Шпаргалка по сетям

1.Классификация информационно-вычислительных сетей. Архитектура сетей и систем телекоммуникаций

Информационно-вычислительная сеть (в широком смысле) – совокупность из нескольких компьютеров (вычислителей), объединённых посредством телекоммуникаций для обеспечения совместного использования данных и/или ресурсов.

(в узком смысле) - система компьютеров, объединенных каналами передачи данных.

Основное назначение информационно-вычислительных сетей (ИВС) – обеспечение эффективного предоставления различных информационно-вычислительных услуг посредством организации удобного и надежного доступа к ресурсам, распределенным в этой сети.

Компьютерные сети – слияние двух научных и технологических областей – коммуникаций и компьютерных технологий.

Классифицируя сети по территориальному признаку, различают локальные (LAN), глобальные (WAN) и городские (MAN) сети. В зависимости от масштаба производственного подразделения, в пределах которого действует сеть, различают сети отделов, сети кампусов и корпоративные сети.

Сети отделов используются небольшой группой сотрудников в основном с целью разделения дорогостоящих периферийных устройств, приложений и данных; имеют один-два файловых сервера и не более тридцати пользователей; обычно не разделяются на подсети; создаются на основе какой-либо одной сетевой технологии; могут работать на базе одноранговых сетевых ОС.

Сети кампусов объединяют сети отделов в пределах отдельного здания или одной территории площадью в несколько квадратных километров, при этом глобальные соединения не используются. На уровне сети кампуса возникают проблемы интеграции и управления неоднородным аппаратным и программным обеспечением.

Корпоративные сети объединяют большое количество компьютеров на всех территориях отдельного предприятия. Для корпоративной сети характерны: масштабность - тысячи пользовательских компьютеров, сотни серверов, огромные объемы хранимых и передаваемых по линиям связи данных, множество разнообразных приложений;

Сетевая архитектура описывает не только физическое расположение сетевых устройств, но и тип используемых адаптеров и кабелей. Наиболее распространенные архитектуры:

Ethernet(англ. ether - эфир) - широковещательная сеть. Все станции сети могут принимать все сообщения. Топология линейная или звездообразная. Скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/с.

Аrcnet(Attached Resource Computer Network - компьютерная сеть соединенных ресурсов) - широковещательная сеть. Топология - дерево. Скорость передачи данных 2,5 Мбит/с.

Token Ring (эстафетная кольцевая сеть, сеть с передачей маркера) - кольцевая сеть, в которой принцип передачи данных основан на том, что любой узел кольца ожидает прибытия некоторой короткой уникальной последовательности битов - маркера - из смежного предыдущего узла. Поступление маркера указывает на то, что можно передавать сообщение из данного узла дальше по ходу потока. Скорость 4 или 16 Мбит/с.

FDDI(Fiber Distributed Data Interface) - сетевая архитектура высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость 100 Мбит/с. Топология - двойное кольцо или смешанная (звездообразные или древовидные подсети).

Максимальное количество станций в сети 1000. Очень высокая стоимость оборудования.

АТМ(Asynchronous Transfer Mode) - перспективная, очень дорогая архитектура, обеспечивает передачу цифр данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям. До 2,5 Гбит/с.

2.Общие принципы построения сетей. Коммутация каналов и пакетов.

1. Связь компьютера с периферийными устройствами

Соединение компьютера с периферийным устройством чаще всего представляет собой связь "точка-точка". Для обмена данными между компьютером и периферийным устройством (ПУ) в компьютере предусмотрен внешний интерфейс, или порт, то есть набор проводов, соединяющих компьютер и ПУ, а также набор правил обмена информацией по этим проводам.

Интерфейс реализуется со стороны компьютера совокупностью аппаратных и программных средств (контроллером ПУ и специальной программой, управляющей этим контроллером). Со стороны ПУ интерфейс чаще всего реализуется аппаратным устройством управления ПУ.

2.Проблемы связи нескольких компьютеров

2.1. Топология физических связей

Как только компьютеров становится больше двух, появляется проблема выбора топологии. Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети (например, компьютеры) и коммуникационное оборудование (например, маршрутизаторы), а ребрам - электрические и информационные связи между ними.

Типовые топологии сетей:

·а - полносвязная топология, в ней каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными. (минусы: громоздкая и неэффективная)

·б - ячеистая топология, получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей (характерна для крупных сетей).

·в - общая шина, здесь в качестве центрального элемента выступает пассивный кабель, к которому по схеме "монтажная ИЛИ" подключается несколько компьютеров (+дешевизна и простота наращивания. - низкая надежность: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует сеть).

·г - звезда образуется в случае, когда каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему центральному устройству, называемому концентратором, им может быть как компьютер, так и специализированное устройство - повторитель, коммутатор или маршрутизатор ( минусы: высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения специализированного центрального устройства).

·д - топология деревополучается путем использования нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа звезда (самая распространенная).

·е - кольцеваяконфигурация. В данной топологии данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому (+ присуще свойство резервирования связей).

Для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные, произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.

2.2. Методы доступа

При использовании любой топологии, когда два компьютера начнут одновременно передавать данные, в сети происходит столкновение (коллизия). Для решения этих проблем служат методы доступа - набор правил, по которым РС узнают, когда шина свободна, и можно передавать данные.

Наибольшее распространение получили два метода доступа, это:

·Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизии (CSMA/CD - Carrier-Sense Multiple Access and Collision Defection).

·Доступ с передачей маркера.

Алгоритм CSMA/CD заключается в следующем:

1.Рабочая станция прослушивает канал, стремясь обнаружить чью-либо передачу данных.

2.Если слышит чью-либо передачу, ожидает ее окончания.

3.Если канал свободен, начинает передачу пакета.

4.При обнаружении коллизии во время передачи прекращает передачу.

5.Через случайный промежуток времени все повторяется (т.е. осуществляется переход к п. 1).

Суть маркерного доступа заключается в том, что пакет особого типа (маркер) перемещается по замкнутому кругу, минуя по очереди все РС, до тех пор, пока его не получит тот, который хочет передать данные.

Алгоритм маркерного метода заключается в следующем:

1.Передающая рабочая станция изменяет состояние маркера на занятое и добавляет к нему кадр данных.

2.Занятый маркер с кадром данных проходят через все РС сети, пока не достигнет адресата.

3.После этого, принимающая РС посылает передающей сообщение, где подтверждается факт приема.

4.После получения подтверждения, передающая РС создает новый свободный маркер и возвращает его в сеть.

Первый из рассмотренных метод используется в сетевой технологии Ethernet, второй - в Token Ring и FDDI.

2.3. Адресация узлов сети

При объединении трех и более компьютеров, появляется новая проблема - адресации. Адреса могут бытьчисловыми(например, 129.26.255.255) и символьными(site.domen.ru). Один и тот же адрес может быть записан в разных форматах.

Множество всех адресов, которые являются допустимыми в рамках некоторой адресации, называется адресным пространством. Адресное пространство может иметьплоскую (линейную) организацию илииерархическуюорганизацию. В первом случае множество адресов никак не структурировано. При иерархической схеме адресации оно организовано в виде вложенных друг в друга подгрупп, которые, последовательно сужая адресуемую область, в конце концов, определяют отдельный сетевой интерфейс.

3. Коммутация каналов и пакетов

В самом общем виде задача соединения конечных узлов через сеть транзитных узлов называетсязадачей коммутации. Она может быть представлена в виде нескольких взаимосвязанных частных задач:

1)Определение информационных потоков, для которых нужно проложить маршрут

2) Фиксация маршрутов в конфигурационных параметрах и таблицах сетевых устройств - маршрутизация потоков.

3) Распознавание потоков на транзитных узлах и их локальная коммутация – передача потока между интерфейсами одного устройства - продвижение потоков.

Мультиплексирование и демультиплексирование (Демультиплексирование – разделение суммарного агрегированного потока на несколько составляющих потоков, мультиплексирование – образование из нескольких отдельных потоков общего агрегированного потока).

4) Разделение среды передачи (если есть)

Существует 2 подхода к решению задачи коммутации абонентов в сетях:

§ коммутация каналов

§ коммутация пакетов

Коммутация каналов

В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал. И только после этого можно начинать передавать данные.

Процедура установления соединения:

Отправка абонентом служебного сообщения – запроса с адресом вызываемого абонента.

Цель запроса– проверить, можно ли организовать составной канал между абонентами (наличие свободных элементарных каналов в каждой линии связи) и незанятость вызываемого абонента.

1.Запрос идет по маршруту на основе глобальных таблиц коммутации

2.Если запрос дошел, то происходит фиксация составного канала

3.По подготовленному составному каналу передается основной поток данных.

4.Если запрос завершился неудачно, то абонент получает служебное сообщение – отказ в установлении соединения.

+ коммутации каналов:

§ Постоянная и известная скорость передачи данных по установленному каналу

§ Низкий и постоянный уровень задержки передачи данных

- коммутации каналов:

·Отказ сети в обслуживании запроса на установление соединения

·Нерациональное использование пропускной способности

·Обязательная задержка перед передачей данных из-за фазы установления соединения

Коммутация пакетов

При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сетисообщенияразбиваются в исходном узле на пакеты. Пакеты обычно могут иметь переменную длину, например от 46 до 1500 байт. Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, а также номер пакета. Пакеты транспортируются в сети как независимые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итоге - узлу назначения.

+ сетей с коммутацией пакетов:

§ Высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика.

§ Возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи между абонентами в соответствии с реальными потребностями их трафика.

- сетей с коммутацией пакетов:

·Неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети.

·Переменная величина задержки пакетов данных.

·Возможные потери данных из-за переполнения буферов.

3. Характеристики проводных линий связи. Особенности подключения и согласования передающих линий. Эффекты, наблюдаемые при распространении сигналов по длинным проводным линиям.

Линия связи - физическая среда, по которой передаются сигналы. Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель, т. е. набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которые распространяются электромагнитные волны. В зависимости от среды передачи данныхразличают следующие линии связи:

- проводные (воздушные);

- кабельные (медные и волоконно-оптические);

- радиоканалы наземной и спутниковой связи;

- инфракрасные лучи.

Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами, позволяющими бы­стро выполнять присоединение к нему различного оборудования. Существует три основных типа кабе­ля: кабели на основе скрученных пар медных проводов, коаксиальные кабели с медной жилой, волоконно-оптические кабели.

Скрученная пара проводов называется витой парой (twisted pair). Витая параизготовляется в двух вариантах: в экранированном (STP ) - когда пара медных проводов обертывается в изоляционный экран, и неэкранированном (UTP) - когда изоляционная обер­тка каждой пары отсутствует. Скручивание проводов снижает влияние вне­шних помех на полезные сигналы, передаваемые по кабелю.

Коаксиальный кабель (coaxial) имеет несимметричную конструкцию и состоит из внутрен­ней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции.Существует несколько типов коаксиального кабеля, отличающихся характеристиками и об­ластями применения - для локальных сетей, для глобальных сетей, для ка­бельного телевидения и т. п.

Волоконно-оптический кабель (optical fiber) состоит из тонких (5...60 микрон) волокон, по которым распространяются све­товые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля, он обеспечивает пере­дачу данных с очень высокой скоростью и лучше других типов передающей среды защищает от вне­шних помех.

Особенности подключения и заземления длинных передающих линий

Величина волнового сопротивления обязательно указывается в документации на кабель и составляет обычно от 50—100 Ом для коаксиального кабеля, до 100-150 Ом для витой пары или плоского многопроводного кабеля. Обычно требуется, чтобы отклонение величины согласующего резистора не превышало 5-10% в ту или другую сторону.

Присоединенные к одной и той же шине, но в разных точ­ках, компьютеры имеют на своих корпусах разные потенциалы. В результате по электрическому кабелю, соединяющему компьютеры, течет выравнивающий ток (переменный с высокочастотными составля­ющими). Выравнивающий ток может достигать в величины в несколько ампер. Вырав­нивающий ток существенно влияет на передаваемый сигнал. Именно поэтому экран всегда должен быть заземлен только в одной-единственной точке.

Эффекты, наблюдаемые при распространении сигналов по длинным проводным линиям

Главное отличие внешних линий связи от внутренних состоит в их гораздо большей протяженности, а также в том, что они проходят вне экранированного корпуса по пространствам, зачастую подверженным воздействию сильных электромагнитных помех. Все это приводит к значительно большим искажениям прямоугольных импульсов (например, «заваливанию» фронтов), чем внутри компьютера. Поэтому для надежного распознавания импульсов на приемном конце линии связи при передаче данных внутри и вне компьютера не всегда можно использовать одни и те же скорости и способы кодирования. Например, медленное нарастание фронта импульса из-за высокой емкостной нагрузки линии требует передачи импульсов с меньшей скоростью (чтобы передний и задний фронты соседних импульсов не перекрывались и импульс успел дорасти до требуемого уровня).

Для вычислительных сетей характерны как индивидуальные линии связи между компьютерами, так и разделяемые, когда одна линия связи попеременно используется несколькими компьютерами. В последнем случае возникают как чисто электрические проблемы обеспечения нужного качества сигналов при подключении к одному и тому же проводу нескольких приемников и передатчиков, так и логические проблемы разделения времени доступа к этим линиям.

4.Особенности оптоволоконных линий связи.

Волоконно-оптические линии связи - это вид связи, при котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно".

Физические особенности:

Широкополосностьоптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой частотой несущей (Fo=10^14 Гц). Это означает, что по оптической линии связи можно передавать информацию со скоростью порядка 10^12 бит/с. Скорость передачи данных может быть увеличена за счет передачи информации сразу в двух направлениях, так как световые волны могут распространяться в одном волокне независимо друг от друга. Кроме того, в оптическом волокне могут распространяться световые сигналы двух разных поляризаций, что позволяет удвоить пропускную способность оптического канала связи. На сегодняшний день предел по плотности передаваемой информации по оптическому волокну не достигнут. Очень малое затухание светового сигнала в волокне.

Технические особенности:

Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди. Оптические волокна имеют диаметр около 100 мкм, то есть очень компактны и легки, что делает их перспективными для использования в авиации, приборостроении, в кабельной технике. При строительстве систем связи автоматически достигается гальваническая развязкасегментов. Изготавливают самонесущие подвесные кабели, не содержащие металла и тем самым безопасные в электрическом отношении. Системы связи на основе оптических волокон устойчивы к электромагнитным помехам, а передаваемая по световодам информация защищена от несанкционированного доступа. Волоконно-оптические линии связи нельзя подслушать неразрушающим способом. Всякие воздействия на волокно могут быть зарегистрированы методом мониторинга (непрерывного контроля) целостности линии. Важное свойство оптического волокна - долговечность. Время жизни волокна, то есть сохранение им своих свойств в определенных пределах, превышает 25 лет, что позволяет проложить оптико-волоконный кабель один раз и, по мере необходимости, наращивать пропускную способность канала.

Недостатки: При создании линии связи требуются высоконадежные активные элементы, преобразующие электрические сигналы в свет и свет в электрические сигналы. Необходимы также оптические коннекторы (соединители) с малыми оптическими потерями и большим ресурсом на подключение-отключение. Производство таких компонентов оптических линий связи очень дорогостоящее. При обрыве оптического кабеля затраты на восстановление выше, чем при работе с медными кабелями.

Оптическое волокно. Для передачи сигналов применяются два вида волокна: одномодовое и многомодовое. Волокно состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления n1 и n2.

В одномодовом волокне диаметр световодной жилы порядка 8-10 мкм, то есть сравним с длиной световой волны. При такой геометрии в волокне может распространяться только один луч (одна мода).

В многомодовом волокне размер световодной жилы порядка 50-60 мкм, что делает возможным распространение большого числа лучей (много мод). Оба типа волокна характеризуются двумя важнейшими параметрами: затуханием и дисперсией.

Затухание обычно измеряется в дБ/км и определяется потерями на поглощение и на рассеяние излучения в оптическом волокне.

Дисперсия - это рассеяние во времени спектральных и модовых составляющих оптического сигнала.

Одномодовые волокна обладают лучшими характеристиками по затуханию и по полосе пропускания. Однако, одномодовые источники излучения в несколько раз дороже многомодовых.

В настоящее время передачу сигналов по волокну осуществляют в трех диапазонах: 0.85 мкм, 1.3 мкм, 1.55 мкм, так как именно в этих диапазонах кварц имеет повышенную прозрачность.

5.Цифровые каналы передачи данных. Разделение каналов по времени и частоте.

Для качественной передачи голоса в методе ИКМ (Импульсно-кодовая модуляция) используется частота квантования амплитуды звуковых колебаний в 8000 Гц. Это связано с тем, что в аналоговой телефонии для передачи голоса был выбран диапазон от 300 до 3400 Гц, который достаточно качественно передает все основные гармоники собеседников. В соответствии с теоремой Найквиста - Котельникова для качественной передачи голоса достаточно выбрать частоту дискретизации, в два раза превышающую самую высокую гармонику непрерывного сигнала, то есть 2 * 3400 = 6800 Гц. Выбранная частота дискретизации 8000 Гц обеспечивает некоторый запас качества. В методе ИКМ обычно используется 7 или 8 бит кода для представления амплитуды одного замера. Соответственно это дает 127 или 256 градаций звукового сигнала, что оказывается вполне достаточным для качественной передачи голоса.

При использовании метода ИКМ для передачи одного голосового канала необходима пропускная способность 56 или 64 Кбит/с в зависимости от того, каким количеством бит представляется каждый замер.

Стандартным является цифровой канал 64 Кбит/с, который также называется элементарным каналом цифровых телефонных сетей.

Временное мультиплексирование (TDM)

Первой стали применять технологию TDM, которая широко используется в обычных системах электросвязи. Эта технология предусматривает объединение нескольких входных низкоскоростных каналов в один составной высокоскоростной канал.

TDM

Мультиплексор принимает информацию по N входным каналам от конечных абонентов, каждый из которых передает данные по абонентскому каналу со скоростью 64 Кбит/с -1 байт каждые 125 мкс.

В каждом цикле мультиплексор выполняет следующие действия:

-прием от каждого канала очередного байта данных;

-составление из принятых байтов уплотненного кадра, называемого также обоймой;

-передача уплотненного кадра на выходной канал с битовой скоростью, равной N*64 Кбит/с.

Порядок байт в обойме соответствует номеру входного канала, от которого этот байт получен. Количество обслуживаемых мультиплексором абонентских каналов зависит от его быстродействия.

Демультиплексор выполняет обратную задачу - он разбирает байты уплотненного кадра и распределяет их по своим нескольким выходным каналам, при этом он считает, что порядковый номер байта в обойме соответствует номеру выходного канала.

ДАЛЕЕ КУРСИВОМ ДЛЯ ОБЩЕГО ОБЗОРА(НЕ ДИКТОВАТЬ ЭТО)!!!

В рамках TDM различают:

синхронное мультиплексирование (каждому приложению соответствует тайм-слот (возможно несколько тайм-слотов) с определенным порядковым номером в периодической последовательности слотов;

асинхронное или статистическое мультиплексирование, когда приписывание тайм-слотов приложениям происходит более свободным образом, например, по требованию.

Частотное мультиплексирование (FDM)

Техника частотного мультиплексирования разрабатывалась для телефонных сетей. Основная идея состоит в выделении каждому соединению собственного диапазона частот в общей полосе пропускания линии связи. Мультиплексирование выполняется с помощь смесителя частот, а демультиплексирование – с помощью узкополосного фильтра, ширина которого равна ширине диапазона канала.

6.Самосинхронизирующиеся коды. Способы контроля правильности передачи информации.

ССК– код, который несет инфу о том, в какой момент времени приемник должен осуществлять распознавание очередного бита с линии связи. Любой фронт (резкий перепад сигнала) может служить хорошим указанием для синхронизации.

С т.з. недостатков др. методов (Манчестер):

- сбалансированный

- синхронизация не потеряется

- спектр, если много одинаковых – то начинает прыгать, чередование – успокаивается.

Решение проблемы спектра, чтобы просматривать несколько битов – назыв. групповое кодирование.

Кодонезависимая (прозрачная) передача–передачи данных с целью реализации для пользователя (или прикладных процессов) возможности произвольного выбора кода представления данных;

7.Передача в выделенной полосе с модуляцией несущей. Аналоговые каналы передачи данных. Скорость передачи информации.

Аналоговая модуляцияявляется таким способом физического кодирования, при котором информация кодируется изменением амплитуды, частоты или фазы синусоидального сигнала несущей частоты. (это ответ на «передача в выделенной после с модуляцией несущей»+рисуем рисунок только «а»).

На диаграмме (а) показана последовательность бит исходной информации, представленная потенциалами высокого уровня для логической единицы и потенциалом нулевого уровня для логического нуля. Такой способ кодирования называется потенциальным кодом, который часто используется при передаче данных между блоками компьютера.

Амплитудная модуляция (до 1000бит/с).

Приамплитудной модуляции для логической единицы выбирается один уровень амплитуды синусоиды несущей частоты, а для логического нуля - другой. Если будут шумы, то в конце наш сигнал смешается с шумами, потому что он будет ослабевать, и нельзя будет разобрать, что есть, что.

Частотная модуляция

Причастотной модуляции значения 0 и 1 исходных данных передаются синусоидами с различной частотой - f₀ и f₁.Такой подход позволяет работать с более высокими скоростями с теми же шумами, а т.е. до 1200бит/с.

Фазовая модуляция

При фазовой модуляции значениям данных 0 и 1 соответствуют сигналы одинаковой частоты, но с различной фазой, например 0 и 180 градусов или 0,90,180 и 270 градусов.

Скорость передачи- 4800бит/c.

Аналоговая модуляцияприменяется для передачи дискретных данных по каналам с узкой полосой частот, например по каналу тональной частоты. Этот канал пропускает частоты в диапазоне от 300 до 3400 Гц, используется в телефонных сетях для передачи речи.

Устройство, которое выполняет функции модуляции несущей синусоиды на передающей стороне и демодуляции на приемной стороне, носит название модем (модулятор - демодулятор).

Оценка скорости передачи. Чем выше частота несущей, тем больше информации в единицу времени, тем выше пропускная способность линии. С другой стороны, чем выше частота несущей, тем шире спектр сигнала. Искажения в линии определяются полосой пропускания. Чем больше несоответствие между полосой пропускания, тем вероятней ошибка, а значит и скорость передачи снижается.

8.Физическое и логическое кодирование. Формула К.Шеннона.

Логическое кодирование выполняется передатчиком до физического кодирования, средствами физического уровня. На этапе логического кодирования борются с недостатками методов физического цифрового кодирования - отсутствие синхронизации, наличие постоянной составляющей. Таким образом, сначала с помощью средств логического кодирования формируются исправленные последовательности данных, которые потом с помощью методов физического кодирования передаются по линиям связи.

Логическое кодирование подразумевает замену бит исходной информационной последовательности новой последовательностью бит, несущей ту же информацию, но обладающей, кроме этого, дополнительными свойствами.

Различают два метода логического кодирования:

• -избыточные коды;

• -скремблирование.

Осуществляют логическое кодирование сетевые адаптеры.

Связь между полосой пропускания линии и ее пропускной способностью вне зависимости от способа физического кодирования определяет формула Шеннона:

Теоретического предела пропускной способности линии с фиксированной полосой пропускания не существует.

Практически предел определяется:

•Мощностью передатчика (ограничена, сложно повысить) – выше мощность, больше размер и стоимость

•Мощностью шума (сложно понизить) – ниже мощность от хороших кабелей, экранирования

При отношении Сигнал/Шум = 100, повышение мощности передатчика в два раза даст 15% увеличения пропускной способности линии связи.

9.Способы модуляции. Организация дуплексного обмена.

Способы модуляции:

Аналоговая модуляцияявляется таким способом физического кодирования, при котором информация кодируется изменением амплитуды, частоты или фазы синусоидального сигнала несущей частоты.

Амплитудная модуляция(Amplitude ShiftKey –ASK, до 1000бит/с).

Приамплитудной модуляции для логической единицы выбирается один уровень амплитуды синусоиды несущей частоты, а для логического нуля - другой.

Если будут шумы, то в конце наш сигнал смешается с шумами, потому что он будет ослабевать, и нельзя будет разобрать что есть что.

Частотная модуляция

Причастотной модуляции значения 0 и 1 исходных данных передаются синусоидами с различной частотой - f₀ и f₁.

Такой подход позволяет работать с более высокими скоростями с теми же шумами, а т.е. до 1200бит/с.

Фазовая модуляция

При фазовой модуляции значениям данных 0 и 1 соответствуют сигналы одинаковой частоты, но с различной фазой, например 0 и 180 градусов или 0,90,180 и 270 градусов.

Скорость передачи- 4800бит/c.

Квадратурная модуляция

Меняется 2 параметра: амплитуда и фаза.

QAM - квадратурно-апмлитудная модуляция

Ду́плексиполуду́плекс— режимы работы приёмо-передающих устройств (модемов, сетевых карт, раций, телефонных аппаратов). В режимедуплексустройства могут передавать и принимать информацию сразу. В режимеполудуплекс— либо передавать, либо принимать информацию.

Виды обмена:

- симплекс передача данных в одну сторону.

- полудуплекс передача и прием данных разбиты во времени.

-дуплекс одновременный прием и передача данных.

Способы организации дуплексного обмена:

1) внедрение 2-ух независящих физических каналов в кабеле, любой из которых работает в симплексном режиме, другими словами передает данные в одном направлении.

2) на базе разделения канала на два логических подканала
Модемы, использующие частотную модуляцию, работают на 4 частотах: две частоты - для кодировки единиц и нулей в одном направлении, а другие две частоты - для передачи данных в обратном направлении. В волоконно-оптических кабелях при использовании 1-го оптического волокна для организации дуплексного режима работы применяется передача данных в одном направлении при помощи светового пучка одной длины волны, а в обратном - иной длины волны.

3) Эхокомпенсация. Одна физическая линия, в ней находится как передаваемый, так и принимаемый сигналы. DSP-процессор осуществляет выделение передаваемых им данных из канала, оставшийся сигнал считается принимаемым.

10. Локальные вычислительные сети (ЛВС). Разделяемая среда. Методы доступа к разделяемой среде. Случайные, детерминированные и комбинированные методы.

ЛВС – группа компьютеров, сосредоточенная на небольшой территории, объединенная одним или несколькими высокоскоростными каналами передачи данных, в общем случае, коммуникационная система, принадлежащая одной организации.

Local Area Network – LAN.

Разделяемой средой (shared medium) называется физическая среда передачи данных, к которой непосредственно подключено несколько узлов сети. Причем в каждый момент времени только один из узлов и получает доступ к разделяемой среде и задействует ее для передачи данных другому узлу, подключенному к этой же среде.

Методы доступа:

Централизованные. Управление обменом сосредоточенно в одном месте.

- 1. Неустойчивость к отказам центра 2. Малая гибкость управления

+ 1. Отсутствие конфликтов. 2. Простота реализации.

Децентрализованные. Вопросами управления, в т.ч. разрешением конфликтов, занимаются все абоненты сети.

+ Высокая устойчивость к отказам и большая гибкость.

Существуют три метода доступа к разделяемой среде в локальной сети: случайный, детерминированный(маркерный), комбинированный.

1. «Случайный доступ»

Случайное чередование передающих абонентов. Возможны конфликты, но предполагаются способы их разрешений. Плохо работают при больших информационных потоках и не гарантируют абоненту величину времени доступа. Более устойчивы к отказам сетевого оборудования и более эффективно используют сеть при малой интенсивности обмена.

Основные принципы: 1. Слушай, прежде чем говорить 2. Слушай пока говоришь.

Пример: CSMA/CD (сеть Ethernet)

2. «Маркерный(детерминированный) доступ»

Определяют четкие правила, по которым чередуются захватывающие сеть абоненты. Имеется систему приоритетов, причем приоритеты эти различны для всех абонентов. Конфликты полностью исключены (или маловероятны).

Пример: Маркерный доступ (сети Token-Ring, FDDI). Право передачи имеет сетевое устройство владеющее специальным сообщением (маркером).

3. «Комбинированный доступ»

Метод называется CSMA/CA (Carrier Sense Multiply Access with Collision Avaidance(избежание)).

Услышав все заявку(короткую), все СА замолкают на время передачи. Заявка передается случайным методом.

СА- это сетевой адаптер.

11. Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD).

Этот метод используется исключительно в сетях с общей шиной (к которым относятся и радиосети, породившие этот метод) и является одним из методов случайного доступа. Основными принципами методов случайного доступа является: 1) слушай прежде чем говорить; 2) слушай пока говоришь.

МетодCSMA/CD включает элементы и 1 и 2 принципа, но преобладает 2.

Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения. Чтобы получить возможность передавать кадр, станция должна убедиться, что разделяемая среда свободна. Это достигается прослушиванием основной гармоники сигнала, несущей частоты. Признаком незанятости среды является отсутствие на ней несущей частоты. Если среда свободна, то узел имеет право начать передачу кадра.

Кадр данных всегда сопровождается преамбулой, которая нужна для вхождения приемника в побитовый и побайтовый синхронизм с передатчиком. 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, передает их вверх по своему стеку, а затем посылает по кабелю кадр-ответ (адрес станции источника содержится в исходном кадре). После окончания передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать технологическую паузу в 9,6 мкс. Эта пауза, называется межкадровым интервалом, нужна для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние, а также для предотвращения монопольного захвата среды одной станцией. Механизм прослушивания среды и пауза м/у кадрами не гарантируют от возникновения такой ситуации, когда две или более станций одновременно начинают передавать свои кадры. При этом происходит коллизия (К), т.к. содержимое обоих кадров сталкивается на общем кабеле и происходит искажение информации – методы кодирования, используемые в Ethernet, не позволяют выделять сигналы каждой станции из общего сигнала. Гораздо вероятнее, что К возникает из-за того, что один узел начинает передачу раньше др., но до второго узла сигналы первого просто не успевают дойти к тому времени, когда второй узел решает начать передачу своего кадра. Т.е. Коллизия – это следствие распределенного характера сети.

12. Разновидности сетей Ethernet. Оборудование для организации ЛВС по технологии Ethernet.

В зависимости от типа физической среды технология Ethernet имеет различные модификации:

10Base-5 - коаксиальный кабель диаметром 0.5 дюйма, называемый "толстым" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 500 метров (без повторителей).

10Base-2 - коаксиальный кабель диаметром 0.25 дюйма, называемый "тонким" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 185 метров (без повторителей).

10Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). Образует звездообразную физическую топологию с концентратором. Расстояние между концентратором и конечным узлом - не более 100 м. Передача и прием ведется по двум парам из четырех.

10Base-F - оптоволоконный кабель. Топология аналогична стандарту на витой паре. Имеется несколько вариантов этой спецификации - FOIRL, 10Base-FL, 10Base-FB.

Для всех стандартов Ethernet логическая топология - шина (если сеть построена не на коммутаторах).

Число 10в указанных выше названиях обозначает битовую скорость передачи - 10 Мбит/с, а слово Base - метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц.

Оборудование для организации ЛВС по технологии Ethernet:

Существуют: мосты Ethernet и Router(Маршрутизатор).

1) мосты Ethernet.

«Bridge»- позволяет разделить трафик, т.е. локализовать его (потоки становятся отдельными и параллельными). Коллизии, которые есть в одной сети, не передаются в другую сеть через мост.

Мост для программиста – это устройство прозрачное(прозрачный мост).

Не переносят топологию типа «петля». Большую сеть построить не получится. В крупной сети на мостах возникает широковещательный шторм, т.к. любой широковещательный кадр пройдет во все сегменты.

Коммутатор(switch)- чтобы многопортовый мост перевести в switch необходимо поменять «начинку», т.е. потоки бы одновременно обрабатывались.

2) Маршрутизаторы.

Порты связаны с сегментами. Здесь СА работают в нормальном режиме. Большинство широковещательных кадров опускаются, только интересные передаются.

3)Hub(концетратор)

Расстояние между портом и РС не должно превышать 100 метров. Наращивание можно осуществить подключение к порту hub’а еще одного hub’а и так можно продолжать, пока число компьютеров не достигнет 1024(формально).

13. Функции сетевых адаптеров, репитеров, концентраторов, мостов, коммутаторов и маршрутизаторов.

Сетевые адаптеры(они же контроллеры, карты, платы, интерфейсы, NIC – Network Interface Card) – это основная часть аппаратуры локальной сети. Назначениесетевого адаптера– сопряжение компьютера (или другого абонента) с сетью, то есть обеспечение обмена информацией между компьютером и каналом связи в соответствии с принятыми правилами обмена. Именно они реализуют функции двух нижнихуровнеймодели OSI.

Основная функция повторителя (repeater) - повторение сигналов, поступающих на один из его портов, на всех остальных портах (Ethernet) или на следующем в логическом кольце порте (Token Ring, FDDI); улучшает эл. хар-ки сигналов и их синхронность, след-но есть возможность увеличивать общую длину кабеля м/у станциями.

Многопортовый повторитель - концентратор (hub)реализует не только функцию повторения сигналов, но и концентрирует в 1 центральном устройстве функции объединения компьютеров в сеть.

Концентраторы и повторители являются средством физической структуризации сети. Вспомогательные функции:

· объединение сегментов с различными физическими средами;

·автоматическое отключение порта при его некорректном поведении (повреждение кабеля, интенсивная генерация пакетов ошибочной длины и т.п.);

·Защита передаваемых по сети данных от несанкционированного доступа;

·Поддержка средств управления сетями - протокола SNMP, баз управляющей информации MIB.

Мост (bridge), а также его быстродействующий аналог - коммутатор (switch), делит общую среду передачи данных на логические сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения физ сегментов (отрезков кабеля) с помощью концентраторов. Любой логический сегмент подключается к отдельному порту коммутатора. При поступлении кадра на любой порт, коммутатор повторяет этот кадр только по тому порту, к которому подключен сегмент, содержащий адресата.Разница м/у мостом и коммутатором состоит в том, что мост в " момент времени может осуществлять передачу кадров только м/у парой портов, а коммутатор одновременно поддерживает потоки данных м/у всеми своими портами. Мост передает кадры последовательно, а коммутатор параллельно. В отличие от коммутатора мост не может параллельно передавать данные между своими интерфейсами.

Маршрутизатор (router)позволяет организовывать в сети избыточные связи, образующие петли. принимает решение о передаче пакетов на основании > полной инфы о графе связей в сети, чем мост или коммутатор. Маршрутизатор имеет в своем распоряжении базу топологической инфы (м/у какими подсетями сети имеются связи и в каком состоянии они находятся). Имея такую карту сети, маршрутизатор может выбрать один из нескольких возможных маршрутов доставки пакета адресату. В данном случае под маршрутом понимают последовательность прохождения пакетом маршрутизаторов. Решение о выборе того или иного маршрута принимается любым роутером.

Сравнение коммутаторов и маршрутизаторов:

Коммутаторы

+Работают на канальном уровне, прозрачны для протоколов верхнего уровня

+Быстрые устройства - обрабатывают кадры со скоростями, близкими к предельным (wire speed)

-Не могут фильтровать трафик для защиты от несанкционированного доступа или ошибок (широковещательный шторм)

-Не могут объединять сети с разными технологиями

Маршрутизаторы

+Способны объединять сети с разными технологиями (составные сети)

+ Защищают и изолируют сети от проблем в одной из сетей (широковещательный шторм, нежелательный доступ)

+ Осуществляют баланс и приоритезацию трафика

- Обрабатывают пакеты медленней, чем мосты (количество этапов при обработке больше в 2- 3 раза)

14. Конструктивное исполнение и функциональные возможности современных коммутаторов Ethernet.

В конструктивном исполнении коммутаторы могут быть автономными, стековыми, на основе шасси.

На основе шасси.Выполняются на основе какой-либо комбинированой схемы, в которой взаимодействие модулей организуется по быстродействующей шине или на основе быстрой разделяемой памяти большого объема. Модули выполнены на основе технологии "hot swap”.

Стековые коммутаторы.Работают автономно. Выполнены в отдельном корпусе. Имеют специальные интерфейсы, которые позволяют объединять их общую систему, работающую как единый коммутатор. Говорят, что в этом случае они образуют стек. Обычно такой интерфейс представляет собой высокоскоростную шину, которая позволяет объединить отдельные корпуса подобно модулям в коммутаторе на основе шасси.

Функциональные возможности коммутаторов.

Трансляция протоколов канального уровня (трансляция одного протокола канального уровня в другой Ethernet в FDDI, Fast Ethernet в Token Ring и т.п.). Алгоритм Spanning Tree позволяет автоматически определять древовидную конфигурацию связей в сети при произвольном соединения портов м/у собой. Для нормальной работы коммутатора требуется отсутствие замкнутых маршрутов в сети. Эти маршруты могут создаваться админом специально для образования резервных связей или же возникать случайным образом. Поддержка виртуальных сетей.

Фильтрация трафика - позволяет задавать админу дополнительные условия фильтрации кадров наряду со стандартными условиями их фильтрации в соответствии с информацией адресной таблицы. Пользовательские фильтры предназначены для создания дополнительных барьеров на пути кадров, ограничивающих доступ определенных групп пользователей к определенным сервисам сети.

Коммутация "на лету" или с буферизацией – коммутатор, работающий "на лету", может выполнять проверку некорректности передаваемых кадров, но не может изъять плохой кадр из сети, так как часть его байт уже переданы в сеть. При небольшой загрузке коммутатор, работающий "на лету", уменьшает задержку передачи кадра. Поэтому применяют механизм адаптивной смены режима работы коммутатора. Основной режим - коммутация "на лету", с постоянным контролем трафика. При превышении интенсивности появления плохих переходит на режим полной буферизации. Использование классов сервиса- эта функция позволяет администратору назначить различным типам кадров различные приоритеты их обработки.

15. Маркерные методы доступа. Сети FDDI и TokenRing. Преимущества и недостатки маркерного доступа.

В сетях с Маркерным Доступом, право передачи имеет сетевое устройство, владеющее специальным сообщением (маркером).

Пример:FDDI, Token Ring.

Token Ring.

Все станции сети объединены в кольцо, отрезками кабеля (витая пара, оптоволокно). Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс. Право на использование кольца передается с помощью кадра спец.формата (маркер, токен). Любая станция вTRвсегда получает данные от ближайшего активного соседа (станции, расположенной выше по потоку данных) и передает своему ближайшему соседу вниз по потоку данных. Станция, которая имеет данные для передачи, при получении маркера, изымает его из кольца и выдает в кольцо кадр данных. Кадр данных снабжен адресом источника и адресом назначения и флагом подтверждения приема. Далее кадр идет по сети. И если он проходит ч/з станцию назначения, то она выставляет флаг подтверждения приема и отправляет кадр далее. Когда кадр возвращается к станции источнику, она проверяет флаг, изымает кадр из кольца и формирует новый маркер. Время владения кольцом ограничивается временем удержания маркера, после истечения которого станция обязана прекратить передачу данных и передать маркер далее по кольцу.

TRработают с 2-мя битовыми скоростями – 4 и 16 Мб/с

Работа станций на разных скоростях не допускается.

ВTR16Мб/с также используется алгоритм раннего освобождения маркера: станция передает маркер, не дожидаясь возвращения по кольцу кадра с битом подтверждения приема. Одна станция обозначается как активный монитор, она осуществляет управление тайм-аутом в кольце, порождает новые маркеры, генерирует диагностические кадры. Если монитор отказал, то среди станций выбирается новый монитор.

FDDI(Fiberoptics Distributed Data Interface -распределенный интерфейс на основе оптоволокна). Основывается на TR. Строится на основе двух оптоволоконных колец (основное и резервное).

В нормальном режиме данные проходят через все участки первичного (Primary) кольца. В случае отказа первичное кольцо объединяется со вторичным, образуя вновь единое кольцо. Этот режим работы называется Wrap(свертывание). Свертывание производится силами концентраторов или сетевых адаптеров. Для упрощения этой процедуры, данные в первичном кольце передаются против часовой стрелки, а по вторичному – по часовой стрелке.

Скорость передачи составляет до 100Мб/с.

«+» 1.Обладает элементами отказоустойчивости 2. Отсутствие коллизий.

«–» 1. Высокая стоимость оборудования 2. Сложность построения больших сетей

Преимущества и недостатки маркерного доступа

Преимущества:

1) нет коллизий

2) почти 100% указанная скорость передачи.

Недостатки:

1) СА тут дороже и сложнее.

2) большой поток управления, даже если данных для передачи нет;

3) сеть имеет принципиальные ограничения на количество абонентов.

16. Высокоскоростные локальные сети. Технологии Fast- и Gigabit Ethernet.

Высокоскоростные локальные сети, такие сети скорость передачи информации в которых 100Мбит и более:

-100VG-AnyLan

-FastEthernet

-GigabitEthernet

-10GigabitEthernet.

Fast Ethernet – это составная часть стандарта IEEE 802.3. Более быстрая версия стандарта Ethernet. Использует метод доступа CSMA/CD (Carrier-Sense Multiple Access/Collision Detection) – метод доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий (столкновений). Работает на скорости100 Мбит/с. Формат кадра классический.

Основная топология сети FE – "пассивная звезда”. FE требует обязательного применения концентраторов. Концентраторы могут объединяться между собой связными сегментами, что позволяет строить сложные конфигурации.

Стандарт определяет три типа среды передачи для FE:

-100BASE-T4 (передача идет со скоростью 100 Mбит/с в основной полосе частот по четырем витым парам электрических проводов);

-100BASE-TX (передача идет со скоростью 100 Mбит/с в основной полосе частот по двум витым парам электрических проводов);

-100BASE-FX (передача идет со скоростью 100 Mбит/с в основной полосе частот по двум оптоволоконным кабелям)

Метод кодирования: 100BASE-TX/FX – 4B/5B, 100BASE-T4 – 8B/6B(троичные коды).

GigabitEthernet

Основная идея разработчиков стандарта Gigabit Ethernet – максимальное сохранение идей классической технологии Ethernet при достижении битовой скорости в 1000 Мбит/с. Gigabit Ethernet, так же как и его менее скоростные собратья, на уровне протокола не поддерживает:

- качество обслуживания;

- избыточные связи;

- тестирование работоспособности узлов и оборудования.

Сохраняются все форматы кадров Ethernet. По-прежнему существовуют полудуплексная версия протокола, поддерживающая метод доступа CSMA/CD, и полнодуплексная версия, работающая с коммутаторами.

Поддерживаются все основные виды кабелей, используемых в Ethernet и Fast Ethernet: волоконно-оптический, витая пара категории 5, коаксиал.

Тем не менее разработчикам технологии Gigabit Ethernet для сохранения приведенных выше свойств пришлось внести изменения не только в физический уровень, как это было в случае Fast Ethernet, но и в уровень MAC.

1000Base-T – была сделана попытка использовать TP(витая пара) для передачи 1000Мбит/с, 5-ой категории.

1000BASE-CX – домен коллизий сократили до 25 метров.

1000Base-T4:

В технологии GE ухватились за «эхо подавление» и получилось можно работать в полном дуплексе, но такая сеть построена на коммутаторах(switch).

17. Методы обеспечения качества обслуживания

В сетях с коммутацией пакетов каждый коммутатор на входном и выходном интерфейсе имеет буфер, где пакеты стоят в очереди:

•неопределенная задержка при передаче пакета

•потеря пакетов при переполнении буфера.

Методы обеспечения качества обслуживания (Quality ofService, QoS) обеспечивают устойчивую работу мультимедийных приложений и направлены на компенсацию временных перегрузок сетей с коммутацией пакетов:

•Баланс между предельной загрузкой сети и качеством обслуживания всех видов трафика

Характеристики качества обслуживания:

•Одностороння задержка пакетов

•Вариации задержек пакетов

•Потери пакетов

•Скорость (средняя, пиковая, пульсация) трафика

ДАЛЕЕ КУРСИВОМ ДЛЯ ОБЩЕГО ОБЗОРА (НЕ ДИКТОВАТЬ ЭТО)!!!

Пример:

•Трафик просмотр веб-страницы мало чувствителен к задержкам пакетов и не требует гарантированной пропускной способности сети, но чувствителен к потере пакетов

•Голосовой трафик очень чувствителен к задержкам пакетов, требует гарантированной пропускной способности, но может терпеть потерю пакетов.

•Добиться одновременного соблюдения всех характеристик QoS для всех видов трафика невозможно.

Методы QoS:

•Сеть с избыточной пропускной способностью

–Если уровень использования пропускной способности сети низок, то трафик всех приложений большую часть времени обслуживается с высоким качеством.

–Для всей сети этого добиться сложно. Магистральные сети обычно работают в таком режиме.

•Техника управления очередями– несколько очередей на каждом интерфейсе для различных типов трафика

•Кондиционирование трафика– контроль параметров потока трафика для отнесения его к тому или иному профилю

•Методы обратной связи– уведомление источника трафика о перегрузке. Источник снизит скорость выдачи пакетов, и перегрузка сети исчезнет.

Механизмы применения QoS

•Применение методов QoS к отдельным узлам сети без учета всего маршрута не дает гарантии заданного уровня качества для потока.

•Резервирование ресурсов сети для потока на всем протяжении маршрута обеспечивает гарантию заданного уровня качества для потока

Методы инжиниринга трафика –маршруты передачи данных управляются таким образом, чтобы обеспечить сбалансированность загрузки всех узлов сети и исключить перегрузку коммутационных устройств и образование длинных очередей.

•Отличие от QoS: нет различных очередей для разного типа трафика. QoSне использует изменение маршрута трафика в зависимости от загрузки линии связи.

18. Проблема и общие алгоритмы маршрутизации. Маршрутизаторы. Типовые характеристики современных маршрутизаторов.

Проблема выбора наилучшего пути и ее решение является главной задачей сетевого уровня. Эта проблема осложняется тем, что самый короткий путь не всегда самый лучший.

Протоколы маршрутизации могут быть построены на основе разных алгоритмов, отличающихся способами построения таблиц маршрутизации, способами выбора наилучшего маршрута и другими особенностями своей работы.

Для алгоритмов маршрутизации характерны одношаговый(при выборе маршрута определяется только следующий (ближайший) router, а не вся последовательность router’ов от начала до конечного узла) и многошаговый подходы (узел-источник задает в пакете полный маршрут его следования через все промежуточные маршрутизаторы. Нет необходимости строить и анализировать табл марш-ии. Это ускоряет прохождение пакета по сети, разгружает маршрутизаторы, но больше загружает конечные узлы).

Виды маршрутизации:

•Статическая (таблица маршрутизации формируется вручную администратором)