Основы организации локальных сетей.
Сеть представляет собой множество компьютеров, соединённых линиями связи, с использованием промежуточных сетевых технологий.
Основные назначения сетей:
1) Совместное использование различных ресурсов (дисковое пространство, базы данных).
2) Обмен информацией (файлами и электронной почтой).
3) Организация согласованной работой компьютеров (управление заводом или установкой).
4) Суммирование вычислительной мощности компьютеров (решение одной задачи, несколькими компьютерами).
Недостатки сети:
1) Затраты на сетевое оборудование.
2) Необходимы специальные знания для обслуживания сети.
3) Ограниченные возможности перемещения компьютеров в сети.
4) Повышение опасности заражения вирусами компьютеров через сеть.
5) Повышение опасности несанкционированного доступа к информации через сеть.
Основные понятия.
1) Абонент (узел, станция). Чаще всего это компьютер, сетевой принтер, modem или router, и сервер.
2) Сервер. Абонент, который обслуживает сеть. Отдает, например, своё дисковое пространство.
3) Клиент. Абонент, который пользуется сетью. Персональный компьютер.
4) Промежуточные сетевые устройства. Это устройства, которые увеличивают размер сети, снижают нагрузку на сеть, улучшают обмен по сети. Например: router, switch, hub.
5) Среда передачи (канал связи) – то, по чему передаются данные. Например: кабель, радиоканал.
6) Сетевой адаптер (сетевая карта) – это устройство обеспечивает интерфейс между компьютером и средой передачи.
7) Скорость обмена в сети – количество бит передаваемых по сети в секунду.
8) Время доступа к сети – время между желанием передавать информацию и началом передачи.
9) Метод доступа к сети. Это алгоритм действий компьютера на получение права передачи данных. Обычно алгоритм должен предотвращать коллизии в сети.
10) Нагрузка на сеть. Процент времени, в течение которого идёт передача данных по сети.
Сети делятся на локальные, глобальные и городские. В локальных главное качество связи, в глобальных главное наличие связи, городские постепенно исчезли.
Свойство локальной сети (LAN)
1) Высокая скорость передачи информации.
2) Низкий уровень ошибок передачи.
3) Быстродействующий метод доступа к сети.
4) Ограниченное количество компьютеров.
Применение локальной сети.
1) Объединить компьютеры в сеть.
2) Подключение компьютеров к глобальной сети.
3) Интерфейс для подключения периферийных устройств (сетевой принтер).
Методы передачи информации.
1) Симплексный метод – информация всегда передаётся в одну сторону. В локальных сетях не используется. Используется в телевещании. Один элемент всегда передаёт, другой всегда принимает.
2) Полудуплексный метод – информация передаётся в обе стороны, но поочерёдно. Основной метод для LAN.
3) Полнодуплексный метод – информация передаётся в обе стороны одновременно.
Топология сети.
1) Схема расположения компьютеров подключённых к сети.
2) Структура кабелей или других каналов связи, объединяющих компьютеры в сети.
3) Структура путей распространения сигналов по сети.
4) Способ организации информационного обмена.
Выбор топологии сети.
1) Устойчивость к неисправностям компьютеров, подключённых к сети.
2) Устойчивость к неисправностям сетевого оборудования.
3) Устойчивость к обрывам кабеля сети.
4) Ограничение длины кабеля из-за затухания распространяющегося сигнала.
Базовые топологии.
1) Шина (bus) – все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Сигнал проходит по сети через все компьютеры, отражаясь от конечных терминаторов. Шина проводит сигнал из одного конца сети к другому, при этом каждая рабочая станция проверяет адрес послания, и, если он совпадает с адресом рабочей станции, она его принимает. Если же адрес не совпадает, сигнал уходит по линии дальше.
2) Кольцо (ring) – компьютеры последовательно объединены в кольцо. Сигнал проходит по кольцу от компьютера к компьютеру в одном направлении. Каждый компьютер работает как повторитель, усиливая сигнал и передавая его дальше. Поскольку сигнал проходит через каждый компьютер, сбой одного из них приводит к нарушению работы всей сети.
3) Звезда (star) – к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причём каждый из них использует свою линию связи. Устанавливать сеть топологии «Звезда» легко и недорого. Число узлов, которые можно подключить к концентратору, определяется возможным количеством портов самого концентратора, однако имеются ограничения по числу узлов (максимум 1024). Если центром выступает компьютер или маршрутизатор – это активная звезда; если центр это концентратор – это пассивная звезда.
4) Дерево (расширенная звезда).
5) Звезда-шина. Данная топология - один из способов расширения одиночной звезды. Эта схема формируется из множества "звезд", концентраторы которых соединяются отдельными сегментами общей шины.
6) Звезда-кольцо. Звезда позволяет легко определить, какой компьютер вышел из строя (упрощает обслуживание). Кольцо позволяет создавать самую большую сеть по удалённости.
Метод управление сети.
1) Централизованный – 1 компьютер управляет сетью. Выстраивает очередь, не допускает коллизий. Обычно применяется в звезде.
2) Децентрализованный – каждый компьютер сам решает, когда посылать сигнал, коллизии чаще, но есть способы борьбы с ними. Обычно применяется в шине.
3) Маркерный способ – также децентрализованный метод. Но применяется в кольце. Предыдущий компьютер передаёт маркер следующему, и только после получения маркера компьютер передаёт сигнал другому.
Типы кабелей.
1) Витая пара. Электрический кабель из витых пар проводов. Бывают экранированные (STP) и неэкранированные (UTP).
2) Коаксиальный кабель. Электрический (CC).
3) Оптоволоконный кабель. Световой (FO).
Параметры кабелей.
1) Полоса пропускания кабеля. Частотный диапазон сигналов, пропускаемых кабелем и затухание сигнала в кабеле. Параметр влияет на допустимую длину кабеля.
2) Помехозащищённость кабеля и секретность передачи данных.
3) Скорость распространения сигналов по кабелю (NVP).
4) Задержка сигнала на метр длины (нс/м).
5) Волновое сопротивление кабеля (только электрического).
UTP.
· 4 пары проводов помещены в общую оболочку.
· Самый простой монтаж (обжимка). Ремонтировать его легко.
· Помехоустойчивость низкая, секретность не очень высокая.
· Наиболее часто используется разъём RG45.
· Типичная длина витой пары – 100м.
· Задержка сигнала: 4-5нс/м.
· Используется для топологии ring и star, то есть для передачи точка – точка.
· Волновое сопротивление – 100 Ом.
Категории UTP.
1 Категория | Телефонный кабель, для передачи речи. |
2 Категория | Для передачи данных, до 1 МГц |
3 Категория | До 16 МГц |
4 Категория | До 20 МГц |
5 Категория | До 100 МГц |
6 Категория | До 200 МГц |
7 Категория | До 600 МГц |
CC.
· По цене более дорогой, чем витая пара.
· Структура и ремонт сложнее.
· Гибкость меньше чем у витой пары.
· Помехоустойчивость и секретность выше.
· Подключение механически сложнее.
· Затухание меньше, поэтому длина кабеля больше.
· Чаще всего используется в топологии шина, с многоточечной передачей данных.
· Есть толстый (10мм) и тонкий (5мм) CC.
· Чаще всего используется разъём BNC, для тонкого CC.
· Оболочка бывает plenum (тефлоновая) и non-plenum (ПВХ).
FO.
Особенности:
1. Сигнал передаётся не током, а светом. В центре волокна запускается световой луч.
2. Центральная оболочка – стекло.
3. Свет то включается, то выключается, это и есть закодированные 0 и 1.
4. Внешняя оболочка – non-plenum.
5. Цена – сравнима с CC, цены на оптоволокно падают.
6. Монтаж очень сложен и очень дорогой, требуются специалисты и специальное оборудование. Ремонт также очень сложен.
7. Из всех кабелей это самый не гибкий кабель.
8. Секретность самая высокая. Раз кабель не электрический, то на него не действуют радиопомехи, самый помехоустойчивый.
9. Затухание очень не большое, поэтому длина кабеля может достигать нескольких километров, на больших частотах (скоростях).
10. Используется для соединения точка-точка, т.е. в топологиях: star, ring.
11. Типов разъёмов много.
12. Оптоволоконные преобразователи очень дорогие, служат для преобразования электрических сигналов в световые и обратно.
13. Кабель хрупкий, зависит от температурных перепадов.
Причины перехода на оптоволокно:
1. Необходимость увеличения размера сети (2 – 10 км).
2. Необходимость увеличение помехозащищённости сети и секретности.
3. Не нуждается в согласовании и заземлении.
4. Стоимость постоянно снижается на оптоволокно и оптоволоконных устройств.
5. Скорость передачи информации заметно выше.
Типы FO:
1) Одномодовый – лазерный, дороже.
2) Многомодовый – светодиодный, чаще используется этот.
Радиоканал (WLAN, Wi-Fi).
· Диапазон 2,4 – 5 ГГц.
· Расстояние – до 100м.
· Скорость – 11 - 54Мбит/с.
· Низкая помехоустойчивость, как и в любом радиосигнале.
Согласование кабеля (электрические кабели).
Если нагрузочное сопротивление равно волновому сопротивлению, тогда выходной сигнал будет почти такой же, как и входной. Для этого и нужно согласование кабеля.
Любой электрический кабель требует согласования, т.е. нагрузочного сопротивления и оконечного согласования (терминатора).
В звезде и кольце терминаторы находятся внутри приёмника и передатчика. В шине терминаторы внешние.
Максимальная скорость передачи, условия.
· Наименьшая избыточность. Пакет максимальной длины = 12304 бита. 1500 байт полезной информации, 26 байт служебной информации, 96 бит IPG (интервал между пакетами).
· Отсутствие коллизий. Тогда скорость передачи пакетов, при скорости сети 100 Мбит/с составит: 100Мбит = 100 000 000бит, 100 000 000 / 12304 = 8127,44 (пакета в секунду).
· Пропускная способность сети (скорость передачи полезной информации) будет равна: 8127,44 пакета в секунду * 1500 байт полезной информации в пакете = 12,2 Мбайта/с.
Крах сети.
Если число пользователей сети растёт, вначале эффективность сети тоже растёт. Но после определённого момента эффективность сети перестаёт расти. Если и дальше нагружать сеть новыми пользователями, то эффективность сети начнёт падать. И, в конце концов, произойдёт крах сети, и абоненты уже не смогут передавать данные друг другу. Крах сети ещё называют – коллапс.
Методы контроля ошибок.
· Проверка передающим абонентом:
- Побитовая проверка в процессе передачи пакета, сравнение передаваемого бита и состояние сети.
- Сравнение передаваемого пакета и пакета возвращённого принимающим абонентом.
· Проверка принимающим абонентом:
- Выбор из нескольких копий пакетов, полученных от передающего абонента.
- Проверка контрольной суммы пакета подсчитанной передающем абонентом и включённой в пакет. Метод назван – CRC.
Метод CRC (циклическая избыточная проверка).
Контрольная сумма (FCS) n-разрядная – остаток от деления по модулю 2передаваемого пакета на образующий полином с разрядностью n+1.
Вероятность обнаружения одиночной ошибки = 100%.
Деление по модулю 2 выглядит следующим образом: кадр 101111001110 делится на полином 10011, полученный остаток от деления (4-разрядный, так как полином 5 разрядный) = 1000 – это и есть FCS.
Выбор образующего полинома:
· полином на 1 разряд больше требуемой контрольной суммы;
· старший бит полинома = 1;
· полином это простое число;
· количество единиц в коде полинома должно быть минимальным.
Стандартные сегменты сети Ethernet / Fast Ethernet.
