ГИА 2024 Ответы УТС (НЕ ВСЕ)

5. Виртуальная локальная сеть.

VLAN (Virtual Local Area Network) — логическая ("виртуальная") локальная компьютерная сеть, представляет собой группу хостов с общим набором требований, которые взаимодействуют так, как если бы они были подключены к широковещательному домену, независимо от их физического местонахождения. VLAN имеет те же свойства, что и физическая локальная сеть, но позволяет конечным станциям группироваться вместе, даже если они не находятся в одной физической сети.

На практике основная цель VLAN — ограничить хождение широковещательных пакетов, что особенно актуально в больших локальных сетях без промежуточных маршрутизаторов.

Интерфейсы находящиеся в разных VLAN-ах, невидимы друг для друга на канальном уровне, даже если они подключены к одному коммутатору, и связь между этими устройствами возможна только на сетевом и более высоких уровнях. В то-же время группа интерфейсов на одном VLAN-е может взаимодействовать друг с другом на канальном уровне, хотя они физически подключены к разным коммутаторам.

Использованиемеханизмавиртуальныхлокальныхсетейпозволяетстроитьизолированные на канальном уровне локальные сети без привязки к их физической коммутации. Связь между этими сетями может осуществляться на сетевом уровне или не осуществляться вообще.

Использование VLAN-ов позволяет:

●Обеспечить гибкость внедрения. VLAN являются эффективным способом группировки сетевых пользователей в виртуальные рабочие группы, несмотря на их физическое размещение в сети.

●Обеспечить возможность контроля широковещательных сообщений, что увеличивает полосу пропускания, доступную для пользователя и уменьшить вред от широковещательных штормов. Каждый VLAN — это отдельный широковещательный домен.

●Усилить безопасность сети, определив с помощью фильтров, настроенных на коммутаторе или маршрутизаторе, политику взаимодействия пользователей из разных виртуальных сетей. С VLAN политики можно применять к целым подсетям, а не к отдельному устройству. Кроме того, переход из одного VLAN в другой предполагает прохождение через устройство 3 уровня, на котором, как правило, применяются политики, разрешающие или запрещающие доступ из

VLAN в VLAN.

6. Коммутируемый Ethernet (коммутаторы).

На сегодняшний день это наиболее оптимальная альтернатива, которая полностью исключает возможность появления коллизий и связанных с ними проблем.

Суть коммутируемого Ethernet в том, что вместо хаба используется свич (коммутатор) – устройство, которое работает на канальном уровне и обладает полносвязной топологией, что обеспечивает соединение всех портов друг с другом напрямую по технологии точкаточка.

Таблицы коммутации есть в каждом таком устройстве. Они описывают, какие компьютеры к какому порту свича подключены. Чтобы узнать MAC-адреса, используется алгоритм обратного обучения, а для передачи данных – алгоритм прозрачного моста.

Простейшая таблица коммутации:

Алгоритм обратного обучения работает таким образом: коммутатор принимает кадры, анализирует заголовок и извлекает из него адрес отправителя. Таким образом, к определенному порту подключен компьютер с конкретным MAC-адресом.

Прозрачный мост не требует настройки и так назван за счет того, что он не заметен для сетевых устройств (у него нет своего MAC-адреса). Коммутатор принимает кадр, анализирует заголовок, извлекает из него адрес получателя и сопоставляет его с таблицей коммутации, определяя порт, к которому подключено устройство. Таким образом, кадр передается на конкретный порт получателя, а не на все порты, как в случае с концентратором. Еслижеадресненайденвтаблице, коммутаторработаеттакже, какихаб.

Внешне концентратор (для классического Ethernet) и коммутатор почти не отличаются, но внутренее отличие очень большое: концентратор использует топологию “общая шина”, коммутатор же – полносвязную топологию. Концентратор работает на физическом уровне, он передает электрические сигналы, которые поступают на один порт, на все порты. Коммутатор работает на канальном уровне: он анализирует заголовок канального уровня, извлекает адрес получателя и передает данные только на тот порт, к которому подключен получатель.

7. Протокол связующего дерева (Spanning Tree Protocol, STP).

Это протокол, который используется в компьютерных сетях для предотвращения циклических зависимостей в топологии сети и обеспечения единственного активного пути между любыми двумя узлами. Он основан на алгоритме Дейкстры и был разработан для предотвращения широковещательных штормов, которые могут возникнуть из-за циклических петель в сети.

Принцип работы протокола STP включает следующие этапы:

●Выбор корневого моста (Root Bridge): Каждый коммутатор в сети стремится стать корневым мостом, то есть коммутатором с самым низким идентификатором. Идентификатор корневого моста состоит из приоритета моста и его MAC-адреса. Коммутатор с наименьшим идентификатором становится корневым мостом.

●Определение пути до корневого моста: Каждый коммутатор определяет, через какие порты он может достичь корневого моста. Эта информация используется для построения дерева связующего дерева (Spanning Tree).

●Выбор порта на каждом сегменте: Для каждого сегмента (сегмента сети, соединенного сетевым устройством) выбирается один порт, который считается наилучшим для достижения корневого моста. Остальные порты на сегменте становятся заблокированными.

●Пересчет при изменениях в сети: Если происходят изменения в топологии сети (например, добавление нового коммутатора или отказ порта), протокол STP пересчитывает пути и перенастраивает топологию для обеспечения отсутствия циклических петель.

●Предотвращение циклических зависимостей: STP блокирует порты на коммутаторах, чтобы предотвратить циклические зависимости и создать единственный активный путь между узлами в сети.

Протокол STP работает на канальном уровне сети (Layer 2 OSI) и обеспечивает надежность и стабильность работы сети, предотвращая петли и широковещательные штормы. Важно отметить, что существует улучшенная версия протокола STP, называемая Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP), которая обеспечивает более быстрое восстановление сети после изменений в топологии.

(t) –

модулирующий

сигнал

U(t) –

модулированный

сигнал

8. Модуляция. Виды модуляции. Частотный спектр сигнала (понятие).

Сигнал – физический процесс, который служит для передачи сообщений. Сигнал имеет электрический характер (U, I, электромагнитное поле). U или I во времени меняется в соответствии с сообщением. Самый простой сигнал U =0 или 1. Существует необходимость в более сложных способах. Для передачи сигналов существует потребность применения модуляции. Модуляция – использование вспомогательного сигнала, служащего для передачи несущего сообщение основного сигнала. Модуляция позволяет:

-передавать сигналы на большие расстояния;

-передавать несколько сигналов независимо друг от друга.

Существует непрерывная и импульсная модуляция. При непрерывной модуляции в качестве вспомогательного сигнала используется синусоида. При импульсной модуляции в качестве вспомогательного сигнала используют последовательность импульсов. Вспомогательный сигнал – несущий сигнал. Основной сигнал – модулирующий сигнал.

Модуляция – это воздействие модулирующего сигнала на какой-либо параметр несущего сигнала, например, амплитуду, частоту, фазу.

Способы непрерывной модуляции.

Несущий сигнал - синусоида: U(t) = Um sin(2 fн t + )

Если воздействовать на амплитуду Um, то будет амплитудная модуляция (АМ). Если воздействовать на частоту f н ,то будет частотная модуляция (ЧМ). Если воздействовать на фазу , то будет фазовая модуляция (ФМ).

Амплитудная модуляция (АМ).Частотный спектр при амплитудной модуляции (АМ).

Огибающая повторяет форму модулирующего сигнала. Заполнение между огибающими - синусоидальный переносчик. f0 - частота несущего сигнала.

Условие, необходимое для АМ : несущая частота fн >> f . Это необходимо для обеспечения передачи сигнала без искажения. Модуляция осуществляется по передающей стороне. Обратный процесс демодуляции – на приемной.

Изобразим частотный спектр при АМ.

ЧС АМ – сигнала содержит 2 спектра модулирующего сигнала (t), расположенные симметрично относительно спектральной линии несущего колебания.

Отметим следующие его особенности:

В спектре АМ линия несущего колебания имеет наибольшую амплитуду. Ширина ЧС при АМ:

FAM 2F

Это обстоятельство имеет значение при прохождениях сигнала по каналам связи. АМ характеризуется коэффициентом m - коэффициентом глубины модуляции:

m Umax U min

Umax Umin Этот коэффициент характеризует степень воздействия модулирующего сигнала на несущий сигнал.Чем больше m, тем больше воздействие.

Если Umin = 0, m = 1. Это наибольшая глубина модуляции.

Если Umin = Umax, m = 0. Это синусоида с неизменной амплитудой– один несущий сигнал.

0 m 1

АМ – наиболее простой способ модуляции, т.е. требуются простые технические средства. Недостаток: амплитуда сигнала легко искажается под действием помех. АМ имеет низкую помехоустойчивость при передаче сообщений. Единственный способ устранения помехи - амплитуда переносчика должна быть достаточно большой (много больше помехи).

Использование АМ - сигналов с одной боковой полосой.

