Билеты
ЛВС, сетевые комплексы, ГВС.
Сеть (network) – группа компонентов, объединённые между собой кабелем или иной средой передачи данных.
Виды сетей:
Локальная вычислительная сеть
Глобальная вычислительная сеть
Сетевые комплексы
Локальные сети предназначены для реализации таких прикладных функций, как передача файлов, электронная графика, обработка текстов, электронная почта, доступ к удаленным базам данных, передача цифровой речи. Локальные сети объединяют ЭВМ, терминалы, устройства хранения информации, переходные узлы для подключения к другим сетям и др.
Локально-вычислительная сеть (от анг. LAN – Local Area Network) ограниченна по протяжённости, Ограничения снимаются только с применением технологий ГВС (TBC, WAN).
ГВС обеспечивает связь отдельных ЛВС между собой без ограничения по дальности. ГВС никогда не используют общую среду передачи данных, для них отсутствует необходимость в механизме обеспечения доступа, т.к. два устройства всегда связываются между собой. ГВС всегда значительно медленнее ЛВС, а по стоимости значительно дороже.
Сетевые комплексы – сети, объединяющие в себе локальные сети. Сообщения распространяются только в своей сети в другие не передаются.
Узкополосные и широкополосные сети.
Узкополосные сети – сети, которые могут передавать только один сигнал в любой момент времени (Ethernet) (взято из интернета). Используется витая пара UTP (100). Через такую сетевую среду в один момент времени информацию может передовать только одно сетевое устройство(взято из лекций).
Широкополосные сети – передача нескольких сигналов одновременно в любой момент времени (кабельное телевидение (через один кабель много каналов), XDS4).
Широкополосные работают на более длинные расстояния; в узкополосных используются импульсы, что приводит к огромным потерям.
Коммутация пакетов и каналов.
Коммутация пакетов – информацию делят на пакеты.
Коммутация каналов – две машины организуют между собой канал и передают информацию только между собой.
Сети называются сетями с коммутацией пакетов по той причине, что компьютеры, входящие в сеть, распределяют данные на отдельные пакеты, непосредственно перед их передачей. Существует сходная технология, называемая коммутацией ячеек (не было на лекции), которая отличается от коммутации пакетов только стабильным, постоянным размером ячеек (сот), тогда как размер пакетов варьируется. Большинство технологий локальных вычислительных сетей (ЛВС), таких как Ethernet, Token Ring, и FDDI используют именно коммутацию пакетов. ATM - единственный широко используемый протокол ЛВС с коммутацией ячеек.
Альтернативой является сеть с коммутацией каналов, в которой две системы, нуждающиеся в связи, прежде чем начать передачу информации, устанавливают для нее канал. Он остается открытым на все время обмена информацией и исчезает лишь после прекращения связи. В узкополосной сети такая организация обмена данными неэффективна: есть вероятность того, что две системы надолго монополизируют сетевую среду, лишив связи другие системы. Коммутация каналов чаще всего используется в системах, подобных обычной телефонной сети, в которой соединение между телефонами остается открытым на все время разговора.
Кабели и топологии сетей.
Большинство сетей созданы с использованием медных кабелей, применяющих обычный электрический ток для передачи сигналов. Изначально большинство сетей состояли из компьютеров, соединенных коаксиальным кабелем, но в итоге прокладка кабеля типа "витая пара", используемого в телефонных системах, стала наиболее популярной и здесь. Еще один альтернативный тип кабеля - оптоволоконный кабель, не использующий электрические сигналы, при прохождении по нему двоичная информация кодируется импульсами света. Также существует виды сетевых решений, в принципе не использующие кабели, и, соответственно, передающие сигналы по так называемым неограниченным средам: радиоволны, инфракрасные волны и излучение микроволнового диапазона.
К основным характеристикам линий связи относятся такие показатели как: амплитудно-частотная характеристика, полоса пропускания, затухание, помехоустойчивость, перекрестные наводки на ближнем конце линии, пропускная способность, достоверность передачи данных, удельная стоимость.
Различные способы конфигурации соединения кабелей для объединения компьютеров в ЛВС называются топологиями. Они зависят от типа употребляемого кабеля и поддерживаемого протокола. Наиболее распространены следующие топологии.
