- •Министерство образования Российской Федерации
- •Глава 2. Основы передачи дискретных данных. 64
- •Глава 3. Базовые технологии локальных сетей. 103
- •Глава 4. Построение локальных сетей по стандартам физического и канального уровней. 154
- •Глава 5. Сетевой уровень как средство построения больших сетей. 204
- •Глава 1. Общие принципы построения вычислительных сетей.
- •1.2. Основные проблемы построения сетей.
- •1.2.1. Связь компьютера с периферийными устройствами.
- •1.2.2. Простейший случай взаимодействия двух компьютеров.
- •1.2.3. Проблемы физической передачи данных по линиям связи.
- •1.2.4. Проблемы объединения нескольких компьютеров
- •1.2.5. Ethernet — пример стандартного решения сетевых проблем.
- •1.2.6. Структуризация как средство построения больших сетей.
- •Физическая структуризация сети.
- •Логическая структуризация сети.
- •1.2.7. Сетевые службы.
- •Выводы.
- •1.3. Понятие «открытая система» и проблемы стандартизации.
- •1.3.1. Многоуровневый подход. Протокол. Интерфейс. Стек протоколов.
- •1.3.2. Модель osi.
- •1.3.3. Уровни модели osi. Физический уровень.
- •Канальный уровень
- •Сетевой уровень.
- •Транспортный уровень.
- •Сеансовый уровень.
- •Представительный уровень.
- •Прикладной уровень.
- •Сетезависимые и сетенезависимые уровни.
- •1.3.4. Понятие «открытая система»
- •1.3.5. Модульность и стандартизация.
- •1.3.6. Источники стандартов.
- •1.3.7. Стандартные стеки коммуникационных протоколов.
- •Стек osi.
- •Стек tcp/ip.
- •Стек ipx/spx.
- •Стек NetBios/smb.
- •Выводы.
- •1.4. Локальные и глобальные сети.
- •1.4.1. Особенности локальных, глобальных и городских сетей.
- •1.4.2. Отличия локальных сетей от глобальных.
- •Глава 2. Основы передачи дискретных данных.
- •2.1. Линии связи.
- •2.1.1. Типы линий связи.
- •2.1.2. Аппаратура линий связи.
- •2.1.3. Характеристики линий связи. Типы характеристик и способы их определения.
- •Спектральный анализ сигналов на линиях связи.
- •Амплитудно-частотная характеристика, полоса пропускания и затухание.
- •Пропускная способность линии.
- •Связь между пропускной способностью линии и ее полосой пропускания.
- •Помехоустойчивость и достоверность.
- •2.1.4. Стандарты кабелей.
- •Кабели на основе неэкранированной витой пары.
- •Кабели на основе экранированной витой пары.
- •Коаксиальные кабели.
- •Волоконно-оптические кабели.
- •Выводы.
- •2.2. Методы передачи дискретных данных на физическом уровне.
- •2.2.1. Аналоговая модуляция.
- •Методы аналоговой модуляции.
- •Спектр модулированного сигнала.
- •2.2.2. Цифровое кодирование.
- •Требования к методам цифрового кодирования.
- •Потенциальный код без возвращения к нулю.
- •Метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией.
- •Потенциальный код с инверсией при единице.
- •Биполярный импульсный код.
- •Манчестерский код.
- •Потенциальный код 2в1q.
- •Скрэмблирование.
- •Глава 3. Базовые технологии локальных сетей.
- •3.3. Технология Ethernet (802.3).
- •3.3.1. Метод доступа csma/cd.
- •Этапы доступа к среде.
- •Возникновение коллизии.
- •Время двойного оборота и распознавание коллизий.
- •3.3.2. Максимальная производительность сети Ethernet.
- •3.3.4. Спецификации физической среды Ethernet.
- •Стандарт 10Base-5.
- •Стандарт 10Base-2.
- •Стандарт 10Base-t.
- •Оптоволоконный Ethernet.
- •Домен коллизий.
- •Общие характеристики стандартов Ethernet 10 Мбит/с.
