Компьютерные сети



страница1/4
Дата16.01.2019
Размер0.53 Mb.
  1   2   3   4

Компьютерные сети

С тех пор как количество персональных компьютеров в мире превысило одну штуку, встал вопрос о взаимодействии этих полезных устройств друг с другом. Сначала компьютеры общались через последовательные порты СОМ, соединенные особым кабелем. Такой способ соединения получил название LINK. Этот способ применяется и сегодня,

Затем появились технологии, позволившие объединять компьютеры в сети, сначала в масштабах офиса (локальные сети), а потом и в масштабах планеты (глобальная сеть Интернет). Сегодня компьютер, не имеющий подключения к той или иной сети, выглядит сиротой, обделенной многими радостями жизни. По нынешним меркам, компьютер должен быть членом (абонентом) хотя бы одной из сетей:


  • домашней (в пределах квартиры или частного дома) или офисной локальной сети;

  • домовой (в пределах многоквартирного дома или жилого микрорайона);

  • сети крупного оператора, как правило, в пределах населенного пункта или нескольких жилых массивов;

  • Интернет. Стало общим правилом, что локальные сети должны предоставлятьсвоим абонентам платный или бесплатный доступ в сеть Интернет и бесплатный трафик внутри сети. Объединение компьютеров в сеть возможно на основе, по меньшей мере, десятка различных технических решений. Однако не будет преувеличением утверждать, что в небольших локальных сетях, на 99% доминируют технологии Ethernet и Wi-Fi (IEEE 802.11).

Для прямого доступа в глобальную сеть Интернет также используется несколько технологий. В российских условиях получили распространение коммутируемый доступ по телефонным линиям общего пользования (Dial-Up), цифровой канал ADSL на телефонной линии, цифровой канал GPRS в сетях сотовых операторов связи.

Можно ожидать, что с развитием технологии WiMAX (802.16) приобретет популярность доступ в Интернет по беспроводным каналам, решающим проблему «последней мили».



Сети Ethernet

Официальным днем рождения Ethernet считается 22 мая 1973 г., когда Р.Меткалф и Д. Боггс опубликовали описание экспериментальной сети, построенной в Исследовательском центре фирмы Xerox в Пало-Альто и получившей название Ethernet. Сеть была построена на коаксиальном кабеле и обеспечивала скорость передачи данных 2,94 Мбит/с.

В 1976 г. те же авторы выпустили совместный труд «Ethernet: распределенная пакетная коммутация для локальных компьютерных сетей».

В 1979 г. компаями Digital Intel и Xerox создается консорциум DIX с задачей создания технологий для локальной сети со скоростью передачи данных 10 Мбит/с.

В 1980 г. в IEEE была сформирована группа 802 для работы над проектом Ethernet, которая в июне 1983 г. утвердила стандарты Ethernet 802.3 и Ethernet 10Base5. В качестве среды передачи предусматривался коаксиальный кабель, а каждый узел сети подключался с помощью отдельного трансивера. Дешевой альтернативой стал стандарт 10Base2, не требовавший отдельных трансиверов.

Следующим шагом развития Ethernet стала разработка в 1990 г. стандарта 10Base-T, предусматривавшего в качестве среды передачи неэкранированную витую пару (UnshieldedTwisted Pair UTP). В архитектуре 10Base-T использовалась топология «звезда», когда каждая станция соединялась с центральным концентратором (Hub).



Модель OSI

Теоретической основой всех компьютерных сетей, и Ethernet в частности, служит модель OSI (Open System Interconnect — взаимодействие открытых систем), разработанная как описание структуры идеальной сетевой архитектуры. В модели предусмотрено семь уровней взаимодействия элементов в процессе обмена информацией между устройствами в сети. Каждый из уровней сети относительно автономен и рассматривается отдельна Модель OSI используется для определения функций каждого уровня.

1. На физическом уровне (Physical Layer) определяются электротехнические, механические, процедурные и функциональные характеристики активации, поддержания и дезактивации физического канала связи между системами. Спецификации физического уровня определяют уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи, требования к среде передачи, физические соединители и другие аналогичные параметры.

2. На канальном уровне (Data Link) обеспечивается транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, компоненты канального уровня решают вопросы физической адресации, топологии сети, арбитража, уведомления о неисправностях, упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации. Обычно этот уровень разбивается на два подуровня: LLC (Logical Link Control), осуществляющего проверку на ошибки, и MAC (Media Access Control), отвечающего за физическую адресацию и прием/передачу пакетов на физическом уровне.

3. На сетевом уровне обеспечивается соединение и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным сегментам сети, которые могут находиться в разных территориальных пунктах. Сетевой уровень отвечает за выбор оптимального маршрута между станциями, которые могут быть разделены множеством сегментов.


  1. На транспортном уровне находятся компоненты, отвечающие за транспортировку данных. Транспортный уровень обеспечивает механизмы для установки, поддержания и упорядоченного завершения действия виртуальных каналов, систем обнаружения и устранения неисправностей транспортировки и управления информационным потоком.

  2. На сеансовом уровне устанавливаются, поддерживаются и завершаются сеансы взаимодействия между прикладными задачами. Сеансы состоят из диалога между двумя или более объектами представления. Сеансовый уровень синхронизирует диалог между объектами представительного уровня и управляет обменом информации между ними. Этот уровень предоставляет средства для отправки информации, услуг и уведомления в исключительных ситуациях о проблемах сеансового и более высоких уровней.

  3. На уровне представления компоненты отвечают за то, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой для прикладного уровня другой системы. При этом представительный уровень осуществляет трансляцию между форматами представления информации. При необходимости трансформации подвергаются не только фактические данные, но и структуры данных, используемые программами.

  4. На прикладном уровне происходит выполнение пользовательских задач, то есть компоненты идентифицируют и устанавливают наличие предполагаемых партнеров для связи, синхронизируют совместно работающие прикладные программы, устанавливают соглашение по процедурам устранения ошибок и управления целостностью информации, а также определяют, достаточно ли ресурсов для предполагаемой связи.

Метод доступа и кадры для сетей Ethernet

На логическом уровне в Ethernet применяется топология шина: все устройства, подключенные к сегменту сети, равноправны, то есть любая станция может начать передачу в любой момент времени, если передающая среда свободна. Все данные в сети передаются блоками (кадрами). Кадр, передаваемый одной станцией, одновременно анализируется всеми остальными станциями сегмента.

Существует четыре основные разновидности кадров Ethernet, которые содержат следующие общие обязательные поля:


  • преамбула (Р) представляет собой семибайтовую последовательность единиц и нулей и предназначена для синхронизации при ной и передающей станций;

  • признак начала кадра SFD (Start Frame Delimiter);

  • адреса получателя и отправителя DA (Destination Address), SA (Source Address). Представляют собой физические адреса сетевых адаптеров Ethernet и являются уникальными:

  • контрольная сумма всех полей кадра (за исключением полей преамбулы, признака начала кадра и самой контрольной суммы) FCS (Frame Check Sequence).

Остальные поля являются специфичными для каждого типа кадра:

  • Ethernet II содержит дополнительное поле Туре, определяющее тип протокола сетевого уровня;

  • Ethernet 802.3 содержит дополнительное поле Length, определяющее длину передаваемого пакета;

  • Ethernet 802.2 содержит дополнительные поля Length, DSAP (Destination Service Access Point) для типа протокола сетевого уровня станции-получателя, SSAP (Source Service Access Point) для типа протокола сетевого уровня станции-отправителя, Control для номера сегмента;

  • Ethernet SNAP содержит дополнительные поля OUI (Organizational Unit Identifier) и ID, которые определяют тип протокола верхнего уровня SNAP Protocol ID.

Каждая станция начинает принимать кадр с преамбулы Р. Затем сравнивает значение адреса DA со своим адресом. Если адреса одинаковы, или пришел широковещательный кадр, или задана специальная программа обработки, то кадр копируется в буфер станции. Если нет, то кадр игнорируется.

С принятием спецификации IEEE 802.1р в сетях Ethernet появилась возможность определения восьми уровней приоритета кадра на основе использовании новых полей, определенных в стандарте IEEE 802.1Q.

Стандарты Ethernet поддерживают метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access /Collision Detection) при скорости передачи по шине 10 Мбит/с или 100 Мбит/с. Обмен данными происходит следующим образом. Станция проверяет состояние среды передачи данных (шины). Если среда занята, то станция ожидает освобождения среды. Если среда свободна, то станция начинает передавать кадр данных, одновременно контролируя состояние среды (несущую частоту f1). В том случае, когда за время передачи кадра станция не обнаружила состояние коллизии в сети (частота f1 не изменилась), считается, что данные переданы успешно.

Если при передаче кадра произошла коллизия (несущая частота изменилась), то станция прекращает передавать данные и выдает специальную последовательность из 32 битов, которая позволяет всем станциям определить, что произошла коллизия. Затем станция переходит в состояние ожидания на небольшой случайный промежуток времени, по окончании которого она, проверив среду, пытается еще раз передать по сети свой кадр. Если за 16 попыток станции не удается передать свои данные, то считается, что среда недоступна.

При загрузке сети уже на уровне 30% становятся ощутимыми задержки при работе станций с сетевыми ресурсами, а дальнейшее увеличение нагрузки вызывает сообщения о недоступности сетевых ресурсов. Причиной этого являются коллизии, возникающие между станциями, начавшими передачу одновременно или почти одновременно. При возникновении коллизии, передаваемые данные не доходят до получателей, а передающим станциям приходится возобновлять передачу. В классическом Ethernet все станции в сети образовывали домен коллизий (collision domain). При этом одновременная передача любой пары станций приводила к возникновению коллизии.

Применение коммутаторов позволяет преодолеть эти ограничения, разбивая сеть на несколько доменов. Передача пакетов от порта-источника в порт-получатель в коммутаторе происходит либо на лету (cut-though), либо с полной буферизацией пакетов (store-and-fonvard). При использовании обмена методом «на лету» передача порту-получателю начинается еще до окончания приема пакета с порта-источника, используя адрес получателя из заголовка пакета. Такой способ сокращает задержки передачи при небольшой загрузке сети, однако ему присущи и недостатки — в этом случае невозможна предварительная обработка пакетов, позволяющая отбрасывать плохие пакеты без передачи их получателю.

Технология коммутации позволяет строить сети с большим количеством станций, при этом доля широковещательного (broadcast) трафика достигает существенных значений. При необходимости ограничить доступ станций к сетевым ресурсам применяется технология виртуальных локальных сетей (VLAN). Виртуальную локальную сеть (ВЛС) образует группа узлов сети, трафик которой, в том числе и широковещательный, на канальном уровне полностью изолирован от узлов, входящих в другие ВЛС. Передача кадров между разными ВЛС на основании адреса канального уровня невозможна, независимо от типа адреса — уникального, группового или широковещательного. В настоящее время действует спецификация на ВЛС IEEE 802.1Q.

Для передачи информации между разными ВЛС необходимо задействовать сетевой уровень протокола. Соответствующие средства могут представлять собой либо отдельный маршрутизатор, либо входить в состав аппаратно-программного обеспечения коммутатора.



Кабели и коннекторы

Типовой физической средой передачи данных в сети Ethernet служат кабели и провода. Кабель отличается от провода наличием внешнего изо1ЯЦИонного чулка (Jacket). Этот чулок главным образом защищает провода (элементы кабеля) от механических воздействий и влаги. Кабели и провода маркируются в соответствии со стандартом AWG (American Wire Gauge — американские калибры проводов). В основном применяются проводники 26 AWG, 24 AWG и 22 AWG. Категория (Category) витой пары определяет частотный диапазон, в котором ее применение эффективно. В настоящее время действуют стандартные определения пяти категории кабеля, однако уже выпускаются кабели категорий 6 и 7.



Таблица 17. Классификация кабелей на витой паре

Полоса частот, МГц

Категория

Класс

до 0.1

1

А

до 1

2

В

до 16

3

С

до 20

4




до 100

5

D

до 200

6

Е

до 600

7

F

. . ...


Витая пара может быть как экранированной (Shielded), так и неэкранированной (Unshielded). Неэкранированная витая пара больше известна по аббревиатуре UTP (Unshielded Twisted Pair). Экранированная витая пара STP (Shielded Twisted Pair) имеет множество разновидностей, из которых наиболее распространены следующие:

  • STP с обозначением вида «Туре хх» представляет собой классическую витую пару. Каждая пара проводников этого кабеля заключена в отдельный экран из фольги, обе пары заключены в общий плетеный проволочный экран, снаружи все покрыто изоляционны чулком, импеданс — 150 Ом;

  • STP категории 5 — общее название для кабеля с импедансом 100 Ом экран может иметь различное исполнение;

  • ScTP (Screened Twisted Pair) — кабель, в котором каждая пара за ключена в отдельный экран;

  • РТР (Foilled Twisted Pair) — кабель, в котором витые пары заключены в общий экран из фолы;

  • PiMF (Pair in Metal Foil) — кабель, в котором каждая пара завернута в полоску металлической фольги, а все пары находятся в общем экранирующем чулке.

Экранированный кабель заметно дороже неэкранированного, но при заземлении экрана обеспечивает лучшую электромагнитную совместимость кабельной системы с остальными компонентами сети.

