Лекции по информационным сетям

 

 

При построении LAN сетей выделяют три уровня:

- уровень доступа  (access)

- уровень распространения (distribution)

- базовый уровень (core)

 

Уровень доступа (Access)

Обеспечивает  доступ конечных устройств (компьютеров, принтеров, IP телефонов и др.) к остальной части сети.

Обеспечивает  управление контролем доступа, т.е. определяет каким устройствам можно  подключаться к сети.

 

Уровень распределения (Distribution)

Обеспечивает  трафик коммутаторов (switch) уровня доступа и передает его базовому уровню.

Управляет потоком  трафика используя политики и  ограничивает широковещательный домен.

Обеспечивает  передачу трафика между отдельными VLAN.

 

На этом уровне необходимо устанавливать:

- высокопроизводительные switch

- обеспечивающие высокую надежность

- имеющие некоторую  избыточность

 

Базовый уровень (core)

Это высокоскоростная магистраль, объединяющая несколько  локальных сетей.

Обеспечивает  взаимодействие устройств уровня распределения.

Т.к. на базовом  уровне выполняется объединение  трафика от уровня распределения, то switch этого уровня должны быть высокопроизводительными и обеспечивать высокую надежность.

 

Физический  уровень иерархической модели.

Конечные пользователи – отдельные компьютеры.

Switch уровня доступа – в коммуникационном шкафу

Switch уровня распределения – в коммуникационном шкафу

Иногда их объединяют в одной стойке.

 

 

Преимущества  использования сетевой иерархической  модели

 

Масштабируемость

Обеспечивается  за счет модульной структуры

Избыточность

Для обеспечения  надежности сети реализуется на основе избыточных связей на уровне распределения  и базовом уровне.

Производительность

- на уровне  доступа и так имеем скорость  соединения = скорости порта

- на уровне  распределения производительность  достигается использованием более  мощного оборудования

- на базовом  уровне также используем более  мощное оборудование

Безопасность

- на уроне  доступа: сразу определяем, кто  может подключаться к сети  за счет настройки порта;

- на уровне  распределения: возможно использование  коммутаторов позволяющих фильтровать  пакеты; использование VLAN.

Управляемость

- т.к. функции  устройств на каждом уровне  определены и сконфигурированы, то их можно тиражировать на  все устройства этого уровня;

- простота развертывания  новых switch

- простота диагностики и поиска неисправностей.

Поддержка и сопровождение

- модульность структуры

- легко выбирать switch для определенного уровня в соответствии с функциями;

- экономия денег (не надо везде использовать дорогие switch).

 

Принципы  построения сети согласно иерархической  сетевой модели.

 

Диаметр сети

Это мера расстояния между конечными устройствами. Соответствует  количеству промежуточных устройств, которое должен пересечь пакет от отправителя до получателя.

Чем меньше сетевой  диаметр, тем меньше время ожидания между устройствами.

 

Объединение полосы пропускания

Это объединение  нескольких физических связей в один логический канал для обеспечения  большей пропускной способности;

Реализуется на уровне распределения и базовом уровне.

Избыточные  связи

Реализация  избыточных связей на уровне распределения  и базовом уровне повышает надежность сети.

Если связь  нарушена, то взаимодействие осуществляется по избыточной (резервной) связи.

STP протокол, блокирует избыточные связи, когда они не используются.

RSTP, MSTP – IEEE стандарт

PVST, PVST+, rapid-PVST+ - протоколы Cisco

 

Локальные вычислительные сети на базе технологи Ethernet.

 

Историческая  справка

Технология Ethernet является самой распространенной сегодня технологией построения LAN.

1970 – первая пакетная радиосеть ALOHAnet (использовался радиоканал с CSMA методом доступа)

1973 – компания Xerox изобретает Ethernet

1977 – выдан патент США

1982 – совместный  проект Digital, Intel и Xerox - DIX выпускает 10 мбит Ethernet (первый адаптер Ethernet)

к 1985 – рождение Ethernet 2 – IEEE издал стандарт по локальным сетям, начинаются с 802

Середина 90-х  годов создаются стандарты, описывающие Fast Ethernet со скоростью 100 мбит/с.

Конец 90-х годов  создание стандартов, описывающих Gigabit Ethernet со скоростью 1000 мбит/с.

 

Место в модели OSI

Канальный уровень	LLC	802.2	Ethernet
	MAC	802.3
Физический  уровень

 

 

LLC обеспечивает независимость канального уровня от существующей технологии.

MAC – отвечает за управление доступом к физической среде и инкапсуляцию.

 

Процесс инкапсуляции включает:

- сборку кадра  (frame) перед передачей;

- анализ кадра (frame) при приеме.

 

При формировании кадра MAC уровень добавляет к PDU сетевого уровня заголовок и трейлер.

 

 

 

 

 

 

Структура кадра (frame) Ethernet

 

IEEE 802.3

преамбула	Start of Frame Delimiter	адрес назначения	адрес источника	длина	данные и  заголовок 802.2	FCS
7	1	6	6	2	46-1500	4

 

Ethernet 2

преамбула	адрес назначения	адрес источника	тип	данные и  заголовок 802.2	FCS
8	6	6	2	46-1500	4

 

Преамбула – используется для синхронизации

SFD – (разделитель начала кадра) – содержит бит, который указывает, что началась передача фактического кадра.

Адрес назначения – физический адрес узла назначения (MAC)

Адрес источника – физический адрес узла отправителя (MAC)

Тип/Длина – Ethernet 2 – код протокола сетевого уровня; 802.3 – длина поля данных.

Данные – данные пакета

FCS – контрольная последовательность кадра (контрольная сумма).

 

Спецификация IEEE 802.3 MAC определяет MAC адреса как уникально идентифицирующие устройства (интерфейса) на канальном уровне.

 

Структура MAC адреса

 

Organizational Unique Identificator (OUI)	Vendor Assigned
24 bit (3 byte)	24 bit (3 byte)
Уникальный  идентификатор организации	Назначается производителем
48 bit (6 byte)

Записывается  в 16-тиричном виде

 

 

 

Адресация кадров в Ethernet

 

Способы передачи данных:

1) индивидуальная (unicast) рассылка;

00:07:e9:42:ac:28	00:07:e9:63:ce:53	192.168.1.5	192.168.1.200	Данные	трейлер
Dest MAC	Source MAC	IP пакет
Кадр (frame)

2) групповая  (multicast) рассылка;

01:00:5e:00:00:01	00:07:e9:63:ce:53	192.168.1.5	224.0.0.1	Данные	трейлер
Dest MAC	Source MAC	IP пакет
Кадр (frame)

3) широковещательная  (broadcast) рассылка

FF:FF:FF:FF:FF:FF	00:07:e9:63:ce:53	192.168.1.5	192.168.1.255	Данные	трейлер
Dest MAC	Source MAC	IP пакет
Кадр (frame)

 

CSMA/CD в Ethernet

 

Логическая топология Ethernet – это общая шина.

- все устройства  совместно используют передающую  среду;

- все устройства  получают все кадры, которые  передаются в сеть;

- метод управления  доступом в классическом Ethernet – это CSM/CD

 

Множественный доступ с прослушиванием несущей  и обнаружением коллизий.

	Прослушивание несущей
	Множественный доступ
	Коллизия
	Jam сигнал и задержка передачи (Random BackOff)

 

Домен коллизий – это сетевой сегмент, в котором происходят коллизии.

 

В данном случае в сети на основе трех Hub имеем один домен коллизий и широковещательный (broadcast) домен, т.к. все пакеты, которые будет отправлять любое сетевое устройство в данной сети, будут получать все другие устройства.

 

LAN на основе коммутатора и повторителя (switch и hub)

 

При использовании hub:

- время задержки  возрастает;

- есть предел  наращивания количества узлов;

- увеличиваются коллизии, т.к. единый домен коллизий

При использовании switch:

- каждый host имеет свой домен коллизий.

 

Преимущества  коммутатора:

- выделенная  полоса пропускания для каждого  порта;

- нет коллизий;

- full duplex режим работы.

 

Коммутация  кадров

 

 

	Destination MAC	Source MAC
Кадр 1	0C	0A
Кадр 2	0C	0D

 

Временно кадры  помещаются в буферную память.

 

Основные  процессы коммутатора

 

1) Обучение. Это динамическое заполнении таблицы MAC адресов. Т.к. в кадре есть Source адрес, то switch может соотнести Source и порт, на который пришел кадр от этого отправителя.

2) Устаревание. Записи в таблице MAC адресов имеют timestamp. Включается обратный отсчет и когда счетчик равен 0, то запись удаляется из таблицы.

3) «Наводнение». Если в таблице MAC адресов не найдено соответствие, то switch отправляет кадр на все порты, когда соответствующий host отправляет ответ, то switch запоминает его MAC и на какой порт пришел ответ.

4) Фильтрация.

 

 

Технология Gigabit Ethernet

 

Историческая  справка

1996 – IEEE 802.3 одобряет проект стандарта 802.3z, создается альянс из 11 компаний;

1998 – стандарт  принят.

 

Т.о. стандартизировано  использование Gigabit Ethernet на основе медного кабеля, одномодового и многомодового оптоволокна.

 

1000Base-T

На основе UPT Cat5 до 100 метров

- используются  все 4 пары

- скорость передачи 250 мбит/с на пару

- full duplex – одновременно передача идет в обоих направлениях

Проблемы реализации

- большие скорости  передачи

- сильное влияние  помех

Следовательно, требование специальных методов  кодирования и синхронизации.

4D-PAM-5 – пяти уровневое импульсно-амплитудное кодирование