Классификация lan. Специфика lan.

Лока́льная вычисли́тельная сеть (ЛВС, локальная сеть, сленг. локалка; англ. Local Area Network, LAN) — компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Также существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояния более 12 500 км (космические станции и орбитальные центры). Несмотря на такие расстояния, подобные сети всё равно относят к локальным.

ЛВС называется «локальной вычислительной сетью», потому что покрывает небольшую зону, например, офис, дом, несколько зданий. Нормальное функционирование современного офиса обязательно предполагает наличие ЛВС, данные системы являются основой информационной системы любой организации.

В зависимости от целей, задач, используемых сервисов и приложений, существуют различные решения для проектирования ЛВС.

В настоящее время можно выбрать фиксированные, традиционные сети или же беспроводные ЛВС. При проектировании локальных вычислительных сетей нужно учитывать все возможные нюансы строительства и эксплуатации, например, возможность будущего масштабирования и расширения.

Локальные вычислительные сети классифицируются по нескольким признакам:

Способ управления

ЛВС классифицируются в зависимости от способа управления узлами. В настоящее время принято выделять следующие виды ЛВС:

Локальные сети с централизованным управлением. Управление осуществляется централизованным образом. Управление всеми узлами сети происходит с помощью выделенных серверов, которые составляют центральный узел сети.

Одноранговые сети. Существует совмещение функций – так как каждый из узлов локальной вычислительнойсети одновременно может выполнять функции сервера и клиентского узла;

Терминальные сети. Функции каждого узла ЛВС ограничены. Каждый из узлов выполняет только взаимодействие с пользователем. Информация хранится на основном узле локальной вычислительной сети – сервере терминалов.

Архитектура сети

Под архитектурой подразумевается организация взаимодействия между узлами сети. В стандартной классификации выделяют три разновидности архитектуры. Им соответствуют основные разновидности ЛВС. Под архитектурой понимают организацию взаимодействия между узлами сети. Выделяют три основных архитектуры, которым соответствуют основные виды ЛВС.

Тип архитектуры - шина

Специфика этого типа архитектуры заключается в том, что каждый из узлов ЛВС передает данные в общую магистраль. В связи с этим доступ к информации в магистрали может иметь любой узел сети.

Тип архитектуры - звезда

Специфика заключается в том, что каждому из узлов ЛВС выделяется отдельный канал для связи с центральным узлом сети. От узла информация идет к серверу, который может публиковать ее для других узлов.

Тип архитектуры - кольцо

Специфика заключается в том, что соединение узлов сети происходит последовательно. Обмен данными может происходить исключительно между узлами, которые располагаются рядом. При необходимости обмена данными с другими узлами ЛВС, они могут быть переданы транзитом.

Каналы передачи данных

Если раньше использовались только проводные локальные вычислительные сети, то сейчас во многих случаях популярностью пользуются беспроводные.

В настоящее время различают следующие виды ЛВС:

-проводные кабельные ЛВС

-оптоволоконные кабельные ЛВС

-беспроводные ЛВС

Обычно ЛВС строят на базе среды передачи данных СКС здания. При проектировании ЛВС любого типа следует учитывать требования надежности и безопасности. Как правило, для обеспечения безопасности, предусматривается наличие одной точки авторизации для всех приложений и ресурсов локальной сети. Беспроводная сеть используется там, где применение традиционной ЛВС с наличием проводов является невозможным или невыгодным.

Локальные вычислительные сети (ЛВС сети) сегодня являются неотъемлемой частью современного офиса. Объединение компьютеров в локальную сеть позволяет обеспечить совместное использование ресурсов сети и оперативный доступ к любой корпоративной информации, организовать высокоскоростной доступ в Интернет пользователей и создать надежные централизованные средства резервирования и хранения информации.

