Lokala nät är idag mycket viktiga, och används till många olika funktioner. Det kan vara ett nätverk för att dela på skrivare, terminalnätverk, datornät, fileserver mot persondatorer, och mycket annat. Ordet LAN är en förkortning av Local Area Network. Ett lokalt nät är ett geografiskt begränsat nät. Lokala nät implementeras med tekniker som inte är lämpliga för mer geografiskt obegränsade nät. Typiskt, men inte ett krav, är att alla stationer i ett lokalt nätverk delar på en gemensam kanal.
Vanligen är överföringshastigheten är hög, mycket data kan överföras på kort tid i nätet, och felfrekvensen är mycket låg. Genom hög överföringshastighet kan nätet användas på helt andra sätt än långsammare nät. Arbetsstationer mot fileservers och datorklustring är saker som inte går att genomföra i ett nät med låg överföringshastighet. Kostnaden för höghastighetsöverföring stiger snabbt med ökande avstånd.
Lokala nätverk har utvecklats för att möta informationssamhällets behov av ökat och snabbare informationsflöde. Det finns flera viktiga fördelar med lokala nätverk, skäl till varför lokala nät blivit så viktiga. De två viktigaste skälen är att användarna kan dela på resurser, fysiska enheter, och dela på information, datafiler eller databaser. I persondatorernas tidevarv har man upptäckt att det är dyrt att utrusta varje pc med en skrivare, det är billigare att ordna kommunikation så att flera användare kan dela på resursen skrivare. LAN ger möjlighet till billig datakommunikation. Kommunikation är viktig. Många företag har upptäckt att det finns viktig information på sina ställen i organisationen, men alla användare som har behov av informationen kan inte nå den pga kommunikationssvårigheter. Många företag har installerat elektronisk utrustning för kontorsautomation, men få företag har lyckats utnyttja systemens fulla potential. LAN kan användas för att koppla ihop kompatibla utrustningar, och i begränsad utsträckning även för inkompatibla utrustningar. Det finns ett nyckelord för LAN, det är CONNECTIVITY, försvenskat till konnektivitet. Det är förmågan att kunna koppla ihop olika informationsenheter till ett enda flöde. Ordet används även flitigt i reklamen.
Ett lokalt nätverk kan användas på många olika sätt, man kan även kombinera flera olika funktioner. Här följer en lista som inte är komplett, men som tar upp de viktigaste tillämpningarna:
Mycket vanligt är att flera datorer, PC eller större, delar på en skrivare, printerserver. Ett nät med enbart den funktionen kräver inte hög överföringshastighet. När man kopplar ihop PC genom ett LAN, är det vanligt att man installerar en PC som centralt lagringsutrymme, fileserver. Alla de andra persondatorerna i nätet hämtar då sina filer från fileservern. Fördelarna är att det blir lättare att dela på data, lättare att ta backuper, och en mer standardiserad organisation. Fileserver-principen varieras ofta, t.ex. kopplar man gärna PC via DECnet mot en VAX, eller mot en Unix-maskin. Det finns grafiska arbetsstationer, där t.ex. själva bildalstringen sker i arbetsstationen, medan beräkningarna sker i centraldatorn, där även filer och programvara ligger lagrade.
LAN är ingen företeelse bara inom PC-världen. De flesta installationerna av LAN torde faktiskt vara inom minidatorområdet. Istället för att koppla terminaler via en terminalväxel till de olika datorerna, kan man ansluta terminalerna till en Terminal Server, som i sin tur är ansluten till det lokala nätet. På så sätt kan man från en terminal välja vilken dator som helst, utan att man behöver någon terminalväxel. Principen kallas LAT, Local Area Transport. Ytterligare en fördel över terminalväxlar är att en terminal kan växla mellan två datorer, samtidigt som man får alla andra fördelar som LAN erbjuder.
Via ett lokalt nätverk kan man koppla ihop flera datorer så att de ser ut som en enda dator för användaren, s.k. cluster. Det är en teknik som Digital använder för VAX-datorer. Ett VAX-cluster kopplat via LAT-terminalserver ger jämnare belastning eftersom terminalservern vid inloggning väljer den dator som har minst belastning, större driftsäkerhet eftersom alla datorerna inte brukar stanna samtidigt, programvaran behöver bara finnas lagrad på ett ställe, och man kan ta backup på hela systemet från en plats. Det är vanligt i reklamen att ange clustrets kapacitet som summan av delarnas kapacitet, dvs man tycker att fyra cpu om 0,5 MIPS är lika med 2 MIPS datakraft. På så sätt blir anläggningen mer imponerande. Eftersom programvaran inte kan dela upp en beräkning som skall köras i fyra delar, och köra en del i varje cpu, får man resultatet att beräkningen i sin helhet körs i en enda cpu. En enda cpu hade 0,5 MIPS kraft, och det är den effektiva kraften man får ut. Ett cluster kan därför inte ersätta en superdator för tunga beräkningar som kräver mycket cpu-kraft. Däremot kan ett cluster mycket väl ersätta en större dator när många användare vill ha små delar av dess kraft.
