Самостійна робота Модуль 1 Архітектура та обладнання км

Теми:

Тема 1.1 Архітектура сучасних КМ

Тема 1.2 Модель OSI

Тема 1.3 Стандарти і стеки протоколів

Тема 1.4 Топологія, методи доступу до середовища передачі даних

Тема 1.5 Фізичні середовища передачі

Тема 1.6 Локальні обчислювальні мережі та їх технології

Тема 1.7 Апаратура Ethernet

Тема 1.8 Адресація та маршрутизація в комп’ютерних мережах. DNS

Тема 1.9 Програмні та апаратні комплекси мереж

Тема 1.10 Адміністрування комп’ютерної мережі

Література

1. С.В.Кошевлев, А.В. Яковлев. Информационные сети: Учеб. пособие.- Муром: Изд. - полиграфический центр МИ ВлГУ, 2004.

2. В.Г.Олифер, Н.А.Олифер. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы - СПб.: Питер, 2003.

3. В.Г.Олифер, Н.А.Олифер. Сетевые операционные системы. – СПб.: Питер, 2001.

Контрольні запитання

1. Кодування інформації.

2. Фізичне кодування.

3. Види аналогового кодування.

4. Види цифрового кодування.

5. Загальна класифікація

6. Сеансовий рівень

7. Транспортний рівень

8. Мережний рівень.

9. Стек OSI.

10. Стек протоколів TCP/IP.

11. Основні методи доступу, що використовуються в комп’ютерних мережах/

12. Множинний доступ з поділом частоти,

13. Множинний доступ з поділом довжини хвилі

14. Апаратура середовищ передачі.

15. Основні характеристики середовищ передачі даних

16. Надшвидкісні технології

17. Gigabit Ethernet.

18. Без провідникові технології

19. Активне обладнання.

20. Мости

21. Маршрутизатори

22. Служби DHCP та WINS

23. Апаратне забезпечення робочих станцій та серверів, вимоги та можливості

24. Організація роботи з користувачами та групами в ЛОМ

25. Доступ користувачів до ресурсів мережі.

Кодування інформації

Вся інформація, що передається по мережі відповідним чином кодується.

Розрізняють: фізичне(аналогове кодування), цифрове, логічне кодування.

Види фізичного (аналогового) кодування.

Аналогова модуляція застосовується для передачі дискретних даних по каналах з|із| вузькою смугою частот, типовим представником яких є|з'являється| канал тональної частоти, що надається в розпорядження користувачам суспільних|громадських| телефонних мереж|сітей|.

Аналогова модуляція є|з'являється| у такий спосіб|в такий спосіб| фізичного кодування, при якому інформація кодується зміною амплітуди, частоти або фази синусоїдального сигналу частоти, що несе.

При амплітудній модуляції для логічної одиниці вибирається один рівень амплітуди синусоїди частоти, що несе, а для логічного нуля - інший.

При частотній модуляції значення 0 і 1 початкових даних передаються синусоїдами з різною частотою.

При фазовій модуляції значенням даних 0 і 1 відповідають сигнали однакової частоти, але з різною фазою.

Види цифрового кодування

При цифровому кодуванні дискретної інформації застосовують потенційні і імпульсні коди.

У потенційних кодах для представлення логічних одиниць і нулів|нуль-індикаторів| використовується тільки|лише| значення потенціалу сигналу, а його перепади, що формують закінчені імпульси, до уваги не беруться. Імпульсні коди дозволяють представити|уявляти| двійкові дані або імпульсами певної полярності, або частиною|часткою| імпульсу - перепадом потенціалу певного напряму|направлення|.

Способи цифрового кодування:

Потенційний код без повернення до нуля (NRZ) – 0 і 1 кодуються різними рівнями сигналу.

Біполярне кодування з альтернативною інверсією (AMI) – 0 кодується нульовим потенціалом, а 1 – позитивним або негативним ненульовим, причому потенціал кожної наступної одиниці протилежний по знаку попередньої

Потенційний код з інверсією при одиниці (NRZI) – цей код використовує два можливі стани, 1 кодується зміною потенціалу, а 0 – низовинним потенціалом.