При построении ЛВС наиболее эффективным является применение многоуровневой архитектуры, базирующейся на принципах иерархичности и модульности. Принцип иерархичности подразумевает разделение сети на несколько уровней, каждый из которых выполняет определенные функции. Модульность означает, что уровни сети реализуются на основе модулей, и каждый модуль представляет собой функционально законченную группу оборудования, выполняющую функции соответствующего уровня. Архитектура сети включает в себя четыре уровня: ядро сети, уровень агрегации, уровень доступа и серверный уровень (серверная ферма).

Основная цель применения многоуровневой архитектуры при построении ЛВС заключается в обеспечении высокой надежности и производительности. При реализации каждого уровня основной задачей является обеспечение масштабируемости, то есть расширения мощности уровня без серьезных архитектурных изменений. Для этого каждый уровень реализуется на базе модулей – функционально законченных групп оборудования, как правило, одного типа.

Уровень доступа

Данный уровень предназначен для подключения рабочих станций пользователей и других периферийных устройств (сетевых принтеров и др.) к ЛВС. Основное требование, предъявляемое к оборудованию уровня доступа, заключается в поддержке всевозможного функционала, обеспечивающего безопасность подключения абонента к сети. Коммутаторы доступа должны максимально облегчать администрирование подключений абонента, по возможности автоматизируя рутинные операции по поддержке сети.

Уровень агрегации

Уровень агрегации (распределения) выполняет связующую функцию и функцию агрегации трафика абонентов. Основное требование к этому уровню состоит в обеспечении резервирования и оптимальном разделении нагрузки между параллельными соединениями (как в сторону уровня доступа, так в сторону ядра сети). Модули, используемые для организации уровня распределения, обычно организуются двумя аналогичными коммутаторами, функционирующими в режиме взаимного резервирования.

Ядро сети

Уровень ядра сети обеспечивает высокоскоростную коммутацию трафика между виртуальными локальными сетями предприятия, подключение к глобальной сети Интернет, выполняет функции аппаратного файервола. Как правило, ядро сети строится из модулей, образованных одним высокопроизводительным устройством, с обеспечением резервирования на аппаратном уровне и уровне каналов.

Серверный уровень

В последнее время, в связи с увеличением трафика приложений, активного использования ресурсов локальных вычислительных сетей для передачи медиа-трафика (аудио и видео) возникла необходимость отделять серверы компании от рядовых компьютеров, подключать их через выделенные коммутаторы, с целью более гибкого управления пропускной способностью каналов.

Серверная ферма представляет собой группу коммутаторов, являющуюся ключевой компонентой ЛВС предприятия, обеспечивающей подключение к ней серверов. Важное требование, предъявляемое к серверной ферме, заключается в высокой производительности и надежности. Простои серверной фермы приводят к простоям работы информационных систем, а, следовательно, к потерям в бизнесе.

/Специфика - особенности, присущие только данному предмету. / Технология Ethernet. Метод доступа CSMA/CD.

Ethernet ([ˈiːθərˌnɛt] от англ. ether [ˈiːθər] «эфир») — пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей.

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring.

Технология

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

Преимущества использования витой пары по сравнению с коаксиальным кабелем:

возможность работы в дуплексном режиме;

низкая стоимость кабеля «витой пары»;

более высокая надёжность сетей при неисправности в кабеле (соединение точка-точка: обрыв кабеля лишает связи два узла. В коаксиале используется топология «шина», обрыв кабеля лишает связи весь сегмент);

минимально допустимый радиус изгиба меньше;

большая помехозащищенность из-за использования дифференциального сигнала;

возможность питания по кабелю маломощных узлов, например IP-телефонов (стандарт Power over Ethernet, POE);

гальваническая развязка трансформаторного типа. При использовании коаксиального кабеля в российских условиях, где, как правило, отсутствует заземление компьютеров, применение коаксиального кабеля часто сопровождалось пробоем сетевых карт и иногда даже полным «выгоранием» системного блока.[источник не указан 583 дня]

Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить длину сегмента без повторителей.

В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с и появилась возможность работы в режиме полный дуплекс. В 1997 году был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с для передачи по оптическому волокну и ещё через два года для передачи по витой паре.