Ofta utnyttjar man LAN för meddelandeförmedling (electronic mail, e-mail, elektronisk post). Det är ett bekvämt sätt att sända meddelanden till folk, mycket effektivt om personen är svår att nå via telefon men ofta kör dator. Givetvis används LAN för filöverföring. Hastighetskraven beror på om det är stora filer som skall överföras, eller om det sker ofta. Ju mer trafik, desto större hastighet krävs av nätet. I vissa typer av lokala nät (bredbands-ethernet) kan man överföra flera kanaler med information samtidigt. Man kan då använda kanalerna till olika information, man kan ha både tal, data, television i samma nät. Kanalerna kan även användas till olika protokoll, i ena kanalen kan man köra DECnet för VAXarna, i nästa IBM-stordatorkommunikation, i tredje TCP/IP för Unix-datorer. På så sätt blir det lokala nätet ett verkligt datornät, man slipper dra flera kablar, kostnaden minskar.
Alla tillämpningarna ovan har egentligen varit av typen terminal-dator, dvs all behandling har utförts i ena änden. En intressant möjlighet som börjat komma på senare år, är bearbetning i två enheter. Det finns idag några få databashanterare, där själva databasen lagras centralt, och arbetsstationen kör frågeinterfacet och sköter presentation av data på skärmen. Användaren ställer en fråga till arbetsstationen, arbetsstationen frågar databashanteraren i centraldatorn, som söker fram enbart den önskade informationen och sänder över den till arbetsstationen. I arbetsstationen ligger programvara som sköter skärmhantering och visar resultatet av sökningen. Metoden ger flera stora fördelar; eftersom man fortfarande arbetar med en central databas ökar inte risken för inkonsistens, felaktiga data, arbetsbelastningen på centralenheten minskar eftersom skärmhantering och användarinterface ligger på en annan dator. Observera skillnaden mot en PC mot fileserver, där sker bearbetningen i PC och det bearbetade resultatet måste sedan laddas ner till fileservern igen. Metoden kommer säkerligen att användas i allt fler programvaror.
Det finns många olika tekniker för att skapa lokala nät. Med användning av en viss teknik, kan man fortfarande välja topologi, och efter att man valt topologi kan man välja kommunikationsmetod och kabel. Det finns alltså många möjliga variationer för lokala nät, vi skall här gå igenom dem i tur och ordning.
Det finns två tekniker som är vanliga, och det är basbandsnät eller bredbandsnät.
Ett basbandsnät kan byggas enligt fyra topologier.
En viktig skillnad mellan lokala nät är accessmetoden. Alla topologier utom mesh net har ju en gemensam kanal, och på något sätt måste man avgöra vilken station som skall kunna sända i ett visst ögonblick. Vi beskriver fem accessmetoder kombinerade med topologier.
Valet av accessmetod sker med tanke på flera krav. Kraven är effektivitet, felkontrollerande och återställande, ingen blockering vid hög last. Effektivitet betyder att utnyttja befintlig bandvidd och att inte kräva stor processorkraft. Fel i överföringen måste upptäckas och på något sätt korrigeras. Det är viktigt att alla stationer får en chans att använnda linjen, framför allt vid hög belastning är det lätt att en eller några få stationer blockerar linjen.
Man väljer kabel främst efter den utrustning man valt, den kräver oftast en viss typ av kabel. I vissa fall har man befintlig kabel, då gäller det att hitta en utrustning som kan använda den kabeltypen. Det finns flera faktorer som avgör kabelvalet.
Ett bredbandsnät använder alltid koaxialkabel, och är dyrare att installera än ett basbandsnät. Det beror på att ett bredbandsnät kräver speciella modem, och mediakostnaderna är högre. Installationskostnad tillkommer, och idag är arbetskraftens andel av installationen så stor att det till slut inte blir så stor skillnad mellan basband eller bredband. Fördelarna med ett bredbandsnät är att det kan överföra flera kanaler samtidigt. Kanalerna kan utnyttjas för att överföra olika slags information, eller användas för att öka kapaciteten hos nätet.
En signal från en station i ett bredbandsnät syns för alla stationer på nätet. Det får bara finnas en förbindelse mellan två stationer, annars kan signalerna interferera. Den fysiska topologin måste vara ett träd-nät. Nätet har en huvud-ände. Alla stationer sänder först sitt meddelande inåt huvudänden, där meddelandet vänds och sänds i utgående riktning. I huvudänden sitter en frekvenskonverterare som filtrerar och skiftar ingående frekvens till rätt utgående frekvens. Antingen används olika frekvenser för ingående och utgående sändning i samma kabel, eller två fysiskt skilda kablar. Det finns två typer av frekvensdelning, midsplit och subsplit. I midsplit används ena frekvenshalvan för ingående signaler, och andra halvan för utgående signaler. I subsplit används frekvenserna 5-30 MHz för ingående signaler, och resten (upp till 400 MHz) för utgående signaler. Subsplit är enklast att installera i en befintlig kabel-tv-koax. Ett en-kabel system är enklare och billigare att installera än ett dubbelkabelsystem, och man kan ibland utnyttja befintlig tv-koaxialkabel. Ett dubbelkabelsystem är dyrare att installera, men man får dubbelt så stor kapacitet, och ena kabeln kan optimeras för felfri mottagning, den andra för felfri sändning. Det ger även mindre känslighet mot störningar. Bredbands-LAN har dragit nytta av teknik utvecklad för tv. Centralantennanläggningar och kabel-tv har utvecklat pålitliga komponenter som kan användas i LAN. En tv-kanal kräver 6 MHz på både ingående och utgående frekvens. Därför delas bredbands-LAN upp i 6-MHz bitar.