Кабели чаще всего бывают круглыми. Существуют и плоские кабели используемые в телефонии для подключения оконечного оборудования но в них пары проводов обычно не скручены, так что высокие рабочие частоты для них не реализуемы. Существуют и специальные плоские кабели :я прокладки коммуникаций под ковровыми покрытиями (Undercarpet Cable), среди которых есть и кабели категорий 3 и 5.



Кабели (и провода) соединяются между собой с помощью коннекторов Коннектор обеспечивает механическую фиксацию и электрический контакт. Как и кабели, они классифицируются по категориям, определяющим диапазон рабочих частот.

Таблица 18. Кабели, используемые в сети Ethernet

Тип сегмента

Максимальная длина, м

Максимальное число станций

Кабель

10Base-2

185

30

Коаксиальный RG-58 с разъемами BNC

10Base-5

500

1024

Коаксиальный с N-разъемами

10Base-T

100

1024

UTP категории 3 или выше

10Base-FB

2000

1024

Оптический кабель

100Base-TX

100

1024

UTP категории 5 или STP

100Base-T4

100

1024

UTP категории 3 или выше

100Base-FX

400

1024

Многомодовый оптический кабель

Для подключения стационарных кабелей широко используются коннекторы серии S110. Эти коннекторы имеют ножевые контакты с прорезью, в которую с помощью специального ударного инструмента (Impact Tool), заделываются проводники без предварительного снятия изоляции,



Коннектор RJ-45 и способы раскладки контактов

Коннекторы устанавливаются на модульных розетках, а также на коммутационных (патч-) и кросс-панелях.

Для витой пары применяют модульные разъемы (Modular Jack), широко известные под названием RJ-45: розетки (Outlet, Jack) и вилки (Plug). розетки категории 5 отличаются от розеток категории 3 способом присоединения проводов: в категории 5 допустим только зажим провода ножевым разъемом (типа S110), в категории 3 иногда применяют зажим провода под винт. Кроме того, на плате розетки категории 5 имеются согласующие элементы с нормированными параметрами, выполненные печатным способом. Для экранированной проводки розетки и вилки должны иметь экраны, сплошные или же только обеспечивающие соединение экранов кабелей.

Спецификации Fast Ethernet

В 1995 г. комитет IEEE принял спецификацию Fast Ethernet в качестве стандарта и технологии присвоили наименование 802.3и. Общий метод доступа CSMA/CD позволяет использовать в сетевых адаптерах Fast Ethernet большинство компонентов адаптеров Ethernet. Драйверы содержат большую часть кода для адаптеров Ethernet, а отличия вызваны новым методом кодирования данных на линии и наличием полнодуплексной версии протокола. Формат кадра остался прежним, что дает возможность анализаторам протоколов применять к сегментам Fast Ethernet те же методы анализа, что и для сегментов Ethernet.

Отличия Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены в основном на физическом уровне. Существует три варианта физического уровня Fast Ethernet:


  • 100Base-TX для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 5 (или экранированной витой паре STP Typel);

  • 100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 3,4,5;

  • 100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля. Преимущественная область применения разделяемых сегментов Fast

Ethernet достаточно ясна: соединение близко расположенных компьютеров, трафик которых имеет ярко выраженный пульсирующий характеп с большими, но редкими всплесками. Большие всплески хорошо передаются незагруженным каналом 100 Мбит/с, а редкое их возникновение приводит к возможности совместного использования канала без частого возникновения коллизий. Типичным примером такого трафика является файловый обмен, или сервис печати.

Теоретический предел диаметра сегмента сети Fast Ethernet составляет 250 метров. Данное ограничение проистекает из характера протокола CSMA/CD и скорости передачи 100 Мбит/с. Кроме кабелей, для установки Fast Ethernet потребуются сетевые адаптеры для рабочих станций и серверов, концентраторы или коммутаторы 100BaseT. Адаптеры, необходимые для организации сети 100BaseT, носят название адаптеров Ethernet 10/100 Мбит/с. Данные адаптеры способны самостоятельно отличать 10 Мбит/с от 100 Мбит/с. Чтобы обслуживать группу серверов и рабочих станций, переведенных на 100BaseT, потребуется также концентратор 100BaseT.

При включении сервера или персонального компьютера с адаптером 10/100 последний выдает сигнал, оповещающий о том, что он может обеспечить пропускную способность 100 Мбит/с. Если принимающая станция (скорее всего, это будет концентратор) тоже рассчитана на работу с 100BaseT, она в ответ выдаст сигнал, по которому и концентратор, и ПК или сервер автоматически переходят в режим 100BaseT. Если концентратор работает только с lOBaseT, он не подает ответный сигнал, и ПК или сервер автоматически перейдут в режим lOBaseT.




Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница