Характеристика лвс. Архитектура, направления развития , модель osi. Структурные элементы лвс. Структура стандарта ieee 802. X

Характеристика ЛВС. Архитектура, направления развития, модель OSI. Структурные Элементы ЛВС. Структура стандарта IEEE 802.x

Основная цель, которую ставили перед собой разработчики первых локальных сетей во второй половине 70-х годов, заключалась в нахождении простого и дешевого решения для объединения в вычислительную сеть нескольких десятков компьютеров, находящихся в пределах одного здания.

Особенности выбора решения:

- Решение должно было быть недорогим;

- Количество узлов невелико;

- Задача интеграции локальных сетей в глобальные сети не была первоочередной.

Практически во всех технологиях 80-х годов использовалась разделяемая среда как удобное и экономичное средство объединения компьютеров на физическом уровне.

С середины 90-х в локальных сетях стали также применяться коммутируемые версии технологий.

Использование коммутации в сетях позволило повысить производительность и масштабируемость локальных сетей.

В коммутируемых локальных сетях могут применяться те же протоколы, что и в локальных сетях на разделяемой среде, но в дуплексном режиме.

Преимуществом коммутируемых локальных сетей является возможность применения разнообразных методов обеспечения QoS, что важно, когда в локальной сети передается трафик реального времени, например, трафик IP-телефонов.

802.1 - Internetworking - объединение сетей;

802.2 - Logical Link Control, LLC - управление логической передачей данных;

802.3 - Ethernet с методом доступа CSMA/CD;

802.4 - Token Bus LAN - локальные сети с методом доступа Token Bus;

802.5 - Token Ring LAN - локальные сети с методом доступа Token Ring;

802.6 - Metropolitan Area Network, MAN - сети мегаполисов;

802.7 - Broadband Technical Advisory Group - техническая консультационная группа по широкополосной передаче;

802,8 - Fiber Optic Technical Advisory Group - техническая консультационная группа по волоконно-оптическим сетям;

802.9 - Integrated Voice and data Networks - интегрированные сети передачи голоса и данных;

802.10 - Network Security - сетевая безопасность;

802.11 - Wireless Networks - беспроводные сети;

802.12 - Demand Priority Access LAN, l00VG-AnyLAN - локальные сети с методом доступа по требованию с приоритетами.

 

Маркерный и маркерно-временной методы доступа FDDI.

Маркерно-временной метод доступа

Маркерно-временной метод доступа определяет, что продолжительность времени удержания маркера зависит от продолжительности промежуточного времени между двумя последними моментами получения свободного маркера, т.е. времени обращения маркера (TD).

В процессе инициализации кольца рабочая станция определяет согласованное время обращения маркера (TD). Протокол гарантирует то, что среднее время обращения за длительный период работы не должно превышать значение TD, а максимальное время не должно быть больше, чем 2TD. Поэтому станции, которые предъявляют жесткие требования к сети, при инициализации выдвигают требования, чтобы предельно-допустимое значение задержки было равным TD. В результате даже при получении свободного маркера и наличии данных для передачи в случае задержки маркера он пропускается дольше с целью получения приемлемого значение времени оборота.

 

VG – AnyLAN

Сеть 100VG-AnyLAN предусматривает сохранение кадров Ethernet и Token Ring и совмещение простого и быстрого Ethernet с жёстким управлением и определённостью стандарта Token Ring с ориентацией на поддержку работы приложений мультимедиа.

Сеть строится по топологии звезда, на основе концентратора подключаются пользователи. Строится 3 уровня каскадирования.

 

Существует несколько видов управляющих сигналов:

Простой – указывает на то, что цикл кругового опроса завершился и отсутствуют не обслуженные пакеты или запросы.

Запрос – указывает на то, что терминальный узел запрашивает у концентратора разрешение на передачу пакета обычного либо высокоприоритетного.

Входящий пакет данных – указывает терминальному узлу на то, что ему можно будет доставить пакет данных.

Молчание – указывает на то, что терминальный узел готов принять данные.

Круговое приоритетное обслуживание – предназначено для концентраторов более низкого уровня и информирует их о том, что они не должны обслуживать запросы с обычным приоритетом, т.к. концентратор верхнего уровня обслуживает запросы с высокими приоритетом

 

 

 

SWitch-технология

Традиционный подход к построению локальных сетей предполагает разнообразного активного оборудования с созданием единой (общей) среды передачи данных и единого домена коллизии.

 

Технология коммутации сегментов Ethernet была предложена фирмой Kalpana в 1990 году. Эта технология основана на отказе от использования разделяемых линий связи на возможностях switch одновременно передавать пакеты между всеми его парами портов.