I ett basbandnät sänds signalen direkt ut på ledningen. Hela bandvidden utnyttjas av signalen, ledningen kan enbart utnyttjas för en kanal. I ett bredbandsnät har varje enhet ett modem, som modulerar till radiofrekvenser. Modemen kan arbeta med en fast frekvens, eller vara omställbara, så att de kan arbeta med valbara frekvenser (Frequency-agile modem). Det senare alternativet ger möjlighet att välja kanal, det blir lättare att anpassa sig i framtiden, när vissa kanaler tagit slut.
Ett bredbandsnät har fysiskt en trädtopologi, men man skall observera att den logiska topologin, hur stationerna ser kopplingen, inte behöver vara trädtopologi. Det finns tre vanligen använda topologier för bredbandsnät, de är stjärna, bussnät, och ringnät. Observera att accessmetoden (kontrollmetoden) inte bestäms av topologin, vilken accessmetod som helst (Centralized, token, eller contention) kan väljas.
LAN standards omfattar de lager som i OSI-modellen utgör de två nedersta lagren. (För en standard terminalanslutning hade det t.ex. varit HDLC och RS-232). Data-länk-lagret delas i två lager, logical link control (LLC), liknande HDLC, och ett medium access control (MAC), exempelvis CSMA/CD. Ett access unit (AU) interface definieras mellan enheten som omfattar både datalänk och fysisk signalering och den fysiska medieanslutningen, kabeln. För MAC och fysisk signalering finns det tre varianter, CSMA/CD på buss, token bus, och token ring. Förkortningarna LLC, MAC, AU, kommer att användas i fortsättningen av texten.
Den logiska länkkontrollen (LLC) baseras huvudsakligen på ett modifierat HDLC protokoll. Modifieringen krävs eftersom HDLC är definierat för en enda styrande station, vilket inte är fallet i ett lokalt nät. En station kan vara i samtidig kommunikation med flera andra stationer. Nätverket sänder data utan att en förbindelse finns etablerad och utan krav på bekräftelse, s.k. connectionless service. Det finns även connection-oriented sservice. I en station identifieras varje kommunikationslänk av en service access point, som kan ses som en portadress mot högre protokoll.
Den logiska länkens format ser ut som i figuren ovan. Det finns två adresser, destination service point address (DSAP) och source service point address (SSAP). De är kommunikationslänkadresserna som tidigare beskrivits. DSAP kan även användas som en gruppadress. Kontrollfältet används för kommandon och svar.
Både basbandsnät och bredbandsnät använder ett gemensamt medium, en delad kanal. Lokala nät skiljer sig från geografiskt spridda nät på så sätt att de har en gemensam kanal. Det måste finnas ett protokoll för att dela på kanalen, det s.k. accessprotokollet. Idag finns fem metoder som används i kommersiella produkter.
CSMA/CD används på basband eller bredband bussnät. Stationerna "slåss" om nätet, det finns ingen uttrycklig turordning. På engelska kallas det "contention". Data överförs på nätet i ramar, inte olika HDLC-ramar. Media Access Control (MAC) lagrets frame format visas i figur.
Preamble är ett fält som innehåller 7 bytes växelvis ettor och nollor som används för synkronisering. Start frame delimiter är sekvensen 10101011, den följer på preamblen och visar att en ram börjar. Därefter följer destination address och source address. Adressfältet kan vara 2 eller 6 bytes långt, det måste dock vara lika för alla stationer på ett nät. Destinationsadressen kan vara individuell eller en gruppadress. Det finns två typer av gruppadresser, en multiadress för en grupp av stationer, och en global adress för alla stationer i nätet, s.k. broadcast adress. 6-bytes adresser tilldelas nummer av Xerox, så att varje nät skall vara unikt. Length Count innehåller antalet bytes i datafältet som utgör LLC data. Datafältet innehåller först det i length count angivna antalet bytes med LLC data, dvs destination SAP, source SAP, och kontroll som visats tidigare. Datafältet måste ha en viss minimilängd, annars fylls det ut till rätt längd. I ett 10-Mbps basbandsystem är minsta ram 512 bits, eller 64 bytes. Till sist följer Frame Check Sequence (FCS) som innehåller en 23-bits CRC.
En station med meddelande att sända måste först lyssna på linjen, sänder ingen annan kan stationen sända direkt, i annat fall måste den vänta, repetera från lyssning, osv. Att lyssna före sändning kallas "Carrier sense". Om två stationer ligger långt från varandra på bussen, och sänder samtidigt, kan det hända att stationerna trodde allt var klart. De två meddelandena kommer att hamna på varandra, allt blir otydbart. Detta kallas en kollison. En kollision kan inträffa under kollisionsfönstret, från det att stationen börjar sända, tills signalen har hunnit nå alla andra stationer. Varje station som sänder måste samtidigt lyssna efter andra sändningar. I ett basband upptäcks en kollision genom att signalnivån är högre än för en sändare. I ett bredbandsnät kan man inte upptäcka kollisioner genom signalnivån. Istället jämför man bitmönster, sändaren sparar en kopia av det sända meddelandet, och jämför kopian med det senare mottagna meddelandet. Stämmer de överens antar man att ingen annan station störde.
Upptäcks en kollision, sänds först en jam (32 bitar för 10 Mbps), så att den andra stationen skall märka kollisionen, sedan slutar stationerna sända. Stationerna väntar en slumpmässig tid, och försöker sedan igen. Tiden mäts i "time slots", där en time slot är tiden det tar för en signal att gå runt i nätet. Vid första kollisionen väljer stationerna mellan 0 eller 1, dvs väntar 0 eller 1 time slot innan de försöker igen. Blir det kollision igen, väljs slumptalet från 0, 1, 2, 3. För varje upprepad kollision (samma meddelande) väljs slumptalet från dubbla förra intervallet. Efter 16 försök anser stationen att det är dags att signalera permanent fel, och ger upp. Metoden har fördelen att ge korta väntetider för lågt belastade nät, men ändå kunna anpassa sig till de tillfällen när många stationer försöker sända.