В сети с топологией «шина» компьютеры расположены на одной линии, при этом каждая система последовательно соединена кабелем со следующей системой (рис. 1). Все сигналы, передаваемые любым компьютером в сеть, идут по шине в обоих направлениях ко всем остальным компьютерам. Два конца шины должны быть «закрыты» при помощи электрических сопротивлений, обнуляющих напряжения, приходящие на эти концы, для того, чтобы сигналы не отражались и не уходили в обратном направлении. В зависимости от типа используемого кабеля различают «толстый» (Thin) и «тонкий» (Thick) Ethernet. В сетях типа «толстый» Ethernetкомпьютеры подключаются к общему коаксиальному кабелю с помощью кабелей меньшего размера, называемых кабелями AUI или трансиверами (см. верхнюю часть рис. 1). В сети типа «тонкий» Ethernet компьютеры связаны друг с другом отдельными отрезками коаксиального кабеля меньшей толщины (см. нижнюю часть рис. 1). Основной недостаток шинной топологии состоит в том, что, дефект кабеля в любом месте его протяженности делит сеть на две части, не способные общаться между собой.
Рис. 1. Варианты соединения компьютеров в сети с топологией «шина»
Топология «звезда» использует отдельный кабель для каждого компьютера, проложенный от центрального устройства, называемого хабом (Hub) или концентратором (рис 2). Концентратор транслирует сигналы, поступающие на любой из его портов, на все остальные порты; в результате чего сигналы, посылаемые одним узлом, достигают остальных компьютеров. Сеть на основе «звезды» более устойчива к повреждениям, нежели сеть на базе шинной архитектуры, так как повреждение кабеля затрагивает непосредственно только тот компьютер, к которому он подсоединен, а не всю сеть.
Рис. 2. Варианты соединения компьютеров в сети с топологией «звезда»
Иерархическая звезда. Может показаться, что размер сети Ethernet с топологией «звезда» ограничен количеством портов в концентраторе. Но, когда сеть достигнет этого предела, ее можно расширить, добавив второй концентратор, а иногда и третий, и четвертый. Так создается сеть с топологией «иерархическая звезда», которую иногда называют также сетью с древовидной структурой.
Топология «кольцо» (Ring) функционально эквивалентна шине, у которой концы соединены друг с другом; таким образом, сигналы передаются от одного компьютера к другому, двигаясь по кругу. Однако коммуникационное кольцо - это только логическая абстракция, а не физическая конструкция. Фактически сеть представляет собой звезду, но при этом специальный концентратор (MAU) реализует логическое кольцо путем пересылки входящего сигнала только через следующий нисходящий порт (рис. 3). Каждый компьютер, получив входящий сигнал, обрабатывает его (если это необходимо) и посылает обратно концентратору для передачи следующей рабочей станции в сети. В соответствии с данным принципом работы, система, передающая сигнал в сеть, должна также удалить его после того, как он обошел все кольцо полностью. Использование физической топологии «звезда» в сети с топологией «кольцо» обеспечивает функционирование сети даже в случае повреждения кабеля или разъема. С помощью специальной схемы модуль множественного доступа просто исключает неисправную рабочую станцию из кольца, сохраняя его логическую топологию.
Рис. 3. Варианты соединения компьютеров в сети с топологией «кольцо»
«Ячеистая топология» компьютерных сетей существует скорее в виде теоретической концепции, чем в виде практической реализации. В сети с ячеистой топологией все компьютеры связаны друг с другом отдельными соединениями (рис. 4). В реальности эта топология реализована пока только в сетях с двумя узлами. При увеличении количества компьютеров в сети каждый из них пришлось бы оборудовать сетевыми интерфейсами по числу остальных компьютеров. С другой стороны, сеть с ячеистой топологией обладает безупречной отказоустойчивостью: любая неисправность в ней сказывается на работоспособности только одного компьютера.
Рис. 4. Варианты соединения компьютеров в сети с «ячеистой топологией»
А вот в глобальных сетях ячеистая топология уже используется. В ячеистой интерсети благодаря использованию избыточных маршрутизаторов данные могут добраться от одной системы к другой несколькими путями (рис. 5). Эта топология часто применяется в крупных корпоративных сетях, поскольку она защищает их от неисправностей маршрутизаторов (Router), концентраторов, кабелей и др. Чаще всего, когда говорят о ячеистой топологии, имеют в виду именно такое ее применение.
Рис. 5. Интерсеть с ячеистой топологией
Управление доступом к среде передачи данных.
Механизм CSMA/CD.
