Olio-ohjelmoinnin perusteet luento 7: C++ mallit, Standard Template Library (STL)
010602000 – Luento 7
description
Transcript of 010602000 – Luento 7
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)