- •Выводы.
- •3.4. Технология Token Ring (802.5).
- •3.4.1. Основные характеристики технологии.
- •3.4.2. Маркерный метод доступа к разделяемой среде.
- •3.4.3. Форматы кадров Token Ring.
- •Маркер.
- •Кадр данных и прерывающая последовательность.
- •Приоритетный доступ к кольцу.
- •3.4.4. Физический уровень технологии Token Ring.
- •Выводы.
- •3.5. Технология fddi.
- •3.5.1. Основные характеристики технологии.
- •3.5.2. Особенности метода доступа fddi.
- •3.5.3. Отказоустойчивость технологии fddi.
- •3.5.4. Физический уровень технологии fddi.
- •3.5.5. Сравнение fddi с технологиями Ethernet и Token Ring.
- •Выводы.
- •3.6. Fast Ethernet и 100vg-AnyLan как развитие технологии Ethernet.
- •3.6.1. Физический уровень технологии Fast Ethernet.
- •Физический уровень 100Base-fx — многомодовое оптоволокно, два волокна.
- •Физический уровень 100Base-tx - витая пара utp Cat 5 или stp Туре 1, две пары.
- •3.6.2. Правила построения сегментов Fast Ethernet при использовании повторителей.
- •Ограничения длин сегментов dte-dte.
- •Глава 4. Построение локальных сетей по стандартам физического и канального уровней.
- •4.2. Концентраторы и сетевые адаптеры.
- •4.2.1. Сетевые адаптеры. Функции и характеристики сетевых адаптеров.
- •Классификация сетевых адаптеров.
- •4.2.2. Концентраторы. Основные и дополнительные функции концентраторов.
- •Отключение портов.
- •Поддержка резервных связей.
- •Защита от несанкционированного доступа.
- •Многосегментные концентраторы.
- •Управление концентратором по протоколу snmp.
- •Конструктивное исполнение концентраторов.
- •Выводы.
- •4.3. Логическая структуризация сети с помощью мостов и коммутаторов.
- •4.3.1. Причины логической структуризации локальных сетей. Ограничения сети, построенной на общей разделяемой среде.
- •Преимущества логической структуризации сети.
- •Структуризация с помощью мостов и коммутаторов.
- •4.3.2. Принципы работы мостов. Алгоритм работы прозрачного моста.
- •Мосты с маршрутизацией от источника.
- •Ограничения топологии сети, построенной на мостах.
- •4.3.3. Коммутаторы локальных сетей.
- •4.3.4. Полнодуплексные протоколы локальных сетей. Изменения в работе мас-уровня при полнодуплексной работе.
- •Проблема управления потоком данных при полнодуплексной работе.
- •4.3.5. Управления потоком кадров при полудуплексной работе.
- •Выводы.
- •Глава 5. Сетевой уровень как средство построения больших сетей.
- •5.1. Принципы объединения сетей на основе протоколов сетевого уровня.
- •5.1.1. Ограничения мостов и коммутаторов.
- •5.1.2. Понятие internetworking.
- •5.1.6. Реализация межсетевого взаимодействия средствами tcp/ip.
- •Многоуровневая структура стека tcp/ip.
- •Уровень межсетевого взаимодействия.
- •Основной уровень.
- •Прикладной уровень.
- •Уровень сетевых интерфейсов.
- •Соответствие уровней стека tcp/ip семиуровневой модели iso/osi.
- •Выводы.
- •5.2. Адресация в ip-сетях.
- •5.2.1. Типы адресов стека tcp/ip.
- •5.2.2. Классы ip-адресов.
- •5.2.3. Особые ip-адреса.
- •5.2.4. Использование масок в ip-адресации.
- •5.2.5. Порядок распределения ip-адресов.
- •5.2.6. Автоматизация процесса назначения ip-адресов.
- •5.2.7. Отображение ip-адресов на локальные адреса.
- •5.2.8. Отображение доменных имен на ip-адреса. Организация доменов и доменных имен.
- •5.3.3. Таблицы маршрутизации в ip-сетях.
