 |
Логические структуры сетей
|
|
|
|
РЕФЕРАТ
на получение допуска к сдаче кандидатского экзамена по немецкому языку
Тема: «Основы компьютерных сетей»
Выполнил:
аспирант кафедры информатики
и вычислительной техники
Петухов Максим Александрович
Материалы реферата: Grundlagen Computernetze, Prof. Jürgen Plate, FH München, FB 04, http://www.netzmafia.de/skripten/netze/index.html
Тула – 2003
Содержание
Предисловие
Введение
1. Логические структуры сетей
2. Методы доступа
3. Типы передачи
4. Ethernet
5. Среды передачи
6. Источники помех
7. Повторитель, мост, маршрутизатор
8. Соединение кабелей типа «витая пара» и планирование сетей
9. TCP/IP
10. Протоколы высших уровней
11. Глобальные сети, голосовая связь по каналам IP, сеть по силовым кабелям, радиосети
12. Сети на основе Windows
Литература
Предисловие
Данная книга написана профессором Мюнхенского университета Юргеном Плате. Она входит в серию книг посвященных сетевым информационным технологиям, которые выходят в рамках проекта «Netzmafia». Данный проект имеет свой интернет-сайт www.netzmafia.de. Книга посвящена компьютерным сетям и адресована тем, кто хочет получить фундаментальные знания в области компьютерных сетей. Последний электронный вариант данной книги закончен 24 октября 2002 года и размещен по адресу указанному выше.
Введение
Во введении профессор Юрген Плате приводит основные определения и понятия, связанные с компьютерными сетями: компьютерная сеть, локальные и территориальные компьютерные сети, среда передачи данных, протокол передачи данных, сетевые устройства и др.
Компьютерная сеть – это система связей, к которой большинство участников присоединено с целью обмена данными.
Локальная сеть – это сеть, в одной местной ограниченной области (комната, здание, местность), которая принадлежит одной единственной организации.
|
|
|
Территориальная сеть – это сеть, которая простирается на далекие расстояния (город, страна, мир).
Кроме того, приводится эталонная модель взаимодействия открытых систем, предложенная ISO (международная организация стандартов). Эта модель описывает процесс обмена данными между различными устройствами, лежит в основе их взаимодействия в существующих сетях и может служить для развития новых методов коммуникации. Она состоит из семи уровней, каждый из которых предоставляет определенные услуги, которые в свою очередь реализуют определенные задачи коммуникации и управления.
7. Прикладной уровень обеспечивает связь приложений и диалог с программами.
6. Представительский уровень. Здесь интерпретируются данные приложений: контроль информационного обмена и кодировка/декодировка данных такие, как установление формата и управляющих символов.
5. Сеансовый уровень управляет установлением, проведением и завершением связи. Контроль параметров режима, управление потоком данных, возобновление связи в случае ошибки и синхронизация.
4. Транспортный уровень обеспечивает, чтобы все пакеты данных достигали правильных приемников. Установление передачи данных между двумя участниками, транспортировка данных, управление потоком данных, распознавание и коррекция ошибок. Этот уровень определяет тип сети по протяженности: локальная или территориальная.
3. Сетевой уровень служит главным образом для передачи потока данных. Он компетентен в выборе маршрута данных, мультиплексировании нескольких соединений на отдельных участках, обработке ошибок, управлении потоком данных между конечными пунктами соединения (не между приложениями).
2 Канальный уровень обеспечивает функционально законченную связь между двумя непосредственно соединенными станциями. Этот уровень ставит определенные рамки для транспортировки данных, распознавания ошибок и синхронизации данных по распоряжению. Информация разбивается на блоки конкретной длины, которые обозначаются кадрами данных и снабжаются контрольной информацией для распознавания и коррекции ошибок.
|
|
|
1. Физический уровень. Здесь происходит физическая передача данных. Этот уровень устанавливает электрические, механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи двух модулей (например, правило, модуляция, кабель, разъем, скорость передачи данных).
Данная модель удачно иллюстрируется с помощью примера, в котором правда только три уровня. Рассматривается научная дискуссия между двумя учеными из Аравии и Китая. Каждый из них говорит только на своем языке и переводчики, которые соответственно переводят с арабского языка на английский и с китайского на английский. Переводчики могут общаться по-английски. Появляются три уровня взаимодействия: 3. научный (дискуссия), 2. равенства языков (перевод на английский язык), 1. коммутации (передача с помощью технических средств).
