Раздел 2. Аппаратные компоненты и принципы построения компьютерных сетей.8. Логическая структуризация сети. Оборудование, используемое при логической структуризации сети. Коммутатор – осущ. коммутацию сигнала, связывает все узлы внутри сети. Отлич. от концентратора тем, что коммутатор передает сигнал на конкретный порт. Сущ. 2 режима коммутации: 1. режим обучения – коммутатор должен узнать где что находиться и запомнить в памяти таблицы; 2. режим фильтрации – коммутатор смотрит в таблицу и отправл. на нужный порт, кот. соответствует опр. mac-адресу. Если в таблице нет такого адреса, то сообщение отправляется на все порты. Коммутация – это процесс установления соединения между узлом отправителя и узлом получателя. Существует 4 схемы коммутации: 1. коммутация каналов – организация составного канала через несколько транзитных узлов из неск. последовательно соед. каналов, кот. организ. только на время передачи сообщения. Примен. в классической телефонии. + все данные передаются последовательно; + канал зарезервирован. 2. коммутация сообщений Сообщение может передаваться: 1. разбиваясь на части (пакеты); 2. части передаются ближайшему транзитному узлу; 3. узел передает части дальше в сторону получателя. 3. коммутация пакетов – все сообщения разбиваются на части (пакеты). Пакет имеет служебные и информационные поля. Каждый пакет передается отдельно и идет своим путем. Возможно, что 10 пакет придет раньше 5, поэтому получатель должен дождаться прихода всех пакетов, а потом восстановить все сообщения. Коммутация пакетов может быть: 1. на лету – сетевое устройство анализирует только заголовок и отправляет в сторону получателя; 2. с буферизацией – пакет помещ. во временную память (буфер), анализ. и заголовок и пакет и отправляется в сторону получателя. 4. коммутация ячеек – совмещает в себе св-во сетей с коммутацией каналов и коммутацией пакетов. Все пакеты имеют одинаковый фиксированный размер. + при отсутствии данных канал не простаивает; + при передаче данных все пакеты приходят в строго определенной последовательности; - сложная и дорогая, исп. мало. Маршрутизатор – сетевое уст-во, кот. соед. сегменты сети. Так же они могу изолировать трафик отдельных частей сети друг от друга. Принцип работы маршрутизатора. Он запоминает на какой порт поступает сообщение. Если сообщение приходит для этого ПК он посылает на нужный порт. Маршрутизатор работает с IP-адресами. В эти адреса заложены адрес сети и подсети. Он имеет представление о топологии сети. Может работать в сети с замкнутым контуром, при этом осущ. выбор более рационального маршрута из возможных. Мост – сетевое устройство, раб. на канальном ур. модели OSI и предназначен для объединения сегментов сети разных топологий. Мост и коммутатор аналогичны по функциям, но мост обрабатывает график исп. ЦП, а коммутатор коммутационную матрицу (схему для коммутации пакетов).
Повторитель (репитор) – его задача повторять или усиливать сигнал, т.е. сигнал, пришедший на порт А, усил. на порту В. Существует 2 класса повторителей: 1. обеспечивает цифровое восстановление сигнала (получ. сигнал, преобразует его в последовательность 0 и 1 и генерирует слово); 2. обеспечивают усиление сигнала без преобразования. Концентратор – много портовый повторитель, повторяет сигнал, пришедший с одного порта на все остальные
Топология физ. сетей – конфигурация графов, вершинам кот. соответствуют конечные узлы сети (комп., маршрутизаторы), а ребрами явл. электрич. или информационные связи между ними. Полно-связная топология – соотв. сети, в кот. каждый ПК непосредственно связан с остальными. Не смотря на логическую простоту этот вар. громоздкий не эффективный. Каждый ПК должен иметь большое кол-во коммуникационных портов и для каждой пары ПК должна быть отдельная физ. линия связи.
Топология физ. сетей – конфигурация графов, вершинам кот. соответствуют конечные узлы сети (комп., маршрутизаторы), а ребрами явл. электрич. или информационные связи между ними. Топология шина – исп. центральный провод, к нему подключены ПК. Данная топология относится к более простым, но недостаточно применяема в данный момент. В ней есть магистральный кабель, к кот. подкл. все ПК. Сигналы распространяются от одного конца кабеля к другому. + дешевая; + сеть легко расширяется; + при выходе из строя одного или неск. ПК сеть продолжает работать; - при выходе из строя магистрального кабеля сеть рушиться; - при большом кол-ве комп. сеть будет перегружена; - отражение сигнала. Если не принимать никаких спец. действий, то сигнал, достигнув конца кабеля будет отражаться и не позволит др. ПК осущ. передачу данных. Поэтому после того, как данные достигнут адресата, сигнал необходимо погасить (на каждом конце кабеля уст. терминаторы, кот. поглощают этот сигнал).
Топология физ. сетей – конфигурация графов, вершинам кот. соответствуют конечные узлы сети (комп., маршрутизаторы), а ребрами явл. электрич. или информационные связи между ними. Топология кольцо – данные передаются от одного ПК к др. в одну сторону по кольцу. Каждый ПК может выступать в роли повторителя (репитора), кот. повторяет и усиливает сигнал. Поэтому если из строя выходит 1 ПК, то рушится вся сеть. + дешевая; + легко расширяется; - ненадежная. Поэтому на практике в чистом виде не примен., а примен. только для тестирования. Чтобы передать сигнал в сеть нужно организ. порядок тех комп., кот. хотят что-то передать в сеть. Для этого сущ. маркер (код). Маркер передается последовательно от одного ПК к др. до тех пор, пока его не получит тот ПК, кот. хочет передать данные. Передающий комп. изменяет маркер: добавляет адрес и данные и посылает это все по кольцу. Данные проходят через каждый комп., пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя. Принимающий комп. копирует сообщение в буфер обмена и посылает сообщение ПК отправителю, что сообщение получено. Получив сообщение, о доставке данных, передающий ПК создает новый маркер и возвращает его в сеть.
Топология физ. сетей – конфигурация графов, вершинам кот. соответствуют конечные узлы сети (комп., маршрутизаторы), а ребрами явл. электрич. или информационные связи между ними. Топология звезда – все ПК при помощи сегмента кабеля подключ. к центральному устройству (концентратору, маршрутизатору, комп.). Сигналы от передающего ПК через центр. устр-во могут быть переданы либо ко всем остальным ПК, либо конкретному. + высокая надежность; + при наличии свободных портов в центральном устройстве сеть легко расширяется; + при выходе из строя одного ПК сеть сохраняется. - дорогое центральное устр-во; - если сломалось центр. устр-во, то сеть рухнет. Звезда – это самая распространенная на данный момент топология.
Коаксиальный кабель – электрич. кабель, сост. из центр. проводника, экрана и изолир. слоя. Служит для передачи высокочастотных сигналов. Имеет внутренний проводник из меди, внутренний диэлектрик из вспениваемого полиэтилена, экран из фольги и оплетку. Благодаря совпадению центров и соотнош. диаметров центр. жили и экрана снизили потери сигнала на излучение почти до 0. А экран обеспечивает защиту от электромагнитных помех. Примен. в системах связи, вещательной сети, КС.
Витая пара – состоит из пар скрученных между собой проводов. Бывает: 1. экранированный; 2. не экранированный. Примен. для передачи данных в КС. Делится на 7 категорий, в каждой из кот. оговаривается кол-во проводов, частота передачи сигнала, шаг скрутки, пропускная способность. Кабель 1 категории – прим. где требования к скорости передачи данных минимальны (для аналоговой и цифровой передачи голоса и низкоскоростной передачи данных). Кабель 2 категории – основные требования это передача сигналов со спектром 1МГц. Кабель 3 категории – частота до 16МГц. Предназначен для передачи голоса и данных (на лок. сети). Кабель 4 категории – улучшенная 3 категория. Кабель 5 категории – диапазон до 100МГц. Ориентирован на высокоскоростные стандарты, раб. в сетях со скоростью передачи данных до 100Мбит. Пришел на смену 3 категории. На его основе в наст. время строятся лок. сети. Выпускаются в 2х парном и 4х парном исполнении (голос и данные). Кабель 6 категории – частота до 200МГц по выбору. Кабель 7 категории – частота до 600МГц, экранир. обязательно.
Структура ОВК. Структура ОВК похожа на структуру коаксиального, только вместо медного провода исп. тонкое стекловолокно, для внутренней изоляции исп. стеклянную или пластмассовую оболочку, которая не позволяет свету выходить за пределы стекловолокна. Металич. оплетка отсутствует, т.к. экранирование от внешних электромагнитных помех не требуется. ОВК имеет большую помехозащищенность, никакие внешние электромагнитные помехи не способны исказить световой сигнал. Сам сигнал не порождает электромагнитных излучений. Подключиться к ОВК для несанкционированного прослушивания практически невозможно, т.к. при этом нарушается целостность кабеля. У ОВК очень мал. затухание сигнала и очень большой частотный диапазон. Минусы ОВК. Очень дорогой, возникают сложности монтажа. ОВК продается в виде заранее нарезанных кусков. На концах этих кусков устан. разъемы нужного типа. ОВК требует спец. оптич. приемников и передатчиков, преобраз. световые сигналы в электрические и обратно. Он менее прочен и гибок, чем электрич. (радиус изгиба минимальный). Кабель плохо переносит механич. растяжение и раздавливающее действие. ОВ чувствительно к ионизирующему излучению (снижается прочность стекловолокна.). Применение ОВК. Применяется ОВ в сетях с топологией «звезда», т.к. проблем с заземлением не возникает. Существует 2 типа ОВК. 1. Многомодовый кабель – более дешевый, но менее качественный. В многомодовом кабеле траектория свет. лучей имеет значительный разброс, в результате чего форма сигнала искажается. Центральное волокно имеет диаметр 62,5 мкм., внешняя оболочка имеет диаметр 125 мкм. и маркировка имеет вид 62,5/125. Для передачи исп. светодиод (более дешевый и более долговечный, чем лазерный). Затухание сигнала в многомодовом кабеле больше, чем в одномодовом. В наст. момент он более популярен, чем одномодовый. 2. Одномодовый кабель – более дорогой, но более качественный. В одномодовом кабеле все лучи проходят один и тот же путь. Они достигают приемника одновременно, форму сигнала почти не искажают. Диаметр центрального волокна 1,3 мкм. и свет имеет такую же длину волны. Для одномодового кабеля примен. лазерные передатчики (дорогие и недолговечные, но более быстродействующие, чем светодиодные).
Wi-Fi – современная беспроводная технология соед. ПК в лок. сеть и подключ. их к интернет; семейство стандартов передачи потоков данных по радиоканалам. Установка беспроводных сетей рекомендуется там, где прокладка кабельной системы либо невозможна, либо экономически не целесообразна. Беспроводные сети применяют там, где сотрудники активно перемещаются по территории предприятия в течении дня. Преимущества беспроводных сетей над кабельными: 1. беспроводную сеть можно быстро развернуть; 2. пользователь может перемещаться в пределах действия сети; 3. высокая скорость передачи данных. Ограничения: 1. меньшая скорость в лок. сети; 2. помехи; 3. слабая безопасность; Для построения сети исп. точку доступа и адаптер. Адаптер – устр-во, кот. подключ. либо через слот расширение, либо порт USB и вып. ту же функцию, что и сетевая карта, только в беспроводной сети. Точка доступа – автономный модуль со встроенным микрокомпьютером и приемно-передающим устройством. Зона обслуживания – логически сгруппированное устройство для подключ. к беспроводной сети.
