Что такое информатика 18 страница

Рис. 42. Соотношение модели OSI и Windows Server

Рис. 45. Вариант включения коммутатора

1. Стандарты реализованных сетей

Комитетом по стандартизации LAN IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) был разработан проект стандарта LAN, который по­лучил название стандарт IEEE 802. Модель LAN стандарта IEEE 802 со­держит рекомендации, которыми следует руководствоваться при по­строении конкретных LAN. Одной из самых распространенных LAN яв­ляется сеть Ethernet. LAN Token Ring по сравнению с LAN Ethernet имеет существенное преимущество, которое проявляется в том, что она по­зволяет создавать кольцевые конфигурации протяженностью 50 км и более. Однако она имеет низкую скорость передачи данных (4 Мбит/с) и не обладает высокой надежностью вследствие кольцевой топологии.

■ IEEE 802.3 - сеть с топологией шина и методом доступа CSMA/CD (Ethernet).

■ IEEE 802.4 - сеть с топологией шина и маркерным доступом (To­ken-Bus).

■ IEEE 802.5 - сеть с топологией кольцо и маркерным доступом (Token-Ring).

■ IEEE 802.6 - городская сеть (Metropolitan Area Network, MAN).

■ IEEE 802.11 - беспроводная локальная сеть (Wi-Fi).

■ IEEE 802.12 - сеть с топологией звезда и приоритетным центра­лизованным доступом (100VG-AnyLAN).

■ IEEE 802.15 - персональная беспроводная сеть (Bluetooth).

■ IEEE 802.16 - беспроводная городская сеть (WiMAX).

2. Сеть Ethernet

(Стандарт IEEE 802.3)

■ Топология - шина.

■ Среда передачи - коаксиальный кабель.

■ Скорость передачи - 10 Мбит/с.

■ Длина сегмента сети - до 500 м.

■ Максимальная длина сети - 5 км (5 сегментов).

■ Максимальное количество абонентов - 1024.

■ Количество абонентов на одном сегменте - до 100.

■ Метод доступа - случайный, CSMA/CD.

■ Передача узкополосная, то есть без модуляции (моноканал).

■ Код - манчестерский.

Основные параметры сетевых адаптеров Ethernet:

■ Используемый интерфейс pCi, PCMCIA, USB.

■ Поддерживаемые скорости обмена 10/100/1000, полный дуплекс.

3. Пропускная способность канала

Скорость передачи информации зависит в значительной степени от скорости её создания (производительности источника), способов коди­рования и декодирования. Наибольшая возможная в данном канале скорость передачи информации называется его пропускной способно­стью. Пропускная способность канала, по определению, есть скорость передачи информации при использовании «наилучших» (оптимальных) для данного канала источника, кодера и декодера, поэтому она характе­ризует только канал. Пропускная способность канала оценивается пре­дельным числом бит данных, передаваемых по каналу за единицу вре­мени, и измеряется в бит/с, Кбит/с (килобит/с), Мбит/с (мегабит/с), Гбит/с (гигабит/с).

Рис. 46. Производительность сети Ethernet

Сеть считается перегруженной, если некоторое приращение внеш­него трафика вызывает уменьшение ее производительности. В условиях перегрузки работа сети нежелательна по двум причинам: из-за падения эффективности и возникновения блокировок. Блокировки представляют собой такое событие, при котором производительность сети или ее от­дельных фрагментов падает до нуля.

4. Метод доступа CSMA/CD

■ ВТ (Bit Time, битовый интервал) - длительность передачи одного бита.

■ IPG (Inter-Packet Gap, межпакетная щель) - минимальный интер­вал между пакетами, IPG = 96 BT.

■ PDV (Path Delay Value, задержка в пути) - двойное время прохо­ждения сигнала между абонентами сети.

■ ST (Slot time, время канала, квант времени) - максимально до­пустимое PDV (ST = 512 ВТ).

■ Максимальный диаметр сети - допустимая длина сети (PDV = ST = 512 BT).

■ Jam (сигнал-пробка) - последовательность длительностью 32 BT для усиления коллизии.

■ Truncated binary exponential back off (усечённая двоичная экспо­ненциальная отсрочка) - задержка перед повторной передачей пакета после коллизии.

5. Управляемые концентраторы (класс I)

Концентраторы (хабы) - допускают управление с удаленных рабо­чих станций (NMS - Network Management Station) по прикладному прото­колу SNMP (Simple Network Management Protocol).

Позволяют контролировать:

■ нагрузку сети по каждому порту и в целом;

■ состояние портов;

■ интенсивность и характер ошибок в сети;

■ отключать неисправные сегменты.

10.5
Топология сети

■ Структура путей распространения сигналов по сети.

■ Способ организации информационного обмена (распределение функций компьютеров, направление основных информационных потоков).

1. Выбор топологии сети

■ Устойчивость к неисправностям сетевого оборудования (адапте­ры, трансиверы, разъемы).

■ Устойчивость к обрывам кабеля сети. Для электрических кабелей - короткое замыкание в кабеле.

■

2. Базовые топологии

■ Шина (bus) - все компьютеры параллельно подключаются к од­ной линии связи (Ethernet и Arcnet).

■ Кольцо (ring) - компьютеры последовательно объединены в кольцо (Token-Ring и FDDI).

■ Звезда (star) - к одному центральному компьютеру присоединя­ются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует свою отдельную линию связи (100VG-AnyLAN).

Рис. 49. Базовые топологии сетей

; \ Активное дерево

— Концентратор

Рис. 51. Комбинированные топологии

Рис. 53. Формат пакета Ethernet

3. Функции моста Ethernet:

■ Пересылка пакетов между сегментами.

■ Отфильтровывание внутрисегментных пакетов.

■ Пересылка широковещательных пакетов.

■ Удаление испорченных пакетов.

■ Объединение сегментов Ethernet.

■ Связь Ethernet с другими типами сетей.

■ Удаление петель (замкнутых путей) из сети.

Алгоритм работы моста:

■ Получение пакета (кадра).

■ Проверка наличия в таблице MAC-адресов адреса отправи­теля с номером порта. Если нет - занести. Если «приписан» другому порту - удалить.

■ Если пакет широковещательный, то пересылка его во все порты, кроме порта отправителя.

■ Если пакет однопунктовый (один получатель), то должна быть пересылка его в порт, которому в таблице MAC-адресов соот­ветствует адрес получателя.

■ Если пакет внутрисегментный, то он игнорируется.

■ Если адреса получателя ещё нет в таблице, то должна быть пересылка пакета во все порты, кроме порта отправителя.

■ Обновление записей таблицы с учётом времени старения (5 минут).

Отличия коммутаторов от мостов:

■ Специализированные устройства - быстрее.

■ Большее количество портов (4-8-16-24 и т.д.).

■ Простая наращиваемость.

■ Одновременная передача нескольких пакетов.

■ Простые коммутаторы не поддерживают:

■ Объединение разнородных сетей.

■ Алгоритм удаления петель (Spanning Tree).

■ Сложные коммутаторы заменяют маршрутизаторы (уровень 3).

Отличия маршрутизаторов (роутеров) от коммутаторов:

■ Полноправные абоненты с собственным MAC-адресом, не­прозрачная связь, пакеты адресуются маршрутизатору;

■ Работают с логическими адресами (IP и IPX), хранят список MAC и IP (IPX) адресов всех подключённых абонентов, список соседних маршрутизаторов, номера всех подключённых сетей;

■ Не пропускают широковещательные пакеты - разделяют ши­роковещательную область сети;

■ Допускают существование в сети петель, выбирают опти­мальный маршрут доставки пакета;

■ Размер маршрутизирумой сети уже ничем не ограничен;

■ Сложнее, медленнее, дороже коммутаторов.

Рис. 54. Использование моста в сети Ethernet

Сеть Ethernet (10 Мбит/с, IEEE 802.3, шина и пассивная звезда):

■ 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель) - до 500 м;

■ 10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель) - до 185 м;

■ 10BASE-T (две витые пары) - до 100 м;

■ 10BASE-FL (оптоволоконный кабель) - до 2 км.

Сеть Fast Ethernet (100 Мбит/с, IEEE 802.3u, пассивная звезда):

■ 100BASE-T4 (четыре витые пары) - до 100 м;

■ 100BASE-TX (две витые пары) - до 100 м;

■ 100BASE-FX (оптоволоконный кабель) - до 412 м.

4. Gigabit Ethernet

(стандарт IEEE 802.3z)

■ Основной режим передачи - полнодуплексный, применяются коммутаторы и маршрутизаторы.

■ Основная среда передачи - оптоволоконный кабель.

■ Основное применение - опорные сети, связь с быстрыми серве­рами.

■ 1000BASE-T (IEEE 802.3ab) - витая пара категорий 5е или 6 (че­тыре неэкранированных витых пары UTP категории 5 или 6) - длиной до 100 м. Двунаправленная передача по всем 4 парам (250 Мбит/с по каждой паре), код PAM5.

■ 1000BASE-TX - витая пара категории 6 длиной до 100 м. Две пары на передачу, две - на приём (500 Мбит/с по каждой паре). Код 8В/10В. Вытесняется сегментом 1000BASE-T.

■ 1000BASE-CX - экранированная витая пара длиной до 25 м. Не используется.

■ 1000BASE-SX - многомодовый оптоволоконный кабель длиной до 500 м.

■ 1000BASE-LX - одномодовое оптоволоконный кабель длиной до 2000 м.

5. 10Gigabit Ethernet

(IEEE 802.3ae и IEEE 802.3an)

■ 10GBASE-SR - многомодовый оптоволоконный кабель с длиной до 33-82-300 м.

■ 10GBASE-LR - многомодовый оптоволоконный кабель с длиной до 220 м.

■ 10GBASE-LX4 - многомодовый оптоволоконный кабель с дли­ной до 300 м, одномодовый - с длиной до 10 км.

■ 10GBASE-ER - одномодовый оптоволоконный кабель c длиной до 40 км.

■ 10GBASE-T (IEEE 802.3an, 2006 г.) - витая пара категории 6 с длиной до 55 м или категории 6а с длиной до 100 м (двунаправ­ленная передача по четырём витым парам, скорость 2,5 Гбит/с по каждой паре).

6. Предельный размер области коллизий

Ethernet (10 Мбит/с):

• Предельная двойная задержка (ST) 512 BT = 51,2 мкс.

• Одинарная задержка в кабеле = 25,6 мкс.

• Предельная длина кабеля = 25,6 мкс/4 нс = 6,4 км.

Fast Ethernet (100 Мбит/с):

• Предельная двойная задержка (ST) 512 BT = 5,12 мкс.

• Одинарная задержка в кабеле = 2,56 мкс.

• Предельная длина кабеля = 2,56 мкс/4 нс = 640 м.

Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с):

• Предельная двойная задержка (ST) 512 BT = 0,512 мкс.

• Одинарная задержка в кабеле = 0,256 мкс.

•

1000 м

Рис. 55. Путь максимальной длины Ethernet

7. Методы решения проблем Ethernet:

■ Уменьшение длины кабелей позволяет сократить двойные за­держки распространения сигнала.

■ Уменьшение количества концентраторов позволяет сократить двойные задержки распространения сигнала и размеры межпа­кетной щели.

■ Выбор кабеля с наименьшей задержкой позволяет сократить двойные задержки распространения сигнала (разница задержек достигает 10%).

■ Разбиение сети на две или более частей с помощью коммутато­ров или мостов.

■ Использование полнодуплексного обмена.

■ Переход на другую локальную сеть, например FDDI (требуются мосты).

10.6 Направления развития сетевых устройств

■ Увеличение количества портов и возможностей наращивания.

■ Увеличение скорости коммутирования и объёма внутренней памяти.

■ Поддержка разных стандартных сегментов, разных сред переда­чи на разных скоростях, а также полного дуплекса.

■ Поддержка функций моста (связь разнородных сетей и алгоритм связующего дерева - Spanning Tree).

■ Увеличение возможностей управления (протокол SNMP, опреде­ление предельных скоростей портов, контроль трафика, повы­шение безопасности, поддержка VLAN).

■ Поддержка функций маршрутизатора - коммутаторы третьего уровня.

■ Встраивание коммутаторов Ethernet - замена коммутаторов для небольших локальных сетей.

■ Поддержка выхода в глобальную сеть с помощью разнообразных интерфейсов - многопортовые шлюзы Интернет.

■ Поддержка беспроводных сетей WLAN (IEEE 802.11) и других ти­пов локальных сетей.

■ Увеличение возможностей управления и программной реконфи­гурации.

■ Увеличение возможностей объединения и наращивания.

■ Увеличение скорости маршрутизации и безопасности маршрути­зации. В условиях реальной сети топология со временем изме­няется (из-за отказов, модификации, развития). Поэтому для ми­нимизации задержек необходимо реализовать некоторую адап­тивную стратегию маршрутизации.

Рис. 57. Путь максимальной длины Fast Ethernet

Рис. 58. Сети Fast Ethernet максимальной длины

10.7 Типы кабелей

■ Электрические кабели из витых пар проводов - twisted pair, (TP). Экранированные - shielded TP, (STP) и неэкранированные - un­shielded TP, (UTP). Кабель категории 5 - самый распространён­ный кабель, для передачи данных до 100 МГц, 27 витков/м.

■ Электрические коаксиальные кабели - coaxial cable, (CC).

■ Оптоволоконные кабели - fiber optic, (FO).

1. Стандарты на кабели

■ EIA/TIA 568 (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard) - американский.

■ ISO/IEC IS 11801 (Generic cabling for customer premises) - между­народный.

■ CENELEC EN 50173 (Generic cabling systems) - европейский.

2. Причины перехода на оптоволоконный кабель

■ Необходимость увеличения размера сети (для полного дуплекса длина кабеля до 2-10 км).

■ Необходимость увеличения помехозащищённости и секретности (уровень помех всё время возрастает).

■ Полная гальваническая развязка, не нужно согласование и за­земление.

■ Снижение стоимости оптоволоконного кабеля (для больших ско­ростей - дешевле витой пары категории 7).

■ Снижение стоимости оптоволоконных трансиверов, сетевых адаптеров, коммутаторов.

■ Для скорости выше 10 000 Мбит/с - единственный возможный вариант.

■ Малое затухание на высоких частотах, большая допустимая длина.

■ Высокие помехоустойчивость и секретность.

■ Не требуются гальваническая развязка и заземление.

■ Высокая сложность монтажа и ремонта.

■ Высокая стоимость преобразователей.

■ Чувствительность к механическим нагрузкам и перепадам тем­пературы, большой радиус изгиба.

■ Чувствительность к ионизирующим излучениям.

■ Связь «точка-точка».

3. Сеть FDDI

(стандарт ISO 9314)

■ Топология - кольцо (звезда-кольцо).

■ Среда передачи - оптоволоконный кабель, витая пара (TPDDI).

■ Скорость передачи - 100 Мбит/с (200 Мбит/с).

■ Длина кабеля между абонентами (станциями) - до 2 км.

■ Максимальная длина сети - 20 км.

■ Максимальное количество абонентов - 1024.

■ Метод доступа - маркерный (множественная передача маркера);

■ Код - 4B/5B.

Рис. 59. Пример применения технологии FDDI для построения WAN

Первичное (внешнее) кольцо

Все станции в сети FDDI делятся на несколько типов по следующим признакам:

• конечные станции или концентраторы;

• по варианту присоединения к первичному и вторичному кольцам;

• по количеству MAC-узлов и, соответственно, MAC-адресов у од­ной станции.

В зависимости от того, является ли станция концентратором или ко­нечной станцией, приняты следующие обозначения в зависимости от типа их подключения:

- SAS - single attachment station - однократно подключенная конеч­ная станция класса B сети FDDI, подключаемая только к первичному кольцу.