В завершение приводятся примеры сетей (некомпьютерных), поясняющие разницу между коммутацией пакетов и коммутацией каналов: телефонная сеть, корреспонденция.
Логические структуры сетей
В этом разделе коротко речь идет о логических структурах сетей, т. е. о видах и способах соединения между собой отдельных станций.
Звездообразная топология. Все члены сети соединяются с центральным узлом. Непосредственная коммуникация участников друг с другом невозможна, каждая коммутация проходит через центральный узел.
Кольцевая топология. Нет центра, все станции равноправны. Каждый участник располагает одни единственным подключением к сети (узел) и через него соединяется со своими левым и правым партнерами. Передача информации происходит в одном направлении от узла к узлу.
Шинная топология. Нет центра и нет узлов. Соединение всех участников происходит через общий канал передачи.
Смешанная топология. Каждый участник соединяется с несколькими другими. Нет центра, и существует несколько независимых каналов передачи между двумя станциями.
|
|
|
Методы доступа
В этом разделе обзорно представлены различные методы доступа, причем протоколы не затрагиваются.
ALOHA. Основная идея проста: каждая станция должна посылать данные в любое время. Затем передающая станция ждет подтверждения по отдельному каналу обратной связи. При отправлении данных двумя станциями в одно и то же время произойдет коллизия: блок данных повредится, и подтверждения не будет. Если подтверждение получено, то возможна дальнейшая пересылка. В противном случае каждая передающая станция ждет некоторое время, которое определяется случайно.
CSMA / CD. Обозначает «курьер счетчика множественного доступа/поиск коллизий». Прежде чем станция посылает данные, она спрашивает сначала канал, чтобы установить, не происходит ли передача данных между другими станциями. Только при свободном канале начинается посылка данных, и во время пересылки он прослушивается, чтобы установить, встречаются ли коллизии со станцией, которая случайно начала передачу в то же время.
Token - Ring. Все компьютеры последовательно соединены и таким образом связаны в кольцо. В режиме «бездействия» (нет передачи данных) в сети циркулирует специальное сообщение, так называемый маркер (точнее свободный маркер). Этот маркер передается от одного компьютера к следующему. Компьютер, который завладел маркером, может посылать данные, присоединяя их к маркеру (занятый маркер). Блок данных будет передаваться от станции к станции, пока придет к адресату. Адресат проверит правильность данных и отпустит маркер.
Token - Bus. При методе Token-Bus доступ также регулируется передачей маркера, только сеть имеет шинную или древовидную топологию. Здесь организовано логическое кольцо.
Типы передачи
При передаче данных в локальных сетях используется в основном узкополосная передача. Передающий канал принимает два (иногда и три) состояния (уровня) в зависимости от передаваемого цифрового сигнала.
В территориальных сетях используется частично и модулированная передача, при этом цифровые значения высокочастотного сигнала модулируется.
|
|
|
В этом тексте рассматриваются только сети с узкополосной передачей. Используется кодировка, которая позволяет обратное получение тактов из сигнала. В локальных сетях приводятся главным образом три кода преобразования цифрового сигнала в аналоговый: 1) Ethernet – код Манчестера: в зависимости от смены состояний возможен переход в начало каждого бита («1» - переход от 0 к 1, «0» - переход от 1 к 0); 2) Token‑Ring – дифференцированный код Манчестера: переход в начало бита только при следующем «0»; 3) FDDI(стекловолокно) – код «не возвращать перевернутый ноль»: «0» - к началу битового периода смена состояния, «1» - без изменения уровня.
Ethernet
На сегодня Ethernet - широко распространенный стандарт для локальных сетей. Передача данных осуществляется с помощью метода CSMA/CD. Могут использоваться различные протоколы (TCP/IP, DECnet, IPX/SPX и др.). В качестве среды передачи данных используются: коаксиальный кабель сопротивлением в 50 Ом, витая пара, оптоволокно или другая среда. Скорость передачи данных обычно 10 Мб/с, но может быть и 100 Мб/с. Тип передачи данных – узкополосная. Максимальная длина всей сети - 2500 м.
Данные пересылаются в пакетах, т.е. разбиваются на кадры (Ethernet-кадры), к которым присоединяет управляющая информация в начале и информация для проверки ошибок в конце (циклический избыточный код). К сожалению нет унифицированных кадров данных, а исторически возникли условные кадры с различной структурой.
IEEE (Институт электрических и электронных проектов) разработал спецификацию для стандарта Ethernet, которую обозначают IEEE 802.3. В рамках этой спецификации развилось несколько топологий:
| Год выпуска | Обозначение | Другое название |
| 1982 | 10Base5 | Желтый кабель, стандартный Ethernet |
| 1983 | 10Base2 | Дешевая сеть |
| 1985 | 10Broad36 | Широкополостный |
| 1985 | 1Base5 | Звездообразная ЛВС |
| 1991 | 10BaseT | Витая пара |
| 1993 | 10BaseF | Оптоволокно |
| 1995 | 100BaseX | Быстрый Ethernet |
| 1998 - | Гигабитный Ethernet |
Обозначение в спецификации IEEE строится следующим образом:
- первое число – скорость передачи данных в Мб/с (10 МБ/с);
- Base или Broad – типы передачи, соответственно узкополосная или широкополосная;
- последнее число обозначает максимальную длину сегмента, выраженную в единицах по 100 метров (5 – 5 по 100 метров, т.е. 500 метров); буква показывает тип кабеля.
Среды передачи
В данном разделе рассматриваются основные типы передающих сред (кабелей) и стандарты к ним относящиеся. Основные параметры передающей среды: скорость передачи данных, тип передачи (узкополосная или широкополосная), и максимальная длина кабельного сегмента.
|
|
|
Token - Ring. Кабель состоит из двух отдельных изолированных проводов, которые вместе еще изолированы (витая пара, IBM тип 1, 2, или 3). Скорость передачи данных составляет 4 или 16 Мб/с. При 4 Мб/с могут быть соединены максимально 260 станций. Максимальная длина между станцией и распределителем кольцевого кабеля – 300 метров, между двумя распределителями – 200 метров. Тип передачи – узкополосная.
Стандартный Ethernet (10Base5). Кабель представляет собой толстый коаксиальный кабель сопротивлением 50 Ом, покрытый, большей частью, изолирующим слоем желтого цвета (отсюда другое его название: «желтый кабель»). Длина кабельного сегмента должна быть не более 500 метров. Через трансивер могут подключаться станции. Эти модули располагаются на кабеле не ближе 2,5 метров друг от друга. Через кабели трансиверов к ним подключаются станции. Максимальная длина такого кабеля – 50 метров. Максимальное число станций подключенных к кабельному сегменту – 100.
Тонкий Ethernet (Дешевая сеть, 10Base2). Этот кабель относительно недорогой и прост в установке (отсюда название «дешевая сеть»). Кабель подключается к сетевой карте компьютера с помощью BNC-T-коннектора а. Каждый кабельный сегмент ограничивается BNC-коннекторами. Сегменты могут соединятся с помощью BNC-баррел-коннекторов. Максимальная длина сегмента – 185 метров.
Витая пара (10BaseT). Кабель представляет собой несколько пар переплетенных проводов. Скорость передачи данных 10-100 Мб/с. Длина кабельного сегмента до 100 метров. Одним сегментом соединяются только две станции. Для увеличения количества подключенных станций используются концентраторы. Сеть на витой паре может обслуживать до 1024 компьютера. Различают: неэкранированную (UTP), общеэкранированную (FTP), укрытую (S/UTP), укрыто-экранированную (S/STP) и индустриальную (ITP) витую пару. Для подключения витой пары к концентраторам и сетевым платам компьютеров используются коннекторы RJ-45.
Оптоволоконный Ethernet (10BaseF). Кабель на основе оптоволокна, которое проводит сигнал только в одну сторону, поэтому кабель состоит из двух проводов, передающих сигналы в разные стороны. Длина сегмента до 2000 метров.
С развитием технологий становится доступным гигабитный Ethernet со скоростью передачи данных в несколько гигабит. В качестве кабельной системы он использует витую пару и оптоволоконный кабель.
Источники помех
В этом разделе говорится о помехах, действующих на сетевые кабели. В первую очередь это электромагнитные помехи от различных электроприборов. Но и сам кабель искажает сигнал за счет сопротивления. Все влияния изменяют цифровой сигнал. Основные причины искажений сигнала: затухание, ограничение ширины диапазона, изменение времени прохождения сигнала, шумы и др.
|
|
|
