41

CCNA1

Модуль 1: Основы компьютерной грамотности. Основные компоненты компьютера, программное обеспечение. Основные сетевые термины. Двоичная и шестнадцатеричная системы счисления. Двоичная логика.

Соединение компьютеров в сеть может быть разделено на физическое соединение, логическое соединение и приложения, которые преобразуют данные и отображают информацию.

Установка и обслуживание физического соединения требует знания компонент ПК и периферии. Для подключения к Internet необходима адаптерная плата – это модем или сетевая интерфейсная плата (NIC).

В начале 60-х г.г. модемы устанавливались на центральных компьютерах. Сегодня методы доступа достигли такого уровня, что обеспечивают надежный, высокоскоростной доступ.

Логическое соединение использует стандарты, называемые протоколами. Протокол TCP/IP (протокол управления передачей/протокол Internet) является основной группой протоколов в Internet. Протокол TCP/IP может быть сконфигурирован инструментарием операционной системы на рабочей станции. Проверить соединение можно с помощью ping.

ПО, устанавливаемое на ПК для предоставления доступа к Internet и локальным web-страницам, называется web-браузером. Иногда для браузера требуются специальные приложения. Такие приложения работают совместно с браузером при запуске программ, для просмотра которых требуются специальные файлы.

Компьютеры распознают и обрабатывают данные в двоичной системе счисления. Часто двоичный результат для удобства представляется в 16-ричном виде. Возможность преобразовывать десятичные числа в двоичные полезна при преобразовании десятичного представления IP-адреса в двоичный машинный формат. Преобразование 16-ричных чисел в двоичные и двоичных в 16-ричные используется при настройке конфигурационного регистра в роутерах Cisco.

Булева логика – это логика, позволяющая сравнивать два числа. Она используется двумя сетевыми операциями – разбиением на подсети и установкой wildcard-маски.

Основные сетевые термины

Сервер ( выделенный сервер ) --- это компьютер, который всегда включен и за ним практически никто не работает, ему даже монитор не сильно нужен по большому счету. На сервере выполняется Сетевая Операционная Система. В роли С.О.С. как правило выступают: Novell Netware 3.x , 4.x, Windows NT, UNIX ( LINUX, FreeBSD ).

Одноранговая сеть --- это сеть, в которой нет выделенных серверов, а все компьютеры, подключенные к сети, делят между собой свои же ресурсы.

Сегмент сети --- это часть сети, в которой все компьютеры "видят" друг друга напрямую. Любая сеть состоит как минимум из 1 сегмента. Сеть, состоящая из нескольких сегментов, имеет в своем составе более сложное сетевое оборудование, как то -- маршрутизатор, мост , коммутатор. А вот хаб ( концентратор ) и репитер -- это отдельная история.

Протокол --- это "язык", на котором "разговаривают" компьютеры в сети. Наиболее популярные протоколы: NETBEUI ( расширенный NetBIOS ), IPX/SPX , TCP/IP.

Пакет --- Информация в локальной сети путешествует в "пакетах" - в одинаковой длины кусках информации, в заголовках которых содержатся адреса отправителя и получателя. В IP-пакетах соответственно это IP-адреса, а в IPX-пакетах это ETHERNET-адреса.

Ethernet --- это тип сети, это "спецификация", это стандарт, это набор протоколов, это в целом практически все, относящееся к самой распространенной сетевой технологии с пропускной способностью 10 Мегабит. Наряду с Ethernet существуют ARCnet (устаревшая), Token Ring (отмирающая), Fast Ethernet, IOLAnet и др. Мы будем иметь дело в основном с Ethernetoм.

Сетевая карта --- плата расширения, с помощью которой компьютер подключается к сети. Платы ETHERNET (см. выше) выпускают множество производителей , среди них: 3com, Intel, DEC, AMD, Cabletron и др., но самая массовая и популярная сетевая карта -- так называемая NE2000. Сетевые платы выпускаются в ISA-16 и PCI вариантах, с разъемами BNC и/или UTP (TP) , а иногда и с разъемом AUI. Каждая плата умеет уникальный адрес из 6 байт, типа [ 1E:34:00:00:FF:12 ], который называется ETHERNET-адрес или "мак-адрес".

Концентратор (ХАБ, HUB) ---- это такой девайс, который "разветвляет" сеть на витой паре. Хабов очень много, они бывают очень разные. Принцип его действия прост -- любая Ethernet-информация, пришедшая на один из его портов, через небольшое время отсылается через все остальные порты. Соответственно все порты хаба двунаправленные. Существуют простые хабы, с количеством портов от 5 до 32, и сложные --- стековые и/или модульные, с настройкой портов - но это уже для большой и не домашней сети.

Маршрутизатор (роутер) --- это весьма интеллектуальное устройство, которое занимается тем, что обслуживает сети с протоколами TCP/IP или IPX/SPX. Маршрутизатор распознает адрес получателя и перенаправляет пакет только туда, куда ему, пакету, предназначено. Аппаратная реализация роутера весьма дорогостоящая штука (т.е. буквально - минимум штука$), а вот для домашней сети его можно сделать из недорогого (огого!) компутера. Или из дорогого.

Модуль 2: Основные сетевые устройства. Понятие топологии сетей. Различные типы компьютерных сетей. Понятия полосы пропускания и пропускной способности. Основные понятия семиуровневой модели сетевого взаимодействия OSI. Сравнение семиуровневой модели OSI с моделью TCP/IP.

Сетевые устройства (repeaters, hubs, bridges, switches и routers) соединяют сервера, позволяя им обмениваться информацией.

Повторители (repeaters). Подобно средам передачи данных, повторители относятся к уровню 1 (физическому) эталонной модели OSI. Чтобы понять, как работает повторитель, необходимо учесть, что данные перед отправкой в сеть преобразуются в последовательность электрических или световых импульсов, которые и перемещающихся в среде передачи данных. Эти импульсы называются сигналами. Когда сигналы покидают передающую станцию, они четкие и легко распознаются. Однако чем длиннее кабель, тем сильнее затухает и ухудшается сигнал. В конце концов, это приводит к тому, что сигнал уже не может быть правильно распознан.

Например, спецификации для витой пары категории 5 кабеля Ethernet устанавливают расстояние 100 метров как максимально допустимое для прохождения сигнала. Если сигнал проходит по сети больше указанного расстояния, то нет гарантии, что сетевой адаптер правильно распознает сигнал. Если такая проблема возникает, ее можно легко решить с помощью повторителя.

• Использование повторителей для увеличения протяженности сети

• Использование повторителей для увеличения числа узлов сети

Повторитель - простое устройство для соединения двух сегментов или кабелей ЛВС (наращивания сети). Отличается от коннектора тем, что, уменьшая помехи (line noise) и регенерируя (усиливая мощность) сигналы перед их передачей в следующий сегмент, оно увеличивает расстояние, на которое можно разнести сетевые станции, т.е. повторитель работает на физическом уровне эталонной модели OSI

Концентраторы (hubs, хабы)

В локальных сетях каждая станция подключается с помощью некоей передающей среды. Как правило, у каждого файл-сервера имеется только один сетевой адаптер. Как результат, непосредственное подключение всех рабочих станций к файл-серверу невозможно. Чтобы решить эту проблему, в сетях используются концентраторы, которые являются наиболее распространенными сетевыми устройствами.