 

Кроме этого, поводом к созданию технологии коммутации послужили ограничения:

3)максимальная длина сегмента – низкая надежность разделяемой среды передачи данных;

1)максимальное число узлов в сети;

2)ограничения методов доступа.

 

Различают два способа коммутации

ü Коммутация на лету;

ü Коммутация с полной буферизацией.

– прием первых байт кадра

– поиск в таблице адресов номера порта, куда необходимо передать кадр

– коммутация

– прием оставшихся данных

– передача байт кадра выходным портом

Техническая реализация коммутаторов

Алгоритмы STA

Идея STA: исключить замкнутые петли, перевести одну из линий в заблокированную либо резервное состояние.

Алгоритм STA формализует сеть в виде графа, вершинами которого являются коммутаторы и сегменты сети.

Алгоритм STA обеспечивает поиск древовидной топологии связей с единственным путем от каждого коммутатора и от каждого сегмента до некоторого выделенного коммутатора (корня дерева) при минимально возможном расстоянии. Единственность пути гарантирует отсутствие петель, а минимальность расстояния — рациональность маршрутов следования до магистрали коммутатора.

В качестве расстояния в STA используется метрика — это величина, обратно пропорциональная пропускной способности сегмента или так называемое «условное время сегмента».

Вводятся следующие понятия:

Корневой коммутатор (Root Switch), от которого строится дерево, и он может быть выбран автоматически, либо назначен администратором

2 старших конфигурируются вручную, это позволяет администратору “влиять” на автоматический выбор коммутатора. Для каждого определяется корневой порт – это порт, который имеет по сети кратчайшее расстояние до корневого коммутатора.

Для каждого сегмента коммутатора выбирается назначенный порт – это порт который имеет кратчайшее расстояние от данного сегмента до корневого коммутатора.

 

Недостатки алгоритма STA:

Для больших сетей время определения новой активной конфигурации может быть велико.

Spanning Tree Protocol (IEEE 802.1D) и Rapid STP (IEEE 802.1w)

Основной задачей STP является приведение сети Ethernet с множественными связями к древовидной топологии, исключающей циклы пакетов

Rapid STP (RSTP) характеризуется значительными усовершенствованиями STP, среди которых необходимо отметить уменьшение времени сходимости и более высокую устойчивость. Описан в стандарте IEEE 802.1w (впоследствии включен в 802.1D-2004).

Multiple STP (MSTP) является наиболее современной стандартной реализацией STP, учитывающей все достоинства и недостатки предыдущих решений. Описана в стандарте IEEE 802.1s (впоследствии включен в 802.1Q-2003). В отличие от PVST+, в котором число экземпляров связующего дерева (spanning tree) равно числу виртуальных сетей, MSTP предполагает конфигурирование необходимого количества экземпляров вне зависимости от числа виртуальных сетей (VLAN) на коммутаторе. В один экземпляр MST могут входить несколько виртуальных сетей. Однако, все коммутаторы, участвующие в MST, должны иметь одинаково сконфигурированные группы VLAN (MST instances), что ограничивает гибкость при изменении конфигурации сети.

 

Покрывающее дерева STA

Агрегирование каналов ЛВС.

Агрегирование портов используется для объединения некоторого количества портов с целью организации 1 логического канала с высокой пропускной способностью. В этом случает можно активно использовать избыточность связи в локальных сетях, и в отличие от STA, все избыточные связи обстаются в рабочем состоянии, а имеющийся трафик распределяется между нами и целью обеспечения баланса нагрузки.

Несмотря на повышение производительности и надёжности агрегирование портов обладает недостатком, которые заключается в том, что принимается во внимание только связи в рамках транка соединения и полностью игнорируется все, что проходит все этого участка сети. Поэтому в результате взаимодействия одного транкового соединения никак не будет координироваться с работой других транковых соединений.

Поэтому агрегирование каналов необходима применять с алгоритмам STA и для STA транк будет выглядеть как одна связь.

 

 

Gigabit Ethernet

Летом 1996 года было объявлено о создании группы 802.3z для разработки протокола Gigabit Ethernet, максимально подобного Ethernet, но с битовой скоростью 1000 Мбит/с

Среданезависимый интерфейс GMII (gigabit media independent interface) обеспечивает взаимодействие между уровнем MAC и физическим уровнем. GMII интерфейс является расширением интерфейса MII и может поддерживать скорости 10, 100 и 1000 Мбит/с.

