Arkitektur i nätverk

Den här delen beskriver standarder för nätverkets arkitektur, det vill säga hur topologier, kablar och protokoll kombineras för att skapa ett fungerande nätverk.

Ethernet
Ethernet är idag den klart populäraste och helt dominerande metoden för kommunikation i lokala nätverk, LAN. Det skapades 1970 av företaget Xerox i Palo Alto. Detta nätverk hade en kapacitet av 3 Mbps och gick under namnet ”Experimental Ethernet”

1980 publicerades den första specifikationen av Ethernet vilket hade en kapacitet på 10 Mbps. Därefter standardiserades Ethernet och antogs som IEEE 802.3 av ISO, International Organisation for Standardisation, vilket efter detta blivit en världsledande nätverksstandard.
Ethernet består av en uppsättning regler som beskriver följande tre element:

  • Vilka fysiska media som kan användas för kommunikation mellan datorerna.
  • Regler för hur datapaketen skall skickas.
  • Utseende och innehåll i datapaketen.
Av dessa tre skiljer sig endast media mellan olika typer av Ethernet medan de två andra punkterna alltid är samma för alla typer av Ethernet. Enligt IEEE:s rekommendationer jobbar Ethernet i lager 1 (physical) och 2 (data link) i OSI modellen. I dessa lager jobbar även utrustning som repeatrar, hubbar och bryggor. Dock följs inte OSI modellen strikt utan gränsen till överliggande lager överskrids vid vissa fall.

Access Metod
Signalhanteringen i Ethernet sköts av CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collission Detection. Denna access metod fungerar på följande sätt.

Den dator som vill sända ”lyssnar” så att ingen annan signal finns på kabeln.

Om det är ledigt på kabeln så börjar datorn att sända direkt.
Det gör den eftersom alla datorer har samma rättigheter och sända och det behövs inte tillåtelse av någon annan innan man börjar sända.

Om två datorer råkar skicka exakt samtidigt så uppstår kollision. Nätverkskortet upptäcker detta genom att en kontrollsumma (checksum) i paketen blir felaktig. Om detta sker väntar datorn en slumpartad tid innan den prövar att sända paketet på nytt. Om ytterligare kollisioner uppstår ökas tiden mellan varje försök till dess att paketet kommit fram i felfritt skick.

Om paketet inte kommit fram efter 16 försök visas ett felmeddelande.

Kollisioner i Ethernet är alltså inte ovanligt eller ens ett tecken på problem så länge antalet kollisioner inte blir alltför stort. Ett exempel på detta är i bussnät där termminering saknas vilket ger ett ökande antal paket som studsar fram och tillbaka på kabeln tills inget utrymme finns för någon annan att sända.

CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) använder ett system där den dator som vill sända först skickar ut en signal som talar om för de andra datorerna att kabeln är upptagen. Detta system är klart långsammare och används i stort sett endast av Apple Local Talk.

Transportmetod
Ethernet använder en transportmetod som innebär att sändaren inte får någon kvittens att paketen kommit fram till mottagaren. Detta kallas för en Connection-less transportmetod. Kontroll av leverans överlåts istället till de överliggande protokollen som jobbar i ett högre lager av OSI modellen. Protokoll som kan hantera detta är till exempel TCP och SPX.

Adressering
I Ethernet identifieras de olika datorerna genom nätverkskortets MAC adress. Denna adress består av 48 bitar och innehåller tillverkarens ID plus ett unikt serienummer vilka tillsammans utgör det som kallas för en Ethernetadress.

Denna adress måste och bör vara helt unik eftersom den programmeras in i nätverkskortet vid tillverkningen av detta. Det kan dock förekomma dubletter eftersom det även i nätverksvärlden förekommer tillverkare av ”piratdelar”.

Datorer kan även kommunicera med hjälp av protokoll från högre nivåer i OSI modellen, till exempel TCP/IP och IPX/SPX. I detta fall sker adresseringen med hjälp av IP nummer. Eftersom kommunikationen sker med MAC adresser så måste IP numren omvandlas till MAC adresser. Detta görs med hjälp av protokollet ARP.

Frames
I ett Ethernetbaserat nätverk skickas data i form av Frames. Dessa består av följande delar:
  • Preamble– En synkronisering som talar om att en sändning inleds.
  • Mottagarens adress, det vill säga destinationsadressen.
  • Sändarens adress, vilken även kallas källadressen.
  • Protokollidentifikation som talar om vilket protokoll som skall användas.
  • Ett datafält som innehåller själva data som skall sändas. I Ethernet är detta datafält från 46 upp till 1500 bytes.
  • En FRC, Frame Checking Sequence, som innehåller en kontrollsumma (CRC) vilken används för att kontrollera att data kommit fram i felfritt skick utan att ändras efter vägen.
När data skall skickas läggs med andra ord information till en frame om vart det skall skickas, vem som har skickat, protokolltyp, data samt en kod för felkontroll. När detta paket passerar en dator så läses Ethernet adressen alltid av. Om adressen stämmer med nätverkskortets egna adress så behålls paketet och skickas upp till nästa nivå i OSI modellen. Om paketet tillhör någon annan så ignoreras helt enkelt paketet och fortsätter vidare ut på nätverket.

©Copyright: Lars Sjunnevik