Вообще говоря, термин концентратор используется вместо термина повторитель, когда речь идет об устройстве, которое служит центром сети (рис. 3.2). Ниже перечислены наиболее важные особенности концентраторов:

• усиливают сигналы;

• распространяют сигналы в сети;

• не выполняют фильтрацию;

• не занимаются маршрутизацией и коммутацией;

• используются как точки концентрации в сети.

Концентратор или повторитель, через который соединяются узлы сети в топологии звезда

Концентратор можно представить себе в виде устройства, которое содержит множество независимых, но связанных между собой модулей сетевого оборудования. В локальных сетях концентраторы ведут себя как мультипортовые повторители. В таких случаях концентраторы используются, чтобы разделить сетевые носители и обеспечить множественное подключение.

Недостатком использования концентратора является то, что он не может фильтровать сетевой трафик. Фильтрацией называется процесс, в ходе которого в сетевом трафике контролируются определенные характеристики, например, адрес источника, адрес получателя или протокол, и на основании установленных критериев принимается решение — пропускать трафик дальше или игнорировать его. В концентраторе данные, поступившие на один порт, передаются дальше на все порты. Следовательно, концентратор передает данные во все участки или сегментам сети, независимо от того, должны они туда направляться или нет.

Если имеется только один кабель, связывающий все устройства в сети, или если сегменты сети связаны только нефильтрующими устройствами (например, концентраторами), несколько пользователей могут попытаться послать данные в один и тот же момент времени. Если одновременно пытаются передавать несколько узлов, то возникает конфликт.

В этом случае данные от разных устройств сталкиваются друг с другом и повреждаются. Область сети, в пределах которой сформировался пакет данных и возник конфликт, называют доменом коллизии. Одним из методов решения проблемы слишком большого трафика и большого числа коллизий в сети является использование мостов.

Мост (bridge) - аппаратно-программное устройство, соединяющее две или более физические локальные сети, имеющие, возможно, различные топологии, но один и тот же протокол. Мост, по существу, превращает несколько маленьких сетей в одну большую, пропуская через себя трафик в обе стороны без выбора оптимального маршрута. Он анализирует в пакете поле адреса пункта назначения и сравнивает его с таблицей, в которой указаны адреса всех рабочих станций данного сегмента сети. Если адрес не соответствует ни одному из них, то пакет передается в следующий сегмент. Такие мосты (их называют прозрачными) продолжают передавать пакет переход за переходом, пока тот не достигнет станции назначения. Мосты функционируют на подуровне управления доступом к среде передачи (MAC) канального уровня, не понимают и не связаны с протоколами более высокого уровня. Они применяются, если в сети используются разнотипные среды передачи (например, витые пары и оптоволокно) и/или разные скорости передачи, так как мост буферизует пакеты. Кроме того, применение мостов повышает эффективность работы сети, так как с их помощью трафик локализуется в пределах подсети. Современные мосты умеют соединять ЛВС с различными протоколами, соответствующим образом преобразуя трафик. Такие мосты называются мост-маршрутизатор или брутер. Интеллектуальные мосты можно запрограммировать на фильтрацию пакетов по определенным критериям

Мосты работают на уровне 2 (канальном) эталонной модели OSI.

• Они более интеллектуальны, чем концентраторы, т.е. могут анализировать приходящие пакеты и пропускать (или не пропускать) их дальше на основании адресной информации.

• Принимают и пропускают пакеты данных между двумя сетевыми сегментами.

• Управляют широковещательными пакетами в сети.

• Имеют и ведут внутренние таблицы адресов.

Коммутатор (switch, переключатель) - устройство, используемое для установления соединений в небольших сетях

Коммутаторы Ethernet. Обеспечивают сегментам и настольным системам дуплексную связь и выделенную полосу пропускания.

Коммутация (switching). Процесс принятия входящего фрейма на одном интерфейсе и отправки его через другой.

Маршрутизатор (router) - программно-аппаратное устройство, физически объединяющее вместе две или более компьютерные сети, передавая с помощью специального ПО пакеты из одной сети в другую (он принимает пакет в свой буфер по одному из входных каналов и отправляет его по одному из своих выходных каналов связи. Необходимость ожидания окончания приёма пакета приводит к появлению задержки пакета в маршрутизаторе, пропорциональной длине пакета). Маршрутизатор может связывать сети, использующие различные топологии и протоколы. Уменьшает сетевой трафик, передавая только те пакеты, которые должны уйти в присоединенную ЛВС (функция фильтрации). Маршрутизатор работает на сетевом уровне модели OSI. В отличие от мостов маршрутизаторы подходят для больших сетей с несколькими контурами, обладающими избыточными путями для связи. Маршрутизаторы являются протокол-ориентированными, бывают статическими и динамическими. В статических - администратор сети вручную задаёт маршрутные таблицы, а в динамических - маршрутизатор создаёт их сам. Динамический маршрутизатор непрерывно обменивается пакетами с другими маршрутизаторами для отслеживания появления новых узлов и рабочих станций, чтобы соответствующим образом скорректировать свои маршрутные таблицы. Динамические маршрутизаторы выявляют перегрузки в сети и дефектные цепи. Одно из преимуществ перед мостами в том, что маршрутизатор не тиражирует автоматически все широковещательные сообщения

Понятие топологии сетей

Физическая топология является реальной схемой проводов и информационных средств.

Логическая топология определяет, каким образом осуществляется доступ серверов к средствам информации.

Наиболее распространенными физическими топологии приведены ниже:

	шинная топология - топология сети, при которой в качестве среды передачи используется единый кабель (шина); во время передачи данные проходят по всему кабелю, каждая станция прослушивает шину и принимает кадр только в том случае, если адрес станции совпадает с адресом получателя, установленным в кадре
	кольцевая топология - спецификация локальной сети кольцевой топологии, в которой кадр управления (supervisory frame) называемый также маркером (token) последовательно передается от станции к соседней; станция, которая хочет получить доступ к среде передачи, должна ждать получения кадра, и только после этого может начать передачу данных
	топология «звезда» - все кабели соединены в центральной точке
	расширенная топология «звезда» – отдельные звездообразные топологии соединены друг с другом шинами или переключателями
	иерархическая топология – система соединена с компьютером, который контролирует трафик на топологии
	топология типа решетки – каждый сервер соединен со всеми серверами

Наиболее распространенными логическими топологиями являются:

1. радиопередача – каждый хост посылает данные другим хостам сети. В этом случае отсутствует порядок использования сети станциями.

2. передача маркера в сети – электронный сигнал последовательно посылается каждому хосту. Получение сигнала означает, что хост может послать данные. Если у хоста отсутствуют данные для передачи, он посылает сигнал следующему хосту, и процесс повторяется.

Сети, использующие топологию передачи маркера – Token Ring и FDDI (распределенный интерфейс передачи данных по волоконно-оптическим каналам).

Типы компьютерных сетей

Локальные сети (LAN) проектируются для работы в пределах ограниченной географической области. Они позволяют организовать доступ к средствам информации с высокой пропускной способностью, находятся под управлением локального администратора, обеспечивают доступ к локальным ресурсам в течение всего рабочего дня и физически соединяют соседние устройства.

Глобальная сеть (WAN) - сеть, обеспечивающая передачу информации на значительные расстояния с использованием коммутируемых и выделенных линий или специальных каналов связи. Такие сети обеспечивают доступ через последовательный интерфейс с невысокими скоростями.

Региональная (вычислительная) сеть (MAN)– сеть, охватывающая какую-либо центральную часть (например, город или пригород). Эта сеть является промежуточной по масштабу между локальной и глобальной. Обычно такие сети состоят из двух и более локальных сетей одной и той же географичкой территории.

