Computerarchitectuur en netwerken. LANs Ethernet Draadloos en Mobiel

Transcriptie

1 Computerarchitectuur en netwerken 13 LANs Ethernet Draadloos en Mobiel Lennart Herlaar 26 oktober 2016

2 Inhoud Local Area Netwerken Ethernet Hubs en switches Draadloze en Mobiele netwerken CDMA Draadloze LANs Mobiliteit Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 1

3 LANs Interface moet kunnen herkennen dat frame voor hem bestemd is Daarom heeft interface een MAC adres IP adres is niet geschikt (LAN kan ook voor andere protocollen gebruikt worden) Ethernet interface heeft 48-bits MAC adres MAC adres staat in frame Hoe weet je het MAC adres dat bij een IP adres hoort? Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 2

4 LANs Interface moet kunnen herkennen dat frame voor hem bestemd is Daarom heeft interface een MAC adres IP adres is niet geschikt (LAN kan ook voor andere protocollen gebruikt worden) Ethernet interface heeft 48-bits MAC adres MAC adres staat in frame Hoe weet je het MAC adres dat bij een IP adres hoort? ARP (Address Resolution Protocol) Vragende node stuurt een broadcast op het LAN: Wie heeft IP-adres a.b.c.d? De node die dit IP adres heeft stuurt terug naar verzoekende node De verzoekende node slaat het (tijdelijk) op in geheugen Broadcast MAC adres = FF FF FF FF FF FF Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 2

5 Ethernet Meest gebruikte LAN Oorspronkelijk dikke coax kabel (10 Mbps) Later dunne coax kabel (iets dunner dan TV kabel) = 10Base2 Is half of full duplex Nu UTP = 100BaseT 10 = 10Mbps, Base=Baseband, 2 = 200m, T = Twisted pair Gebruikt Manchester encoding (met kloksignaal) Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 3

6 Ethernet frames Manchester encoding: Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 4

7 Inhoud Local Area Netwerken Ethernet Hubs en switches = Draadloze en Mobiele netwerken CDMA Draadloze LANs Mobiliteit Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 5

8 Modern Ethernet Tegenwoordig UTP Aan elkaar gekoppeld met hub of switch 10 Mbps (10BaseT), 100Mbps (100BaseT), 1Gbps (Gigabit) hogere snelheden gebruiken andere codering zelfs al 10Gbps Hub koppelt in fysieke laag versterker versterkt signaal repeater demoduleert bits en moduleert ze weer (modem/manchester) hub is een repeater met meerdere aansluitingen hub weet niks over frames, pakketten, MAC adressen, IP adressen Elke inkomende bit wordt naar alle uitgaande lijnen gestuurd Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 6

9 Hubs Logisch gezien vormen alle nodes aan de hub een bus Alle aansluitingen moeten dezelfde snelheid en codering hebben. Een hub is half-duplex. Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 7

10 Switches Een (link-layer) switch werkt in de datalinklaag Weet dus over MAC adressen, frames e.d. Switch verzamelt informatie over welke MAC adressen op welke aansluiting zitten door naar afzender adressen te kijken Segmenten botsen niet onderling Oude switches werden bridge genoemd. Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 8

11 Lerende switch Wat gebeurt er als C een frame naar D stuurt? Switch noteert dat C op poort 1 zit stuurt het frame naar poort 2 en 3 Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 9

12 Switches en routers Switches werken in datalinklaag Routers werken in netwerklaag Beide doen store-and-forward Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 10

13 Inhoud Local Area Netwerken Ethernet Hubs en switches Draadloze en Mobiele netwerken = CDMA Draadloze LANs Mobiliteit Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 11

14 Draadloos en mobiel Draadloos Verbindingen via radiogolven (evt infrarood) Hosts kunnen vast of mobiel zijn CSMA/CD werkt niet lekker Grote of kleine afstanden Voornamelijk datalinklaag Mobiel Hosts kunnen zich verplaatsen IP-adres kan wijzigen Overstappen van een router naar andere Kan draadloos en vast Ook effect op netwerklaag Mobiel en draadloos Meest interessante Problemen gecombineerd Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 12

15 Draadloos Data rate (Mbps) n a,g b a,g point-to-point (WiMAX) UMTS/WCDMA-HSPDA, CDMA2000-1xEVDO UMTS/WCDMA, CDMA2000 IS-95, CDMA, GSM 3G cellular enhanced 3G 2G data Indoor 10-30m Outdoor m Mid-range outdoor 200m 4 Km Problemen met draadloze verbindingen: Verzwakking van het signaal Interferentie Multipath propagation Long-range outdoor 5Km 20 Km Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 13

16 CDMA Code Division Multiple Access Iedere bit wordt verzonden als M korte signaalelementen (chips). Ieder station heeft een code (M chips) Een 1 wordt verzonden als die code, een 0 als het complement ervan Verschillende zenders hebben verschillende codes Bij tegelijk zenden tellen de signalen op (als afstand niet teveel verschilt) Ontvanger filtert het signaal van een zender door het inproduct van signaal met code van verzender te nemen: Bit = M m=1 z m c i m M Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 14

17 CDMA met 1 zender Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 15

18 CDMA met 2 zenders Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 16

19 Draadloze LANs Veel gebruikt draadloos LAN = IEEE (Wi-Fi) diverse versies (ook nog in ontwikkeling) b = 11Mb/s, 2.4GHz g (2.4GHz), a (5-6GHz) = 54Mb/s, n, ac Ad-hoc netwerk: twee (of meer) computers die direct met elkaar communiceren Access point = basisstation = draadloze hub Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) = chipping code zoals in CDMA (maar alle nodes in netwerk dezelfde code) Hierdoor signaal over een groter frequentiebereik uitgesmeerd Gebruikt soort CSMA (geen CD is moeilijk draadloos) Gebruikt CA (Collision Avoidance) Wachttijden voor verzenden Bevestigingen op datalink Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 17

20 Ad-hoc netwerk Geen basisstation Nodes sturen direct naar elkaar (binnen bereik) Nodes kunnen evt. onderling routeren Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 18

21 Draadloze LAN met Access points BSS = Basic Service Set AP = Access Point Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 19

22 Draadloze problemen Collision detection werkt niet goed bij draadloos Ontvangen signaal veel zwakker dan verzonden signaal Daarom ander protocol (CSMA/CA = Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) minimale wachttijd tussen frames frames worden volledig verzonden ACK voor niet-broadcast frames random wachttijd bij bezet, met freeze Soms kunnen draadloze stations elkaar niet zien (ontvangen) Carrier sense gaat dan ook niet goed optioneel: RTS + CTS: RTS (Request To Send) verzoek om te mogen zenden CTS (Clear To Send) toestemming om te zenden Bevatten adres afzender, ontvanger en lengte van te versturen dataframe Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 20

23 IEEE DIFS = Distributed Interframe Space SIFS = Short Interframe Space Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 21

24 Hidden terminals C A B C A B A s signal strength C s signal strength space Verlies van contact door obstakels (muren, vloeren,... ) Verlies van contact door afname signaalsterkte Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 22

25 RTS/CTS A RTS(A) RTS(A) AP reservation collision B RTS(B) CTS(A) CTS(A) DATA (A) defer time ACK(A) ACK(A) Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 23

26 frame frame control duration address 1 address 2 address 3 seq control address 4 payload CRC Address 1: MAC address van draadloze host of AP ontvanger Address 2: MAC address van draadloze host of AP verzender Address 3: MAC address van uiteindelijke bestemming Address 4: MAC address van uiteindelijke afzender voor ad-hoc mode of WDS (Wireless Distribution Service) Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 24

27 Inhoud Local Area Netwerken Ethernet Hubs en switches Draadloze en Mobiele netwerken CDMA Draadloze LANs Mobiliteit = Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 25

28 Mobiliteit in BBS 1 AP 1 router hub or switch AP 2 H1 BBS 2 zelfde subnet: IP verandert niet switch moet opnieuw leren: host H1 kan een broadcast geven: switch ontdekt nieuwe locatie Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 26

29 Mobiele nodes Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 27

30 Mobiele nodes Permanent address: remains constant (e.g., ) Care-of-address: address in visited network. (e.g., 79, ) visited network: network in which mobile currently resides (e.g., /24) wide area network correspondent: wants to communicate with mobile foreign agent: entity in visited network that performs mobility functions on behalf of mobile. Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 28

31 Mobiele nodes Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 29

32 Mobiel Indirecte routering Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 30

33 Mobiel Indirecte routering Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 31

34 Mobiel Indirecte routering Pakket wordt door home agent ingepakt (tunneling) Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 32

35 Mobiel Indirecte routering Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 33

36 Mobiel Indirecte routering Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 34

37 Indirecte routering Tunneling foreign-agent-to-mobile packet packet sent by home agent to foreign agent: a packet within a packet dest: dest: dest: Permanent address: dest: packet sent by correspondent Care-of address: Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 35

38 Mobiel Directe routering correspondent forwards to foreign agent foreign agent receives packets, forwards to mobile home network 4 2 wide area network 3 5 correspondent agent requests, receives foreign address of mobile 1 mobile replies directly to correspondent Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 36

39 Mobiel Verdere verhuizing correspondent wide area network 1 correspondent agent anchor foreign agent new foreign agent foreign net visited at session start 2 new foreign network Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 37

40 Mobiele telefonie structuur Mobile Switching Center MSC wired public telephone network correspondent MSC MSC MSC MSC different cellular networks, operated by different providers Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 38

41 Mobiele telefonie roaming home MSC consults HLR, gets roaming number of mobile in visited network mobile user HLR 4 2 home network home Mobile Switching Center VLR Mobile Switching Center visited network 3 1 correspondent Public switched telephone network call routed to home network home MSC sets up 2 nd leg of call to MSC in visited network MSC in visited network completes call through base station to mobile Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 39

42 Mobiele telefonie handoff Binnen MSC old BSS 1 VLR 8 Mobile Switching Center new BSS Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 40

43 Handoff tussen MSC s home network Home MSC correspondent anchor MSC MSC PSTN MSC MSC (a) before handoff Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 41

44 Handoff tussen MSC s home network Home MSC correspondent anchor MSC MSC PSTN MSC MSC (b) after handoff Max. 3 MSCs. Bij sommige protocollen langere keten. Path minimalisation is dan mogelijk om de keten in te korten. Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 42

45 Samenvatting Local Area Networks (Lans): Een LAN bestaat vrijwel altijd uit een broadcast medium waarop hosts (en routers) aangesloten zitten. We hebben dan een protocol voor Medium Access (MAC) nodig. Hierbij worden botsingen ontdekt en zo mogelijk voorkomen. Draadloos netwerk: Hierbij zijn extra voorzieningen nodig omdat stations elkaar niet altijd goed kunnen waarnemen. Botsingen kunnen vaker voorkomen maar technieken zoals RTS en CTS helpen om dit te verminderen. Bij CDMA kunnen stations gewoon door elkaar heen zenden. Mobiele netwerken: Roaming en verhuizen kunnen gedaan worden door middel van samenwerking met een home agent (HLR) en foreign agent (VLR). Hierbij wordt de verbinding doorgestuurd. Lennart Herlaar Computerarchitectuur en netwerken 13 43