 

В GE был принят – минимальный размер кадра (512 байт), что позволило – 5,12 и 200м. И позволяет обеспечить совместимость между FE, GE и E.

 

Среданезависимый интерфейс GMII (gigabit media independent interface) обеспечивает взаимодействие между уровнем MAC и физическим уровнем. GMII интерфейс является расширением интерфейса MII и может поддерживать скорости 10, 100 и 1000 Мбит/с. Он имеет отдельные 8 битные приемник и передатчик, и может поддерживать как полудуплексный, так и дуплексный режимы. Кроме этого, GMII интерфейс несет один сигнал, обеспечивающий синхронизацию (clock signal), и два сигнала состояния линии - первый (в состоянии ON) указывает наличие несущей, а второй (в состоянии ON) говорит об отсутствии коллизий - и еще несколько других сигнальных каналов и питание. Трансиверный модуль, охватывающий физический уровень и обеспечивающий один из физических средазависимых интерфейсов, может подключать например к коммутатору Gigabit Ethernet посредством GMII интерфейса.

 

Подуровень физического кодирования PCS. При подключении интерфейсов группы 1000Base-X, подуровень PCS использует блочное избыточное кодирование 8B10B, заимствованное из стандарта ANSI X3T11 Fibre Channel. Аналогичного рассмотренному стандарту FDDI, только на основе более сложной кодовой таблицы каждые 8 входных битов, предназначенных для передачи на удаленный узел, преобразовываются в 10 битные символы (code groups). Кроме этого в выходном последовательном потоке присутствуют специальные контрольные 10 битные символы. Примером контрольных символов могут служить символы, используемые для расширения носителя (дополняют кадр Gigabit Ethernet до его минимально размера 512 байт). При подключении интерфейса 1000Base-T, подуровень PCS осуществляет специальное помехоустойчивое кодирование, для обеспечения передачи по витой паре UTP Cat.5 на расстояние до 100 метров - линейный код TX/T2, разработанный компанией Level One Communications.

Два сигнала состояния линии - сигнал наличие несущей и сигнал отсутствие коллизий - генерируются этим подуровнем.

Эффект DMD

• Менее удачное волокно, хотя удовлетворяет всем требованиям;

• Менее удачный передатчик;

• Менее удачный ввод сигнала.

Стек

Стандарт 10 Gigabit Ethernet

Ориентиры для 10GBase-T:

• поддержка форматов кадров Ethernet (802.3);

• поддержка автономного согласования на скорости 10, 100, 1000, 10000 Мбит;

• поддержка полнодуплексного режима;

• отказ от распознавания конфликтов;

• использование кабелей с витыми парами.

 

 

Стандарты на CAN сформулированы в двух документах: ISO 11898 и ISO 11519. Действующие стандарты пока распространяются только на два нижних уровня модели OSI/ISO — физический и канальный. Для физического уровня определена среда передачи, рекомендуемые типы соединений и разъемов, скорости передачи данных (10, 20, 50, 100, 250, 500, 800 кбит/с и 1 Мбит/с). На канальном уровне приняты стандарты Standard CAN и Extended CAN, которые определяют форматы сообщений. Логически они идентичны, но различаются числом разрядов в идентификаторе сообщения.

Метод доступа CSMA/BA

Для разделения доступа к носителю в CAN разработан простой и вместе с тем очень надежный механизм доставки сообщений. Следует выделить несколько основополагающих идей этого механизма.

ü Данные предаются квантованными сообщениями стандартного формата (телеграммами), поэтому исключаются все обычные сложности, присущие пакетной передаче с переменной длиной пакетов. Каждое сообщение включает только одно значение некоторого физического параметра, например, скорость вращения вала или температуру жидкости, назовем это типом сообщения, и идентификатор типа.

ü Носитель интерпретируется как эфир, в котором контроллеры (станции) работают как приемники и передатчики

ü Априорно предполагается, что количество станций и количество разных типов сообщений относительно невелики; в конечном счете, они ограничены технологической сложностью объекта управления. При таком допущении можно построить безадресную и абсолютно децентрализованную систему, где ни один передатчик не связан в своей работе с другими. Иными словами, имеет место, на первый взгляд, полная анархия, каждый котроллер пытается передать данные тогда, когда считает это необходимым, заботясь вовсе не о том, кто будет приемником. Его задача — передать. Поэтому все приемники вынуждены принимать все сообщения и отбирать по идентификатору только те, которые соответствуют их функциональной задаче. Скажем, система управления зажиганием принимает сообщения о скорости вращения двигателя и игнорирует данные о работе кондиционера.

 

19. PowerLine или PLC – это семейства технологий связи, которые основываются на использовании существующей сети электропроводки 120В и 220В в качестве физической среды распространения информации.

Различают 3 варианта:

• низкоскоростной обмен со скоростью до 0,05 кбит/с и дальностью передачи до нескольких десятков километров.

• обмен со средней скоростью от 0,05 до 50 кбит/с на расстоянии до нескольких километров.

• высокоскоростной обмен 100 Кбит/с. Предназначен для ЛВС на расстоянии до нескольких сотен метров.

Power over Ethernet

(Вариант А), питание подается через пары данных (контакты 1,2 и 3,6).

Использование высокочастотных трансформаторов на обоих концах линии с центральным отводом от обмоток.
Постоянное напряжение питания подается на центральные отводы вторичных обмоток этих трансформаторов, и так же с центральных отводов снимается на приемной стороне. Использование центральных отводов сигнальных трансформаторов позволяет без взаимного влияния, передавать по одной паре проводов и высокочастотные данные и постоянное напряжение питания

(Вариант B), на неиспользуемые пары в кабеле (контакты 4,5 и 7,8).

Использование свободных пар для подключения питания. Современные кабельные сети Ethernet, соответствующие стандарту 100Base-TX, состоят из четырех пар, две из которых не задействованы.

 

 

Fibre Channel.iSCSI

Fibre Channel-семейство протоколов для высокоскоростной передачи данных.

Fibre Channel сочетает в себе все преимущества канальных и сетевых технологий.

Быстродействие сетей Fibre Channel составляет n х 100Мбайт/с при длинах канала 10 км и более. Предельная скорость передачи составляет 4,25 Гбод. В качестве транспортной среды может использоваться одномодовое или мультимодовое оптическое волокно. Допускается применение медного коаксиального кабеля и скрученных пар (при скоростях до 200 Мбайт/с).

Fibre Channel имеет шесть независимых классов услуг (каждый класс представляет определенную стратегию обмена информацией), которые облегчают решать широкий диапазон прикладных задач

Любое устройство, которое имеет возможность обмениваться данными на основе Fibre Channel, называется N-Port (или узел). Множество связанных N-Port’ов образуют среду распространения сигнала в канале Fibre Channel.

Стек протоколов Fibre Channel.

FC-0 определяет физические характеристики интерфейса и среды, включая кабели, разъемы, драйверы, передатчики и приемники. Для снижения задержек и уменьшения перепадов в сети идет постоянная и равномерная передача и прием сигналов. Кроме этого передается с постоянным чередованием 0 или 1 сигнал вне зависимости от присутствия в нем полезных данных.

FC-1 определяет метод кодирования, декодирования (8В/10В) и определяет протокол передачи данных и синхронизирующей информации. Используются методы повышения достоверности (BER = 10^-12).

FC-0 и FC-1 образуют физический слой.

FC-2 определяет правила сигнального протокола, классы услуг, топологию, методику сегментации, задает формат кадра и описывает передачу информационных кадров.

Формат кадра

Типы топологии вычислительной сети Fibre Channel

iSCSI (Internet Small Computer System Interface) — это протокол, который базируется на TCP/IP и разработан для установления взаимодействия и управления системами хранения данных, серверами и клиентами.

iSCSI протокол выполняет контроль передачи данных, обеспечивает подтверждение достоверности передачи ввода/вывода через одно или несколько соединений.

Технологию iSCSI можно свести к четырем базисным составляющим.

• Управление именами и адресами (iSCSI Address and Naming Conventions).

• Управление сеансом (iSCSI Session Management).

• Обработка ошибок (iSCSI Error Handling).

• Обеспечение безопасности (iSCSI Security).

 

21.Сети хранения SAN&NAS.

SAN-память – основная идея заключается в разделении сети при передаче данных между системами хранения и серверами приложений от сети, обслуживающей пользователя. При применении SAN архитектуры устанавливается прямое соединение между гетерогенными устройствами хранения данных и серверами, и, вследствие этого, реализуется высокоскоростное перемещение данных между пулом устройств хранения данных и пользователями. SAN архитектура обеспечивает выделение сети хранения данных, разъединяя связь между сервером приложений и устройствами хранения данных. При использовании SAN-памяти множество серверов соединяется с множеством устройств хранения данных через вторичную сеть, работающую параллельно с существующей ЛВС. Общим местом двух сетей являются серверы. Т. е., применение SAN архитектуры позволяет разделять системы хранения данных между множеством приложений и различными пользователями.

 

Конечной целью использования SAN архитектуры является уменьшение сложности администрирования системами хранения данных как в одной сети, так и в случае присоединения гетерогенной сети компьютеров. Кроме того, максимально уменьшается вмешательство человека в работу систем хранения данных.

SAN-память обладает хорошей масштабируемостью. Это обстоятельство позволяет добавлять системы хранения данных по требованию, без воздействия на реальные приложения, обслуживаемые ими.

 

Для небольших предприятий SAN-память может быть не совсем подходящим решением в длительной перспективе. Основной проблемой в данном случае является то, что SAN-память базируется на технологии Fibre Channel (естественно, отличающейся от технологии Ethernet, распространенной в ЛВС небольших предприятий). Поэтому для компаний малого размера, устанавливающих у себя SAN-память, требуется дополнительное умение управления сетью. Оно необходимо также и при миграции на SAN-память для уменьшения стоимости администрирования.

Принцип работы SAN

1. 1.Пользователь посылает свой файл на хранение.

2. Вместо того, чтобы хранить данные на собственном диске сервер посылает их в сеть хранения, где сетевые устройства, оптимизированные для обработки задач хранения,

направляют файл на соответствующие устройство хранения.

3. Файл сохраняется на устройстве, где есть больше всего свободного места. Также файл может быть автоматически зеркалирован, либо дуплексирован.

 

NAS-память является ничем иным, как кэширующим сервером

Оно позволяет более эффективно использовать пропускную способность сети, обеспечивая ее более равномерную загрузку. NAS-память обеспечивает частичное решение проблемы ускорения доступа к данным. В состав этого решения входят устройства, иногда называемые тонкими серверами. Они предназначены для обеспечения доступа и управления устройствами хранения данных по поручению других серверов или непосредственно конечных пользователей. NAS-память снимает функции осуществления доступа и управления доступом к данным с серверов приложений. Кроме того, NAS-память независима от ОС, поэтому через нее может производиться хостинг данных по поручению всех пользователей сети.

Недостатки: NAS-память соединена с ЛВС. Это значит, что в ЛВС существует такая проблема, как транзит данных между NAS-сервером и серверами приложений.

Главным преимуществом NAS-решений является оперативное решение проблем хранения данных для существующих ЛВС. Однако применение NAS-памяти, скорее всего, является тактическим подходом к решению проблем хранения данных, чем стратегическим

 

Характеристика ЛВС. Архитектура, направления развития, модель OSI. Структурные Элементы ЛВС. Структура стандарта IEEE 802.x

Основная цель, которую ставили перед собой разработчики первых локальных сетей во второй половине 70-х годов, заключалась в нахождении простого и дешевого решения для объединения в вычислительную сеть нескольких десятков компьютеров, находящихся в пределах одного здания.

Особенности выбора решения:

- Решение должно было быть недорогим;

- Количество узлов невелико;

- Задача интеграции локальных сетей в глобальные сети не была первоочередной.

Практически во всех технологиях 80-х годов использовалась разделяемая среда как удобное и экономичное средство объединения компьютеров на физическом уровне.

С середины 90-х в локальных сетях стали также применяться коммутируемые версии технологий.

Использование коммутации в сетях позволило повысить производительность и масштабируемость локальных сетей.

В коммутируемых локальных сетях могут применяться те же протоколы, что и в локальных сетях на разделяемой среде, но в дуплексном режиме.

Преимуществом коммутируемых локальных сетей является возможность применения разнообразных методов обеспечения QoS, что важно, когда в локальной сети передается трафик реального времени, например, трафик IP-телефонов.

802.1 - Internetworking - объединение сетей;

802.2 - Logical Link Control, LLC - управление логической передачей данных;

802.3 - Ethernet с методом доступа CSMA/CD;

802.4 - Token Bus LAN - локальные сети с методом доступа Token Bus;

802.5 - Token Ring LAN - локальные сети с методом доступа Token Ring;

802.6 - Metropolitan Area Network, MAN - сети мегаполисов;

802.7 - Broadband Technical Advisory Group - техническая консультационная группа по широкополосной передаче;

802,8 - Fiber Optic Technical Advisory Group - техническая консультационная группа по волоконно-оптическим сетям;

802.9 - Integrated Voice and data Networks - интегрированные сети передачи голоса и данных;

802.10 - Network Security - сетевая безопасность;

802.11 - Wireless Networks - беспроводные сети;

802.12 - Demand Priority Access LAN, l00VG-AnyLAN - локальные сети с методом доступа по требованию с приоритетами.