Лекции по информационным сетям

Категория 3: полоса частот до 16 мГц, 9 витков на 1 метр, волновое сопротивление 100 Ом, когда то был самым распространенным кабелем для LAN.

Категория 4: полоса частот до 20мГц, практически не отличается от категории 3.

Категория 5: полоса частот до 100 мГц, не менее 27 витков на метр, волновое сопротивлении 100 Ом. (Cat 5 и Cat 5E)

 

Коаксиальный  кабель

Это электрический  кабели, состоящий из центрального медного провода и металлической  оплетки (экрана), который разделяется  слоем диэлектрика (внутренняя изоляция) и помещен в общую внешнюю  оболочку.

Когда то был  очень популярен при построении LAN Ethernet.

«+»

- высокая помехозащищенность;

- более широкая, чем у витых пар полоса пропускания, свыше 1ГГц

- большее допустимое расстояние передачи до 1 км.

«-»

- сложность  монтажа

- стоимость

- сложность  установки разъемов

 

Оптоволоконный кабель

Используется  не электрический, а световой сигнал.

Иногда используется металлическая оплетка для механической защиты – броневой кабель.

«+»

- отличные характеристики помехозащищенности и секретности (не могут электромагнитные помехи исказить световой сигнал); разрушается при контактном методе прослушивания;

- слабое затухание сигнала; световой сигнал проходит до 10-ков км.

 

«-»

- высокая сложность монтажа (точность сварки или склейки);

- необходимо использовать специальные приемники и передатчики – медиаконвертеры (или имеет соответствующие интерфейсы) для преобразования электрических сигналов в световые и обратно;

- менее прочен и гибок (10-20 см допустимый радиус изгиба); чувствителен к механическим растяжениям;

- чувствителен к ионизирующему излучению – снижается прозрачность стекловолокна;

- чувствителен к резким перепадам температур.

 

Виды  оптоволоконного кабеля:

- Многомодовый (мультимодовый); более дешевый, но  менее качественный

- Одномодовый,  более дорогой.

 

Бескабельные  каналы связи

«+» 

- не требуют  прокладки кабелей;

- обеспечиваю  мобильность рабочей станции.

«-» - слабая помехозащищенность и секретность

Радиоканал – передача осуществляется по радиоволнам

Есть проблема совместимости с другими источниками  радиоволн.

Wi-Fi, WiMAX

 

Инфракрасный  канал

Инфракрасное  излучение

Не чувствителен к электромагнитным волнам

- каналы прямой  видимости

- каналы на  рассеянном излучении

 

 

Виды топологий. 
Методы доступа к среде передачи данных.

 

Топология – это способ организации связей между взаимодействующими узлами в сети.

Топология – это конфигурация графа, вершинами которого являются компьютеры и другое сетевое оборудование, а ребрами – связи между ними.

 

Виды топологий:

- физическая  – определяет способ организации  физических связей (подключений)

- логическая  – описывает маршруты передачи  данных по физическим соединениям.

 

Физическая  топология

 

 

1) полносвязная  – каждый связан с каждым

«+» - гарантированное  обеспечение связи между всеми  устройствами

«-» - громоздкая и неэффективная

 

 

2) неполносвязная – в этом случае отдельные физические соединения убираются; требуются промежуточные узлы для передачи данных между всеми устройствами сети – транзитные узлы.

Виды  неполносвязной топологии

 

Ячеистая – удаляем некоторые связи из полносвязной топологии, оставляем связи между устройствами, которые интенсивно обмениваются данными. Характерна для глобальной сети.

 

Общая шина – все устройства подключены к одному кабелю (коаксиальный)

«-»

- низкая надежность  – любой дефект кабеля и  вся сеть «неработоспособна»

- низкая производительность  – в один момент времени   может передавать данные только  одно устройство

 

Звезда – имеет центральный транзитный узел, через который идет обмен данными между всеми устройствами

«+» - большая  надежность по сравнению с общей шиной

«-» - «слабое  звено» - это центральный транзитный узел

 

 

 

 

 

Иерархическая топология – организует иерархию связей сети

 

Кольцевая – данные передаются по кольцу, как правило, в одном направлении от одного устройства к другому.

 

Смешанная топология – включает все виды топологий

 

Метод доступа к среде передачи данных

 

Определяет, каким образом  разделяемый общий ресурс (физическая среда, кабель…) предоставляется узлам  сети для осуществления передачи данных.

 

Виды методов  доступа

1) состязательный метод

1.1) множественный доступ  с контролем несущей и обнаружением  коллизий (CSMA/CD)/ Узлы прослушивают кабель и ожидают, когда можно будет передавать данные (Ethernet)

1.2) множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий (CSMA/CA). Каждый узел перед передачей сигнализирует о своем намерении начать передачу данных (Wi-Fi сети).

2) с передачей  маркера

3) по приоритету  запроса

 

Метод доступа  определяется топологией.

CSMA/CD – общая шина, звезда (на основе Hub`а)

с передачей  маркера – кольцевая топология

приоритет запроса  – Ethernet сеть 100VG-Any LAN (802.12)

 

 

Физическая и логическая структуризация  
транспортной инфраструктуры сети

Причины структуризации.

Рассмотренные топологии (шина, звезда, кольцо) обладают свойством однородности, т.е. все компьютеры обладают одинаковыми правами в отношении доступа к другим компьютерам. Свойство однородности упрощает процедуру увеличения числа host`ов и облегчает обслуживание.

Для небольших  сетей (до 30 host`ов) свойство однородности является «+»

Для больших сетей оно превращается в недостаток. В больших сетях использование типовых структур порождает ограничения.

Ограничение типовых топологий.

- ограничение  на длину связи между узлами;

- ограничение  на количество узлов в сети;

- ограничение  на интенсивность трафика, который генерируют узлы.

 

Пример: Ethernet на тонком коаксиальном кабеле – 185 метров и 30 узлов.

 

Для снятия ограничений  используются методы структуризации и  специальное сетевое оборудование (коммуникационное оборудование):

- повторители;

- концентраторы;

- коммутаторы;

- маршрутизаторы

 

Помним, что  выделяется:

- топология  физических связей (физическая структура  сети);

- топология  логических связей (логическая структура  сети)

Физическая структуризация сети.

 

Используются  следующее оборудование:

Повторитель – используется для физического соединения сегментов кабеля.

- снимает ограничение  на максимальную длину кабеля

- улучшает характеристики  сигнала

 

Концентратор (Hub) – это повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов. Повторяет сигнал, пришедший на один из портов на остальные порты.

В зависимости  от сетевой технологии концентратор передает сигналы на определенные порты:

- Ethernet – передает на все порты, кроме исходного

- Token Ring – передает только на один порт, на котором подключен следующий в кольце компьютер.

 

Концентратор  изменяет физическую топологию, не меняет логическую.

 

Концентратор Ethernet.

 

Концентратор Token Ring.

 

Физическая  и логическая топология в сети могу совпадать, могут и отличаться.

 

 

LAN на основе Hub`а имеет физическую топологию – звезда и логическую топологию – общая шина.

 

Использование концентратора позволяет повысить надежность сети: отключать автоматически  сбойный порт, который непрерывно передает данные в сеть.

Логическая структуризация сети.

 

Физическая  структуризация не решает проблему перераспределения  трафика между сегментами сети.

В относительно большой сети возникает неоднородность информационных потоков. Т.к. сеть можно разбить на подсети соответственно рабочим группам, подразделениям и т.д.

В некоторых  случаях интенсивный обмен идет между устройствами одного подразделения  или центральным сервером (хранилище) и подразделениями.

Если сеть имеет  топологию (шина, кольцо, звезда), в которой  все физические сегменты являются одной разделяемой средой, то она не учитывает структуру информационного обмена.

Выполнили физическую структуризацию на основе Hub`а.

Логическая  структура соответствует общей  шине.

 

Если обмен  данным происходит между PC 1 и PC 2, то кадры будут размножаться на все порты hub`ов и их получат все компьютеры в сети.

 

Логическая  структура в этом случае однородная.

 

Для решения  проблемы оптимального распределения  трафика в сети отказываемся от концепции единой разделяемой среды.

 

 

Локализация трафика – это обеспечение распространение трафика, предназначенного для узлов определенного сегмента только в пределах этого сегмента сети.

Логическая  структуризация сети – это процесс разбиения сети на сегменты с локализованным трафиком.

Оборудование:

- мост;

- коммутатор;

- маршрутизатор;

- шлюз.

Мост – делит сеть на сегменты, передавая данные между сегментами только если это необходимо.

Мост использует аппаратные адреса узлов, но не имеет  сведений о принадлежности узла к  определенному сегменту, поэтому мост запоминает на какой порт приходят кадры от какого компьютера.

Мост не знает  точной топологии логических связей => может возникнуть проблема замкнутых контуров.

 

 

Коммутатор

Выполняет локализацию  трафика аналогично мосту.

Каждый порт коммутатора передает кадры на определенный порт основываясь на таблице MAC адресов.

Является более  производительным, чем мост:

- высокая плотность  портов (24 и 48 портов);

- больший объем  буферов для хранения кадров;

- скорость портов 10, 100, 1000 Мбит/с;

- быстрая внутренняя коммутация.

Коммутатор  обеспечивает выделенный канал связи  между устройствами. Соответственно в этом канале не могут возникать  коллизии. Современные коммутаторы  могут выполнять функции фильтрации пакетов (функции сетевого уровня).

 

Маршрутизатор

Устраняет ограничение  мостов и коммутаторов по незнанию топологии логических связей.

Обеспечивает  межсетевую маршрутизацию и изолирует  трафик отдельных подсетей. Для выделения  подсетей и локализации трафика  маршрутизатор использует IP адреса.

Позволяет создавать резервные связи между сегментами (решает проблему замкнутых контуров).

Позволяет объединять сегменты сети, построенные на разных сетевых технологиях.

 

 

Шлюз

Как правило, используется для объединения сегментов с  различным набором системного и  прикладного ПО, но также обеспечивает локализацию трафика.

 

Иерархическая сетевая модель.

Иерархическая сетевая модель обеспечивает разработку, внедрение и обслуживание масштабируемых, надежных и эффективных в стоимостном  отношении сетей.

В иерархической  модели определены уровни, которые обеспечивают специфический функционал и определена иерархия связей между уровнями.