- •Примеры таблиц различных типов маршрутизаторов.
- •Назначение полей таблицы маршрутизации.
- •Источники и типы записей в таблице маршрутизации.
- •5.3.4. Маршрутизация без использования масок.
- •5.3.5. Маршрутизация с использованием масок. Использование масок для структуризации сети.
- •5.3.7. Протокол надежной доставки tcp-сообщений.
- •Сегменты и потоки.
- •Соединения.
- •Реализация скользящего окна в протоколе tcp.
- •Выводы.
3.6.2. Правила построения сегментов Fast Ethernet при использовании повторителей.
Технология Fast Ethernet, как и все некоаксиальные варианты Ethernet, рассчитана на использование концентраторов-повторителей для образования связей в сети. Правила корректного построения сегментов сетей Fast Ethernet включают:
ограничения на максимальные длины сегментов, соединяющих DTE с DTE;
ограничения на максимальные длины сегментов, соединяющих DTE с портом повторителя;
ограничения на максимальный диаметр сети;
ограничения на максимальное число повторителей и максимальную длину сегмента, соединяющего повторители.
Ограничения длин сегментов dte-dte.
В качестве DTE (Data Terminal Equipment) может выступать любой источник кадров данных для сети: сетевой адаптер, порт моста, порт маршрутизатора, модуль управления сетью и другие подобные устройства. Отличительной особенностью DTE является то, что он вырабатывает новый кадр для разделяемого сегмента (мост или коммутатор, хотя и передают через выходной порт кадр, который выработал в свое время сетевой адаптер, но для сегмента сети, к которому подключен выходной порт, этот кадр является новым). Порт повторителя не является DTE, так как он побитно повторяет уже появившийся в сегменте кадр.
В типичной конфигурации сети Fast Ethernet несколько DTE подключается к портам повторителя, образуя сеть звездообразной топологии. Соединения DTE-DTE в разделяемых сегментах не встречаются (если исключить экзотическую конфигурацию, когда сетевые адаптеры двух компьютеров соединены прямо друг с другом кабелем), а вот для мостов/коммутаторов и маршрутизаторов такие соединения являются нормой — когда сетевой адаптер прямо соединен с портом одного из этих устройств, либо эти устройства соединяются друг с другом.
Спецификация IEEE 802.3u определяет следующие максимальные длины сегментов DTE-DTE, приведенные в табл. 3.8.
Таблица 3.8. Максимальные длины сегментов DTE-DTE.
|
Стандарт |
Тип кабеля |
Максимальная длина сегмента |
|
100Base-TX |
Категория 5 UTP |
100 м |
|
100Base-FX |
Многомодовое оптоволокно 62,5/125 мкм |
412 м (полудуплекс) 2 км (полный дуплекс) |
|
100Base-T4 |
Категория 3, 4 или 5 UTP |
100 м |
Глава 4. Построение локальных сетей по стандартам физического и канального уровней.
4.2. Концентраторы и сетевые адаптеры.
4.2.1. Сетевые адаптеры. Функции и характеристики сетевых адаптеров.
Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) вместе со своим драйвером реализует второй, канальный уровень модели открытых систем в конечном узле сети — компьютере. Более точно, в сетевой операционной системе пара адаптер и драйвер выполняет только функции физического и МАС-уровней, в то время как LLC- уровень обычно реализуется модулем операционной системы, единым для всех драйверов и сетевых адаптеров. Собственно так оно и должно быть в соответствии с моделью стека протоколов IEEE 802. Например, в ОС Windows NT уровень LLC реализуется в модуле NDIS, общем для всех драйверов сетевых адаптеров, независимо от того, какую технологию поддерживает драйвер.
Сетевой адаптер совместно с драйвером выполняют две операции: передачу и прием кадра.
Передача кадра из компьютера в кабель состоит из перечисленных ниже этапе (некоторые могут отсутствовать, в зависимости от принятых методов кодирования).