Біполярний імпульсний код – кодування проводиться імпульсами позитивної і негативної полярності, тривалість яких дорівнює половині тривалості передачі бита.

Манчестерський код – найбільш популярний код, вживані в сучасних локальних мережах. При манчестерському кодуванні інформація передається перепадами потенціалу, що відбуваються в середині такту.

Потенційний код 2B1Q – в кожному такті 2 біта кодується через 4 можливих стани сигналу.

Логічне кодування.

Логічне кодування це попередня зміна передаваній інформації з метою зробити її зручнішою для передачі.

Надмірне кодування – варіант логічного кодування, при якому до передаваної інформації в службових цілях додається додаткова. При цьому передавана послідовність біт розбивається на порції, звані символами. Потім кожен символ замінюється на новий, такий, що має більшу кількість битий, чим початковий. Наприклад логічний код 4В/5В, використовуваний в мережах FDDI і Fast Ethernet замінює початкові символи завдовжки 4 бита на символи завдовжки 5 битий. При цьому виникає 16 заборонених символів, прийом яких свідчить про помилку зв'язку.

Скремблювання – це перетворення початкової бітової послідовності за певним математичним правилом, що гарантує відсутність довгих послідовностей однакових значень в результуючій послідовності. Скрембльовані коди застосовуються в сучасних високошвидкісних мережевих технологіях, наприклад FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet

Загальна класифікація:сеансового рівня, транспортного рівня, мережевого рівня,

Сеансовий рівень

Сеансовий рівень (Session layer) забезпечує управління діалогом: фіксує, яка із сторін є активною на даний час, надає засоби синхронізації. Останні дозволяють вставляти контрольні точки в довгі передачі, щоб у разі відмови можна було повернутися назад до останньої контрольної точки, а не починати все з початку.

На сеансовому рівні визначається якою буде передача між двома процесами:

• напівдуплексною;

• дуплексною.

Транспортний рівень

Транспортний рівень (Transport layer) забезпечує додаткам або верхнім рівням стека — прикладному і сеансовому — передачу даних з тим ступенем надійності, яка їм потрібна. Модель OSI визначає п'ять класів сервісу, що надаються транспортним рівнем. Вони відрізняються якістю наданих послуг: терміновістю, можливістю відновлення перерваного зв'язку, наявністю засобів мультиплексування декількох з'єднань між різними прикладними протоколами через загальний транспортний протокол, а головне — здатністю до виявлення і виправлення помилок передачі, таких як спотворення, втрата і дублювання пакетів.

До функцій транспортного рівня входять:

• керування передачею по мережі і забезпечення цілосності блоків даних;

• виявлення помилок, часткове їх усунення і повідомлення про не виправлені помилки;

• відновлення передачі після відмов та несправностей;

• збільшення або розділення блоків даних;

• надання пріоритетів при передачі блоків

• підтвердження передачі;

• усунення блоків при тупикових ситуаціях в мережі.

Найбільш поширені протоколи:

TCP – протокол управління передачею даних;

UDP – протокол дейтаграм користувача стека TCP/IP;

NCP – базовий протокол мереж NetWare;

SPX – упорядкований обмін пакетами стека Novell;

TP4 – проткол передачі каласу 4.

Мережний рівень

Мережний рівень (Network layer) служить для утворення єдиної транспортної системи, об'єднуючої декілька мереж, причому ці мережі можуть використовувати абсолютно різні принципи передачі повідомлень між кінцевими вузлами і володіти довільною структурою зв'язків.

Мережний рівень виконує наступні функції:

• створення мережних з’єднань та індетифікація їх портів;

• виявлення та виправлення помилок, що виникають при передачі через комунікаційну мережу;

• керування потоками пакетів;

• організація (впорядкування) послідовності пакетів;

• маршрутизація і комутація;

• сегментація і об’єднання пакетів.

Протоколи мережного рівня реалізуються програмними модулями операційної системи, а також програмними і апаратними засобами маршрутизаторів.

Найбільш вживані протоколи мережного рівня:

IP - Internet протокол, мережний протокол стека TCP/IP, що надає адресну та маршрутну інформацію;

IPX протокол між мережного обміну пакетами. Використовується для адесації та маршрутизації в мережах Novell.

X.25 - міжнародний стандарт для глобальних мереж з комутацією пакетів.

CLNP - мережний протокол без організації з’єднань.

Стек OSI

Слід розрізняти стек протоколів OSI і модель OSI. Стік OSI – це набір цілком конкретних специфікацій протоколів, що утворюють узгоджений стек протоколів. Стек OSI на відміну від інших стандартних стеків повністю відповідає моделі взаємодії OSI і включає специфікації для всіх семи рівнів моделі взаємодії відкритих систем.

На фізичному і канальному рівнях стек OSI підтримує специфікації Ethernet, Token Ring, FDDI, а також протоколи LLC, X.25 і ISDN.

На мережному рівні реалізовані протоколи, як без встановлення з'єднань, так і зі встановленням з'єднань.

Транспортний протокол стека OSI приховує відмінності між мережними сервісами зі встановленням з'єднання і без встановлення з'єднання, так що користувачі одержують потрібну якість обслуговування незалежно від мережного рівня.

Сервіси прикладного рівня включають передачу файлів, емуляцію терміналу, службу каталогів і пошту.

Стек протоколів TCP/IP

Набір багаторівневих протоколів, або як називають стек TCP/IP призначений для використовування в різних варіантах мережного оточення.

Стек TCP/IP з погляду системної архітектури відповідає еталонній моделі OSI і дозволяє обмінюватися даними по мережі додаткам і службам, що працюють практично на будь-якій платформі, включаючи Unix, Windows, Macintosh і інші.

Рівень транспорту

Рівень транспорту TCP/IP відповідає за встановлення і підтримку з'єднання між двома вузлами. Основні функції рівня:

Залежно від типу служби можуть бути використано два протоколи:

- TCP (Transmission Control Protocol – протокол управління передачею);

- UDP (User Datagram Protocol – призначений для користувача протокол датаграм).

TCP звичайно використовують в тих випадках, коли додатку необхідно передати великий об'єм інформації і переконатися, що дані своєчасно

отримані адресатом. Додатки і служби, відправляючі невеликі об'єми даних і не потребуючі в отриманні підтвердження, використовують протокол UDP, який є протоколом без встановлення з'єднання.

Міжмережевий рівень

Міжмережевий рівень відповідає за маршрутизацію даних усередині мережі і

між різними мережами.

Протокол Інтернету IP

Протокол IP забезпечує обмін датаграмами між вузлами мережі і є протоколом, що не встановлює з'єднання і використовуючим датаграми для відправки даних з однієї мережі в іншу.

Протоколи зіставлення адреси ARP і RARP

Для визначення локальної адреси(MAC) по IP-адресі використовується протокол дозволу адреси Address Resolution Protocol (ARP).

Існує також протокол, вирішальний зворотну задачу – знаходження IP-адреси за відомою MAC адресою. Він називається реверсивний ARP – RARP (Reverse Address Resolution Protocol) і використовується при старті бездисковых станцій, що не знають в початковий момент своєї IP-адреси, але знаюnm адресу свого мережного адаптера.

Протокол ICMP

Протокол управління повідомленнями Інтернету (ICMP – Internet Control Message Protocol) використовується IP і іншими протоколами високого рівня

для відправки і отримання звітів про стан переданої інформації.

Цей протокол використовується для контролю швидкості передачі інформації між двома системами.

Протокол IGMP

Вузли локальної мережі використовують протокол управління групами Інтернету (IGMP – Internet Group Management Protocol), щоб зареєструвати себе в групі. Інформація про групи міститься на маршрутизаторах локальної мережі. Маршрутизатори використовують цю інформацію для передачі групових повідомлень.

NDIS

Network Device Interface Specification – специфікація інтерфейсу мережного пристрою, програмний інтерфейс, що забезпечує взаємодію між драйверами транспортних протоколів, і відповідними драйверами мережних інтерфейсів.

Рівень мережного інтерфейсу

Цей рівень моделі TCP/IP відповідає за розподіл IP-датаграм.

Основні методи доступу, що використовуються в комп’ютерних мережах:множинний доступ з поділом частоти, множинний доступ з поділом довжини хвилі

TDMA

Доступ TDMA заснований на використанні спеціального пристрою, названого тактовим генератором. Цей генератор поділяє час каналу на повторювані цикли. Кожний з циклів починається сигналом Розмежувачем. Цикл включає n пронумерованих тимчасових інтервалів, називаних осередками. Інтервали надаються для завантаження в них блоків даних.

Даний спосіб дозволяє організувати передачу даних з комутацією пакетів і з комутацією каналів. Перший (найпростіший) варіант використання інтервалів полягає в тім, що їхнє число (n) робиться рівним кількості абонентських систем, підключених до розглянутого каналу. Тоді під час циклу кожній системі надається один інтервал, протягом якого вона може передавати дані. При використанні розглянутого методу доступу часто виявляється, що в тому самому циклі одним системам чогось передавати, а іншим бракує виділеного часу. У результаті – неефективне використання пропускної здатності каналу.

Другий, більш складний, але високо економічний варіант полягає в тім, що система одержує інтервал тільки тоді, коли в неї виникає необхідність у передачі даних, наприклад при асинхронному способі передачі. Для передачі даних система може в кожнім циклі одержувати інтервал з тим самим номером. У цьому випадку передані системою блоки даних з'являються через однакові проміжки часу і приходять з тим самим часом запізнювання. Це режим передачі даних з імітацією комутації каналів. Спосіб особливо зручний при передачі мови.

FDMA

Доступ FDMA заснований на поділі смуги пропущення каналу на групу смуг частот , що утворють логічні канали.

Широка смуга пропущення каналу поділяється на ряд вузьких смуг, розділених захисними смугами. Розміри вузьких смуг можуть бути різними.

У кожній вузькій смузі створюється логічний канал. Передані по логічних каналах сигнали накладаються на різні несущі і тому в частотній області не повинні перетинатися. Разом з цим, іноді, незважаючи на наявність захисних смуг, спектральні складові сигналу можуть виходити за границі логічного каналу і викликати шум у сусідньому логічному каналі.

В оптичних каналах поділ частоти здійснюється напрямком у кожний з них променів світла з різними частотами. Завдяки цьому пропускна здатність фізичного каналу збільшується в кілька разів. При здійсненні цього мультиплексування в один світовод випромінює світло велике число лазерів (на різних частотах). Через світовод випромінювання кожного з них проходить незалежно від іншого. На прийомному кінці поділ частот сигналів, що пройшли фізичний канал, здійснюється шляхом фільтрації вихідних сигналів.

Метод доступу FDMA відносно простий, але для його реалізації необхідні передавачі і приймачі, що працюють на різних частотах.

Апаратура середовищ передачі

Формування електричних (або інших) сигналів для передачі по лінії зв'язку середовища передачі здійснюється апаратурою передачі даних (Data Circuit terminating Equipment). Прикладами DCE є модеми, і різні пристрої підключення.

Підготовка даних для передачі здійснюється крайовим устаткуванням даних (Data Terminal Equipment), яке зазвичай не включають до складу ліній зв'язки.

Проміжне устаткування|обладнання| ліній зв'язку служить для посилення сигналу, що проходить через лінію, а також для організації сумісного|спільного| використання ліній зв'язку (мультиплексування і комутації).

Залежно від способу формування і прийому сигналів лінії зв'язку діляться на цифрові і аналогові. У цифрових лініях дані представляються дискретними сигналами, що мають кінцеве|скінченне| число станів|достатків|. У аналогових лініях використовуються аналогові сигнали, що мають безперервний діапазон значень і безперервні в часі.

Як правило при передачі даних в аналоговій формі сигнали мають вужчий спектр, тому їх використовують в лініях зв'язки з|із| вузькою смугою пропускання, наприклад в телефонних мережах|сітях|. Цифрові сигнали дозволяють досягти вищої швидкості передачі даних, але|та| мають ширший спектр.

Основні характеристики середовищ передачі даних.

До основних характеристик відносяться:

• Амплітудно-частотна характеристика;

• смуга пропускання;

• загасання|затухання|;

• перешкодостійкість|перешкодостійкий|;

• пропускна спроможність;

• достовірність передачі даних;

• питома вартість.

Смуга частот, в якій АЧХ має значення не нижче заданого називається смугою пропускання.

Загасання це відношення амплітуд вхідного і вихідного сигналів на заданій частоті. Загасання завжди задається для певної довжини лінії зв'язку.

Пропускна спроможність це швидкість передачі даних, що виражається в бит/с.

Пропускна спроможність залежить від виду фізичного кодування, тобто|цебто| представлення дискретної інформації у вигляді сигналів. Одна і та ж лінія зв'язку може мати різну пропускну спроможність при різних способах кодування. Вибір способу кодування залежить від смуги пропускання лінії зв'язку. При цьому прагнуть вибрати спосіб кодування так, щоб максимально використовувати можливості|спроможності| лінії.

Збільшення швидкості обміну обмежене смугою пропускання лінії передачі. Математично цей зв'язок описується формулами Шенона

С=f log2(1+Pс/Рш)

де З – максимально можлива пропускна спроможність лінії, F- ширина смуги пропускання, Pс і Рш – потужність сигналу і шуму і Найквіста

С=f log2(M)

де М|м-код| – число помітних|розрізняти| станів|достатків| сигналу.

Максимально можлива пропускна спроможність не залежить від способу фізичного кодування, оскільки|тому що| визначає можливості|спроможності| лінії при гіпотетичному якнайкращому|щонайкращому| способі кодування.

Перешкодостійкість лінії визначає її здатність зменшувати рівень перешкод, що створюються у внешенй середовищі, на внутрішніх провідниках. Зазвичай для зменшення перешкод провідники екранують або скручують. Якнайкращою перешкодостійкістю володіють волоконно-оптичні кабелі.

Достовірність передачі даних оцінюється по інтенсивності бітових помилок (Bit Error Rate) визначуваною як вірогідність спотворення передаваного біта даних. Величина BER для каналів зв'язку без додаткового захисту від помилок складає 10-4 – 10-6.

Високошвидкісна технологія Gigabit Ethernet

Перша версія стандарту була розглянута в січні 1997 року, а остаточно стандарт 802.3z був прийнятий 29 червня 1998 року на засіданні комітету IEEE 802.3.

Основна ідея розробників стандарту Gigabit Ethernet полягає в максимальному збереженні ідей класичної технології Ethernet досягши бітової швидкості в 1000 Мбіт/с.

Що ж загального є в технології Gigabit Ethernet в порівнянні з технологіями Ethernet і Fast Ethernet?

• Зберігаються всі формати кадрів Ethernet.

• Як і раніше існуватимуть напівдуплексна версія протоколу, що підтримує метод доступу CSMA/CD, і повнодуплексна версія, що працює з комутаторами.

• Підтримуються всі основні види кабелів, що використовуються в Ethernet і Fast Ethernet: волоконно-оптичний, вита пара категорії 5, коаксіальний кабель.

Специфікації фізичного середовища стандарту 802.3z

В стандарті 802.3z визначені наступні типи фізичного середовища:

• одномодовий волоконно-оптичний кабель;

• багатомодовий волоконно-оптичний кабель 62,5/125;

• багатомодовий волоконно-оптичний кабель 50/125;

• подвійний коаксиал з хвильовим опором 75 Ом.

Переваги технології Gigabit Ethernet

1. Технологія Gigabit Ethernet додає нову, 1000 Мбіт/с, ступінь в ієрархії швидкостей сімейства Ethernet.

2. Великий ступінь спадкоємності з технологіями Ethernet і Fast Ethernet. Gigabit Ethernet використовує ті ж формати кадрів, що і попередні версії Ethernet, працює в повнодуплексному і напівдуплексному режимах, підтримуючи на середовищі, що розділяється, той же метод доступу CSMA/CD з мінімальними змінами.

3. Можливість використовування як фізичне середовище передачі оптоволоконний кабель (багатомодового оптоволоконного на відстань до 500 м або одномодового оптоволоконного на відстань до 5000 м), та електричний мідний (подвійного коаксіального twinax або витої пари на відстань до 25 м ).