Сегмент 10 BASE 5.
Он использует в качестве среды передачи данных толстый коаксиальный кабель.
Кабель используется как моноканал для всех станций. Сегмент кабеля имеет максимальную длину 500 м и должен иметь на концах согласующие терминаторы сопротивлением 50 Ом, поглощающие распространяющиеся по кабелю сигналы и препятствующие возникновению отраженных сигналов.
Станция должна подключаться к кабелю при помощи приемопередатчика – трансивера. Трансивер устанавливается непосредственно на кабеле и питается от сетевого адаптера компьютера. Трансивер подсоединяться к кабелю методом прокалывания, обеспечивающим непосредственный физический контакт.
Трансивер соединяется с сетевым адаптером интерфейсным кабелем (витая пара) длиной до 50 м. Допускается подключение к одному сегменту не более 100 трансиверов, причем расстояние между подключениями трансиверов не должно быть меньше 2.5 м.
Трансивер – это часть сетевого адаптера, которая выполняет следующие функции:
К достоинствам стандарта 10Base-5 относятся:
К недостаткам следует отнести:
Сегмент 10 BASE 2.
Стандарт 10Base-2 использует в качестве передающей среды тонкий коаксиальный кабель. Максимальная длина сегмента 185 м, сегмент должен иметь на концах согласующие терминаторы 50 Ом.
Станции подключаются к кабелю с помощью T-коннектора, который представляет из себя тройник, один отвод которого соединяется с сетевым адаптером, а два других - с двумя концами разрыва кабеля. Максимальное количество станций, подключаемых к одному сегменту, 30. Минимальное расстояние между станциями - 1 м.
Этот стандарт очень близок к стандарту 10Base-5. Но трансиверы в нем объединены с сетевыми адаптерами за счет того, что более гибкий тонкий коаксиальный кабель может быть подведен непосредственно к выходному разъему платы сетевого адаптера, установленной в шасси компьютера.
Реализация этого стандарта на практике приводит к наиболее простому решению для кабельной сети, так как для соединения компьютеров требуются только сетевые адаптеры и Т-коннекторы. Однако этот вид кабельных соединений наиболее сильно подвержен авариям и сбоям: кабель восприимчив к помехам, в моноканале имеется большое количество механических соединений (каждый T-коннектор дает три механических соединения, два из которых имеют жизненно-важное значение для всей сети), пользователи имеют доступ к разъемам и могут нарушить целостность моноканала. Кроме того, эстетика и эргономичность этого решения оставляют желать лучшего, так как от каждой станции через T-коннектор отходят два довольно заметных провода, которые под столом часто образуют моток кабеля - запас, необходимый на случай даже небольшого перемещения рабочего места.
Общим недостатком стандартов 10Base-5 и 10Base-2 является отсутствие оперативной информации о состоянии моноканала. Повреждение кабеля обнаруживается сразу же (сеть престает работать), но для поиска отказавшего отрезка кабеля необходим специальный прибор - кабельный тестер.
Сегмент 10 BASE-T
В сегменте 10BASE-T передача сигналов осуществляется по двум витым парам проводов, каждая из которых передает только в одну сторону (одна пара - передающая, другая — принимающая). Кабелем каждый из абонентов сети присоединяется к концентратору. Концентратор производит смешение сигналов от абонентов для реализации метода доступа CSMA/CD (точка-точка), то есть в данном случае реализуется топология «пассивная звезда».
Длина соединительного кабеля между адаптером и концентратором не должна превышать 100 метров, что часто накладывает существенные ограничения на размещение компьютеров. Из четырех витых пар, входящих в кабель, используются только две.
Но надо учитывать, что в случае топологии пассивная звезда кабеля обычно требуется гораздо больше, чем при топологии шина.
Для контроля целостности линии связи применяются специальные сигналы (NLP – импульсы нормальной связи). Даже если данные не идут, но вы подключили HUB к ПК, то сигналы NLP покажут, есть ли связь и светодиод на HUB замигает.
