• IEEE 802 je grupa standarda za LAN koji su međusobno kompatibilni u sloju podatakovne veze (data-link) gdje se koriste se protokoli LLC (Logical Link Control - logičko nadgledavanje veze) 
• razlikuju se u podsloju MAC (Medium Access Sublayer - nadgledavanje pristupa mediju) i u fizičkom sloju
• standarde je prihvatila i ISO
• odnos LAN protokola (IEEE 802 referentnog modela) i OSI referentnog modela:

Slika: Usporeedba IEEE 802 protokola i OSI modela (Stallings, 2004)

• fizički sloj:

  • kodiranje/dekodiranje signala, generiranje/uklanjanje preambule (preamble) za sinhronizaciju, slanje/primanje bitova

  • fizički sloj uključuje i specifikaciju prijenosnih medija i topologija

• sloj podatkovne veze

  • razdvojen je na MAC i LLC -> razlozi: standardno sloj podatkovne veze ne treba upravljati djeljivim medijem za prijenos; za isti LLC može biti više MAC

• MAC - pristup prijenosnom mediju

  • tvorba i upravljanje okvirima (adresiranje, polja za provjeru) - utvrđuje i uklanja okvire s pogreškom

  • dodjeljivanje kanala za prijenos

• LLC - logičko nadgledavanje veze

  • osigurava sučelje za viši sloj te izvodi kontrolu pogreški i toka - vodi računa o tome koji su okviri uspješno stigli te o ponovnom slanju "neuspješnih" okvira

Slika: PDU kod LAN (Stallings, 2004)

• neki značajni IEEE 802 standardi:

• 802.3 (CSMA/CD sabirnički standard)
• 802.4 (standard za sabirnicu sa znakom (token - token bus)
• 802.5 (standard za prsten sa znakom (token ring)
• 802.11 (bežični LAN)
• 802.15 (Bluetooth)
• 802.16 (bežični MAN)

3.1 LLC (Logical Link Control) - logičko nadgledavanje veze
 

• LLC predstavlja gornju polovicu sloja podatkovne veze kod IEEE 802; sličan ostalim takvim slojevima
• posebnosti:
  • mora podržavati djeljivi medij za prijenos
  • dio funkcija koje inače obavlja sloj podatkovne veze preuzeo je MAC podsloj
• LLC protokol se nadograđuje na bilo koji od 802 LAN i MAN protokol

LLC usluge

• LLC nudi 3 tipa usluga (servisa):

  • nepotvrđena bespojna (unacknowledged connectionless service) - prijenos datagrama, nema kontrole toka i pogreški (ostavljeno višim slojevima)

  • spojna usluga (connection-mode service) - slična kao kod HDLC: logička veza među korisnicima koji razmjenjuju podatke s kontrolom toka i pogreški

  • potvrđena bespojna (acknowledged connectionless service)  - između prethodne dvije usluge: datagrami  s potvrdama, ali bez uspostavljanja logičke veze

LLC protokol

• modeliran po HDLC, slične funkcije i formati okvira
• razlike:
  • koristi jedino ABM (asynchronous balanced mode) - asinkroni način odgovora - naziva se operacija tipa 2 (type 2 operation)
  • kod nepotvrđene bespojne usluge koriste se nenumerirani informacijski okviri - operacija tipa 1 (type 1 operation)
  • kod potvrđene bespojne usluge koriste se 2 nova tipa nenumeriranih PDU - operacija tipa 3 (type 3 operation)
  • LLC dozvoljava multipleksiranje
• sva 3 protokola imaju isti format PDU s 4 polja:
  • adresa korisnika-odredišta LLC
  • adresa korisnika-izvora LLC
  • kontrolno polje (isto kao kod HDLC)
  • informacije

   

Slika: LLC (Tanenbaum, 1996)

3.2 IEEE 802.3 - Ethernet 

• IEEE 802.3 standard za brzine prijenosa (data rate): 10 Mb/s, 100 Mb/s (Fast Ethernet), 1 Gb/s i 10 Gb/s (gigabitni Ethernet)
• standard definira tip korištenog kabela, najveću dozvoljenu udaljenost među računalima u mreži i format podataka (okvira)
• za LAN (sa sabirničkom topologijom) s manjim brzinama 1-perzistentni CSMA/CD protokol na različitim medijima
• za 1 Gb/s i 10 Gb/s swiched tehnike

a) 802.3 mediji za prijenos

• najčešće se koriste:

10Base5 (debeli - thick - Ethernet)

• koristi debeli koaksijalni kabel za realizaciju sabirnice
• brzina od 10 Mb/s na najvećoj dozvoljenoj udaljenost od 500 m
• dužina se može povećati repetitorima - max. 4 repetitora (proširenje do 2.5 km)
• povezivanje se vrši s "vampirskim priključcima" (vampire taps) - pinovi su utaknuti do pola u jezgru koaksijalnog kabela

 

10Base2 (tanki - thin - Ethernet)

• jeftiniji i lakši za instaliranje
• koristi tanki koaksijalni kabel
• brzina od 10 Mb/s na najveću dozvoljenu udaljenost od 200 m
• povezivanje se vrši T-spojem - kabel se reže i koriste se standardni BNC konektori

 

10Base-T (Ethernet parica - twisted pair)

• svaka stanica ima svoj kabel (obični parični) koji se povezuje na hub (koncentrator)
• kombinacija topologije zvijezde i sabirnice
• dužina kabela do huba je 100-150 m

10Base-F (optički Ethernet)

• koristi optičke kabele
• za vezu između zgrada ili udaljenih hubova (segment duži od 1km)

 

Usporedba:

Slika: 10Mb/s Ethernet (Stallings, 2004)
 

b) 802.3 MAC format okvira

Slika: 802.3 format okvira (Stallings, 2004)

• preambula (preamble) za sinhronizaciju prijenosa - 7 bytova s uzorkom 10101010; sat primaoca se sinhronizira sa satom pošiljaoca
• početak okvira (SFD - start of frame) - oblika 10101011
• odredišna adresa (DA - destination address) - adresa jedne radne stanice, grupe stanica ili nekoliko grupa
• izvorišna adresa (SA - source address) stanice koja šalje
• dužina (length) - koliko je bytova u polju s podacima
  • za LAN s 10Mb/s ukupna dužina okvira (bez preambule i SFD) mora biti minimalno 64 byta (veća je za brže LAN)
• podaci (data) - od 46 do 1500 bytova, ako je podataka manje od 46 bytova, okvir sadrži nadopunu (pad)
• polje za provjeru (FCS - checksum) - CRC algoritam nad svim poljima osim preambule, SFD i FCS

d) Fast Ethernet

• standard 802.3u unatrag kompatibilan sa 802.3 poznat kao Fast Ethernet, nije novi standard nego dodatak na 802.3
• osnovna ideja: zadržati format okvira, sučelja i proceduralna pravila (CSMA/CD), ali smanjiti trajanje bita (bit time) s 100ns na 10ns
• koristi 10Base-T i koncentratore (hubs)
• kabeli: UTP3, UTP, optičko vlakno
• brzina 100 Mb/s na udaljenost od 100 m

100Base-T opcije i korišteni mediji:

Slika: 10BASE-T opcije (Stallings, 2004)

• 100Base-T - koristi IEEE 802.3 MAC protokol i format okvira
• 100Base-X - koristi specifikaciju medija za prijenos razvijenu za FDDi (Fiber Distributed Data Interface) i 2 fizička linka među čvorovima (za prijenos i prijem podataka), u zgradama zahtijeva instalaciju posebnog kabela
• 100BASE-T4 - jeftina varijantakoja koristi UTP kategorije 3 (potrebne 4 parične linije između čvorova - podaci se prenose po 3 para i primaju po 3 para)

Usporedba:

Slika: Fast Ethernet (Stallings, 2004)

e) Gigabitni Ethernet

• zadržao CSMA/CD protokol i Ethernet format

• kompatibilan s 10BASE-T i 100BASE-T

• 2 proširenje CSMA/CD sheme:

  • duži okviri (zbog brzine 1Gb/s)

  • više kratkih okvira mogu se slati odjednom bez traženja dozvole od CSMA/CD za svaki okvir (frame bursting)

• tipična primjena:

