornán • Kevéssé érzékeny a rádiós interferenciára • A zavaró jelek egy adott frekvenciatartományra korlátozódnak • A vevő hamar kiugrik onnan • Jól használható nagyobb távolságok áthidalására, épületek közötti kapcsolatok kiépítésére • Hátrányok • Kis sávszélesség (1 Mb/s) 2008.04.01

DSSS • Direct Sequence Spread Spectrum (közvetlen sorozatú szórt spektrum) • Átviteli kapacitás szintén 1 vagy 2 Mb/s • A „hasznos” adatokat szétszórjuk a teljes frekvencia tartományban • XOR művelet 11 bitből álló chip-kóddal (zaj) • Pseudo-random sorozat, 1-ből és 0-ból, sokkal nagyobb frekvencián mint az eredeti jel • A zajt a fogadó ki tudja szűrni • Vissza tudja állítani a hasznos adatokat Data 1 bit period XOR Out 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 PRN 11 chips 11 Bit Barker Code: 10110111000 2008.04.01

DSSS • A hasznos adatot szétszórjuk a teljes frekvenciatartományban • A szélessávú jel nehezebben detektálható • Aki le szeretne hallgatni csak „zajt” érzékel • Nem tudja kiszűrni belőle az információt • Eredetileg katonai alkalmazásokra vezették be • 11 bites chip-kód esetén 22 MHz széles sávra szór • 30 MHz két DSSS rendszer között, az interferenciák elkerülésére • Az ISM sáv 83.5 MHz széles • csak 3 DSSS rendszer működtethető egyszerre egy helyen interferencia nélkül 2008.04.01

802.11a (Wi-Fi5) • A nagyobb sávszélesség érdekében újabb eljárásokat dolgoztak ki (‘99) • OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing • 5 GHz-es ISM sávban • Akár 54 Mb/s-os átviteli sebesség • A frekvenciatartomány több apró szeletre osztva • Az átvivendő jelet is részekre osztjuk • Egyidejűleg több frekvencián (alvivőn) is átvitel, nagyobb átviteli sebesség • A hagyományos FDM-ben védősávok az interferenciák elkerülésére • Kevesebb lehetséges frekvenciaszelet • Az OFDM-ben ortogonális frekvenciák • Az egyes alvivők középfrekvenciáján a többi jel nulla értéket vesz fel • Nagyon érzékeny a vevők szinkronizálására • 52 frekvencia - 48 az adatoknak, 4 a szinkronizációhoz 2008.04.01

802.11b (Wi-Fi) • Wireless Fidelity • Vezetéknélküli torzításmentesség • Ez az első 802.11x szabvány • Nem a 802.11a utóda, egyszerre fejlesztették őket • HR-DSSS • High Rate Direct Sequence Spread Spectrum • Hatékonyabb moduláció mint a hagyományos DSSS-ben • 4 átviteli sebesség a 2,4 GHz-es sávban • 1, 2, 5.5 és 11 Mb/s • Gyakorlatban szinte mindig 11 Mb/s, 100 méteres hatótávolságon • Kisebb sebesség mint a 802.11a-nál • Nagyobb működési tartomány 2008.04.01

802.11g • 2001-ben fogadták el • OFDM-et használ (mint a 802.11a) • A 2,4 GHz-es ISM tartományban (mint a 802.11b) • Ugyanúgy érzékeny az interferenciákra • 54 Mb/s-os adatátviteli sebesség • Kompatibilis a 802.11b-vel • Egy 802.11b-t használó AP tud kommunikálni egy 802.11g-t használó állomással, és fordítva • Ha a hálózatban akad akár egy darab 802.11b-s állomás, mindenki kényszerű ezt használni • Csökken az adatátviteli sebesség • A jövő technológiájának ígérkezik • vagy már az is... • Nagyon sok telepített 802.11b hálózat, eszköz létezik • Ameddig ezek beszerzési költsége amortizálódik, nem biztos, hogy könnyen terjed majd 2008.04.01

Hálózati technológiák és alkalmazások