Сегмент 10 BASE-FL
Передача данных идёт по двум волоконно-оптическим кабелям со скоростью 10 Мбит/сек на расстояние до 2000м.
В 10BASE-FL применяется мультимодовый кабель и свет с длиной волны 850. Оптоволоконный трансивер называется FOMAU. Он выполняет все функции обычного трансивера (MAU), но, кроме того, преобразует электрический сигнал в оптический при передаче и обратно при приеме.
FOMAU также формирует и контролирует сигнал целостности линии связи, передаваемый в паузах между пакетами. Целостность линии связи, как и в случае 10BASE-T, индицируется светодиодами "Link" и определяется по наличию между передаваемыми пакетами сигнала "Idle" частотой 1 МГц.
Для присоединения трансивера к адаптеру применяется стандартный трансиверный кабель, такой же, как и в случае 10BASE5, но длина его не должна превышать 25 метров. Имеются также сетевые адаптеры со встроенными трансиверами FOMAU, которые имеют только внешние оптоволоконные разъемы и не нуждаются в трансиверных кабелях.
Длина оптоволоконных кабелей, соединяющих трансивер и концентратор, может достигать 2 километров без применения каких бы то ни было ретрансляторов.
Если требуется соединить больше двух компьютеров, то надо использовать концентратор, имеющий оптоволоконные порты. Каждый компьютер снабжается трансивером и трансиверным кабелем, а также двумя оптоволоконными кабелями с соответствующими разъемами.
Сегменты Fast Ethernet (IEEE 802.3u)
Параметр | 100 BASE – TX | 100 BASE – T4 | 100 BASE - FX |
Кабель | UTP | UTP | Оптоволокно |
Количество ВП | 2 витые пары | 4 витые пары | - |
Длина | 100м | 100 м | 412м |
Топология | Пассивная звезда | Пассивная звезда | Пассивная звезда |
Промежуточные сетевые устройства и области сети.
Самые простые промежуточные устройства сети пропускают через себя ситуацию коллизий. Концентраторы, повторители.
Более сложные промежуточные устройства, разделяют сеть на области коллизий. Мосты, роутеры, коммутаторы. Для каждой области коллизий мы должны проверять нагрузку на сеть, чтобы не произошёл крах этой области.
Маршрутизаторы же разделяют сеть на подсети. Хотя лучше сказать, соединяют несколько сетей в одну большую.
Существует 2 класса концентраторов:
· 2 класс – простой, более быстрый, без кодирования и декодирования, без возможности управления;
· 1 класс – сложный, более медленный, с кодированием и декодированием, с возможностью управления.
Чтобы объединить 2 сегмента сети, которые различны, например, 100 BASE –TX и 100 BASE –T4, используют концентраторы 1 класса.
Методы решения проблем Ethernet.
1. Уменьшение длины кабеля для уменьшения PDV.
2. Уменьшение количества концентраторов для сокращения PDV и IPG.
3. Выбор кабеля. От кабеля зависит NPV.
4. Разделение сети на 2 части с помощью коммутаторов или мостов.
5. Использование полнодуплексного обмена.
6. Переход на другую локальную сеть, например FDDI.
Полнодуплексный обмен.
1. Пропускная способность сети вдвое больше.
2. Отсутствие сети вдвое больше.
3. Нет необходимости в методе управления обменом в сети.
4. Гарантированная величина времени доступа не более интервала IPG.
5. Нет ограничения на длину сети связанного с PDV, остаётся только ограничение из-за затухания сигнала.
6. Совместимость с полудуплексным режимом автоматическая.
7. Требуется белее сложная и дорогая аппаратура.
Особенности аппаратуры сети Ethernet.
Сетевой адаптер.
1. Используемый интерфейс: PCI, PCMCIA, USB.
2. Поддерживаемые скорости обмена: 10, 100, 1000.