H4>8.4.1.2 Token passing on a bus.I token-bus nät finns en uttrycklig turordning, stationerna behöver inte "slåss" om rätten att sända. Det är stationen som just har "token" som har rätten att sända, och sänder sedan vidare token till nästa station. På sätt och vis liknar det pollning. Token passerar från station till station i sjunkande nummerordning. Observera att nummerordningen inte har något att göra med den fysiska ordningen hos stationerna.
Det finns en maximal tid som varje station får hålla token innan den går vidare. Efter att ha sänt token vidare, lyssnar stationen efter en ram som följer direkt efter token. Det betyder att efterföljaren har token och sänder. Om token-sändaren inte hör ett svar från efterföljaren, sänder den token en andra gång. Får sändaren inget svar, antar den att efterföljaren dött. Nu sänds en "who_follows frame" med efterföljarens adress i datafältet. Stationen som följer på den efterföljande stationen (2:dra efter token-sändaren) svarar med sin adress i en "set_successor frame". På så vis sätts en ny efterföljare, istället för den station som försvunnit. Får stationen inget svar på "who_follows frame" så repeterar den en andra gång. Får den inget svar, återställs ringen med samma metod som nya stationer går in i ringen, stationen sänder en "solicit_successor_2 frame" med sig själv som destination. Vilken station som helst får svara.
Nya stationer läggs till den logiska ringen genom svarsfönster (response window). Ett svarsfönster är ett tidsintervall där en station först sänder en MAC kontrollram och sedan lyssnar efter svar. Om stationen hör ett svar under svarsfönstret, fortsätter den lyssna tills sändningen är avslutad. Alla stationer i ringen sänder periodiskt en "solicit successor frame" som specificerar ett intervall av stationer mellan sändaren och mottagaren. Stationer vars adress faller inom intervallet och som vill in i ringen svarar då. När sändaren mottar en giltig ram, byts den gamla efterföljaren ut mot den nya, och den nya stationen får token.
I ett Token Ring-nät måste varje station kopiera och sända vidare alla meddelanden som den mottar, ända tills den mottar token-meddelandet. Då konverterar den token-meddelandet till en "connector" genom att invertera en enda bit i token-meddelandet. Sedan kan den sända sitt meddelande. Två bitar i ending frame delimiter har betydelse. När ramen repeteras av stationen som motsvarar destination address, sätts "address recognized bit", och om mottagaren även lyckades kopiera (motta) meddelandet sätts "frame copied bit". När meddelandet kommer tillbaka till sändaren, måste den göra om connectorn till en token igen.
ISO 8802.5 standard föreskriver:
I TDMA (Time-Division Multiple Access) får varje station en del av tiden, ett time slot. Slottarna synkroniseras av en huvudstation som sänder ett kort synkroniseringsmeddelande, därefter räknar stationerna själva tills deras intervall kommit. Då kan de sända sitt meddelande. Stationerna begär ett tidsintervall i uppehållet efter synkroniseringsmeddelandet. Huvudstationen anvisar då ett intervallnummer till stationen som ville sända. TDMA har använts kommersiellt för LAN. Det är inte ett av de mera lämpliga protokollen för nätverk där antalet stationer som vill sända varierar kraftigt, eftersom stationerna alltid måste vänta. Det är väl lämpat för t.ex. satellitlänkar, där punkt-till-punkt fördröjningen är stor, och man köar meddelanden för att utnyttja hela bandvidden.
Ett av de enklaste protokollen för att kontrollera nätverk är pollning. En huvudstation frågar i tur och ordning slavstationerna om de har något att sända. Protokollet har fördelen att det är mycket lätt att implementera i slavstationerna. Det är lämpligt för enkla nätverk, som i säkerhetsstationer, temperaturkännare, maskinella verktyg, och liknande med begränsade funktioner, begränsat behov av höghastighetsöverföring, och som kontrolleras av en central dator. Det är inte lämpat för lokala nätverk pga sitt behov av en central station.
Lokala nätverk skiljer sig från WAN genom att de kostar betydligt mindre, och att den fysiska datakanalen har en mycket stor kapacitet och mycket låg felfrekvens. Nätets genomströmning bestäms därför huvudsakligen av den anslutna utrustningens kapacitet. Nätets prestanda beror på flera faktorer.
Det finns många olika aspekter att lägga på prestanda, och vanligen har även en yttre faktor stor inverkan : priset. Här följer några viktiga faktorer, dock inte rangordnade.
En av de viktigare faktorerna är överföringshastighet. Ett 10 Mbps-nät kan överföra mer data per tidsenhet än ett 1 Mbps-nät. För att många stationer skall kunna dela på kanalen krävas att varje station utnyttjar kanalen en kort tid, sändningen måste gå fort. Man måste skilja på hastigheten i nätet, t.ex. 10 Mbps, och den hastighet en enstaka station kan utnyttja. Nätet tar upp en del av kapaciteten till styrinformation, felkontroller, m.m. I många fall överstiger nätets hastighet den hastighet en station kan sända med under en längre tid. Det finns billigare nätverk, t.ex. för PC, där man har valt en lägre hastighet för att sänka priset.