Архитектура "сервер-хранилище данных" (SAN) – масштабируемая сеть, представляющая собой высокоскоростные выделенные каналы связи с системой хранения данных. SAN обеспечивают более высокую производительность системы.

Виртуальная частная сеть (VPN) – частная сеть, которая конструируется в рамках общей сетевой инфраструктуры. Основные типы VPN:

• Access VPNs – предоставляет работникам или пользователям SOHO (ПО, предназначенного для малого или домашнего офиса) удаленный доступ к сети Intranet или Extranet.

• Intranet VPNs – доступны только пользователям, имеющим привилегированный доступ к внутренней сети организации.

• Extranet VPNs – проектируются для передачи приложений или услуг, основанных на Intanet, для внешних пользователей или предприятий.

Концепция уровней используется для описания процесса передачи информации от одного компьютера к другому. Разделение сети на уровни обеспечивает следующие преимущества:

• уменьшает сложность

• стандартизирует интерфейс

• облегчает разработку модулей

• обеспечивает возможность взаимодействия сетей

• увеличивает скорость развития

• делает обучение более простым

Двумя моделями, состоящими из отдельных уровней, являются сетевые модели OSI (взаимодействие открытых систем) и TCP/IP.

Модель OSI

OSI-модель - взаимодействие открытых систем, эталонная модель OSI семиуровневая модель протоколов передачи данных, утверждённая ISO в 1984 г., для обеспечения взаимодействия открытых систем. В модели OSI все сетевые функции разделены на уровни таким образом, что все вышележащие уровни пользуются услугами нижележащих через стандартизованные интерфейсы. Такая структура позволяет модифицировать любой из уровней, не затрагивая остальные. Уровни OSI снизу вверх: физический ( physical layer), канальный ( data link layer), сетевой ( network layer), транспортный ( transport layer), сеансовый ( session layer), представления данных ( presentation layer) и прикладной ( application layer). Поскольку уровни с первого по третий управляют физической доставкой данных по сети, то их иногда называют уровнями среды передачи данных ( media layers)

Преимущества разделения сети на семь уровней:

• разбивает сетевое взаимодействие на более мелкие, легко управляемые части

• позволяет различным типам сетевого аппаратного и программного обеспечение взаимодействовать друг с другом

• предотвращает изменение одного уровня под влиянием другого

• представляет сетевое взаимодействие в виде более мелких частей, простых для понимания и изучения

Уровни OSI-модели:

7	Прикладной (Application)	определяет способы передачи информации между приложениями
6	Представительский (Presentation)	определяет способы шифрования, кодирования и, иногда, сжатия данных
5	Сеансовый (Session)	отвечает за установку, поддержку и разрыв соединения
4	Транспортный (Transport)	обеспечивает доставку между конечными точками. Обеспечивает механизмы для установки, поддержания и упорядоченного завершения действия виртуальных каналов, систем обнаружения и устранения неисправностей транспортировки и управления информационным потоком (с целью предотвращения переполнения системы данными из другой системы).
3	Сетевой (Network)	отвечает за адресацию и маршрутизацию при межсетевом обмене. На данном уровне существуют логические адреса.
2	Канал передачи данных (Data Link)	отвечает за прием и передачу пакетов, сервис на уровне датаграмм, локальную адресацию и контроль ошибок. Решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления о неисправностях, упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации. На данном уровне существуют физические адреса.
1	Физический (Physical)	определяет связь на уровне аппаратуры (провода, соединители, напряжение, скорость передачи данных)

При передаче данных от источника к приемнику каждый уровень OSI-модели источника должен взаимодействовать с соответствующим уровнем OSI-модели приемника. Такой способ взаимодействия называется передача между равноправными узлами. В течение данного процесса протоколы обмениваются информацией, называемой модулями данных протокола (PDU). PDU содержат как управляющую информацию, так и пользовательские данные.

Пакеты данных в сети идут от источника к приемнику. Каждый последующий уровень зависит от предыдущих уровней. Это отображено в методе инкапсуляции. Суть метода в том, что каждый нижележащий уровень помещает заголовок PDU из верхнего предыдущего уровня в свое поле данных. По мере того, как данные перемещаются вниз по уровням OSI-модели, добавляются новые заголовки. Таким образом, уровень 4 содержит информацию, добавленную на уровнях 7, 6 и 5. Данные, содержащиеся в PDU уровня 4, называются с егментом.

Сетевой уровень связан с транспортным уровнем, и транспортный уровень предоставляет данные подсистеме межсетевого обмена. Задачей сетевого уровня является перемещение данных в объединенной сети. Эта задача выполняется при помощи инкапсуляции данных и добавления к пакету созданного заголовка (уровень 3 PDU). Заголовок содержит информацию, необходимую для полной передачи данных, такую как логические адреса источника и приемника.

Уровень канала передачи данных связан с сетевым уровнем. Он инкапсулирует информацию сетевого уровня во фрейм - блок информации, источником и пунктом назначения которого являются объекты канального уровня (уровень 2 PDU). Заголовок фрейма содержит информацию, необходимую для полного выполнения функций уровня канала передачи данных (например, физические адреса). Уровень 2 связан с сетевым уровнем посредством инкапсуляции информации сетевого уровня во фрейм.

Аналогично физический уровень связан с уровнем канала передачи данных. На этом уровне полученный фрейм представляется в виде нулей и единиц (битов) для дальнейшей передачи.

Модель TCP/IP

Application layer	контролирует управление и кодирование
Transport layer	обеспечивает надежность выходного канала, управление потоком данных, исправление ошибок. Этим уровнем управляет протокол, называемый протоколом TCP.
Internet layer	разбивает TCP-сегменты на пакеты и посылает их из любой сети. На этом уровне происходит выбор наилучшего пути и переключение пакетов. Этим уровнем управляет протокол, называемый протоколом IP.
Network access layer (host-to-network layer)	связан со всеми компонентами (как физическими, так и логическими), необходимыми для установления физической связи. Содержит элементы сетевых технологий, включая элементы физического уровня и уровня канала передачи данных модели OSI.

Протоколы модели TCP/IP:

Сравнение моделей OSI и TCP/IP

Сходства	Отличия
разбиение на уровни наличие прикладного уровня (хотя оказывают различные услуги) наличие сопоставимых транспортного и сетевого уровней обе модели требуют наличия у человека сетевой специализации обе модели принимают переключаемые пакеты. Это означает, что пакет может достигнуть олдного и того же приемника различными путями.	TCP/IP объединяет сеансовый и представительский уровни в прикладной уровень TCP/IP объединяет физический уровень и уровень канала передачи данных в Network access layer TCP/IP имеет более простое представление ввиду меньшего числа уровней протоколы TCP/IP являются стандартами, на основе которых развивается Internet, в то время как на основе протоколов OSI сети проектируются довольно редко.

Вне зависимочти от используемой модели, на сетевых уровнях всегда выполняются пять шагов, определяющих порядок инкапсуляции и передачи данных:

1. изображения и текст преобразуются в данные

2. данные упаковываются в сегменты

3. сегменты данных инкапсулируются в пакеты с указанием адресрв источника и приемника

4. пакеты инкапсулируются во фреймы с указанием MAC-адреса непосредственно следующего соединенного устройства

5. фреймы представляются в виде нулей и единиц (бит) для передачи по средствам информации.

Модуль 3: Среды передачи информации. Физические основы распространения сигналов. Типы медных кабелей и разъемов. Оптические кабели. Стандарты беспроводных сред.

Количество информации, передаваемое в сети за определенный промежуток времени, называется пропускной способностью. Эта величина измеряется в тысячах (kbps), миллионах (Mbps), биллионах (Gbps) или триллионах (Tbps) бит в секунду. Теоретическая пропускная способность является важной величиной для анализа сети. Если известна теоретическая пропускная способность сети, то возможное время передачи данных можно вычислить по формуле: время_передачи = размер_файла/пропускная_способность. Однако реальная пропускная способность определяется различными факторами такими, как используемые устройства и топология сети, типы данных, число пользователей, аппаратное обеспечение и условия питания.

Данные могут быть представлены в виде аналоговых или цифровых сигналов. Аналоговая полоса пропускания – это величина, определяющая количество электромагнитных диапазонов, занимаемых каждым сигналом. Например, аналоговый видеосигнал, передаваемый в широкой полосе частот, не может быть передан в более узкой полосе. Если необходимая полоса пропускания не доступна, сигнал не может быть передан. При цифровой передаче сигналов вся информация, независимо от ее вида, передается в битах. Через более узкую цифровую полосу пропускания может быть передано неограниченное количество информации.

Медный кабель передает информацию при помощи электрического тока. Электрические спецификации кабеля определяют типы сигналов, которые может передавать отдельный кабель, скорость передачи сигналов и расстояние, которое проходит сигнал.

При работе с компьютерными сетями полезно понимание следующих электрических концепций:

Электрическое напряжение – напряжение, под действием которого перемещаются электроны.

Сопротивление – сила, препятствующая перемещению электронов. В результате действия этой силы сигнал при прохождении по каналу угасает.

Ток – поток зарядов, возникающий при перемещении электронов.

Цепь (схема) – замкнутый контур, по которому течет электрический ток.

Электрическая схема состоит из проводников и содержит источник питания. Напряжение порождает ток в цепи, в то время как сопротивление и импеданс препятствуют ему. Для измерения напряжения, тока, сопротивления и других численных электрических величин используется мультиметр.

Для различных целей в сетях используются различные типы медных проводов:

Коаксиальный кабель - электрический провод, применяемый в сетях, имеющий соосное (коаксиальное) расположение центрального проводника, окруженного изолятором, и внешнего проводника, выполненного в виде проволочной оплетки; снаружи покрыт еще одним защитным слоем изолятора. Такой кабель менее подвержен помехам и ослаблению сигнала по сравнению с другими типами кабеля.

Неэкранированная витая пара (UTP) - кабельные системы на основе неэкранированных скрученных попарно медных проводников.

Экранированная витая пара (STP) - кабельные системы на основе экранированных скрученных пар медных проводников.

Используя витую пару можно сформировать прямой, перекрещенный (crossover) и rollover кабели. Эти термины применяются к отдельным соединениям провода (выводам) от одного конца до другого конца провода. Прямой провод используется для соединения различных устройств (например, переключателя и ПК). Crossover-кабель соединяет два одинаковых устройства (например, два переключателя). Поскольку передающие и принимающие контакты имеют различное расположение на каждом устройстве, требуются различные выводы.

Оптоволокно является наиболее распространенным средством для длительной, двухточечной передачи с высокой пропускной способностью. Используется в локальных и глобальных сетях. Для безопасной передачи данных на относительной большие расстояния используется энергия света. Световой сигнал, передаваемый по волокну, производится передатчиком, преобразующим электрический сигнал в световой. Получатель преобразует свет, поступающий на приемный конец, обратно в электрический сигнал.

Каждый используемый оптоволоконный кабель состоит из двух стеклянных волокон, заключенных в отдельные оболочки. Так же, как медный кабель, витая пара использует отдельные пары проводов для передачи и приема. Волоконно-оптические цепи используют одно волокно для передачи и одно волокно для приема.

Часть оптического волокна, через которую проходят лучи света, называется ядром волокна. Ядро окружено слоем стекла (покрытием) с другим коэффициентом преломления. Его функция заключается в отражении сигнала обратно к ядру. Слой стекла окружен амортизаторным материалом, защищающим ядро и этот слой от повреждений. Амортизатор окружен прочным материалом, предохраняющим кабель от растяжения, когда установщик его натягивает. Обычно используется материал Kevlar. Завершающим элементом являетя наружный чехол, защищающий волокно от износа и различных загрязняющих веществ.

Законы отражения и преломления используются для проектирования волоконных средств, которые пропускают световые волны с минимальной энергией и наименьшей потерей сигнала. Для лучей однажды вошедших в ядро волокна, существует ограниченное количество оптических путей, по которым луч может пройти через волокно. Эти оптические пути называются режимами. Если диаметр ядра настолько велик, что существует много путей, по которым луч может пройти через волокно, то это волокно называется многорежимным. В однорежимном волокне ядро имеет меньший диаметр, в результате чего световые лучи могут перемещаться только по одному режиму внутри волокна. Засчет своей конструкции однорежимные волокна передают данные с более высокой скоростью и на более протяженные расстояния по сравнению с многорежимными.

Волокно считается защищенным от помех, поскольку оно не восприимчиво к внешним помехам или помехам от других кабелей. Свет одного волокна не вызывает возникновения света в другом. Затухание светового сигнала становится проблемой для длинных кабелей, особенно если поперечные срезы кабелей склеены встык.

И для медного кабеля, и для волоконной среды необходимы стационарные устройства, позволяющие перемещения только в пределах ограничений среды. Беспроводные технологии устраняют данные ограничения.

Беспроводное взаимодействие использует три типа фреймов: контрольные, управляющие и фреймы данных. Для того, чтобы избежать коллизий на разделяемых радиочастотах WLANs используют Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance.

Подлинность WLAN устанавливается на уровне 2, где происходит определение подлинности устройства. После этого происходит ассоциация, которая позволяет пользователю использовать услуги точки доступа для передачи данных.

Стандарты беспроводных сред

IEEE 802.11 спецификация на беспроводные радиоЛВС. Определяет максимальную скорость передачи 2 Мбит/с и используемую частоту 2,4-2,4835 ГГц, которая выделена в США для промышленности, науки и медицины. Тип модуляции FHSS, DSSS. Стандарт принят IEEE в 1997 г

IEEE 802.11a стандарт на беспроводные локальные сети для скоростей передачи 6, 9, 12, 18, 24, 36, 48 и 54 Мбит/с и диапазонов частот 5,35-5,51 и 5,725-5,825 ГГц, тип модуляции OFDM. Принят в сентябре 1999 г

IEEE 802.11b набор стандартов на беспроводные локальные сети для скоростей передачи 1, 2, 5,5 и 11 Мбит/с (следует учитывать, что больше половины полосы пропускания занимает служебная информация), тип модуляции DSSS, диапазон частот 2,4-2,4835 ГГц. Принят в сентябре 1999 г

IEEE 802.11g стандарт на WLAN для диапазона частот 2,4 ГГц и скорости передачи 54 Мбит/с, совместимый снизу вверх с IEEE 802.11b

IEEE 802.11i определяет механизмы защиты данных в беспроводных сетях. Должен прийти на смену протоколу WEP

Модуль 4: Проверка кабелей. Частотное тестирование кабелей. Сигналы и шумы в системах связи. Типы помех. Проверка оптических кабелей

После установки сетевой среды передачи данных важно определить, насколько надежна кабельная система. Даже при огромных вложениях в кабели, разъемы, коммутационные панели и другое оборудование лучшего качества, плохо выполненная установка может не позволить сети работать на оптимальном уровне. После монтажа все установленные элементы сети должны быть протестированы. В ходе тестирования сети следует придерживаться следующих шагов.

1. Разбить систему на логически понятные функциональные элементы.

2. Записать все симптомы.

3. На основе наблюдаемых симптомов определить, какой из элементов с наибольшей долей вероятности не функционирует.

4. Используя замену или дополнительное тестирование, выяснить, действительно ли этот наиболее вероятный элемент является нефункционирующим.

5. Если подозреваемый в неправильном функционировании элемент не является источником проблемы, перейти к следующему наиболее подозрительному элементу.

6. Если нефункционирующий элемент найден, отремонтируйте его.

7. Если ремонт нефункционирующего элемента невозможен, замените его.

IEEE и ELA/TIA установили стандарты, которые позволяют после завершения установки оценить, работает ли сеть на приемлемом уровне. При условии, что сеть проходит этот тест и была сертифицирована как удовлетворяющая стандартам, данный начальный уровень качества функционирования сети может быть взят в качестве базового. Знание базовых замеров важно, так как необходимость в тестировании не прекращается только потому, что сеть была сертифицирована как удовлетворяющая стандартам. Для гарантий оптимальности производительности сети потребность в ее тестировании будет возникать периодически. Сделать это можно путем сравнения записанных измерений, снятых в тот момент, когда было известно, что сеть работала соответствующим образом, с текущими измерениями. Значительное ухудшение по сравнению с замерами базового уровня будет свидетельствовать о том, что с сетью что-то не в порядке. Повторное тестирование сети и сравнение с базовым уровнем помогут выявить конкретные проблемы и позволят проследить деградацию, вызываемую старением, плохой установкой, погодными или другими факторами. Можно было бы считать, что тестирование кабелей сводится к простой замене одного кабеля другим. Однако такая замена ничего определенно не доказывает, поскольку одна общая проблема может оказывать влияние на все кабели ЛВС. По этой причине для измерений характеристик сети рекомендуется пользоваться кабельным тестером. Кабельные тестеры — это ручные приборы, которые используются для проверки кабелей на удовлетворение требованиям соответствующих стандартов IEEE и EIA/TIA. Кабельные тестеры разнятся по выполняемым типам тестирования. Некоторые из них могут выводить распечатки, другие — подключаться к ПК и создавать файл данных.

Кабельные тестеры

Кабельные тестеры обладают широким диапазоном функций и возможностей. Поэтому приводимый здесь перечень данных, которые могут измеряться кабельными тестерами, служит единственной цели: дать общее представление об имеющихся функциональных возможностях. Прежде всего следует определить те функции, которые наиболее полно удовлетворяют существующим потребностям, и затем сделать соответствующий выбор. Вообще говоря, кабельные тестеры могут выполнять тесты, результаты которых характеризуют общие возможности отрезка кабеля. Сюда входит определение протяженности кабеля, обнаружение местоположения плохих соединений, получение карты соединений для обнаружения скрещенных пар, измерение аттенюации сигнала, выявление приконцевых перекрестных помех, обнаружение расщепленных пар, выполнение тестов по замеру шумов и нахождение места прохождения кабеля за стенами. Измерение протяженности кабеля очень важно, так как величина общей длины кабельного отрезка может влиять на возможности устройств в сети по коллективному использованию сетевой среды передачи данных. Как уже говорилось, кабель, протяженность которого превышает максимальную длину, задаваемую стандартом EIA/TIA-568А, может стать причиной деградации сигнала. Кабельные тестеры, называемые измерителями отраженного сигнала, измеряют протяженность разомкнутого или короткозамкнутого кабеля. Делают это они путем посылки по кабелю электрического импульса. Затем прибор измеряет время поступления сигнала, отраженного от конца кабеля. Как можно ожидать, точность измерений расстояний, обеспечиваемых этим методом, лежит в пределах 2 футов (0,61 м). Если при установке ЛВС используется кабель DTP, то измерения расстояния могут быть использованы для определения качества соединений на коммутационной панели и в телекоммуникационных выходах. Чтобы понять, почему это так, необходимо немного больше знать о принципе работы измерителя отраженного сигнала. Замеряя протяженность кабеля, измеритель отраженного сигнала посылает электрический сигнал, который отражается, натолкнувшись на самое удаленное разомкнутое соединение. Представим теперь, что этот прибор используется для определения отказавших соединений на отрезке кабеля. Начинают тестирование с подключения прибора к коммутационному шнуру на коммутационной панели. Если измеритель отраженного сигнала показывает расстояние, соответствующее расстоянию до коммутационной панели, а не до какой-либо более удаленной точки, то тогда понятно, что существует проблема с соединением. Аналогичная процедура может быть использована и на противоположном конце кабеля для выполнения измерений через разъем RJ45, находящийся в точке телекоммуникационного выхода.

Карты соединений

Чтобы показать, какие пары проводников кабеля соединены с какими контактами наконечника или концевого разъема, кабельные тестеры используют функцию, которая называется картированием соединений. Такой тест применяется для того, чтобы определить, правильно ли монтажники подключили провода к вилке или гнезду, или это было сделано в обратном порядке. Проводники, подсоединенные в обратном порядке, называются скрещенными парами и являются общей проблемой, характерной для установки кабелей UTP. Как показано на рис. 8.12 и 8.13, если в кабельной системе ЛВС на основе кабелей UTP обнаруживаются скрещенные пары, то соединение считается плохим. В этом случае разводка проводников должна быть переделана.

Электропитание: заземление!!!

Влияние электрического шума на цифровые сигналы

Подавители перенапряжения

Подавители перенапряжения являются эффективным средством в решении проблем, связанных с перепадами и всплесками напряжения. Кроме того, важно, чтобы все устройства в сети были защищены подавителями перенапряжения. Как правило, подавители перенапряжения устанавливаются на стеновую розетку электропитания, к которой подключается сетевое устройство. Подавители перенапряжения такого типа имеют схемы, спроектированные для предотвращения повреждения сетевого устройства от перенапряжения или всплесков в сети питания. Защищают они сетевое устройство путем перенаправления избыточного напряжения, возникающего в результате перенапряжения или всплеска, на землю. Проще говоря, подавитель перенапряжения представляет собой устройство, которое способно без повреждения поглощать большие токи.

Перебои электропитания: источники бесперебойного питания!!!

Данные, обозначающие символы, слова, изображения, видео или музыку, могут быть представлены электрически значением напряжения на проводах и в электрических устройствах. Данные, представленные электрическими сигналами, могут быть преобразованы в световые или радиосигналы, а затем вновь в электрические сигналы. Сигналы – это хаотически создаваемая энергия, перемещающаяся из одного места в другое. Характеристиками сигналов являются амплитуда, период и частота. Синусоидальные сигналы представляются периодической, непрерывно изменяющейся функцией. Прямоугольные сигналы - это функции, значения которых остается постоянным некоторый промежуток времени, а затем резко изменяется. Цифровой сигнал является прямоугольным сигналом.

Для представления очень больших или, наоборот, очень маленьких чисел используется экспоненциальная форма записи. Экспонентам подобны логарифмы. Логарифм числа по основанию 10 равняется степени, в которую должно было бы быть возведено число 10, чтобы получилось исходной число.

Увеличение или уменьшение силы сигнала измеряется в децибелах. Отрицательное значение обозначает уменьшение, положительное – увеличение сигнала. Для анализа времени и частоты может быть использован как график напряжения, так и график сигнала.

Нежелательные (посторонние) сигналы в коммуникационной сети называются шумами. Они могут возникать под действием других кабелей, помех от радиоустройств и электрических машин. Шумы могут оказывать влияние как на все частоты, так и на их подмножество.

Аналоговая полоса пропускания – это частотный диапазон, который связан с аналоговой передачей (например, телевидение или FM-радио). Цифровая полоса пропускания определяет, какое количество информации может быть передано в определенный промежуток времени.

При использовании медного кабеля сигналы данных представляются в виде уровней напряжения и преобразуются в единицы и нули. Для того, чтобы локальная сеть работала должным образом, принимающее устройство должно точно интерпретировать биты сигналов. Качественная установка кабельной системы согласно стандартам увеличивает надежность работы локальной сети.

Затухание сигнала происходит под воздействием различных факторов, таких как: ослабление, несоответствующее напряжение, шумы и помехи. Ослабление – это уменьшение амплитуда сигнала при длительной связи. Импеданс – это величина измерения сопротивления электрического сигнала. Шум – это электрическая энергия, возникающая в передающем кабеле, и мешающая приемнику интерпретировать данные, отправленные передатчиком. Помехи влияют на передачу сигнала с одного провода на соседние провода.

Экранированная витая пара (STP) и неэкранированная витая пара (UTP) используют преимущества помех для минимизации шума. Кроме того, благодаря внешнему защитному слою и внутренним слоям из фольги, STP менее восприимчивы к шуму. UTP не содержит дополнительных оболочек, поэтому более восприимчив к шуму. Однако благодаря недорогой более простой установке UTP используется значительно чаще.

Оптоволокно используется для передачи сигналов данных посредством увеличения или уменьшения световых сигналов для представления их в виде двоичных единиц и нулей. В отличие от электрического сигнала, световой сигнал не уменьшается (при одинаковом пройденном расстоянии). Оптические сигналы невосприимчивы к электрическим шумам. Поэтому оптоволокно часто используется для соединений между зданиями и между этажами.

Стандарт TIA/EIA-568-B устанавливает для медных кабелей 10 требований, для того, чтобы кабель мог быть использован в современных быстродействующих локальных сетях Ethernet. Оптическое волокно может также быть протестировано в соответствии с сетевыми стандартами.

Модуль 5: Прокладка кабеля в локальных и глобальных сетях. Сетевые устройства в локальных сетях. Соединения Peer-to-peer и клиент-сервер. Маршрутизаторы

Локальные вычислительные сети (ЛВС)

ЛВС — это высокоскоростные сети с малым количеством ошибок, которые охватывают небольшие географические пространства (до нескольких тысяч метров).

Устройства ЛВС:

• Мосты - Подключают сегменты локальной сети и помогают фильтровать трафик

• Концентраторы - Концентрируют соединения локальной сети и позволяют использовать в качестве среды передачи данных витую пару

• Коммутаторы Ethernet - Обеспечивают сегментам и настольным системам полнодуплексную связь и выделенную полосу пропускания

• Маршрутизаторы - Обеспечивают большое количество сервисов, включая организацию взаимодействия сетей и управление широковещанием

ЛВС и сетевой уровень

Технология Ethernet является технологией коллективного использования среды передачи данных. Это означает, что все устройства в сети должны следить за передачами в сети и конкурировать или договариваться о возможности, или праве, на передачу. Это также означает, что в один и тот же момент времени в сети возможна только одна передача.

Если более чем один узел пытается осуществить передачу, возникает конфликт. В этом случае сетевой адаптер устройства выдает сигнал повторной передачи с задержкой.

Чтобы использовать принцип коллективной работы со средой передачи данных, в Ethernet применяется протокол множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD). Этот протокол позволяет устройствам договариваться о правах на передачу.

Перед отправкой данных узел "прослушивает" сеть, чтобы определить,не занята ли сеть в данный момент. Если в данный момент сеть свободна, узел осуществляет передачу. Если сеть занята, узел переходит в режим ожидания. Конфликт возникает, если два узла, "прослушивая" сеть, обнаруживают, что она свободна, и одновременно начинают передачу. При этом данные повреждаются и узлам необходимо повторно передать данные позже. Алгоритмы задержки определяют, когда конфликтующие узлы могут осуществлять повторную передачу. Пока идет передача, узел контролирует сеть, удостоверяясь, что в этот же момент времени не передает никакая другая станция.

Глобальные сети

Глобальные сети объединяют устройства, расположенные на большом удалении друг от друга.

Устройства глобальных сетей:

• Маршрутизаторы, обеспечивающие большое количество сервисов, включая организацию межсетевого взаимодействия и интерфейсные порты WAN.

• Коммутаторы, которые подключают полосу для передачи голосовых сообщений, данных и видео.

• Модемы, которые служат интерфейсом для голосовых сервисов; устройства управления каналом/цифровые сервисные устройства (CSU/DSUs), которые являются интерфейсом для сервисов Т1/Е1; терминальные адаптеры и оконечные сетевые устройства 1 (ТА/NT 1), которые служат интерфейсом для служб цифровой сети с интеграцией услуг (ISDN).

• Коммуникационные серверы, которые концентрируют входящие и исходящие пользовательские соединения по коммутируемым каналам связи.

Стандарты глобальных сетей описывают требования канального и физического уровней.

Глобальные сети и физический уровень

Физический уровень WAN описывает интерфейс между терминальным оборудованием (DTE) и оборудованием передачи данных (DCE). Терминальное оборудование - устройства, которые входят в интерфейс "пользователь-сеть" со стороны пользователя и играют роль отправителя данных, получателя данных или всего вместе. Устройства DCE обеспечивают физическое подключение к сети, пропуск трафика и задание тактовых сигналов для синхронизации обмена данными между устройствами DCE и DTE. Обычно устройство DCE расположено у сервис-провайдера, a DTE — подключаемое устройство.

Глобальные сети и канальный уровень

Методы канальной инкапсуляции, связанные с линиями синхронной последовательной передачи данных:

• HDLC (высокоуровневый протокол управления каналом) - описывает метод инкапсуляции с использованием символов кадров и контрольных сумм.

• Frame Relay - использует упрощенный механизм формирования кадров без коррекции

ошибок, поэтому отправляет информацию канального уровня быстрее других протоколов глобальных сетей.

• РРР (Point-to-Point Protocol — протокол связи "точка-точка") - обеспечивает соединение маршрутизатор—маршрутизатор и хост-сеть.

• ISDN - является набором цифровых сервисов для передачи голоса и данных. Разработанный телефонными компаниями, этот протокол позволяет передавать по телефонным сетям данные, голос и другие виды трафика.

Peer-to-Peer technology (P2P technology) - технология одноранговой [прямой] связи (однорангового, или прямого, непосредственного, взаимодействия) , P2P -технология технология, позволяющая многим пользователям совместно работать с одними и теми же файлами (проектами) в реальном времени с отображением результатов своих действий на экране, который видят все участники процесса

Клиент-серверная система характеризуется наличием двух взаимодействующих самостоятельных процессов - клиента и сервера, которые, в общем случае, могут выполняться на разных компьютерах, обмениваясь данными по сети. По такой схеме могут быть построены системы обработки данных на основе СУБД, почтовые и другие системы.

Маршрутизатор (router) - программно-аппаратное устройство, физически объединяющее вместе две или более компьютерные сети, передавая с помощью специального ПО пакеты из одной сети в другую (он принимает пакет в свой буфер по одному из входных каналов и отправляет его по одному из своих выходных каналов связи. Необходимость ожидания окончания приёма пакета приводит к появлению задержки пакета в маршрутизаторе, пропорциональной длине пакета). Маршрутизатор может связывать сети, использующие различные топологии и протоколы. Уменьшает сетевой трафик, передавая только те пакеты, которые должны уйти в присоединенную ЛВС (функция фильтрации). Маршрутизатор работает на сетевом уровне модели OSI. В отличие от мостов маршрутизаторы подходят для больших сетей с несколькими контурами, обладающими избыточными путями для связи. Маршрутизаторы являются протокол-ориентированными, бывают статическими и динамическими. В статических - администратор сети вручную задаёт маршрутные таблицы, а в динамических - маршрутизатор создаёт их сам. Динамический маршрутизатор непрерывно обменивается пакетами с другими маршрутизаторами для отслеживания появления новых узлов и рабочих станций, чтобы соответствующим образом скорректировать свои маршрутные таблицы. Динамические маршрутизаторы выявляют перегрузки в сети и дефектные цепи. Одно из преимуществ перед мостами в том, что маршрутизатор не тиражирует автоматически все широковещательные сообщения

Модуль 6: Основы Ethernet. Стандарты Ethernet. Ethernet и OSI-модель. Структура кадров Ethernet. MAC-адресация устройств. Коллизии и их разрешение. Полный и полудуплекс

Ethernet - передающая среда ЛВС с шинной архитектурой, разработанная в исследовательском центре PARC корпорации Xerox, а затем адаптированная DEC и Intel. Регламентируется стандартами IEEE 802.3 и ISO 8802.3. Регламентирует в качестве передающей среды коаксиальный кабель, метод управления доступом CSMA/CD, скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байтов, а также метод кодирования данных. В одной сети Ethernet может работать до 1024 рабочих станций. Развитие этой технологии для сетей 100 Мбит/с - Fast Ethernet.

Сети на основе Ethernet используются для транспортировки данных между различными устройствами — компьютерами, принтерами и файл-серверами. Технология Ethernet дает возможность устройствам коллективно пользоваться одними и теми же ресурсами, т.е. все устройства могут пользоваться одной средой доставки. Средой доставки называется метод передачи и приема данных. Электронные данные могут передаваться по медному кабелю, по тонкому или толстому коаксиальному кабелю, по беспроводным линиям связи и т д.

Стандарты Ethernet и IEEE 802.3 определяют локальные сети с шинной топологией, работающие в монополосном режиме со скоростью передачи 10 Мбит/с. Такие ЛВС называют 10Base.

• 10Base2. Известен как тонкий Ethernet; допускает протяженность сетевых сегментов на коаксиальном кабеле до 185 метров.

• 10BaseS. Известен как толстый Ethernet; допускает протяженность сетевых сегментов на коаксиальном кабеле до 500 метров

• 10BaseT Использует для передачи кадров недорогой кабель на основе витой пары.

Стандарты 10BaseS и 10Base2 обеспечивают доступ нескольким станциям в одном сегменте ЛВС. Станции подключаются к сегменту с помощью кабеля, который одним концом соединяется с интерфейсом блока подключения на станции, а другим — с устройством подключения к среде передачи данных. Поскольку стандарт 10BaseT обеспечивает доступ только для одной станции, то в локальных сетях на базе 10BaseT станции почти всегда подключаются к концентратору или сетевому коммутатору.

Как работает сеть Ethernet/802.3

В сети Ethernet данные, посылаемые одним узлом, проходят через весь сегмент. Когда сигнал достигает конца сегмента, он поглощается специальным оконечным элементом (чтобы предотвратить движение сигнала в обратном направлении). В каждый отдельный момент времени в локальной сети возможна только одна передача.

Станция, распознавшая свой МАС-адрес, принимает кадр.

Широковещание в сети Ethernet/802.3

Широковещание позволяет отправлять один кадр одновременно многим станциям. В режиме широковещания используется канальный адрес пункта назначения, состоящий из всех единичек (FFFF. FFFF. FFFF — в шестнадцатеричной системе).

Широковещание снижает производительность станций, поэтому применяется только если МАС-адрес неизвестен или если данные предназначены для всех станций.

Сетевые стандарты Ethernet и IEEE 802.3

Первым локальным сетям требовалась очень небольшая пропускная способность для выполнения простых сетевых задач, существовавших в то время, — отправка и прием электронной почты, передача файлов данных и обработка заданий по выводу на печать.

Ethernet стал основой для спецификации IEEE 802.3, которая была выпущена в 1980 году Институтом инженеров по электротехнике и электронике. Вскоре после этого компании Digital Equipment Corporation, Intel Corporation и Xerox Corporation совместно разработали и выпустили спецификацию Ethernet версии 2.0, которая была в значительной степени совместима со стандартом IEEE 802.3. На сегодняшний день Ethernet и IEEE 802.3 являются наиболее распространенными стандартами локальных вычислительных сетей.

Сети на основе Ethernet используются для транспортировки данных между различными устройствами — компьютерами, принтерами и файл-серверами. Технология Ethernet дает возможность устройствам коллективно пользоваться одними и теми же ресурсами, т.е. все устройства могут пользоваться одной средой доставки. Средой доставки называется метод передачи и приема данных. Например, рукописное письмо

может быть послано с использованием различных способов доставки: через почтовую службу, через курьерскую службу доставки Federal Express или по факсу. Электронные данные могут передаваться по медному кабелю, по тонкому или толстому коаксиальному кабелю, по беспроводным линиям связи и т.д.

Л ВС и канальный уровень

Канальные уровни протоколов Ethernet и 802.3 обеспечивают транспортировку данных по физическому каналу, непосредственно соединяющему два соединенных устройства. Например, как показано на рис. 4.4, три устройства могут напрямую быть связаны друг с другом с помощью сети Ethernet. Рядом с компьютером Macintosh (слева) и компьютером на базе процессора Intel (в центре на рисунке) указаны их адреса управления доступом к среде передачи данных (МАС-адреса), используемые канальным уровнем. Маршрутизатор, расположенный справа, также использует МАС-адреса каждого из своих сетевых интерфейсов. Для обозначения интерфейса маршрутизатора, работающего по протоколу 802.3, используется аббревиатура, принятая в Межсетевой операционной системе корпорации Cisco (Cisco Interwork Operating System, /OS), — символ E, за которым указывается номер интерфейса. Например, ЕО — это имя интерфейса 802.3 под номером 0 (см. рис. 4.4).

Как работает сеть Ethernet/802.3

В сети Ethernet данные, посылаемые одним узлом, проходят через весь сегмент. По мере движения данные принимаются и анализируются каждым узлом. Когда сигнал достигает конца сегмента, он поглощается специальным оконечным элементом. Это необходимо для того, чтобы предотвратить движение сигнала в обратном направлении. В каждый отдельный момент времени в локальной сети возможна только одна

передача. Например, в сети с линейной шинной топологией пакет данных передается от станции А к станции D (рис. 4.5). Этот пакет принимается всеми станциями. Станция D распознает свой адрес и обрабатывает кадр. Станции В и С не распознают свои МАС-адреса и игнорируют кадр.

Ethernet и OSI-модель (см.слева)

Широковещание в сети Ethernet/802.3

Широковещание является мощным инструментом, который позволяет отправлять один кадр одновременно многим станциям. В режиме широковещания используется канальный адрес пункта назначения, состоящий из всех единичек (FFFF. FFFF. FFFF — в шестнадцатеричной системе). К примеру, если станция А передает кадр, используя в качестве адреса пункта назначения адрес, состоящий из всех единичек, то станции В, С и D должны принять этот кадр и передать его верхним уровням для дальнейшей обработки (рис. 4.6). Широковещание может серьезно влиять на производительность станций, излишне отвлекая их. По этой причине широковещание должно применяться, только если МАС-адрес не известен или если данные предназначаются для всех станций.

