Som du lärde dig i det föregående avsnittet förbereder Datalänkskiktet nätverksdata för det fysiska nätverket. För att kunna överföra ramar (frames) mellan enheter måste Datalänkskiktet känna till nätverkets logiska topologi. Detta avsnitt förklarar hur Datalänkskiktet arbetar med olika logiska nätverkstopologier.
En topologi beskriver hur ett nätverk är uppbyggt – alltså hur enheter är placerade och hur de är sammankopplade. När man beskriver LAN- och WAN-nätverk använder man två typer av topologier:
- Fysisk topologi – Visar de faktiska, fysiska kopplingarna och hur slutnoder och mellanliggande enheter (t.ex. routrar, switchar och trådlösa accesspunkter) är sammankopplade. Den fysiska topologin kan även innefatta specifika detaljer om var utrustningen finns, som rumsnummer eller plats i ett rack. Vanliga fysiska topologier är punkt-till-punkt och stjärna.
- Logisk topologi – Beskriver hur nätverket faktiskt överför ramar från en nod till en annan. Denna topologi visar de virtuella förbindelserna baserade på gränssnitt och adressering (exempelvis IP-adresser på lager 3).
Datalänkskiktet “ser” alltså den logiska topologin när det ska styra åtkomst till mediet. Det är också den logiska topologin som avgör vilken typ av inramning (framing) och metod för åtkomstkontroll som används.
WAN-topologier
När vi tittar på WAN (Wide Area Network) finns tre vanliga fysiska topologier:
Punkt-till-punkt – Den enklaste och vanligaste WAN-topologin. Består av en permanent länk mellan två slutpunkter.
Hub-and-Spoke (nav och ekrar) – WAN-versionen av en stjärntopologi. En central plats (hub) sammankopplar filialkontor (spokes) via punkt-till-punkt-förbindelser. Filialerna kan inte kommunicera direkt med varandra, utan all trafik måste passera den centrala platsen.
Mesh (nät) – Denna topologi ger hög tillgänglighet eftersom varje enhet är sammankopplad med alla andra. Kräver dock mycket administration och stora fysiska kostnader. Varje länk är i grunden en punkt-till-punkt-förbindelse.
Hybrid topologi
En hybridtopologi är en blandning eller variation av ovanstående. Ett exempel är en partiell mesh, där vissa – men inte alla – enheter är sammankopplade.
Punkt-till-punkt-topologier – fysisk och logisk
En fysisk punkt-till-punkt-topologi innebär en direkt förbindelse mellan två noder. I en sådan koppling behöver de två noderna inte dela mediet med andra nätverksenheter. Om man dessutom använder ett seriellt kommunikationsprotokoll, t.ex. PPP (Point-to-Point Protocol), behöver en nod inte avgöra om en inkommande ram är avsedd för den själv eller för någon annan nod. Alla ramar på länken kan endast gå mellan de två noderna – den ena skickar och den andra tar emot. Detta gör att datalänks protokollen kan hållas mycket enkla.
Det är dock viktigt att skilja mellan fysisk topologi och logisk topologi:
Direkt Ethernet-koppling mellan två routrar
Här är länken fysisk (en kabel mellan interfacen) och datalänks protokollet är Ethernet. Trots att endast två noder är anslutna måste varje nod ändå kontrollera adressfältet i inkommande ramar för att avgöra om ramen är avsedd för just den.
WAN-länk via en tjänsteleverantör (”molnet”)
Här talar vi ofta om en logisk punkt-till-punkt-förbindelse, även om det i praktiken finns flera fysiska länkar och mellanliggande enheter. På sådana länkar används ofta PPP eller andra WAN-protokoll. Även om trafik passerar många fysiska noder, är den logiska kopplingen fortfarande endast mellan de två routrarna.
Observera:
- I en fysisk punkt-till-punkt-länk med PPP behöver inte mottagaren tolka adresser – det är givet att alla ramar på länken är avsedda för den.
- I en punkt-till-punkt-förbindelse via Ethernet däremot måste varje nod fortfarande kontrollera destinationen i ramen.
- Oavsett om kommunikationen sker över en direkt kabel eller över ett WAN (med flera mellanliggande länkar) så är den logiska topologin fortfarande punkt-till-punkt mellan de två ändnoderna.
LAN topologier
I multiaccess-LAN (lokala nätverk med flera noder) kopplas slutenheter samman med hjälp av stjärn- eller utökade stjärn topologier.
- I en stjärntopologi är slutenheterna anslutna till en central mellanliggande enhet, i moderna nät vanligtvis en Ethernet-switch.
- En utökad stjärna skapas genom att flera switchar kopplas samman och därmed bygger ut nätverket.
Dessa topologier är enkla att installera, mycket skalbara (det är lätt att lägga till eller ta bort enheter) och relativt enkla att felsöka.
Tidiga stjärn topologier använde Ethernet-hubbar istället för switchar för att koppla samman slutenheterna.
Punkt-till-punkt i LAN nätverk
Ibland kan ett Ethernet-LAN bestå av endast två enheter som är direkt sammankopplade, till exempel två routrar. Detta är då ett exempel på Ethernet i en punkt-till-punkt-topologi.
Här är det fysiskt bara två noder på länken, men eftersom Ethernet är byggt för multiaccess måste varje nod ändå undersöka inkommande ramar för att avgöra om de är adresserade till den.
Detta skiljer sig från en punkt-till-punkt-förbindelse med ett seriellt protokoll som PPP, där all trafik alltid är avsedd för den andra noden. I sådana fall kan datalänks protokollet göras mycket enklare.
En logisk punkt-till-punkt topologi kan dessutom uppstå även när två nätverk är indirekt kopplade via ett större WAN, med flera mellanliggande enheter. Den fysiska infrastrukturen kan alltså vara mer komplex, men den logiska topologin är fortfarande punkt-till-punkt mellan de två ändnoderna.
Äldre (legacy) LAN-topologier
De tidiga Ethernet- och Token Ring-näten använde även två andra typer av topologier:
- Buss (bus) – Alla slutenheter kopplas på samma kabel, kedjade efter varandra, och kabeln måste avslutas (termineras) i båda ändar.
Tidiga Ethernet-nät använde ofta buss-topologi med koaxialkablar, eftersom det var billigt och enkelt att installera. - Ring (ring) – Slutenheterna kopplas ihop med sina närmaste grannar så att en sluten ring bildas. Till skillnad från busstopologin behövs ingen terminering.
Äldre nätverk som FDDI (Fiber Distributed Data Interface) och Token Ring använde ringtopologier.
Duplex-kommunikation
För att förstå LAN-topologier är det också viktigt att förstå duplex-kommunikation, eftersom det beskriver i vilken riktning data kan överföras mellan två enheter. Det finns två vanliga duplex-lägen:
- Halv duplex – endast en riktning åt gången.
- Full duplex – båda riktningarna samtidigt, vilket är standard i dagens switchbaserade LAN.
Sammanfattning
Halv-duplex begränsar kommunikationen till en riktning åt gången, medan full-duplex tillåter sändning och mottagning samtidigt. Det är viktigt att båda enheter på en länk (t.ex. ett nätverkskort i en dator och en switchport) är inställda på samma duplex-läge. Annars uppstår en duplex-mismatch, vilket leder till ineffektivitet och fördröjningar (latens) på länken.