Last och lastberoende är en av de viktigaste faktorerna för hur användaren upplever nätets kapacitet. Lasten är ganska enkel att avgöra, däremot är det komplicerat att avgöra hur nätet påverkas av ökande last. Det beror (förutom felfrekvens!) på accessmetod och topologi. Alla metoder som använder en Token, främst Token ring, har en mycket liten variation i svarstid. Den fördröjning som uppstår av nätets kontrollfunktioner är mycket likartad, oavsett belastning. CSMA/CD ger lätt kollisioner vid hög last, och även antalet omsändningar ökar. Därför ger ett CSMA/CD protokoll sämre prestanda vid hög belastning. Det som är osäkert är var gränsen går, dvs hur hög belastningen egentligen kan vara. Samtidigt som t.ex. Token Ring då ger bättre prestanda, är programvaran för Token Ring mycket mer komplicerad, och utrustningen blir märkbart dyrare. Rent generellt gäller att kurvan last-användare är en hyperbel. Ju färre användare, desto större kapacitet för den som vill sända. Ju fler användare, desto sämre kapacitet.
Så länge antalet användare och överföringsbehov ligger under kurvan, märker användarna ingen stor skillnad i kapacitet hos nätet. Det har gjorts flera detaljerade studier över hur ett nät beter sig vid olika last. Studierna är vanligen teoretiska, och studerar en viss variabels påverkan av nätet. I ett verkligt nät har man inte bara en variabel som ändras, utan flera samtidigt. Därför är studierna ännu av begränsat värde vid installation av ett verkligt nät. I ett verkligt nät inträffar fel, och det tar en viss tid att korrigera felen. Tiden för att åtgärda ett fel ökar vid högre last och många användare. Därför kommer verklig kapacitet att bli lägre än teoretisk kapacitet.
Det finns många olika tillverkare och principer för lokala nät. Därför kan det vara svårt att avgöra vilket nät som man bör välja. Oavsett vilken leverantör och metod man väljer, finns det vissa principer för hur man bör bygga upp ett nät så att kapaciteten bibehålls. Ett mycket bra sätt är att dela upp nätet i flera under-nät, sub-nät, och koppla ihop sub-näten. Ett nät med få användare behåller lättare full kapacitet än ett nät med många användare där lasten ligger nära gränsen. I ett större företag kan man anta att den mesta trafiken kommer att gå inom avdelningen, medan trafiken mellan avdelningrna kommer att bli måttlig. Därför kan man bygga ett nät för varje avdelning, och koppla ihop avdelningarna med routers. Då är varje nät litet, och näten kan ändå kommunicera med varandra.
Felfrekvensen har effekt på nätets prestanda. Det tar tid att upptäcka felen, och ännu längre tid att korrigera dem. Ett av de allvarligaste fel som kan inträffa är ett bitfel. Lokala nät har en mycket låg bitfelsfrekvens, men sänder mycket data i hög takt. Om bitfelsfrekvensen är 10-9 (typiskt för många Ethernet), och nätets last är 30 %, så innebär det ungefär 3.000.000 sända bitar per sekund. Det innebär 0,003 fel per sekund, eller ett fel varje 333 sekunder, motsvarar ungefär 5,5 minuter. Det betyder att linjefel inte tar stor del av kapaciteten. Andra felkällor är bristande resurser hos mottagaren, t.ex. kan alla buffrar vara fulla, en station kan gå sönder, störningar från yttre källor som elutrustning eller radioutrustning.
Många källor hävdar att ett Ethernet (CSMA/CD-protokoll) kan utnyttjas till ca 60 %, medan Token Ring kan utnyttjas till 100 %. Det finns andra som hävdar att CSMA/CD är lämpligt, man behöver ju inte utnyttja allt till 100 %. När man har installerat ett lokalt nät så antingen fungerar det inte bra, då använder ingen nätet, eller så fungerar det bra, och man kan räkna med att användningen snabbt ökar. Det talar mot att hålla beläggningen låg.
Ett standard Token Ring nätverk för IBM PC har 4 Mbps överföringshastighet, ett standard Ethernet har 10 Mbps. Token Bus nät konstruerades ursprungligen för General Motors, för att användas i tillverkningsautomatisering, där man behövde kunna förutsäga svarstiderna med en säkerhet på tiondelar av mikrosekunder. Det kallas realtidsberbetning. Alla nät med Token-metod kännetecknas just av förutsägbar svarstid. Samtidigt skall man vara medveten om att även Token-protokollen kräver resurser för nätstyrning. Vid ett försök på DEC's lab i USA kopplades 24 system ihop på ett Ethernet, där de försökte sända samtidigt. Effektiv överföringshastighet blev mellan 9,23 Mbps (en station), och 9,66 Mbps (24 stationer) med 1536 bytes paket. Med 64 bytes paket var effektiv överföringshastighet 8,45 Mbps.
I ett annat försök (Van Jacobson, LBL) kopplades två SUN 3/50 datorer över ett Ethernet, och data överfördes med TCP protokoll (TCP är ett protokoll för filöverföring, elektronisk post, och fjärrlogin). Effektiv överföring blev 8 Mbps, och när ytterligare två system kopplades in sjönk överföringen till 7,5 Mbps. Försöket gjordes huvudsakligen för att visa att TCP kan användas vid höga hastigheter, och protokollet var komplett med checksummor och använde bara tillåtna Ethernet paketstorlekar. Det visar att man inte enkelt kan säga att Ethernet kan användas till max 60 % kapacitet.
I takt med att utvecklingen går framåt kommer fler maskiner på marknaden som kan utnyttja fulla hastigheten i nätet, fler maskiner kopplas in på nätet, behovet av hög kapacitet ökar. Därför studerar man nät med väsentligt högre hastigheter, uppåt 100 Mbps verkar realistiskt med dagens teknik. För högre hastigheter verkar Token Ring vara enda tekniskt framkomliga alternativet. För att CSMA/CD kollisionsdetektering (CD) skall fungera krävs att ett paket går från sändande station, runt hela nätet, och tillbaka. Dvs om ett Ethernet är maximalt 256 bittider långt (vi mäter längden på kabeln i antalet bittider) så måste ett paket vara minst 512 bits långt. När man ökar bittakten, minskar tiden per bit, så finns två alternativ för att bibehålla funktionen hos CD: (1) öka paketlängden, det kommer att bli väldigt långa paket, eller (2) använda mycket kortare kabel, så att vi bibehåller en liten längd räknad i antal bitar.
Det finns ett annat problem med CSMA, och det är synkronisering (I CSMA kan man ju sända när som helst, dvs ungefär som asynkront). I början av varje ethernet-paket sänds en preamble på 7 bytes = 56 bits. Preamblen är till för att synkronisering skall ske av mottagarens klocka, så att varje bit skall kunna identifieras i meddelandet. Det är nätt och jämnt att bitarna räcker till vid 10 Mbps, kom ihåg att i början av ett asynkront tecken sänds en enda startbit, men hastigheten är där begränsad till 19.200 bps. Det beror på att synkroniseringen sköts av analoga kretsar, där man inte kan öka deras hastighet linjärt med överföringshastigheten. Man skulle följaktligen kunna behöva en 1000 bits preamble för ett 100 Mbps CSMA-protokoll. I ett Token Ring nät sänds hela tiden ramar, finns inga meddelanden går tomma ramar runt, och klocksynkronisering kan tas ur ramarna. Om några år kommer säkert FDDI att vara ett praktiskt användbart alternativ. Det är ett fiberbaserat Token ring-nät, med 100 Mbps hastighet. Det håller just på att standardiseras.
Det förekommer två olika benämningar på samma standard. Det äldsta namnet, som vi nu inte skall använda, är IEEE 802.x. Motsvarigheten heter ISO 8802.x.
Man kan skapa ett lokalt nät genom att koppla ihop stationerna med vanlig kabel, mellan V.24-interfacen, eller vad man nu har. Det är ett billigt sätt, kablarna är inte dyra. Däremot når man ingen speciellt hög hastighet, 19.200 bps är maximal hastighet, och framför allt äldre enheter klarar sällan mer än 9.600 bps. Det kan vara en lämplig lösning för ett nätverk med få enheter, som inte har behov av hög överföringshastighet. Många stationer i nätet ger snabbt en enda stor kabelhärva.
Det finns några lokala nät som förtjänar att nämnas vid sidan om de stora, standardiserade näten. En del av dem är:
Ett lokalt nät behöver inte vara en isolerad ö i världen. Fler och fler LAN kopplas ihop, ibland över stora avstånd. Det sker genom att man kopplar in en ROUTER eller GATEWAY eller BRIDGE.
En router används för att koppla ihop två fysiskt skilda nät, som använder samma teknik och protokoll. Avståndet kan vara stort, och hastigheten mellan routers understiger kraftigt nätets. Dvs man kopplar ihop två likadana oberoende nät.
En gateway används för att koppla ihop två olika nät, med olika protokoll. Gatewayen sköter konvertering mellan de olika protokollen. Avståndet kan vara kort eller stort. Hastigheten mellan gateways beror på avstånd och teknik, men är generellt lägre än nätets hastighet.
Näten är vanligen fysiskt skilda, men man tänka sig fallet där man kör både DECnet (t.ex. VAXar) och TCP/IP (t.ex. Unix-ar) på samma bredbandsethernet. De olika protokollen kan inte prata med varandra, trots att de går i samma nät. Då kan man använda en dator med två ethernetinterface, ett för DECnet, ett för TCP/IP, som gateway mellan de båda näten, dvs gatewayen konverterar mellan protokollen.
En bridge används för att koppla ihop två nät som kör samma protokoll, men är fysiskt skilda. Näten kan använda olika teknik (t.ex. basband och bredband), men använder samma protokoll (t.ex. TCP/IP). Avståndet får inte vara för stort. En bridge arbetar med samma hastighet som nätverken. I motsats till gateway konverterar inte en bridge mellan de olika protokollen, utan överför dem bara. En bridge kan även användas för att konfigurera backup-vägar i nätet, bryter ena vägen ihop kopplar bridgen över till reservvägen.
Det är ofta lämpligt att dela upp ett stort lokalt nätverk i delar, och koppla samman delarna med routers. Därigenom får man större driftsäkerhet, dör ett nät klarar de andra sig. Man får färre stationer på ett enda nät, och kan därmed reducera nätets totala last genom att isolera delar med hög belastning.
I Ethernet har varje station en egen adress. De som specificerade Ethernet ville inte att två stationer skulle få samma adress, inte heller ville de att användaren skulle behöva bry sig med adresser. Därför är varje Ethernetanslutning utrustad med en adress från fabriken, och alla adresser delas ut av Xerox, som även registrerar alla adresser. Det har sina fördelar, Ethernet är ju ett medium där alla sationer sänder i samma kabel, dvs alla stationer ser alla meddelanden, och adressen avgör om stationen skall bry sig om meddelandet. Därmed är det givetvis mycket enkelt att avlyssna ett Ethernet, om man har tillgång till kabeln.
Det finns s.k. nätmonitorer, som man kan använda för att övervaka nätet. Man kan se belastning, titta på individuella paket, m.m. Det finns färdiga speciella nätanalysatorer, de är ganska dyra men effektiva. En nästan lika bra utrustning är ett extra kort till en PC (passar även bärbara) och särskild programvara. Mest kända är LANalyzer och The Sniffer.
I ett nät med många stationer kan man med nätmonitorn avgöra vilken station som sänder vad, och till vilken station meddelandet skall. Vet man alla adresser i nätet, är det inte så svårt. Däremot kan det vara svårt att få reda på adresser. Därför bifogas ett appendix, en lista över kända adresser, typfält, och multicastadresser. Listan kan vara använbar vid felsökning, den är inget att studera för nöjes skull.
Date: Tue, 21 Jun 88 11:11:17 EDT
From: Kevin Hobson
Subject: Re: Ethernet packet types
Here is my latest list of packet types on the ethernet. We also have
HP 4972A Lan Analyzer and MIT netwatch program here at the University.
Using the above items and SUN's etherfind, we can usually find the
problems within 15 minutes of the first report of trouble. Our network
(35 and growing rapidly) has combination of so many vendors and
protocols that this list is invaluable.
---------------------------------cut here------------------------------
Current Ethernet and IEEE802.3 "Type" Fields 6/21/88
The 13th and 14th octets of an Ethernet or IEEE802.3 packet (after
the preamble) consist of the "Type" or "Length" field. These are
formerly assigned by Xerox, currently assigned by IEEE. Some
assignments are public, others private.
Information currently available includes: Xerox Public Ethernet
Packet Type documentation; IEEE802.3 Std, but not yet further
documentation from IEEE; NIC RFC960; knowledge of some BBN Private
Type Field values.
Hex
0000-05EE IEEE802.3 Length Field (0.:1500.)
0200 XEROX PUP (conflicts with IEEE802.3 Length Field range)
(see 0A00)
0201 PUP Address Translation (conflicts ...) (see 0A01)
0600 Xerox NS IDP (XNS) *
0800 DOD Internet Protocol (IP) * #
0801 X.75 Internet
0802 NBS Internet
0803 ECMA Internet
0804 Chaosnet
0805 X.25 Level 3
0806 Address Resolution Protocol (ARP) * (for IP and for CHAOS)
0807 XNS Compatibility
081C Symbolics Private
0888 Xyplex
0900 Ungermann-Bass network debugger
0A00 Xerox IEEE802.3 PUP
0A01 Xerox IEEE802.3 PUP Address Translation
0BAD Banyan Systems
1000 Berkeley Trailer negotiation
1001 IP_trailer_1_block
1002 IP_trailer_2_block
1003 IP_trailer_3_block
1004 IP_trailer_4_block
1005 IP_trailer_5_block
1006 IP_trailer_6_block
1007 IP_trailer_7_block
1008 IP_trailer_8_block
1009 IP_trailer_9_block
100A IP_trailer_10_block
100B IP_trailer_11_block
100C IP_trailer_12_block
100D IP_trailer_13_block
100E IP_trailer_14_block
100F IP_trailer_15_block
1600 BBN_Simnet
5208 BBN Simnet Private %
6000 DEC unassigned
6001 DEC Maintenance Operation Protocol (MOP) Dump/Load Assistance
6002 DEC Maintenance Operation Protocol (MOP) Remote Console,
NCP connect
6003 DEC/DNA Routing (DECNET Phase IV)
6004 DEC Local Area Transport (LAT)
6005 DEC Diagnostics (at interface initialization?)
6006 DEC Customer protocol
6007 DEC System Communication Architecture (SCA),
Local Area VAX Cluster (LAVC)
6008 DEC unassigned
6009 DEC unassigned
7000 Ungermann-Bass download
7002 Ungermann-Bass diagnostic/loopback
8003 Cronus VLN
8004 Cronus Direct
8005 HP Probe protocol
8006 Nestar
8010 Excelan
8013 Silicon Graphics diagnostic
8014 Silicon Graphics network games
8015 Silicon Graphics reserved
8016 Silicon Graphics XNS NameServer, bounce server
8019 Apollo DOMAIN
8035 Reverse Address Resolution Protocol (RARP)
8038 DEC Debet bridge (LanBridge) management
8039 DEC unassigned
803A DEC unassigned
803B DEC unassigned
803C DEC unassigned
803D DEC Ethernet Encryption Protocol
803E DEC unassigned
803F DEC LAN Traffic Monitor Protocol
8040 DEC unassigned
8041 DEC unassigned
8042 DEC unassigned
805B Stanford V Kernel, experimental
805C Stanford V Kernel, production
807C Merit Internodal
8080 Vitalink TransLAN III bridge management
809B EtherTalk (AppleTalk over Ethernet)
80C1 DCA Data Exchange Cluster
80DE TRFS (Integrated Solutions Transparent Remote File System)
80F3 AppleTalk Address Resolution Protocol (AARP)
8107 Symbolics Private
8108 Symbolics Private
8109 Symbolics Private
8137 Novell
9000 Loopback (Configuration Test Protocol)
9001 Bridge Communications XNS Systems Management
9002 Bridge Communications TCP/IP Systems Management
FF00 BBN Vital-LanBridge cache wakeups %
* These protocols use Ethernet broadcast, where multicast would be
preferable.
# BBN Butterfly Gateways also use 0800 for non-IP, with IP
version field = 3.
% BBN Private Protocols, not registered
Ethernet hardware addresses are 48 bits, expressed as 12 hexadecimal
digits (0-9, plus A-F, capitalized). These 12 hex digits consist of
the first/left 6 digits (which should match the vendor of the
Ethernet interface within the station) and the last/right 6 digits
which specify the interface serial number for that interface vendor.
Currently we have noted the following vendor addresses, on the
BBN Corporate Ethernet.
00000C Western Digital
00002A TRW
00005A S&Koch
000093 Proteon
00009F Ameristar Technology
0000AA Xerox Xerox machines
0000C0 Western Digital
0000DD Gould
000102 BBN BBN internal usage (not registered)
001700 Kabel
00DD00 Ungermann-Bass
00DD01 Ungermann-Bass
020701 Interlan UNIBUS or QBUS machines, Apollo
020406 BBN BBN internal usage (not registered)
02608C 3Com IBM PC; Imagen; Valid
02CF1F CMC Masscomp
080002 Bridge
080005 Symbolics Symbolics LISP machines
080008 BBN
080009 Hewlett-Packard
080010 AT+T
080014 Excelan BBN Butterfly, Masscomp, Iris
08001A Data General
08001B Data General
08001E Apollo
080020 Sun Sun machines
080025 CDC
080028 TI Explorer
08002B DEC UNIBUS or QBUS machines, VAXen, LANBridges
(DEUNA, DEQNA, DELUA)
080045 ???
080047 Sequent
080049 Univation
08004C Encore
08004E BICC
080068 Ridge
080069 Silicon Graphics
08006E Excelan
08007C Vitalink TransLAN III
080089 Kinetics AppleTalk-Ethernet interface
08008B Pyramid
08008D XyVision XyVision machines
09002b *LanBridge multicast /* MULTICAST */
/* only if rest = 01-00-01 */
800010 AT+T ( 3b2 3Bnet card )
AA0003 DEC Physical address for some DEC machines
(DEUNA/KLNI)
AA0004 DEC Logical address for systems running DECNET
AB0000 *DECnet multcast /* MULTICAST */
/*
* lower part
* 03-00-00 DECnet phase IV end node hello
* 04-00-00 DECnet phase IV router hello
*/
AB0003 *LAT multicast /* MULTICAST ??*/
C00000 Western Digital?
CF0000 *CTP multicast /* MULTICAST */
Ethernet addresses might be written unhyphenated (e.g. 123456789ABC),
or with one hyphen (e.g. 123456-789ABC), but should be written
hyphenated by octets (e.g. 12-34-56-78-9A-BC).
These addresses are physical station addresses, not multicast nor
broadcast, so the second hex digit (reading from the left) will be
even, not odd.
At present, it is not clear how the IEEE assigns Ethernet block
addresses. Whether in blocks of 2**24 or 2**25, and whether
multicasts are assigned with that block or separately. A portion of
the vendor block address is reportedly assigned serially, with the
other portion intentionally assigned randomly. If there is a global
algorithm for which addresses are designated to be physical (in a
chipset) versus logical (assigned in software), I am unaware of the
algorithm.
Current Ethernet Multicast Addresses 5/5/88
Ethernet Type
Address Field Usage
Multicast Addresses:
08-00-41-40-30-00 ???? DCA Data Exchange Cluster
09-00-09-xx-xx-xx ???? HP multicasts
09-00-2B-01-00-00 8038 DEC LanBridge Copy packets
09-00-2B-01-00-01 8038 DEC LanBridge Hello packets
1 packet per second, sent by the
designated LanBridge
AB-00-00-01-00-00 6001 DEC Maintenance Operation Protocol (MOP)
Dump/Load Assistance
AB-00-00-02-00-00 6002 DEC Maintenance Operation Protocol (MOP)
Remote Console
1 System ID packet every 8-10 minutes, by every:
DEC LanBridge
DEC DEUNA interface
DEC DELUA interface
DEC DEQNA interface (in a certain mode)
AB-00-00-03-00-00 6003 DECNET Phase IV end node Hello packets
1 packet every 15 seconds, sent by each DECNET host
AB-00-00-04-00-00 6003 DECNET Phase IV Router Hello packets
1 packet every 15 seconds, sent by the DECNET router
AB-00-00-05-00-00 ???? Reserved DEC
through
AB-00-03-FF-FF-FF
AB-00-04-00-00-00 ???? Reserved DEC customer private use
through
AB-00-04-FF-FF-FF
AB-00-04-01-xx-yy 6007 DEC Local Area VAX Cluster
(LAVC Cluster group yy)
CF-00-00-00-00-00 9000 Ethernet Configuration Test protocol
(Loopback)
Broadcast Address:
FF-FF-FF-FF-FF-FF 0600 XNS packets, Hello or gateway search?
6 packets every 15 seconds, per XNS station
FF-FF-FF-FF-FF-FF 0800 IP (e.g. RWHOD via UDP) as needed
FF-FF-FF-FF-FF-FF 0806 ARP (for IP and CHAOS) as needed
FF-FF-FF-FF-FF-FF 1600 VALID packets, Hello or gateway search?
1 packets every 30 seconds, per VALID station
Kevin Hobson
Rutgers, The State University