Механизм передачи маркера. (Вместе)
Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (искажений сигнала)(лекция). Случайный множественный доступ с контролем несущей(CSMA), случайный множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD). Метод CSMA/CD отличается от CSMA тем, что узел, осуществляющий передачу, контролирует возникновение конфликта в процессе передачи, и если он обнаруживает появление конфликта, передача прекращается и реализуется та или иная процедура попытки выхода из конфликтной ситуации.(инет)
Метод передачи маркера – по сети циркулирует пакет, который называется маркером доступа. Вернувшись в первую передающую машину – маркер освобождается (лекция). Маркерные методы доступа, при которых право на занятие среды передается от узла к узлу в определенной последовательности (по логическому кольцу) или по приоритетам в форме специальных сообщений (маркеров). Узел, получивший маркер, может осуществлять передачу в течение определенного времени, после чего обязан передать маркер следующему узлу. Достоинствами этого метода являются гарантированное предельное время задержки передачи пакета и отсутствие нестабильного режима передачи, характерного для случайных методов доступа. Недостаток – сложность реализации процедур инициализации логического кольца, включения – исключения узлов из логического кольца, процедуры восстановления работы сети после отказов или при потере маркера, и т.д. кроме того, сама передача маркера требует передачи определенного объема служебной информации, что приводит к снижению эффективности использования среды передачи.
Адресация
Для эффективного взаимодействия компьютеров через сетевую среду с общим доступом они должны правильно идентифицировать друг друга, обычно это осуществляется с помощью цифрового адреса. В большинстве случаев сетевая плата каждого компьютера имеет жестко "прошитый" при ее изготовлении опознавательный код — так называемый аппаратный адрес (МАС-адрес), уникальный для каждой платы. Любой пакет данных, передаваемый компьютером, содержит адрес этого компьютера и адрес целевого компьютера. Кроме МАС-адресов компьютеры могут иметь адреса для операций, выполняемых на уровнях, отличных от аппаратного. Например, протокол TCP/IP требует, чтобы каждому компьютеру в сети был присвоен уникальный IP-адрес в дополнение к уже имеющемуся встроенному адресу. Сетевые узлы используют различные типы адресации для различных типов взаимодействия.
Нижний уровень: MAC-адресат (media access control)
Над ним – канальный уровень – определяется форма данных в сети.
Еще выше – сетевой уровень: протокол ip- обмен информацией внутри сетевого комплекса.
Повторители, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы.
Оборудывание:
Повторители
Мосты
Коммутаторы
Маршрутизаторы
Повторитель. Представляет собой полностью электрическое устройство, которое увеличивает максимальную протяженность кабеля ЛВС путем усиления сигнала, проходящего через такое устройство. Концентраторы, используемые в сетях, основанных на топологии "звезда", иногда называются многопортовыми повторителями, поскольку сами по себе имеют способность к усилению сигнала. Автономные повторители могут применяться в сетях, созданных с использованием коаксиального кабеля, для увеличения протяженности этих сетей. Употребление повторителя с целью расширения сегмента сети не разделяет последний физически на две ЛВС и не образует сетевого комплекса.
Мост. Выполняет функцию усиления сигнала, как и повторитель, но вместе с тем имеет способность избирательно отфильтровывать пакеты по их адресам. Пакеты, приходящие на вход моста, пропускаются на выход только в том случае, если они адресованы компьютеру, находящемуся по другую сторону моста. Поскольку мосты не препятствуют прохождению широковещательных сообщений, они также не делят ЛВС на сегменты и не создают интерсети.
Коммутатор. Коммутаторы — это, как можно выразиться, революционные устройства, которые во многих случаях абсолютно устраняют необходимость наличия среды передачи данных. Коммутатор является многопортовым повторителем, как и концентратор, однако, вместо работы на чисто электрическом уровне он считывает адрес назначения каждого входящего пакета и передает его только через тот порт, с которым соединен компьютер-адресат. Коммутаторы могут функционировать на разных уровнях, объединяя сети с другими сетями или сетевыми комплексами.
Маршрутизатор. По определению — это устройство, соединяющее различные ЛВС и формирующее интерсеть. Равно как и мост, маршрутизатор пропускает только информацию, предназначенную для сегмента, с которым он соединен. Однако, в отличие от повторителей и мостов, маршрутизаторы препятствуют прохождению широковещательных сообщений. Они могут объединять и сети различных типов (например, Ethernet и Token Ring), в то время как мосты и повторители могут интегрировать только однотипные сети или сетевые сегменты.