ЛВС и сетевой уровень

Технология Ethernet является технологией коллективного использования среды передачи данных. Это означает, что все устройства в сети должны следить за передачами в сети и конкурировать или договариваться о возможности, или праве, на передачу. Это также означает, что в один и то т же момент времени в сети возможна только одна передача. Имеется некоторое сходство между движением данных в сети и движением, которое происходит на автостраде, где водители и их автомобили (устройства) договариваются об использовании автострады (носителя), применяя при этом сигналы поворота, скорость и т.п., чтобы

перевозить (передавать) пассажиров (данные) из одного места в другое.

Е сли более чем один узел пытается осуществить передачу, имеет место коллизия. Вследствие этого данные от разных устройств сталкиваются между собой и повреждаются. Если устройство обнаруживает, что имеет место коллизия, то его сетевой адаптер выдает сигнал повторной передачи с задержкой. Поскольку задержка перед повторной передачей определяется алгоритмом, величина этой задержки различна для каждого устройства в сети. Таким образом, вероятность повторного возникновения коллизии уменьшается. Однако, если трафик в сети очень напряженный, повторные коллизии приводят к повторным передачам с задержкой, что вызывает значительное замедление работы сети.

Дуплекс - это передача данных в обе стороны, а не только от источника сигнала к приемнику.

Полный дуплекс - для передачи и приема используются различные физические линии данных.

Полудуплекс - передача и прием происходят по очереди по одним и тем же линиям связи.

При полудуплексной связи эффективная пропускная способность теряется в зависимости от интенсивности обратного потока данных, при полнодуплексной связи такая проблема отсутствует. Интерфейс SCSI относится к полудуплексным, Fibre Channel использует полный дуплекс.

Модуль 7: Существующие технологии и стандарты Ethernet. 10MBps и 100MBps Ethernet. Fast Ethernet. Gigabit и 10-Gigabit Ethernet. Развитие технологий.

Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, использующих в настоящее время Ethernet, оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров, работающих с установленными сетевыми адаптерами Ethernet - в 50 миллионов.

Стандарты Ethernet

Комитет IEEE 802.3 разработал набор стандартов для локальных сетей с использованием технологии Ethernet :

Стандарт	Описание	Примечание
Ethernet 10Base-2	Скорость передачи данных: 10 Мбит/сек. Тип используемого кабеля: тонкий коаксиальный. Максимальная длина сегмента: 185 метров.	Технология устарела
Ethernet 10Base-5	Скорость передачи данных: 10 Мбит/сек. Тип используемого кабеля: толстый коаксиальный. Максимальная длина сегмента: 500 метров.	Технология устарела
Ethernet 10Base-36	Скорость передачи данных: 10 Мбит/сек. Тип используемого кабеля: телевизионный CATV (75Ом). Максимальная длина сегмента: 1800 метров.	Технология устарела
Ethernet FOIRL	Скорость передачи данных: 10 Мбит/сек. Тип используемого кабеля: волоконно-оптический. Максимальная длина линии связи: 1000 метров. Тип используемого разъема: SMA, ST.	Технология устарела
Ethernet 10Base-F	Скорость передачи данных: 10 Мбит/сек. Тип используемого кабеля: волоконно-оптический.	Технология устарела
Ethernet 10Base-FB	Скорость передачи данных: 10 Мбит/сек. Тип используемого кабеля: волоконно-оптический.	Технология устарела
Ethernet 10Base-FL	Скорость передачи данных: 10 Мбит/сек. Тип используемого кабеля: волоконно-оптический. Тип используемого волокна: многомодовое 62,5 мкм Максимальная длина линии связи: 2000 метров. Тип используемого разъема: ST	Технология устарела
Ethernet 10Base-FP	Ethernet 10 Мбит/сек. (Mbps) с передачей в основной полосе (baseband) по двум оптическим жилам с использованием пассивного концентратора для подсоединения устройств связи.	Технология устарела
Ethernet 10Base-T	Ethernet 10 Мбит/сек. (Mbps) с передачей в основной полосе (baseband) по витой паре с максимальной длиной 100 метров.
Ethernet 10Broad-36	Ethernet 10 Мбит/сек. (Mbps) с передачей в основной полосе (baseband) по трем каналам кабельной телевизионной системы с максимальной длиной кабеля 3,600 метров.
Ethernet 100Base-FX	Скорость передачи данных: 100 Мбит/сек. Тип используемого кабеля: волоконно-оптический. Тип используемого волокна: многомодовое 62.5/125 1300 нм. Максимальная длина линии связи: 2000 метров. Тип используемого разъема: SC, ST.	Возможно использование многомодового волокна 50/125, на практике используется и одномодовое волокно при соответствующем активном оборудовании
Ethernet 100Base-T	Ethernet на 100 Мбит/сек. (Mbps) с передачей в основной полосе (baseband) по витой паре.
Ethernet 100Base-T2	Ethernet на 100 Мбит/сек. (Mbps) с передачей в основной полосе (baseband) по двум парам категории 3 или выше кабеля неэкранированная витая пара.	Технология устарела
Ethernet 100Base-T4	Скорость передачи данных: 100 Мбит/сек. Тип используемого кабеля: UTP , STP категории 3 и выше. Максимальная длина сегмента: 100 метров. Тип используемого разъема: RJ45/DB9.	Технология устарела
Ethernet 100Base-TX	Скорость передачи данных: 100 Мбит/сек. Тип используемого кабеля: UTP, STP категории 5 и выше. Максимальная длина сегмента: 100 метров. Тип используемого разъема: RJ45.
Ethernet 100Base-X	Общее название для систем 100 Mbps Ethernet.
Ethernet 1000Base-CX	Скорость передачи данных: 1000 Мбит/сек. Тип используемого кабеля: STP 150 Ом. Максимальная длина сегмента: 25 метров. Тип используемого разъема: DB 9.	Технология устарела
Ethernet 1000Base-LX	Скорость передачи данных: 1000 Мбит/сек. Тип используемого кабеля: волоконно-оптический. Тип используемого волокна: одномодовое 10/125 1310/1550 нм. многомодовое 50/125 1300 нм. Максимальная длина линии связи: одномод 5000 метров. многомод 550 метров. Тип используемого разъема: SC, ST.	Ограничение по длине на одномодовом волокне носит формальный характер, реальная длина зависит от типа активного оборудования и может достигать 70 км и более
Ethernet 1000Base-SX	Скорость передачи данных: 1000 Мбит/сек. Тип используемого кабеля: волоконно-оптический. Тип используемого волокна: многомодовое 50/125 850/1300 нм; 62.5/125 850/1300 нм. Максимальная длина линии связи: 550 метров. Тип используемого разъема: SC, ST.
Ethernet 1000Base-T	Скорость передачи данных: 1000 Мбит/сек. Тип используемого кабеля: UTP категории 5 e и выше. Максимальная длина сегмента: 100 метров. Тип используемого разъема: RJ45.
1000Base-X	Общее название для систем 1000 Mbps Ethernet.
Ethernet 10GBase-CX4	Скорость передачи данных: 10000 Мбит/сек. Тип используемого кабеля: 4 X infiniband cable. Максимальная длина сегмента: 15 метров. Тип используемого разъема: 4 X infiniband connector.