Прием кадра данных LLC через межуровневый интерфейс вместе с адресной информацией MAC-уровня. Обычно взаимодействие между протоколами внутри компьютера происходит через буферы, расположенные в оперативной памяти. Данные для передачи в сеть помещаются в эти буферы протоколами верхних уровней, которые извлекают их из дисковой памяти либо из файлового кэша с помощью подсистемы ввода/вывода операционной системы.
Оформление кадра данных МАС-уровня, в который инкапсулируется кадр LLC (с отброшенными флагами 01111110). Заполнение адресов назначения и источника, вычисление контрольной суммы.
Формирование символов кодов при использовании избыточных кодов типа 4В/5В. Скрэмблирование кодов для получения более равномерного спектра сигналов. Этот этап используется не во всех протоколах — например, технология Ethernet 10 Мбит/с обходится без него.
Выдача сигналов в кабель в соответствии с принятым линейным кодом — манчестерским, NRZI, MLT-3 и т. п.
Прием кадра из кабеля в компьютер включает следующие действия.
Прием из кабеля сигналов, кодирующих битовый поток.
Выделение сигналов на фоне шума. Эту операцию могут выполнять различные специализированные микросхемы или сигнальные процессоры DSP. В результате в приемнике адаптера образуется некоторая битовая последовательность, с большой степенью вероятности совпадающая с той, которая была послана передатчиком.
Если данные перед отправкой в кабель подвергались скрэмблированию, то они пропускаются через дескрэмблер, после чего в адаптере восстанавливаются символы кода, посланные передатчиком.
Проверка контрольной суммы кадра. Если она неверна, то кадр отбрасывается а через межуровневый интерфейс наверх, протоколу LLC передается соответствующий код ошибки. Если контрольная сумма верна, то из MAC-кадра извлекается кадр LLC и передается через межуровневый интерфейс наверх, протоке.·LLC. Кадр LLC помещается в буфер оперативной памяти.
Распределение обязанностей между сетевым адаптером и его драйвером стандартами не определяется, поэтому каждый производитель решает этот вопрос самостоятельно. Обычно сетевые адаптеры делятся на адаптеры для клиентских компьютеров и адаптеры для серверов.
В адаптерах для клиентских компьютеров значительная часть работы перекладывается на драйвер, тем самым адаптер оказывается проще и дешевле. Недостатком такого подхода является высокая степень загрузки центрального процессора компьютера рутинными работами по передаче кадров из оперативной памяти компьютера в сеть. Центральный процессор вынужден заниматься этой работой вместо выполнения прикладных задач пользователя.
Поэтому адаптеры, предназначенные для серверов, обычно снабжаются собственными процессорами, которые самостоятельно выполняют большую часть работы по передаче кадров из оперативной памяти в сеть и в обратном направлении. Примером такого адаптера может служить сетевой адаптер SMS EtherPower со встроенным процессором Intel i960.
В зависимости от того, какой протокол реализует адаптер, адаптеры делятся на Ethernet-адаптеры, Token Ring-адаптеры, FDDI-адаптеры и т. д. Так как протокол Fast Ethernet позволяет за счет процедуры автопереговоров автоматически выбрать скорость работы сетевого адаптера в зависимости от возможностей концентратора, то многие адаптеры Ethernet сегодня поддерживают две скорости работы и имеют в своем названии приставку 10/100. Это свойство некоторые производители называют авточувствительностью.
Сетевой адаптер перед установкой в компьютер необходимо конфигурировать. При конфигурировании адаптера обычно задаются номер прерывания IRQ, используемого адаптером, номер канала прямого доступа к памяти DMA (если адаптер поддерживает режим DMA) и базовый адрес портов ввода/вывода.
Если сетевой адаптер, аппаратура компьютера и операционная система поддерживают стандарт Plug-and-Play, то конфигурирование адаптера и его драйвера осуществляется автоматически. В противном случае нужно сначала сконфигурировать сетевой адаптер, а затем повторить параметры его конфигурации для драйвера. В общем случае, детали процедуры конфигурирования сетевого адаптера и его драйвера во многом зависят от производителя адаптера, а также от возможностей шины, для которой разработан адаптер.