3. Режим обмена с компьютером (прямой доступ к памяти, захват шины, разделяемая память), объём буферной памяти.
4. Поддержка удалённой загрузки.
5. Настройка и совместимость с ОС.
Трансиверы.
Это преобразователи среды (оптоволокно – витая пара, коаксиальный кабель – витая пара).
Концентраторы.
1. Количество портов.
2. Типы поддерживаемых сегментов.
3. Класс концентраторов.
4. Поддерживаемые скорости обмена.
5. Возможность наращивания.
6. Возможность внешнего управления (класс 1).
7. Управляемые концентраторы допускают управление с удаленных рабочих станций. Позволяют контролировать нагрузку сети, состояние портов, интенсивность и характер ошибок в сети, отключать неисправные сегменты.
Мост.
Объединяет разные сегменты сети в одну сеть. Мост это компьютер, к которому присоединенно несколько сетевых адаптеров (до 4). К каждому сетевому адаптеру подключается свой сегмент.
· Пересылка пакетов между сегментами.
· Отфильтровывание внутрисегментных пакетов.
· Пересылка широковещательных пакетов.
· Удаление испорченных пакетов.
· Объединение сегментов Ethernet.
· Связь Ethernet с другими типами сетей.
· Удаление петель из сети.
Коммутатор.
Сквозные коммутаторы (Cut - Through) – простые, дешёвые, быстрые, имеют буфер только на заголовок пакета, не разрешают критические ситуации.
Коммутаторы с накоплением (Store – and – Forward, SAF) – сложные, более дорогие, более медленные, имеют буфер на весь пакет, разрешают критические ситуации, допускают поддержку разных скоростей и полнодуплексный режим.
Гибридные (адаптивные) коммутаторы – при малой нагрузке работают как сквозные, при большой как коммутаторы с накоплением.
Маршрутизаторы.
Полноправные абоненты с собственным MAC – адресом. Непрозрачная связь, пакеты адресуются маршрутизатору.
Работа с логическими адресами (IP и IPX), хранят список MAC и IP (IPX) адресов всех подключённых абонентов, список соединённых маршрутизаторов, номера всех подключённых сетей.
Не пропускают широковещательные пакеты – разделяют широковещательную область сети.
Допускают существование в сети петель. Выбирают оптимальный маршрут доставки пакета.
Размер маршрутизируемой сети уже ничем не ограничен.
Сложнее, медленнее, дороже коммутаторов.
Стандартные сегменты Gigabit Ethernet.
1000 BASE-T | UTP 5 и 6 категории | 100м | Полный дуплекс, возможна передача в обе стороны по всем 4 парам. |
1000 BASE-TX | UTP 6 категории | 100м | Полный дуплекс, передача по 2 парам в одну сторону, по 2 в другую. |
1000 BASE-CX | STP | 25м | Не используется. |
1000 BASE-SX | Многомодовый FO | 500м | - |
1000 BASE-LF | Одномодовый FO | 2000м | - |
Функции сетевого администратора.
1. Создание пользователей и групп пользователей различного назначения.
2. Определение прав доступа пользователей.
3. Обучение новых пользователей и оперативная помощь пользователям в случае необходимости.
4. Контроль за дисковым пространством всех серверов данной сети.
5. Защита и резервирование данных, борьба с вирусами и вредоносными программами.
6. Модернизация программного обеспечения и сетевой аппаратуры.
7. Настройка сети для получения максимальной производительности.
NPV – скорость распространения сигналов.
IPG –межкадровый интервал.
PDV – параметр, описывающий задержку при передаче сигнала между двумя крайними точками сети как при распространении по линии связи, так и в активном оборудовании. PDV измеряется в битовых последовательностях и не должно превышать 576 (512минимальный кадр + 64преамбула).
Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 37 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
| Это самое трогательное и лучшее произведение о войне. Берёт за душу на первых строках и не отпускает до самой последней точки Хорошая книга, по которой Ростоцкий поставил прекрасный фильм. | | | Существующая схема построения зао высо |