Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet.pdf



Antti Vähälummukka
2010
Lähde: http://www.ratol.fi/opensource/lahiverkot/ ja muita
Sillat
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
2



Aktiivilaitteiksi sanotaan laitteita
jotka sisältävät jotain
elektroniikkaa, kuten toistin tai
kytkin.
Verkon aktiivilaitteet sijoittuvat OSImallin tasoille oheisen kuvan
mukaisesti.
Signaali vaimenee kaapelissa ja
matkalla siihen summautuu
häiriöitä. Jotta signaalit säilyisivät
riittävän hyvinä, tarvitaan kaapelointijärjestelmän mukaisesti
sijoitettuja signaaleja vahvistavia ja
uudelleen generoivia laitteita.
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
3
Toistin (repeater)
 Toistin vahvistaa sähköisiä signaaleja ja tarkistaa bittivirran
ajastuksen.
 Sen avulla voidaan lisätä verkon fyysisiä ulottuvuuksia.
 Sitä käytetään verkon jatkamiseen.
 Toistin toimii OSI-mallin fyysisellä kerroksella (1). Se ei
puutu läpi kulkevan datan sisältöön, eikä esimerkiksi tutki
MAC-kerroksen osoitteita. Sen toiminta on täysin
läpinäkyvää ja se päästää lävitseen kaiken liikenteen.
 Normaalissa toistimessa on kaksi porttia, joihin kytkettävät
laitteet liitetään, mutta on olemassa myös
moniporttitoistimia.
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
4


Toistimia käytetään normaalisti yhden rakennuksen sisällä.
Koska toistimet eivät rajoita verkon liikennettä, on
varmistettava, etteivät niillä yhdistetyt verkon koneet
kuormita verkkoa yli sen kapasiteetin.
Toistimen avulla voidaan myös sovittaa erilaisia verkon osia
toisiinsa eli se voi toimia mediamuuntimena. Voidaan
esimerkiksi sovittaa valokaapeli parikaapeliin tai ohut ja
paksu Ethernet toisiinsa.
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
5
Keskitin (HUB)
 Parikaapeliverkoissa toistimia kutsutaan keskittimiksi tai
hubeiksi. Toiminnallisilta periaatteiltaan ne ovat moniporttitoistimia. Keskitin on tähtimäisen kaapeloinnin
keskipisteessä. Moninopeushubit kykenevät nopeuden
sovitukseen esimerkiksi 10/100-hubit, jotka voivat
runkoverkkoon päin käyttää siirtonopeutta 100 Mbps ja
liitettävät työasemat 10 Mbps.
 Keskittimiä verkkoon liitettäessä on syytä muistaa, että ne
toimivat siten, että yhteen porttiin tulevat paketit jaellaan
kaikille muille porteille. Toisin sanoen siirtotien kapasiteetti
jaetaan kaikkien käyttäjien kesken.
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
6
Keskitin (HUB)
 Keskitin eli moniporttitoistin
o Passiivinen
• toistaa eteenpäin
o Aktiivinen
• konfiguroitava
• tukee verkonhallintaa

Päätelaiteliitäntä RJ-45
o Aiemmin usein lisäksi 1 BNC-liitäntä (10base2)
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
7


Keskitin on väistynyt lähes
täysin kytkinten hintojen
tultua hyvin edullisiksi.
Keskitintä ei kannata enää
käyttää vaan se korvataan
kytkimellä.
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
8
Silta (Bridge)
 Sillan tehtävä on verkon fyysinen
jatkaminen.
 Liittää yhteen kaksi samaa
protokollaa käyttävää verkkoa
 Eristää eri verkoissa kulkevat
liikenteet.
 Pilkkoo verkon pienempiin osiin.
 Toimii OSI-mallin kerroksella
kaksi, eli MAC-kerroksella.
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
9

Sillat voidaan toimintaympäristönsä mukaan jakaa
paikallissiltoihin ja etäsiltoihin.
o Paikallissilta yhdistää kaksi vierekkäistä lähiverkkoa.
o Etäsilta yhdistää kaukana toisistaan sijaitsevia verkkoja yleisten
datasiirtoverkkojen avulla.

Ethernetverkkojen sillat ovat läpinäkyviä ja itseoppivia.
o Läpinäkyvyys tarkoittaa sitä, että työasemat eivät tunne sillan
olemassaoloa, eikä niiden tarvitse huomioida sitä millään tavalla.
o Itseoppiva silta tarkkailee jatkuvasti liikennettä ja oppii sen avulla
työasemien osoitteet.

Siltoja tulisi sijoittaa riittävän moneen paikkaan erottamaan
verkko osaverkkoihin, joiden kuormitus on siten hallittavissa.
Kuitenkin täytyisi verkonhallinnan helpottamiseksi pitäytyä yhden
organisaation sisällä, ettei siltojen avulla muodostetusta verkosta
tule liian laajaa.
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
10
Esimerkki: Silta yhdistää kolmea verkkoa, jotka ovat A, B ja C.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Asema x verkossa A lähettää kehyksen asemalle y verkkoon B.
Silta tutkii MAC-kehyksen kohdeosoitetta.
Jos silta havaitsee taulukoistaan vastaanottajan y olevan verkossa
A eli lähettäjän kanssa samassa verkossa, se ei tee mitään.
Jos silta tietää vastaanottajan olevan verkossa B, se välittää
kehyksen suoraan sinne.
Jos vastaanottajan sijainti on tuntematon, silta kopioi kehyksen
kaikkiin verkkoihin lähettäjän verkkoa lukuun ottamatta.
Aseman y vastatessa verkossa B, silta merkitsee taulukkoihinsa
työaseman sijainnin ja jatkossa ohjaa kehykset sille suoraan.
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
11
Toimintoja:
 Välitys (forwarding)
o Välittää kehyksen segmentistä A segmentissä B olevalle koneelle
o Ei ota tämän jälkeen enää kantaa kehykseen, ts. unohtaa sen

Suodatus (filtering)
o Ei välitä kehystä segmentistä A segmenttin B, koska vastaanottaja ei
ole ko. segmentissä
o Silta näkee kehyksen, mutta ei tee mitään sille

Vuotaminen (flooding)
o Kone A lähettää broadcast-kehyksen segmenttiin
o Silta lukee kehyksen lähde-segmentistä ja lähettää sen kaikkiin muihin
segmentteihin mihin sillä on liityntä

Silta toimii MAC-kerroksella ->
o Tuntee MAC-osoitteet ja missä segmentissä ko. koneet sijaitsevat
o Osaa vuonohjauksen (vuoronvaraus ja törmäyskäytänteet)
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
12



Kytkimien toimintaperiaate on yksinkertainen. Katsotaan
välitettävästä paketista minne se on menossa ja välitetään se
oikeaan kytkinporttiin.
Pidetään kirjaa siitä mihin porttiin on mikäkin laite kytketty.
Tunnistaminen tehdään MAC-osoitteilla.
Välitystapoja
o Store and forward
• Syntyy viivettä, koska koko paketti
otetaan vastaan ennen kuin voidaan
lähettää
o Cut-through
• Nopea, koska luetaan vain sen
verran paketin alkua, että tiedetään
mihin se pitää lähettää

Toimii OSI-mallin 2. kerroksella.
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
13
Kytkin (Switch)
 Lähiverkon kytkin on toimintaperiaatteeltaan kuin silta, mutta
moniporttinen. Näistä moniporttisilloista, eli kytkimistä, onkin
tullut erittäin yleisiä lähiverkon
laitteita.
 Kytkimien hallintaominaisuudet ja
VLAN:ien rakentamismahdollisuudet yhdessä pudonneiden
hintojen kanssa ovat tehneet
kytkimistä tämän päivän
lähiverkkojen peruslaitteita.
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
14



Tämänpäivän verkkoja rakennettaneen lähinnä kytkimien,
ei enää siltojen avulla.
Lähiverkon suorituskykyä on helpointa parantaa lähiverkkokytkimien avulla. Kytkin kykenee välittämään useita eri
porttien välisiä yhteyksiä samanaikaisesti. Näin siirtokapasiteetti voi kasvaa suuremmaksi kuin keskitinratkaisuissa.
Kytkimien ja siltojen avulla rakennetuissa verkoissa
määritellään tavallisesti spanning tree-protokolla. Spanning
tree on virityspuualgoritmi, jonka avulla estetään
silmukoiden syntyminen verkoissa. Käytännössä
protokollan käyttöönotto ja määrittely mahdollistaa
joustavan toiminnan esimerkiksi varayhteyksiä tarvittaessa.
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
15


Kytkimet voivat olla konfiguroitavia laitteita. Verkon
ylläpitäjä voi konsoliyhteyden kautta määritellä esimerkiksi
VLANit ja yleensäkin hallita kytkintä. Käyttäjäliittymät ovat
valmistaja-kohtaisia, mutta yleensä vaihtoehtoina on joko
suoralla konsoliyhteydellä esim. hyperterminalin avulla
rakennettu yhteys tai selainpohjainen yhteys.
Yleisimpiä ovat OSI-tason 2 kytkimet. Tarjolla on myös tason
3 kytkimiä, jotka toimivat lähes reitittimien tavoin.
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
16
Ruuhkanhallinta
 Jos portille tulevan liikenteen määrä ylittää lähtevän portin
välityskyvyn, syntyy ruuhkaa.
 Ruuhkan hallitsemiseksi kytkimessä on muistia johon
liikenne puskuroidaan.
 Kun liikenne tasaantunut, puskuri tyhjennetään.
 Jos puskuri pääsee täyttymään seuraa ylivuoto.
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
17
Reititin (Router)
 Reitittimiä käytetään siltojen tapaan
verkkojen yhdistämiseen tai
erottamiseen. Suodatus- ja
hallintaominaisuuksiltaan reititin on
kuitenkin siltaa huomattavasti
kehittyneempi. Reitittimen avulla
voidaan tarkkaan ohjata verkkojen
välistä liikennettä ja määritellä
etukäteen kuka saa liikennöidä ja
minne.
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
18




Reitittimen tehtävänä on välittää lähiverkkojen välistä liikennettä.
Sen ensisijainen tehtävä on ohjata lähiverkosta ulospäin
suuntautuvat paketit parasta reittiä pitkin reititinverkkoon, jossa
olevat muut reitittimet toimittavat paketit lopulta perille.
Jotta pakettien välitys tapahtuisi optimaalista reittiä, reitittimen
pitää tuntea verkon rakenne eli verkkojen osoitteet ja niiden
väliset yhteydet.
Reititin toimii OSI-mallin 3. kerroksella.
Reititin on konfiguroitava laite ja verkon ylläpitäjän täytyy
käyttöönoton yhteydessä määrittää kaikki tarvittavat parametrit
sille.
o Konfiguroinnissa määritellään reitittimen porttien käyttö,
reititysprotokollat ja pääsylistat (ACL, Access Control List).
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
19


Reititysprotokolla määrää sen, mitä menetelmää ja
kriteerejä reitin valinnassa käytetään sekä sen, miten ja
kuinka usein reitittimet vaihtavat keskenään tietoja verkon
rakenteesta.
Yleisimpiä reititysprotokollia ovat
o RIP (Routing Information Protocol)
o OSPF (Open Shortest Path First)
o EGP (Exterior Gateway Protocol)
o BGP (Border Gateway Protocol).
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
20