- DAS - dual attachment station - конечная станция класса А сети FDDI с двойным подключением, подключенная к волоконно-оптическим кабелям основного и резервного кольца.

- SAC - single attachment concentrator - концентратор с одиночным подключением.

- DAC - dual attachment concentrator - концентратор с двойным под­ключением.

Коды доступа:

CAC - channel access code - код доступа к каналу.

DAC - device access code - код доступа к устройству.

IAC - inquiry access code - код запроса.

SAC - security and access control - безопасность и контроль доступа.

4.

(IEEE 802.12)

■ Топология - звезда (многоуровневая).

■ Среда передачи - четыре витые пары UTP кат.3 или 5.

■ Скорость передачи - 100 Мбит/с.

■ Длина кабеля между абонентом и концентратором - до 100 м.

■ Количество уровней каскадирования концентраторов - до 5.

■ Максимальное количество абонентов - 1024.

■ Метод доступа - централизованный с приоритетными запросами.

■ Код - 5В/6В.

■ Формат пакета - Ethernet или Token-Ring.

На сети Ethernet, Token-Ring

10.8 Беспроводные сети

Институт инженеров по электротехнике и электронике IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) сформировал в 1990 году группу по разработке стандарта 802.11 для беспроводных локальных сетей (WLAN) на базе радиооборудования с частотой 2,4 ГГц и скоростями пе­редачи данных 1 и 2 Мбит/с.

1. Сеть Wi-Fi

■ 802.11 - первоначальный стандарт WLAN. Скорость передачи - от 1 до 2 Мбит/с. Сейчас не используется.

■ 802.11a - высокоскоростная локальная сеть для радиочастоты 5 ГГц. Скорость передачи - до 54 Мбит/с. Расстояния - до 100 м.

■ 802.11b - локальная сеть для радиочастоты 2,4 ГГц. Скорость передачи - до 11 Мбит/с. Расстояния - до 300 м (обычно - до 160 м).

■ 802.11 g - высокоскоростная сеть для радиочастоты 2,4 ГГц. Ско­рость передачи - до 54 Мбит/с. Расстояния - до 300 м. Обратно совместима с 802.11 b.

■ Топология - шина (возможны логическая звезда и логическое кольцо).

■

Рис. 65. Радиоканал WLAN, Wi-Fi

2. Передача данных в беспроводной сети WLAN

На МАС - уровне определяются два основных типа архитектуры беспроводных сетей - Ad Нос и Infrastructure Mode.

В режиме Ad Hoc (рис. 66), который называют также режимом Peer to Peer (точка - точка), станции непосредственно взаимодействуют друг с другом. Для этого режима нужен минимум оборудования: каждая стан­ция должна быть оснащена беспроводным адаптером. При такой конфи­гурации не требуется создания сетевой инфраструктуры. Основными недостатками режима Ad Hoc являются ограниченный диапазон дейст­вия возможной сети и невозможность подключения к внешней сети (на­пример, к Internet).

Режим Ad Нос

IBSS

Рис. 66. Режим функционирования Ad Hoc

Basic Service Set (BSS) - группа непосредственно связанных бес­проводных станций.

Independent BSS (IBSS) - автономная BSS, не имеющая дополни­тельных связей с внешним миром. Чаще такие сети именуют ad-hoc. В такой сети нет выделенных устройств, просто некоторое количество клиентов.

В режиме Infrastructure Mode (рис. 67) станции взаимодействуют друг с другом не напрямую, а через точку доступа (Access Point), которая выполняет в беспроводной сети роль концентратора. Существуют два режима взаимодействия с точками доступа - BSS и ESS.

В режиме BSS все станции связываются между собой только через точку доступа, которая может выполнять роль моста к внешней сети.

В расширенном режиме ESS существует инфраструктура несколь­ких сетей BSS, причем сами точки доступа взаимодействуют друг с дру­гом, что позволяет передавать трафик от одной BSS к другой. Между собой точки доступа соединяются с помощью либо сегментов кабельной сети, либо радиомостов.

Режим IntraMrudurr