В полученном спектре информация о модулирующем сигнале поровну распределяется между каждой из боковых полос.

Соответственно и мощность сигнала тоже распределяется поровну.

Можно получить существенный выигрыш при передаче сигнала, если оставить только одну боковую полосу. Это АМ-ОБП – разновидность АМ.

Преимущества:

1.Ширина спектра в 2 раза меньше.

2.Повышается мощность сигнала.

3.Возрастает дальность передачи.

При ЧМ в соответствии с модулирующим сигналом (t) меняется частота синусоидального несущего сигнала, что иллюстрирует рис.11.

Заметим ,что (t), а соответственно и частота может меняться не только резко, но и плавно.

f0 fMAX fMIN

2

Для ЧМ существует два параметра, характеризующие интенсивность воздействия модулирующего сигнала на несущий сигнал.

1.Девиация частоты

f = f max – f 0 или f = f 0 - f min

f - отклонение частоты от центрального значения.

2.Индекс частотной модуляции .

Это отношение девиации частоты к частоте модулирующего сигнала.

0 несколько десятков или сотен.

Частотный спектр при ЧМ.

Его можно получить на основе ЧС при АМ.

Пусть модулирующий сигнал является последовательностью прямоугольных импульсов, т.е. имеет два уровня .

ВмодулированномЧМ– сигналесоответственнобудетдве частоты f01 и f02- рис.24,б. Его можно представить в виде суммы двух АМ – сигналов рис.24,в,г.

U ЧМ = U АМ1 + U АМ2

Соответственно, спектр этого ЧМ - сигнала SЧМ можно представить в виде суммы двух спекторов

АМ: S ЧМ = S АМ1 + S АМ2

Это показано на рисунке 25.

Рис.25

Спектры двух слагаемых SАМ1 и SАМ2 отличаются разными несущими частотами f01 и f02. Это объяснение приводит к выводам:

1.Спектры ЧМ шире, чем спектр АМ - сигнала.

2.Спектр получается «горбатый».

3.Линии одного спектра SАМ1 могут перекрываться линиями другого спектра SАМ2.

4.Из рисунка получаем, что ширина спектра при ЧМ:

FЧМ 2 f 2F 2F (1 f )

F

В этом выражении F – спектр модулирующего сигнала.

f 02 – f 01 = 2 f

f- девиация частоты, связанная с f02 и f01. Если также учесть, что:

Вывод: ширина ЧС при ЧМ больше чем ширина ЧС при АМ в (1 + ) раз.

= 10 50

При ИМ переносчиком является последовательность импульсов.

Параметрыимпульсногосигналаамплитуда(U m), период или частота (Т или f = 1/T), длительность импульса (t u), фаза импульсов ( ).

Всоответствии с этими параметрами различают способы ИМ:

1.Амплитудно – импульсная модуляция (АИМ) – Um.

2.Частотно – импульсная мод-ия (ЧИМ)- f.

3.Широтно–импульсная мод-ия (ШИМ) - t u .

4.Фазо – импульсная модуляция (ФИМ) - .

При АИМ амплитуда является функцией модулирующего сигнала. При ЧИМ функцией модулирующего сигнала является средняя частота (или период) следования импульсов.

При ШИМ функцией модулирующего сигнала является длительность импульса. При ФИМ функцией модулирующего сигнала является время паузы между соседними импульсами.

Кодо-Импульсная модуляция (КИМ).

Отличие: какому-то одному значению модулирующего сигнала соответствует несколько импульсов (последовательный код). Последовательный код – двоичное число:

1 – есть импульс,

0 – нет импульса КИМ – один из ключевых способов передачи информации, применяется для связи между

компьютерами (Интернет, модемы и т.д.)

При КИМ увеличивается время передачи сигнала, но обеспечивается высокая достоверность и высокая помехозащищенность.

Комбинированные способы модуляции (КМ).

Комбинируют, например, непрерывные способы модуляции с импульсными способами модуляции.

При КМ вначале, например, используется импульсный передатчик, а получаемый модулированный сигнал модулирует непрерывный передатчик (в синусоиду).ШИМ – 1 этап модуляции.

Это пример ШИМ-АМ.

Комбинируя разные способы импульсной и непрерывной модуляции можно получить большое количество комбинированных способов. Например, ФИМ-АМ, ШИМ-ЧМ, ЧИМ-ЧМ, и т.д. Применение КМ связано с тем, что требуется приспособить передаваемый сигнал к характеристикам канала связи.

9. Понятие IP адреса и маски сети.

IP адрес - уникальный числовой идентификатор устройства в компьютерной сети, работающей по протоколу IP.

В протоколе IPv4 каждому узлу сети ставится в соответствие IP-адрес длиной 4 октета (4 байта). При этом компьютеры в подсетях объединяются общими начальными битами адреса. Количество этих бит, общее для данной подсети, называется маской подсети IPv6 позволяет адресовать значительно большее количество узлов, чем IPv4. Адресное пространство IPv6 составляет 2128. Такое большое адресное пространство было введено ради иерархичности адресов (это упрощает маршрутизацию). Тем не менее, увеличенное пространство адресов сделает NAT необязательным. Классическое применение IPv6 (по сети /64 на абонента; используется только unicast-адресация) обеспечит возможность использования более 300 млн IP-адресов на каждого жителя Земли. Эта версия отличается повышенной разрядностью адреса, встроенной возможностью шифрования и некоторыми другими особенностями.

Битовая маска, определяющая какая часть адреса является адресом сети, а какая адресом узланазываетсямаскойсети. Внейбитысозначением1 определяютполеадресасети, биты со значением 0 – поле адреса узла. Маска сети класса А 255.0.0.0, маска сети класса B 255.255.0.0, маска сети класса С 255.255.255.0. Например:

Адрес 212.193.32.4 маска 255.255.255.0

1101 0100 1100 0001 0010 0000 0000 0100

1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0000

Проводя операцию побитовой коньюнкции (умножения) получаем адрес сети:

1101 0100 1100 0001 0010 0000 0000 0000

Или в десятичном представлении 212.193.32.0

Маска подсети помогает маршрутизатору понять, как и куда передавать пакет. Подсетью может являться любая сеть со своими протоколами. Маршрутизатор передает пакет напрямую, если получатель находится в той же подсети, что и отправитель. Если же подсети получателя и отправителя различаются, пакет передается на второй маршрутизатор, со второго на третий и далее по цепочке, пока не достигнет получателя.

10. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) – протокол динамической конфигурации хостов.

DHCP — протокол прикладного уровня модели TCP/IP, служит для назначения IP-адреса клиенту.

Discover

Изначально клиент находится в состоянии инициализации (INIT) и не имеет своего IPадреса. Поэтому он отправляет широковещательное (broadcast) сообщение DHCPDISCOVER на все устройства в локальной сети. В той же локальной сети находится DHCP-сервер. DHCP-сервер — это, например, маршрутизатор или коммутатор, существуют также выделенные DHCP-серверы. Сервер всегда слушает 67 порт, ожидает широковещательное сообщение от клиента, а после его получения отправляет ответное предложение — DHCPOFFER. Клиент принимает сообщение на 68 порту.

Offer, или предложение

DHCP-сервер отвечает на поиск предложением, он сообщает IP, который может подойти клиенту. IP выделяются из области (SCOPE) доступных адресов, которая задается администратором. Если имеются адреса, которые не должны быть назначены DHCPсервером, область можно ограничить, указав только разрешенные адреса.

DHCP выделяет доступные IP-адреса из области только временно, поэтому нет гарантии, что при следующем подключении у данного клиента останется прежний IP. Но есть возможность назначить какому-либо клиенту определенный IP навсегда.

DHCPOFFER содержит IP из доступной области, который предлагается клиенту отправкой широковещательного или прямого сообщения. При этом, поскольку нужный клиент пока не имеет IP, для отправки прямого сообщения он идентифицируется по MAC-адресу.

Request, или запрос

Клиент получает DHCPOFFER, а затем отправляет на сервер сообщение DHCPREQUEST. Этим сообщением он принимает предлагаемый адрес и уведомляет DHCP-сервер об этом. Широковещательное сообщение почти полностью дублирует DHCPDISCOVER, но содержит в себе уникальный IP, выделенный сервером. Таким образом, клиент сообщает всем доступным DHCP-серверам «да, я беру этот адрес», а сервера помечают IP как занятый.

Acknowledgement, или подтверждение

Сервер получает от клиента DHCPREQUEST и окончательно подтверждает передачу IPадреса клиенту сообщением DHCPACK. Это широковещательное или прямое сообщение утверждает не только владельца IP, но и срок, в течение которого клиент может использовать этот адрес.

Если в сети несколько DHCP-серверов, пославших предложение, какое из них выберет клиент? ВсостоянииINIT, есликлиентполучаетадресвпервые, онбудетприниматьтолько первое предложение IP. Однако, если клиент уже общался ранее с определенным DHCPсервером, он отдаст предпочтение этому серверу и, наоборот, сервер выберет знакомого клиента.