Система Ethernet состоит из трех основных элементов:

1. физическая среда. Переносит сигналы Ethernet между компьютерами

2. набор общих правил управления доступом. Внедрялся в каждый интерфейс Ethernet, чтобы компьютеры могли получать доступ в сеть

3. фрейм Ethernet. Состоит из стандартизированного набора битов. Переносит данные по системе.

Функционирование Ethernet.

Каждый, оборудованный Ethernet, компьютер, также известный как станция, работает независимо от всех других станций в сети, т.е. нет никакого центрального контроллера. Все станции присоединялись к Ethernet и были связаны с общедоступной системой передачи сигналов, также названной средой. Сигналы Ethernet передаются последовательно, один бит по общедоступному каналу к каждой подключенной станции. Перед отправкой данных станция сначала "слушает" канал, и, когда он пуст, передает данные в виде фрейма Ethernet или пакета (Точный термин, как определено в стандарте Ethernet - "фрейм", но термин "пакет" также часто используется).

После каждой передачи фрейма, все станции в сети должны бороться одинаково для следующей возможности передачи фрейма. Это гарантирует, что доступ к сетевому каналу справедлив, и что никакая отдельная станция не может блокировать другие станции. Доступ к каналу определяет medium access control (MAC) механизм, внедренный в интерфейс Ethernet, расположенный в каждой станции. MAC основан на системе, которая называется Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD).

Протокол CSMA/CD

(Протокол множественного доступа с опросом несущей и разрешением конфликтов)

Функции протокола CSMA/CD напоминают ужин в темной комнате. Каждый за столом должен дождаться тишины чтобы заговорить (Carrier Sense). Как только наступает тишина, каждый имеет равный шанс сказать что-либо (Коллективный доступ). Если два человека начинают говорить в тот же самый момент, они сразу прекращают говорить (Коллизия).

В переводе на Ethernet термины это звучит так: каждый интерфейс должен ждать того, чтобы на канале не было сигнала, тогда интерфейс может начинать передачу. Если какой-либо интерфейс передает сигнал в канал, называют несущей. Перед попыткой передать что-либо все другие интерфейсы должны ждать, пока несущая не прекратится, и этот процесс называют Carrier Sense.

Шансы послать фреймы в сеть у всех интерфейсов Ethernet равны. Никто не получает более высокий приоритет. Это и есть то, что называется Коллективным доступом. С тех пор как сигналы получают конечное время, чтобы путешествовать с одного конца системы Ethernet к другому, первые биты переданного фрейма не достигают всех частей сети одновременно. Поэтому возможно, что два интерфейса обнаружат, что канал пуст и начнут передавать в сеть пакеты одновременно. Это и есть коллизии, передача останавливается и пакеты заново начинают передаваться.

Протокол CSMA/CD разработан, чтобы обеспечить равноправный доступ к общедоступному ация сбоев в сети.

А суть в том, что коллизии являются абсолютно норма чтобы определить, какая станция следующей будет использовать канал Ethernet.

Коллизии Collision = коллизия = столкновение

Если одновременно больше чем одна станция передает пакеты в канал Ethernet, то сигналы, как говорят, сталкиваются. Станции "узнают" об этом случае, и переупорядочивают передачу, используя предназначенный специально для этого алгоритм возврата. Как часть этого алгоритма каждая станция выбирает случайный интервал времени, чтобы наметить повторную передачу фрейма, которая препятствует другим станциям делать попытки передачи.

Не очень удачно, что для обозначения такого явления было выбрано слово "коллизия". Если бы это назвали как-то по другому, например: "стохастическая арбитражная случйность (SAE), " тогда никто бы не волновался о возникновении SAE на Ethernet. Однако, слово "коллизия" подобно чему-то очень плохому, и многие думают, что коллизии - индикация сбоев в сети.

А суть в том, что коллизии являются абсолютно нормальными событиями в Ethernet, и просто указывают, что протокол CSMA/CD функционирует как нужно. Т.к. со временем всё больше компьютеров становится в сети, соответственно увеличивается и уровень трафика, поэтому происходит больше столкновений.

Структура Ethernet системы обеспечивает на не перегруженных участках сети устранение коллизий в микросекунды. Обычное столкновение не приводит к потере данных. В случае столкновения интерфейс Ethernet ждет несколько микросекунд, и затем автоматически повторно передает данные.

В сетях с большой загрузкой бывают множественные столкновения попытки передачи фрейма. Это также нормальное поведение. Если происходят повторные столкновения для данной попытки передачи, то станции начинают разворачивать набор потенциальных времен возврата, из которых они выбирают случайное время повторной передачи.

Повторные столкновения для данной попытки передачи пакета указывают на то, что сеть занята. Расширяющийся процесс возврата, формально известный как " truncated binary exponential backoff (дословно: обрезанная двойная экспоненциальная задержка)" является свойством Ethernet MAC, который обеспечивает автоматический метод корректировки трафика в сети. Только после того, как произойдут 16 последовательных столкновений для данной попытки передачи, интерфейс наконец начнёт отказываться от пакета Ethernet. Это может случиться, только если канал Ethernet перегружен в течение довольно длительного периода времени, или каким-либо способом нарушен.

(bonch)

Ethernet – технология (сетевая архитектура) локальных вычислительных сетей, описанная стандартами физического и канального уровней модели OSI/RM.

Скорость передачи данных – 10 Мбит/с, 100 Мбит/с (Fast Ethernet), 1 Гбит/с (Gigabit Ethernet), 10 Гбит/с (10 Gigabit Ethernet). Внутри каждой спецификации существует еще несколько подвидов (например, 100Base-TX, 100Base-FX для Fast Ethernet), характеризуемых разными видами подключения к среде передачи (оптоволокно, витая пара, коаксиальный кабель), а также методами кодирования сигнала и включением/выключением тех или иных коммуникационных опций.

Как уже было сказано, на канальном уровне все устройства имеют свой адрес, обычно определенный аппаратно. В технологии Ethernet в качестве адреса используется 6-байтовый идентификатор МАС (medium access control, например, 00:00:C0:5E:83:0E).

Различают широковещательные (broadcast), уникальные (unicast) MAC-адреса и МАС-адреса групповой рассылки (multicast).

• 10 Мбит/с —Ethernet (10Base)

• 100 Мбит/с — Fast Ethernet (100Base)

• 1000 Мбит/с — Gigabit Ethernet (1000Base)

• 10 Гбит/с – 10Gigabit Ethernet (10G Base)

Среда передачи: экранированная и неэкранированная витая пара, оптоволокно, радиоволны.

Кодирование на физическом уровне (для 10Мбит/с): манчестерский код (униполярный сигнал), повышение среднего напряжения в линии в случае коллизий отлавливается аппаратурой.

Характеристики: широковещательная система, станция может начать передачу в любой момент, конкуренция за среду передачи.

В сети могут возникать локальные и глобальные

перегрузки.

Перегрузки приводят к понижению качества

предоставляемых услуг.

Причины перегрузки могут быть связаны:

• с отказами элементов сети (линий, СП, узлов),

• с непредусмотренным ростом пользовательского трафика,

• с недостатками проекта сети,

•с неквалифицированным вмешательством технического

персонала.

Цель управления трафиком состоит в том, чтобы при

заданном уровне качества – обеспечить максимальную

утилизацию (использование) сетевых ресурсов.

Управление трафиком является основным

инструментом для управления качеством

оказываемых услуг.

К управляемым сетевым ресурсам относятся:

•пропускная способность сетевых интерфейсов

•очереди и приоритеты в узлах (буферная память)

•маршрутные таблицы

•тарифы

Максимальный коммерческий эффект от сети

может быть получен только при оптимальном

использовании всех сетевых ресурсов – в первую

очередь пропускной способности. Работу пакетной сети можно считать эффективной,

когда каждый ресурс загружен, но не перегружен.

Это значит, что утилизация ресурса должна

приближаться к единице, но не настолько, чтобы

очереди (неизбежное явление в пакетных сетях)

были постоянно большими, приводя к задержкам и

потерям из-за переполнения буферов в узлах.

Оптимизация сетевых ресурсов за счет управления

трафиком позволяет выжать из сети максимум

возможного.

К средствам управления трафиком относят:

1. управление пропускной способностью, осуществляемое путем:

1. расширения полосы пропускания (ПП)

2. динамического использования ПП

3. резервирования ПП

2. управление очередями, осуществляемое путем:

1. сортировки входящего трафика по видам (например, по допустимым

задержкам, по занимаемой ширине полосы пропускания)

2. ограничения или сброса входящей нагрузки

3. кэширования

4. распределения приоритетов во входящем трафике

3. управление маршрутизацией, осуществляемое путем:

1. изменения маршрутных данных (планирование и модификация

маршрутных таблиц)

2. динамической маршрутизации с учетом таких показателей как стоимость

маршрута, задержки, другие показатели QoS

4. управление тарифами осуществляемое путем:

1. изменения тарифов в отложенном времени

2. изменения тарифов в реальном времени

3. оплата не за время сеанса, а за реально переданный объем информации

5. Управление перегрузками

Можно по-разному классифицировать методы

борьбы с перегрузками.

Если в качестве признака классификации

принять реакцию сети на перегрузку, то можно

выделить три категории управления

перегрузками:

1. Менеджмент перегрузок;

2. Предотвращение перегрузки;

3. Восстановление работоспособности сети

или ее элементов после перегрузки.

1.Менеджмент перегрузки осуществляется в

области, где перегрузки еще нет, с целью, чтобы

перегрузка не появлялась.

Основными мерами защиты от перегрузок в этом

случае являются:

• распределение ресурсов;

• сброс пакетов при контроле параметров трафика

пользователя;

• контроль доступа в сеть по пиковой скорости потока

пакетов, гарантирующий отсутствие перегрузки ПП;

• совершенствование архитектуры сети.

2. Основными методами предотвращения

перегрузок являются:

• явное прямое указание перегрузки (EFCI -

Explicit Forward Congestion Indication) – широко

использовалось в сетях FR;

• маркировка пакетов при контроле параметров

пользователя – широко использовалось в сетях

ATM;

• управление доступом в сеть на основе

контроля ресурсов (метод САС в АТМ);

• блокировка вызовов – ТфОП, АТМ, Н.323;

• контроль потока служб на основе окна,

скорости и кредита – TCP, SCCP.

3.Контроль потока служб

Обычно используются три метода управления потоком:

· на основе окна,

· на основе скорости,

· на основе кредита.

Контроль потока на основе окна ограничивает объем

потока данных (называемый окном), передаваемых

источником, и осуществляет регулировку размера окна на

основе обратной связи.

Контроль потока на основе окна был первым методом,

внедренным в СПД.

С некоторыми уточнениями метод используется в Internet

(TCP).

Предотвращение перегрузок

При контроле потока на основе скорости вместо размера

окна контролируется скорость передачи источника,

выражаемая в количестве пакетов, передаваемых за

период отклика.

Первоначально скорость передачи равна нулю.

С каждым периодом отклика коммутатор обеспечивает

обратную связь с источником, увеличивая или уменьшая

допустимую скорость источника.

При контроле потока на основе скорости обеспечивается

более равномерная расстановка пакетов, а также более

высокая пропускная способность, по сравнению с

управлением на основе окна.

При управлении потоком на основе кредита источник

может продолжать отправлять пакеты до тех пор, пока

отсчет кредита превышает ноль. В каждый период

отклика коммутатор посылает сообщения обратной

связи, объявляя новое значение кредита каждому

источнику.

Кредит рассчитывается сетевым узлом как число

оставшихся пакетов в буфере для каждого виртуального

соединения.

Метод кредита приводит к очень прерывистой, но

регулярной передаче ячеек, позволяет изолировать все

виртуальные соединения друг от друга.

Используется в SCCP.