Ethernet – пакетная технология передачи данных, примен. в основном в лок. сетях. Стандарты Ethernet опр. проводные соединения и электрические сигналы, на физ. уровне формат кадров и правила доступа к среде, на канальном ур. модели OSI. Ethernet явл. распростран. технологией для лок. вычислительных сетей. В 1 стандарте Ethernet было указано, что технология применима к топологии шина, а в кач. передающей среды исп. коаксиальный кабель (необходимо заземление). В технологии Ethernet используется множественный доступ с контролем несущей и обнаруживающей коллизий (столкновение)
Модель OSI – способ упорядочить передачу данных. На основе этой модели построен принцип передачи данных в КС. Семиуровневая модель – задача передачи данных разбивается на 7 составляющих (декомпозиций): 1. физический (нижний); 2. канальный; 3. сетевой; 4. транспортный; 5. сеансовый (уровень сессии); 6. представительский; 7. прикладной (ур. приложений). Каждый уровень решает опр. задачи, их рез. пользуются вышележащие уровни. Декомпозиция - разбиение одной сплошной задачи на несколько более простых модулей. В рез. этого достигается лог. упрощенность задачи и возникает возможность измен. отдельного модуля без измен. остальной части системы. Модули разбиваются на уровни. Правила, по которым взаимодействуют различные уровни одного узла, наз. интерфейсом. Протокол – это формализ. правило, опр. последовательность и формат сообщений, кот. обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах. Стек протоколов – это иерархически организованный набор сетевых протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети. Наиболее популярные стеки протоколов: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, DECnet и SNA. Большинство протоколов (все из перечисленных, кроме SNA) одинаковы на физическом и на канальном уровне, но на других уровнях как правило используют разные протоколы.
Задача – обеспечить реализ. интересов пользователя, т.к. задач у пользователя много, то для каждой задачи исп. свой прикладной протокол. Прикладной протокол – некий язык, с помощью кот. происходит взаимодействия.
Задача – обеспечить согласование представления инфо. между сторонами. Здесь раб. системы кодир. данных. На этом уровне – шифрования данных.
Задача – опр. правила ведения диалога (передает/принимает); обеспечить повторную передачу данных.
Задача – устраняет недостатки сетевого уровня; обеспечивает надежность передачи данных, явл. прослойкой между сетевым и сеансовым уровнями. Исп. 2 протокола: 1. Upd протокол – явл. связ. частью и обеспеч. передачу данных в одну сторону без контроля 2. Tcp протокол – протокол контроля за передачей. Он обеспечивает надежность. У него есть собственный набор служебных флагов, т.е. получатель должен прислать уведомление, а флаги показывают сост. Tcp-адрес конкретной программы, раб. на комп., адрес порта по кот. раб. прог. Диапазон от 0 до 216=65535. TCP80 – по нему подключ. Web-сервер без шифра.
Задача – создание единой транспортной системы. В основе сетевого уровня лежит IP-протокол (интернет протокол). IP-протокол – набор правил для передачи данных между сетями, осн. на разных технологиях. Он обеспечивает передачу данных, но не надежность.
Задача – организовать канал связи, собрать данные в кадр с адресами и контрольными суммами, проверить правильность доставки кадров. Создаются 2 точки, каждой назначается адрес (набор из 0 и 1), упаковываются в кадры (фреймы). Структура кадра.
1 – контрольная сумма; 2 – адрес отправителя; 3 – адрес получателя; 4 – данные. На канальном уровне исп. аппаратные или mac-адреса. Он встраивается в сетевое устройство. В нем заложена инфо. о производителе, оборудовании, номере партии. Mac-адрес уникален.
Задача – представление данных в виде сигнала и передача сигнала по линиям связи. На этом уровне происходит процесс кодирования (преобразования из дискретной информации (последовательность 0 и 1) в электрический сигнал). Кодирование бывает потенциальным, импульсивным, модулятивным. Передача сигнала может осущ. при помощи: 1. электрического сигнала (по медным проводам); 2. света (ОВК); 3. радио-волн. Для каждого типа носителя должна быть своя среда.
|