Slika: Primjer Gigabitne Ethernet konfiguracije (Stallings, 2004)

Usporedba medija:

Slika: Gigabitni Ethernet (Stallings, 2004)

f) Prednosti i nedostaci Etherneta

• prednosti:
  • najviše korištena LAN s najjeftinijom opremom i najviše iskustva s instalacijom
  • jednostavan protokol
  • mogućnost dodavanja novih stanica za vrijeme rada mreže
  • mala opterećenja - primjena i u sustavima za rad u realnom vremenu
  • dobra otpornost na smetnje
  • koristi se kabel i nisu potrebni modemi
  • mogu se koristiti postojeći telefonski kabeli
  • može se koristiti optika
  • različite topologije
  • različite brzine (od 10 Mb/s dalje)

   

• nedostaci:
  • protokol ipak nedeterministički
  • kod velikog opterećenja smanjuje se propusnost zbog mehanizma za koliziju
  • analogna detekcija kolizije
  • minimalna duljina okvira 64 byta
  • i kod većih brzina interval je uvijek 2t  iako je brzina okvira veća, pa efikasnost opada

3.3 IEEE 802.4 - Sabirnica s dodavanjem znaka (Token Bus)

• za mreže sa topologijom sabirnice koje ne koriste CSMA/CD
• ovaj tip mreže koristi se ako je neophodno da nema kolizije
• znak (token) - poseban kontrolni okvir koji kruži mrežom
• fizički je sabirnica s dodavanjem znaka linearni kabel na koji su priključene stanice logički organizirane u prsten
• svaka stanica zna adrese stanica koje su joj “lijevo” i “desno” (sam fizički redosljed povezivanja stanica na kabel nije važan)
• kad se uspostavi logički prsten, stanica s najvišim brojem može slati prvi okvir, nakon čega predaje dopuštenje za slanje svom susjedu šaljući znak
• samo stanica koja ima znak može slati okvire - nema kolizije
• 802.4 MAC protokol dodaje i uklanja stanice iz prstena
• na fizičkom nivou token bus koristi širokopojasni koaksijalni kabel, a moguće brzine su 1, 5 i 10 Mb/s

   

Slika: Sabirnica s dodavanjem znaka (Tanenbaum, 1996)

a) 802.4 format okvira 

• razlikuje se od 802.3 formata

Slika: 802.4 format okvira (Tanenbaum, 1996)

• kontrolno polje (frame control) - za razlikovanje okvira s podacima od kontrolnih okvira (služe npr. za predavanje tokena, dodavanje i oslobađanje stanica iz prstena)

 

b) Održavanje logičkog prstena 

• u mreži postoji tablica adresa stanica koju održava svaka stanica; ako neka stanica mora koristiti mrežu češće od ostalih, njena adresa u tablici može biti nekoliko puta navedena
• ako radna stanica ne primi odgovor od stanice kojoj je poslala znak, šalje joj drugi, ako i tada ne dobije odgovor šalje posebni okvir “tko slijedi” (who follows frame) kroz cijelu mrežu
• ako i u tom slučaju ne dobije odgovor, stanica šalje glavni zahtjev kroz mrežu tj. okvir za nagovaranje nasljednika (solicit successor frame), nakon što dobije odgovor, mijenja adresu tokena u adresu radne stanice koja je poslala odgovor i zatim joj šalje i token
• ako token nestane, logički prsten se mora ponovo uspostaviti
• ako dođe do dupliciranja tokena, stanica koja uoči prijenos od druge stanice, a sama ima token, uništava ga

3.4 IEEE 802.5 - Prsten s dodavanjem znaka (Token Ring) 

• definira prstenastu mrežu s tokenom u kojoj stanice predaju znak koji kruži fizičkim i logičkim prstenom
• osobina prstena: nije pravi rasprostranjeni (broadcast) medij, nego skup sučelja (interface) povezanih point-to-point vezama
• svaki bit koji dolazi na sučelje kopira se u 1-bitni spremnik (buffer) i zatim ponovo na prsten; u spremniku se bit pregleda i možda izmjeni prije ponovnog pisanja na prsten

Slika: Prsten s dodavanjem znaka (Tanenbaum, 1996)

• kod token prstena, token kruži po prstenu kada su sve stanice mirne; ako stanica želi slati okvir, treba maknuti token sa prstena prije slanja (kako postoji samo 1 token, samo jedna stanica u tom trenutku može slati)
• sučelje ima 2 oblika rada:

1. osluškivanje (listen) - ulazni bitovi se jednostavno kopiraju na izlaz
2. slanje (transmit) - nakon što se uzme token, sučelje prekida vezu između ulaza i izlaza postavljajući vlastite podatke na prsten

• problem kod prstena: ako se prekine neki od kabela, cijela mreža pada; da se to spriječi, koristi se posebni uređaj za ožičenje (wire center)
• stanice su u logičkom prstenu, a fizički su povezane na uređaj kabelom koji ima 2 parice: jednu za ulazne i jednu za izlazne podatke
• unutar centra za ožičenje je zaobilaznica (bypass) koja oslobađa stanicu ako dođe do prekida kabela (ne prekida se cijeli prsten)
• glavna prednost prstena u odnosu na sabirnicu sa znakom je prijenos na veće udaljenosti bez gubitka snage signala (stanica koja primi signal prvo ga pojača, a zatim šalje dalje na mrežu)

4. PREMSONICI (BRIDGES)

• uređaji sloja prijenosa podataka koji povezuju više LAN-ova
• zašto su potrebni premosnici tj. zašto se unutar 1 organizacije koristi više LAN:
  • različiti odjeli organizacije imaju različite LAN koje treba povezati
  • organizacija može biti smještena u nekoliko udaljenih zgrada
  • ako je puno računala, dijele se u nekoliko LAN od kojih svaka ima svoj poslužitelj datoteka (file-server)
  • udaljenost među najudaljenijim računalima u jednom LAN bila bi prevelika
  • zbog pouzdanosti - da se u slučaju kad jedan od čvorova u mreži padne, ne sruši čitav sistem
  • zbog sigurnosti - mogu se izolirati dijelovi mreže i tako ograničiti dostup do njih

Slika: Povezivanje LAN premosnicima (Tanenbaum, 1996)

Princip rada premosnika:

Slika: Povezivanje premosnikom LAN 802.3 i 802.4 (Tanenbaum, 1996)

• most koji povezuje k različitih LAN-ova ima k različitih MAC podslojeva i k različitih fizičkih slojeva

Problemi kod premosnika od 802.x prema 802.y:

• različiti formati okvira (potrebno reformatiranje pri prenošenju između različitih LAN)
• povezani LAN mogu imati različite brzine, pa će doći do zagušenja jer sporiji LAN neće moći primiti sve pakete od brzog
• različita najveća dužina okvira (predugi okvir mora biti proslijeđen na LAN koji to ne može prihvatiti)

a) Transparentni premosnici 

• prihvaćaju svaki okvir koji šalje bilo koji LAN priključen na njega

Slika: Konfiguracija s 4 LAN i 2 premosnika (Tanenbaum, 1996)

• kad mu stigne okvir, premosnik odlučuje da li će ga:

1. odbaciti (discard) - ako su polazni i odredišni LAN isti
2. proslijediti (forward) - tad određuje na koji će LAN poslati okvir na osnovu odredišne adrese okvira i hash tablice u kojoj su navedena sva moguća odredišta i LAN-ovi kojima pripadaju
3. koristiti “preplavljivanje” (flooding) - ako je odredišni LAN nepoznat, postavlja se okvir na sve LAN spojene na most, osim na polazni LAN

 

Premosno stablo (Spanning Tree) 

• za povezivanje premosnicima većeg broja LAN
• premosnici se dogovaraju jedan s drugim tako da u svakom od smjerova prema LAN bude samo jedan priključak premosniku i da odabrani put bude najučinkovitiji
• jedan premosnik se uzima kao korijen stabla i konstruira se stablo (spanning tree) sa najkraćim putem od korijena do bilo kojeg drugog premosnika čime se dobije točno jedna staza od svakog do svakog LAN
• koristi se samo dio topologije tj. ne iskorištava se propusnost u potpunosti
   

Slika: premosno stablo (Tanenbaum, 1996)