Reititin ohjaa myös reititinverkosta lähiverkkoon tulevat
paketit oikeaan segmenttiin.
Liikenteen ohjaus perustuu verkossa liikkuvien pakettien
sisältämään osoitteeseen ja reititystaulukoihin.
Reititin eristää lähiverkon sisäisen liikenteen
ulkomaailmasta ja päästää läpi vain määritelly (halutun)
liikenteen.
Reitittimellä voidaan myös jakaa verkkoja aliverkoiksi,
jolloin se toimii samalla siltana.
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
21
Yhdyskäytävä (Gateway)
 Yhdyskäytävä on muunnin, joka
mahdollistaa kahden eri yhteyskäytäntöä
käyttävän laitteen keskinäisen
keskustelun.
 Yhdyskäytävä suorittaa tarvittavan
protokollamuunnoksen.
 Usein käytännössä yhdyskäytävä
tarkoittaa ohjelmistoa ja liitäntää
johonkin laitteeseen tai verkkoon,
esimerkiksi päätekäyttö lähiverkossa.
 Yhdyskäytävä rajoittaa liikennettä
kaikkein eniten, koska se on sidottu
yleensä tiettyyn sovellukseen.
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
22
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
23
Asioita, jotka on hyvä ottaa huomioon:
 Palvelujen taso
 Turvallisuus
 Käyttökustannukset
 Kytkentäisyys
 Muunneltavuus
 Ylläpidettävyys
 Kapasiteetti
 Vikasietoisuus
 Yksinkertaisuus
 Palveluiden käytettävyys samassa verkossa:
o Puhe
o Data
o Liikkuva kuva
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
24

Työasema
o Älykäs laite, jossa on ohjelmia ja oheislaitteita, kuten näyttö, näppäimistö, hiiri
ja kirjoitin.

Palvelin tarjoaa työasemien käyttöön palveluja eli omia resurssejaan:
o oheislaitteita
o levytilaa
o yhteiskäyttöisiä ohjelmistoja
o yhteisiä tietovarastoja
o tietoliikenneyhteyksiä


Palvelin voi olla tavallinen tehokas mikrotietokone.
Laitevalmistajat valmistavat erillisiä palvelinkoneita, joissa on
huomioitu erikseen helppo kiintolevyjen lisääminen, suuri kiintolevykapasiteetti, helppo varmuuskopiointi, pieni tilantarve, laitekehikkoon (räkkiin) asennusmahdollisuus, hyvät jäähdytysominaisuudet, varasähkönsyöttömahdollisuus jne.
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
25




Palvelin on tavallisesti omistettu omaan tehtäväänsä esimerkiksi
tulostinpalvelimeksi. Näin toimitaan varsinkin laajoissa
lähiverkoissa, joissa on yleensä erilliset tietokanta-, ohjelmisto-,
varmuuskopiointi- ja tietoliikennepalvelimet.
Pienemmissä verkoissa palvelimelle voidaan osoittaa useampikin
yhtäaikainen tehtävä. Palvelimien käyttöjärjestelmänä käytetään
sekä NT:tä että Unix:ia. Viimeaikaiset tietoturvaongelmat ja
monet laajat virusaallot ovat kallistaneet monen päätöksentekijän Unix-palvelimien puolelle.
Linux on yleistymässä kovaa vauhtia palvelinkäyttöjärjestelmänä.
Verkko-ohjelmiston ja verkkokäyttöjärjestelmän avulla ohjataan
palvelimen resurssien käyttöä. Verkon ylläpitäjän tehtävänä on
määrittää tarvittavat ominaisuudet, jotta resursseja jaetaan niille,
joilla siihen on lupa ja palvelujen laatu vastaa asetettua tasoa ja
tarpeita.
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
26

Verkkosovitin, eli verkkokortti, on sovitin jonka avulla laite
liitetään verkkoon. Nykyisin verkkosovitin on useimmiten
laitteeseen sisäänrakennettu (integroitu), eikä erillinen
sovitin.
o Lankaverkon sovittimet
o Langattoman verkon sovittimet
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
27



Lähiverkoissa käytetään tavallisimmin erilaisia parikaapeleita.
Runkoverkoissa käytetään valokaapeleita. Nykyisin uudisrakennuksiin vaaditaan standardin SFS-EN-50173 mukaista
yleiskaapelointia. Siinä vain kerroskaapelointi tehdään
parikaapeleilla ja muu osa verkosta yleensä valokuiduilla.
Kaapeloinnin suunnittelussa huomioitava:
o
o
o
o
o
o
o
o
käyttötarkoitus
häiriösuoja
siirtonopeus
asennettavuus
asennuspaikka
etäisyydet
kaistanleveys
hinta
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
28
31.8.2010
Tietoliikennetekniikka - aktiivilaitteet
29