Тема 1. Вступ до мережних технологій.

Комп’ютерні мережі

Конспект лекцій

ЗМІСТ

Тема 1. Вступ до мережних технологій. 5

1. Історія розвитку комп’ютерних мереж. 5

Тема 2. Еталонна модель взаємодії відкритих систем. 8

1.Рівнева архітектура. 8

Тема 3. Середовища передавання сигналів. 12

Тема 4. Базові мережні технології. 17

1. Методи доставки повідомлень. 17

2. З’єднання типу точка-точка. 17

3.Багатоточкові з’єднання. 17

4.Широкомовні з’єднання. 17

5. Топології комп’ютерних мереж. 17

6 Зіркоподібні мережі. 17

7. Мережі з шинною топологією. 17

8. Кільцеві мережі. 17

9. Деревоподібна топологія мережі. 17

Тема 5. Стандарт IEEE 802. 18

1.Стандарт IEEE 802.1 LAN, MAN, WAN, MAC, LLC.. 18

2. Стандарт IEEE 802.2 LLC. 18

3. Стандарт IEEE 802.3 Ethernet. 19

4. Стандарт IEEE 802.4 ArcNet 19

5. Стандарт IEEE 802.5 Token Ring. 19

6. Стандарт IEEE 802.11 WiFi. 19

Тема 6. Локальні мережі Ethernet 20

6.4 Стандарти технологии Ethernet 20

4.1. Метод доступу CSMA/CD.. 21

4.2 Форматы кадров технологии Ethernet 24

4.3 Спецификации физической среды Ethernet 27

Тема 7. Компютерні мережі з деревоподібною топологією.. 27

Тема 8. Пристрої та обладнання локальних КМ. 36

1.Повторювач. 36

2. Концентратор. 36

3. Міст. 36

4. Комутатор. 36

5. Маршуритазатор. 36

6. Шлюз. 36

7. Точка доступу. 36

Тема 9 Протоколи та засоби керування локальних КМ. 37

1.CLI-інтерфейс через СОМ-порт. 37

Тема 10. Інтерфейс командної стрічки CLI. 41

1. Підключення до пристроїв. 41

Тема 11. Веб-інтерфейс керування мережевим обладнанням. 48

1.Вбудовані веб-сервери пристроїв. 48

2. Інтерфейси. 48

3. Запис і скидання параметрів. 48

4. Сумісність браузерів. 48

Тема 12 Концентратори. 49

Тема 13. Комутатори. 50

Тема 14. Обладнання для волоконнооптичних каналів. 51

1. Одно- і дво-волоконні з'єднання. 51

2. Медіаконвертори. 51

3. Інтерфейси GBIC, SFP, XFP. 51

4. Оптичне шассі 51

5. Муфти і патчпанелі 51

6. Патчкорди SC, FC, LC.. 51

Тема 15. Шасі для медіаконверторів волоконно-оптичного кабелю. 52

15.1 Керування шасі 52

15.2 Оптичні порти. 53

15.3 Протокол LLC рівня керування логічним каналом.. 53

15.4 Режим Force mode. 54

Тема 16. Стек протоколів TCP/IP як основа мережі Інтернет TCP/IP. 55

1.Мережевий рівень в Інтернет. 55

2. Протокол ІР. 55

3. Система IP-адресації. 55

4. Інтернет протоколи IPv4 та IPv6. 55

5. Формат датаграм IPv4. 55

6. Транспортна служба. 55

7. Типи мережевих з'єднань і класи транспортних протоколів. 55

8. Логічна модель транспортного рівня. 55

9. Транспортні протоколи Інтернету IANA, РІС, LIR, Структура ІР. 55

Тема 17. Протоколи комп’ютерних мереж. 56

Понятие протокола Интернет. 56

Краткое описание протоколов Интернет. 58

Тема 18 Маски. 61

Тема 19. Маршрутизація у комп'ютерних мережах. 62

1.Способи маршрутизації. 62

2. Проста маршрутизація. 62

3. Табличні методи маршрутизації. 62

4. Динамічна маршрутизація. 62

5. Алгоритми вибору найкоротшого шляху. 62

6. Алгоритм Дейкстри. 62

7. Алгоритм Форда–Фалкерсона. 62

8. Керування мережевим трафіком. 62

9. Рівні керування трафіком. 62

10. Керування трафіком на рівні каналів каналів передачі даних. 62

11. Керування трафіком на мережевому рівні. 63

12. Регулювання інтенсивності вхідного трафіка. 63

Тема 20. Динамічна маршрутизація. 64

1.Дистанційно-векторні протоколи IGP. 64

2. Протоколи стану звязків IGP. 64

3. Протоколи глобальних мереж EGP. 64

Тема 21. Протокол RIP. 65

Тема 22. Протокол OSPF. 66

Тема 23. Протокол BGP. 67

Тема 24 Взаємодія протоколів IGP і EGP. 68

1.Система Quagga. 68

2. Zebra. 68

3. Static redistribution. 68

4. Metrics protocols. 68

Тема 25 Сучасні маршрутизатори та їх основні характеристики. 69

1.Пристрої Cisco. 69

2. Пристрої Juniper. 69

3. Пристрої D-link. 69

4. Пристрої H3C. 69

Тема 26. Пристрої для дому та малих офісів. 70

Тема 27. Пристрої віртуальних приватних мереж. 71

Підтема 28. Мережева технологія MPLS. 72

Тема 29. Брандмауери та файєрволи. 73

1.Фільтрація пакетів і потоків. 73

2. Міжмережевий екран. 73

Література. 76

 

Тема 1. Вступ до мережних технологій.

1. Історія розвитку комп’ютерних мереж. 2. Стандартизація комп’ютерних мереж. 3. Основні поняття.

 

Тема 2. Еталонна модель взаємодії відкритих систем.

1.Рівнева архітектура. 2.Організація і функції рівнів. Особливості еталонної моделі локальної мережі.

 

Рівнева архітектура.

В основу еталонної моделі OSI покладено концепцію багаторівневої організації протоколів. Істотною особливістю моделі взаємодії відкритих систем є розробка і використання єдиного підходу до організації протоколів та інтерфейсів різних рівнів. Згідно з цією концепцією кожному рівню ставиться у відповідність набір певних функцій, пов’язаних з вирішенням конкретного завдання з організації взаємодії відкритих систем. Нумерація рівнів здійснюється відносно фізичних засобів з’єднання, тобто перший номер присвоюється фізичному, а найбільший — прикладному рівню. Кожний рівень з меншим номером вважається допоміжним для суміжного з ним вищого рівня і надає йому певний набір послуг, який називається сервісом. Отже, функції кожного рівня можуть реалізовуватися різними апаратними і програмними засобами. Основною умовою при цьому є те, що взаємодія між будь-якими суміжними рівнями має чітко визначатися, тобто здійснюватися через фіксовані точки доступу за допомогою стандартного міжрівневого інтерфейсу (рис. 1.7). Точка доступу є портом, в якому об’єкт N-го рівня надає послуги (N+1)-му рівню. Ця достатньо важлива умова визначає можливість зміни протоколів окремих рівнів без зміни системи в цілому, що є однією з основних умов побудови відкритих систем. Зауважимо, що у разі програмної реалізації міжрівневого інтерфейсу портами є адреси, за якими заносяться міжрівневі повідомлення.

 

 

Рис. 1.7. Взаємодія об’єктів та послуг,

де: МІ - міжрівневий інтерфейс

 

У свою чергу, взаємодія об’єктів (як правило, програм) однойменних рівнів різних систем визначається протоколами відповідного рівня, проте і в цьому разі обмін даними здійснюється через міжрівневі інтерфейси всередині кожної з систем, а між ними — через канали передачі даних. Структурною одиницею інформації, що передається між рівнями, є так званий протокольний блок даних (рис. 1.8).

 

 

Рис. 1.8. Структура протокольного блоку даних N-рівня

 

Він складається з керуючого поля, яке називається заголовком, і поля даних. Заголовок N-го блоку містить керуючу інформацію, сформовану на N-му рівні (рис. 1.9). Вміст поля даних N-го рівня являє собою блок даних (N+1)-го рівня. Так формується вкладена структура: протокольні блоки даних, починаючи з верхнього рівня, вкладаються один в одного. При передачі інформації в зворотному напрямку відбувається процедура «розпакування» блоків.

Під час побудови будь-якої багаторівневої структури виникає потреба визначення оптимальної кількості її рівнів. Зокрема, при розробці еталонної моделі OSI кількість її рівнів визначалася, виходячи з таких міркувань:

· розбивка на рівні має максимально відображати логічну структуру комп’ютерної мережі;

· міжрівневі межі мають визначатися так, щоб забезпечити мінімальну кількість і простоту міжрівневих зв’язків;

· велика кількість рівнів, з одного боку, спрощує внесення змін у систему, а з іншого — збільшує кількість міжрівневих протоколів і ускладнює опис моделі в цілому.

 

Рис. 1.9. Схема формування протокольного блоку даних

 

З урахуванням цього ISO для комп’ютерних мереж була запропонована семирівнева модель OSI (рис. 1.10).

 

Рисунок 1.10. Еталонна модель OSI

 

Основним, з точки зору користувача, є прикладний рівень. Цей рівень забезпечує виконання прикладних процесів користувачів і визначає семантику, тобто змістову складову інформації, якою обмінюються відкриті системи в процесі взаємодії. З цією метою прикладний рівень, крім протоколів взаємодії прикладних процесів, підтримує протоколи передачі файлів, віртуального термінала, електронної пошти тощо.

Шостий рівень має назву представницький. Він визначає єдиний для всіх відкритих систем синтаксис інформації, що передається. Необхідність цього рівня зумовлена різною формою подання інформації в мережі передачі даних та комп’ютерах. Цей рівень відіграє важливу роль у забезпеченні «відкритості» систем, завдяки чому системи можуть «спілкуватися» між собою незалежно від їхньої внутрішньої мови.

П’ятий рівень називається сеансовим, тому що основним його призначенням є організація сеансів зв’язку між прикладними процесами в різних абонентських системах. На цьому рівні створюються порти для прийому і передачі повідомлень і організуються з’єднання — логічні канали між процесами. Необхідність протоколів цього рівня зумовлюється відносною складністю мережі передачі даних і прагненням забезпечити високу надійність передачі інформації.

Четвертий, транспортний, рівень (рівень наскрізної передачі) забезпечує передачу даних між двома взаємодіючими відкритими системами та зв’язок абонентів мережі з системою передачі даних. На цьому рівні визначається правило взаємодії абонентських систем — відправника й одержувача даних, організовується і підтримується логічний канал (транспортне з’єднання) між абонентами.

Третій, мережевий, рівень забезпечує маршрутизацію інформації і керування мережею передачі даних. На відміну від попередніх, цей рівень більшою мірою орієнтований на мережу передачі даних. Тут вирішуються питання, пов’язані з управлінням мережею передачі даних, у тому числі маршрутизація і керування інформаційними потоками.

Другий, канальний, рівень забезпечує функціональні і процедурні засоби для встановлення, підтримки і розриву з’єднань на рівні каналів передачі даних. Процедури канального рівня забезпечують виявлення і, можливо, виправлення помилок, що виникають на фізичному рівні.

Перший, фізичний,рівень забезпечує механічні, електричні, функціональні і процедурні засоби організації фізичних з’єднань при передачі послідовності бітів даних між об’єктами.

Чотири нижніх рівні утворюють транспортну службу комп’ютерної мережі, яка забезпечує передачу («транспортування») інформації між абонентськими системами, звільняючи від цих завдань вищі рівні. У свою чергу, три верхніх рівні, які підтримують логічну взаємодію прикладних процесів, функціонально об’єднуються в абонентську службу.

Простого перерахування рівнів недостатньо для визначення правил взаємодії систем, тому еталонною моделлю також визначаються сервіси, які мають забезпечувати її рівні. Послуги — це, по суті, функції, що виконуються на заданому рівні.

Зокрема, фізичний рівень забезпечує такі види послуг:

· встановлення та ідентифікацію фізичних з’єднань;

· організацію послідовної передачі бітів інформації;

· повідомлення про закінчення сеансу зв’язку.

Канальний рівень забезпечує:

· організацію необхідної послідовності та передачу блоків даних;

· керування потоками між суміжними вузлами;

· ідентифікацію кінцевих пунктів канальних з’єднань;

· виявлення і виправлення помилок;

· повідомлення про помилки, не виправлені на канальному рівні.

Основними сервісами мережевого рівня є:

· ідентифікація кінцевих точок мережевих з’єднань;

· організація мережевих з’єднань;

· керування потоками блоків даних;

· забезпечення послідовності доставки блоків даних;

· виявлення помилок і формування повідомлень про них;

· розрив мережевих з’єднань.

Транспортний рівень забезпечує такі види сервісів:

· встановлення і розрив транспортних з’єднань;

· формування блоків даних;

· забезпечення взаємодії сеансових з’єднань з транспортними;

· керування послідовністю передачі блоків даних;

· забезпечення цілісності блоків даних під час їх передачі;

· виявлення та усунення помилок, повідомлення про невиправлені помилки;

· призначення блокам пріоритетів передачі;

· передача підтверджень про прийняті блоки;

· ліквідація безвихідних ситуацій.

На сеансовому рівні надаються такі сервіси:

· обслуговування сеансів обміну і забезпечення передачі даних у діалоговому режимі;

· встановлення сеансового з’єднання;

· керування обміном даними;

· синхронізація сеансового з’єднання;

· повідомлення про виняткові ситуації;

· відображення на транспортний рівень сеансового з’єднання;

· завершення сеансового з’єднання.

Представницький рівень забезпечує такі види сервісів:

· вибір форми подання даних;

· інтерпретація і надання даним вигляду, зручного для прикладних процесів;

· перетворення синтаксису даних;

· формування даних.

Прикладний рівень забезпечує широкий набір сервісів:

· керування терміналами і файлами;

· керування діалогом і задачами;

· керування мережею в цілому;

· забезпечення цілісності інформації та надання деяких додаткових сервісів.

До додаткових сервісів цього рівня належать сервіси з організації електронної пошти, передачі масивів повідомлень тощо. Сервіси різних рівнів визначаються за допомогою протоколів еталонної моделі OSI, тобто правилами взаємодії об’єктів однойменних рівнів відкритих систем. Як правило, кожна з мережевих служб включає до свого складу кілька протоколів. Набір протоколів, що визначає конкретну мережеву службу, отримав назву стека протоколів.

Відповідно до семирівневої моделі OSI вводиться сім типів протоколів, що називаються так само, як і рівні. При цьому за функціональним призначенням всі протоколи доцільно поділити на три групи.

До першої групи належать протоколи абонентської служби, щовідповідають прикладному, представницькому і сеансовому рівням моделі взаємодії відкритих систем. Протоколи цієї групи є незалежними від мережі, тобто їхні характеристики і структура не залежать від використовуваної мережі передачі даних. Вони визначаються лише структурою абонентських систем і функціями обробки інформації. Друга і третя групи протоколів описують транспортну службу комп’ютерної мережі і різняться між собою процедурою доступу середовища передачі: друга група визначає систему передачі даних з маршрутизацією інформації, а третя — селекцію інформації.

Маршрутизація означає процедуру визначення шляху передачі інформації в мережах передачі даних і є характерною для глобальних і регіональних комп’ютерних мереж, у рамках яких і розглядається відповідна група протоколів.

Селекцією в комп’ютерних мережах називається процес вибору чергової абонентської системи для підключення її до мережі передачі даних з метою обміну інформацією. Селекція інформації в основному використовується в системах передачі даних локальних комп’ютерних мереж, де і розглядається третя група протоколів.

 

Коаксіальний кабель

Коаксіальний кабель (рис. 2.1) являє собою двопровідну лінію зв’язку, причому один провідник (центральний) міститься всередині іншого.

 

 

Рис. 2.1. Коаксіальний кабель

 

Центральний і зовнішній провідники відокремлені один від одного ізоляцією. Центральним провідником може бути одножильний або багатожильний мідний провід. Кабель з багатожильним проводом більш гнучкий і надійний, проте вартість його є вищою. Зовнішній провідник має вигляд циліндра, сплетеного з мідного проводу. Зовнішня оболонка кабелю виконується з полівінілхлориду або флуорополімеру. Завдяки невисокій вартості та гнучкості полівінілхлорид широко використовується в коаксіальних кабелях. Кабель з полівінілхлоридною оболонкою застосовується в основному на відкритих або легкодоступних ділянках. Оскільки продукти горіння полівінілхлориду є отруйними, кабель на його основі не можна прокладати у закритих стельових каналах. Для цього використовується кабель на основі флуорополімеру. Цей кабель сертифікований на вогнестійкість і у разі загоряння виділяє незначну кількість смол. Проте такий кабель менш гнучкий і більш дорогий.

Щоб досягнути максимального рівня сигналу, довжина сегмента коаксіального кабелю має бути кратною довжині хвилі сигналу, що передається.

Коаксіальний кабель, за допомогою якого можна передавати інформацію у досить великому частотному діапазоні, називається широкосмуговим. Він може використовуватись як для одноканальної, так і для багатоканальної передачі. У режимі багатоканальної роботи у межах одного фізичного середовища передачі створюється кілька каналів передачі даних, наприклад, завдяки поділу частотного діапазону на окремі піддіапазони.

У комп’ютерних мережах використовуються коаксіальні кабелі з різним хвильовим опором (50...120 Ом), проте перевага віддається кабелю, хвильовий опір якого становить 50 Ом. Значення хвильового опору кабелю має відповідати параметрам, зазначеним у технічних умовах на конкретну мережу.

Вита пара

Вита пара являє собою два скручених проводи (рис. 2.2). Як провідник використовується мідний одножильний (рис. 2.2а) або багатожильний (рис. 2.2б) скручений дріт. Вартість одножильного кабелю є меншою, проте багатожильний кабель є більш надійним і зручним під час монтажу кабельних з’єднань. Загалом вартість кабелю на основі витої пари проводів менша за вартість коаксіального кабелю.

Покращення технології виготовлення кабелю для витих пар дало змогу значно поліпшити їхні електричні параметри і наблизити їх (а іноді й перевищити) до відповідних параметрів коаксіального кабелю.

 

 

Рис. 2.2. Вита пара провідників

 

За рівнем екранування виті пари діляться на неекрановані та екрановані. Екрановані виті пари характеризуються більш високими електричними параметрами. Вони мають виконану з фольги екрануючу ізоляцію для запобігання електромагнітним перешкодам (рис. 2.3).

 

 

Рис. 2.3. Екранована вита пара провідників

Існує кілька типів кабелю з витими парами проводів. Кабелі можуть містити чотири пари провідників або являти собою джгути із 25 і більше пар, що поміщаються у пластмасову оболонку (рис. 2.4).

 

 

 

Рис. 2.4. Чотирьохпарний неекранований кабель

 

У разі використання екранованого кабелю (рис. 2.5) додається загальний екран.

 

 

Рис. 2.5. Екранований чотирьохпарний кабель

 

Хвильовий опір неекранованого кабелю, як правило, дорівнює 100 Ом, а екранованого — 150 Ом.

Кожен тип кабелю має кілька категорій. Наприклад, для неекранованого кабелю з чотирьох витих пар, що достатньо широко використовується в локальних мережах, визначені категорії з номерами 3, 4, 5. Основне розходження між категоріями полягає в частотних характеристиках. Так неекранований кабель категорії 3 — це стандартний телефонний кабель зі смугою частот у 16 МГц, кабель категорії 4 забезпечує смугу пропускання у 20 МГц, а кабель категорії 5 — у 100 МГц. Залежно від категорії кабелю визначається максимально допустима довжина сегмента кабелю між двома активними пристроями, наприклад, між робочою станцією і концентратором. Для кабелю категорії 3 довжина сегмента не повинна перевищувати 100 м. Кабелі вищих категорій можуть забезпечувати зв’язок на великі відстані, зокрема, кабель категорії 5 забезпечує зв’язок на відстані до 150 м.

Екрановані кабелі мають вищі параметри передачі сигналів. Для цього типу кабелів визначені основні категорії — 1, 2, 6 і 9 та типи — 1А, 2А, 6А і 9А, орієнтовані на частоту передачі до 300 МГц.

Впровадження високошвидкісних мережевих технологій, таких як Gigabit Ethernet, з швидкістю передачі більшою ніж 1000Мбіт/с привело до розробки нових категорій кабелю на основі витої пари. Додатково до стандарту на кабель 5 категорії був розроблений стандарт «Специфікація характеристик передачі для чотирьохпарного кабелю – додаток 5», який визначив кабель категорії 5е (Enhanced Category 5). Даний кабель забезпечує передачу до 250 Мбіт/с. Для неекранованої витої пари розроблена специфікація на кабель категорії 6 з частотою передачі до 200МГц. Для екранованої витої пари розроблена специфікація на кабель категорії 7 з частотою передачі до 200МГц.

Стандартним також є розподіл контактів і кольорове маркування проводів. На рис. 2.6 показано стандартний розподіл контактів між парами проводів чотирипарного неекранованого кабелю. Перша пара провідників маркується білим і синім кольорами, друга пара — жовтогарячим і білим, третя — зеленим і білим, четверта — коричневим і білим. Більше того, для мереж стандартних типів закріплені певні пари провідників і розподіл контактів. Так для мережі Token Ring використовуються перша і третя пари, для мережі 10Base T — друга і третя, у мережі 100VG AnyLAN можуть використовуватися всі чотири типи витих пар.

 

 

Рис. 2.6. Розподіл контактів між витими парами

 

Підключення робочих станцій до середовища передавачі за допомогою витих пар з тонкого коаксіального кабелю здійснюється через роз’єм RJ-45.

Оптоволоконний кабель

Найперспективнішим середовищем передачі, яке забезпечує швидкість передачі інформації понад 40 Гбіт/с на відстані 100 км без підсилювачів, є оптоволоконний кабель. Існує два різновиди оптоволоконного кабелю: перший з них — полегшений, другий — посилений (зображені на рис. 2.7).

У якості середовища передачі в оптоволоконному кабелі використовується оптичне волокно (світловод), що являє собою тонку скляну або пластмасову нитку завтовшки 8,3...100мк. Світловод покритий скляною оболонкою, коефіцієнт відбиття якої інший, ніж у світловоду. Скляна оболонка відбиває світло, спрямовуючи його вздовж світловоду. Між оболонкою світловоду і зовнішньою пластиковою оболонкою може вміщатися рідкий гель (полегшений кабель) або посилюючі жили (посилений кабель). Внутрішня скляна оболонка забезпечує необхідну жорсткість і стійкість до розривів, перегрівання і переохолодження. Гель і посилюючі жили забезпечують додатковий захист від механічного впливу та впливу навколишнього середовища. Кабель може містити одне світлопровідне волокно, але зазвичай їх декілька.

 

 

Рис.2.7. Різновиди оптоволоконного кабелю

 

Сигнал може поширюватись оптичним волокном у вигляді досить тонкого пучка світла (рис. 2.8) або кількох пучків світла (рис. 2.9).

 

 

Рис.2.8. Поширення світлового сигналу в одномодовому кабелі

 

 

 

Рис. 2.9. Поширення світлового сигналу в багатомодовому кабелі

 

У першому випадку йдеться про одномодовий кабель, у другому — про багатомодовий. Світловод одномодового кабелю значно тонший за світловод багатомодового кабелю. Сигнал в одномодовому кабелі генерується за допомогою лазерного джерела світла. Вибір лазерного діода, який може перемикатися з частотою у декілька тисяч мегагерц, за джерело світла забезпечує досить високу швидкість передачі цифрових сигналів.

Джерелом сигналу у багатомодовому кабелі є світлодіод, що істотно знижує вартість апаратури передачі. У багатомодовому кабелі світлові пучки розглядаються одержувачем як один імпульс. Враховуючи, що кожний пучок світла в багатомодовому кабелі поширюється своїм шляхом, час одержання їх адресатом різний. Унаслідок цього збільшується тривалість імпульсу і, відповідно, знижується можлива швидкість передачі сигналу.

Оптоволоконні кабелі відрізняються діаметром світловода та оболонки і способом передачі сигналу (одно- і багатомодові).

Найпоширенішими є такі типи кабелю:

з 8,3мк світловодом / 125мк оболонкою, одномодовий;

з 50мк світловодом / 125мк оболонкою, багатомодовий;

з 62,5мк світловодом / 125мк оболонкою, багатомодовий;

з 100мк світловодом / 125мк оболонкою, багатомодовий.

Основним стандартним співвідношенням номінальних діаметрів світловода і прошарку, що його оточує, вважається співвідношення 62,5мк/125 мк.

Вартість оптоволоконного устаткування та його монтажу значно вища порівняно з іншими видами мережного устаткування. З цієї причини оптоволоконний кабель використовується в основному в мережах, розташованих на великих територіях, за наявності високого рівня електромагнітних завад, а також з метою захисту від несанкціонованого знімання інформації з передавального середовища.

Для підключення мережних пристроїв до оптоволоконного кабелю використовуються роз’єми типу MIC, SC або ST (рис. 2.10).

 

 

Рис. 2.10. Роз'єми типу MIC, SC і ST

 

 

З’єднання типу точка-точка.

 

Багатоточкові з’єднання.

 

Широкомовні з’єднання.

 

Зіркоподібні мережі.

 

Мережі з шинною топологією.

 

Кільцеві мережі.

 

Тема 5. Стандарт IEEE 802

1.Стандарт IEEE 802.1 LAN, MAN, WAN, MAC, LLC 2. Стандарт IEEE 802.2 LLC. 3. Стандарт IEEE 802.3 Ethernet. 4. Стандарт IEEE 802.4 ArcNet 5. Стандарт IEEE 802.5 Token Ring. 6. Стандарт IEEE 802.11 WiFi.

 

Стандарт IEEE 802.2 LLC.

LLC-підрівень займається контролем синхронізації кадрів, контролем потоку і виявленням помилок передачі. Тут доречно зауважити, що перераховані функції LLC-підрівня реалізуються далеко не завжди, навіть для того ж самого протоколу.

При цьому мережа, починаючи з підрівня LLC і вище, взагалі "не знає", яка середу передачі використовується.

В основу протоколу LLC покладений протокол HDLC (High-level Data Link Control Procedure), що широко використовується в територіальних мережах.

Три типи процедур рівня LLC.

У відповідності зі стандартом 802.2 рівень керування логічним каналом LLC надає верхнім рівням три типи процедур:

• LLC1 - сервіс без установлення з'єднання й без підтвердження;
• LLC2 - сервіс із установленням з'єднання й підтвердженням;
• LLC3 - сервіс без установлення з'єднання, але з підтвердженням.

Цей набір процедур є загальним для всіх методів доступу до середовища, певних стандартами 802.3-802.5.

Сервіс без установлення з'єднання й без підтвердження LLC1 дає користувачеві засобу для передачі даних з мінімумом витрат. Звичайно, цей вид сервісу використовується тоді, коли такі функції як відновлення даних після помилок і впорядкування даних виконуються протоколами вищих рівнів, тому немає потреби дублювати їх на рівні LLC.

Сервіс із установленням з'єднань і з підтвердженням LLC2 дає користувачеві можливість установити логічне з'єднання перед початком передачі будь-якого блоку даних і, якщо це потрібно, виконати процедури відновлення після помилок і впорядкування потоку цих блоків у рамках установленого з'єднання. Протокол LLC2 багато в чому аналогічний протоколам сімейства HDLC (LAP-B, LAP-D, LAP-M), які застосовуються в глобальних мережах для забезпечення надійної передачі кадрів на зашумлених лініях.

У деяких випадках (наприклад, при використанні мереж у системах реального часу, керуючих промисловими об'єктами), коли часові витрати встановлення логічного з'єднання перед відправленням даних неприйнятні, а підтвердження коректності приймання переданих даних необхідно, базовий сервіс без установлення з'єднання й без підтвердження не підходить. Для таких випадків передбачений додатковий сервіс, названий сервісом без установлення з'єднання, але з підтвердженням LLC3.

Найчастіше в локальних мережах використовуються протоколи LLC1. Це пояснюється тим, що кабельні канали локальних мереж забезпечують низьку ймовірність спотворень біт і втрати кадрів. Тому, використання підвищувального надійність обміну протоколу LLC2 часто приводить до невиправданої надмірності, що тільки сповільнює загальну пропускну здатність стека комунікаційних протоколів.

 

 

Стандарт IEEE 802.4 ArcNet

 

Стандарт IEEE 802.11 WiFi.

 

 

Метод доступу CSMA/CD

В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD).

Этот метод используется исключительно в сетях с общей шиной (к которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Простота схемы подключения - это один из факторов, определивших успех стандарта Ethernet. Говорят, что кабель, к которому подключены все станции, работает в режиме коллективного доступа (multiply-access,MA).

Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения. Затем кадр передается по кабелю. Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, обрабатывает полученные данные и посылает по кабелю кадр-ответ. Адрес станции-источника также включен в исходный кадр, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ.

При описанном подходе возможна ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общему кабелю (рис. 3). Для уменьшения вероятности этой ситуации непосредственно перед отправкой кадра передающая станция слушает кабель (то есть принимает и анализирует возникающие на нем электрические сигналы), чтобы обнаружить, не передается ли уже по кабелю кадр данных от другой станции. Если опознается несущая (carrier-sense, CS), то станция откладывает передачу своего кадра до окончания чужой передачи, и только потом пытается вновь его передать. Но даже при таком алгоритме две станции одновременно могут решить, что по шине в данный момент времени нет передачи, и начать одновременно передавать свои кадры. Говорят, что при этом происходит коллизия, так как содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле, что приводит к искажению информации.

Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии (collision detection, CD). Для увеличения вероятности немедленного обнаружения коллизии всеми станциями сети, ситуация коллизии усиливается посылкой в сеть станциями, начавшими передачу своих кадров, специальной последовательности битов, называемой jam-последовательностью.

После обнаружения коллизии передающая станция обязана прекратить передачу и ожидать в течение короткого случайного интервала времени, а затем может снова сделать попытку передачи кадра.

Из описания метода доступа видно, что он носит вероятностный характер, и вероятность успешного получения в свое распоряжение общей среды зависит от загруженности сети, то есть от интенсивности возникновения в станциях потребности передачи кадров. При разработке этого метода предполагалось, что скорость передачи данных в 10 Мб/с очень высока по сравнению с потребностями компьютеров во взаимном обмене данными, поэтому загрузка сети будет всегда небольшой. Это предположение остается часто справедливым и по сей день, однако уже появились приложения, работающие в реальном масштабе времени с мультимедийной информацией, для которых требуются гораздо более высокие скорости передачи данных. Поэтому наряду с классическим Ethernet'ом растет потребность и в новых высокоскоростных технологиях.

Метод CSMA/CD определяет основные временные и логические соотношения, гарантирующие корректную работу всех станций в сети:

• Между двумя последовательно передаваемыми по общей шине кадрами информации должна выдерживаться пауза в 9.6 мкс; эта пауза нужна для приведения в исходное состояние сетевых адаптеров узлов, а также для предотвращения монопольного захвата среды передачи данных одной станцией.
• При обнаружении коллизии (условия ее обнаружения зависят от применяемой физической среды) станция выдает в среду специальную 32-х битную последовательность (jam-последовательность), усиливающую явление коллизии для более надежного распознавания ее всеми узлами сети.
• После обнаружения коллизии каждый узел, который передавал кадр и столкнулся с коллизией, после некоторой задержки пытается повторно передать свой кадр. Узел делает максимально 16 попыток передачи этого кадра информации, после чего отказывается от его передачи. Величина задержки выбирается как равномерно распределенное случайное число из интервала, длина которого экспоненциально увеличивается с каждой попыткой. Такой алгоритм выбора величины задержки снижает вероятность коллизий и уменьшает интенсивность выдачи кадров в сеть при ее высокой загрузке.

Рисунок 3 - Схема возникновения коллизии в методе случайного доступа CSMA/CD
(t_p - задержка распространения сигнала между станциями A и B)

 

Четкое распознавание коллизий всеми станциями сети является необходимым условием корректной работы сети Ethernet. Если какая-либо передающая станция не распознает коллизию и решит, что кадр данных ею передан верно, то этот кадр данных будет утерян, так как информация кадра исказится из-за наложения сигналов при коллизии, он будет отбракован принимающей станцией (скорее всего из-за несовпадения контрольной суммы). Конечно, скорее всего искаженная информация будет повторно передана каким-либо протоколом верхнего уровня, например, транспортным или прикладным, работающим с установлением соединения и нумерацией своих сообщений. Но повторная передача сообщения протоколами верхних уровней произойдет через гораздо более длительный интервал времени (десятки секунд) по сравнению с микросекундными интервалами, которыми оперирует протокол Ethernet. Поэтому, если коллизии не будут надежно распознаваться узлами сети Ethernet, то это приведет к заметному снижению полезной пропускной способности данной сети.

Все параметры протокола Ethernet подобраны таким образом, чтобы при нормальной работе узлов сети коллизии всегда четко распознавались. Именно для этого минимальная длина поля данных кадра должна быть не менее 46 байт (что вместе со служебными полями дает минимальную длину кадра в 72 байта или 576 бит). Длина кабельной системы выбирается таким образом, чтобы за время передачи кадра минимальной длины сигнал коллизии успел бы распространиться до самого дальнего узла сети. Поэтому для скорости передачи данных 10 Мб/с, используемой в стандартах Ethernet, максимальное расстояние между двумя любыми узлами сети не должно превышать 2500 метров.

С увеличением скорости передачи кадров, что имеет место в новых стандартах, базирующихся на том же методе доступа CSMA/CD, например, Fast Ethernet, максимальная длина сети уменьшается пропорционально увеличению скорости передачи. В стандарте Fast Ethernet она составляет 210 м, а в гигабитном Ethernet ограничена 25 метрами.

Независимо от реализации физической среды, все сети Ethernet должны удовлетворять двум ограничениям, связанным с методом доступа: