tsvtsfvfvftsvftsvftsvftsvftsv
.pdf1. Понятие о средах передачи данных. Ограниченные и неограниченные среды
передачи данных.
Линия связи между удаленными компьютерами состоит из физической среды, по которой передаются сигналы, аппаратуры передачи данных АПД (или аппаратуры окончания канала данных АКД) и промежуточного оборудования коммуникационной сети.
DTE (data terminal equipment) – оконечное оборудование для ввода, вывода, обработки и хранения данных. Чаще всего это компьютер, где работает приложение.
DCE (data circuit-terminating equipment) – аппаратура передачи данных,
устройство физического и канального уровня, соединяющее DTE c линией связи. Служит интерфейсом между компьютером и средой передачи.
Для соединения двух компьютеров на небольшом расстоянии можно использовать их соединение нуль-модемным кабелем (null modem). Осуществляет электрическое и механическое соединение передающего порта одного компьютера и принимающего порта другого. Нет необходимости преобразования цифрового сигнала в аналоговый.
Симплексная передача (simplex) означает возможность передачи данных по линии связи только в одну сторону.
Полудуплексная передача (half duplex) – это передача данных устройствами в обе стороны, но поочередно.
Дуплексная передача (full duplex) подразумевает возможность одновременной передачи взаимодействующими устройствами.
Асинхронная ((стартстопная) передача комбинации бит каждого символа алфавита предваряется стартовым битом, заканчивается стоповым битом (или двумя стоповыми битами). Стартовый и стоповый биты синхронизируют передачу байта. Контроль ошибок осуществляется добавляемым битом контроля четности (или нечетности) числа единиц в байте.
Синхронные протоколы передачи - синхронизируют блоки передаваемых данных. Перед блоком должен передаваться специальный сигнал, который обеспечит вхождение принимающего устройства в синхронный режим. Передаваемый блок данных имеет установленный формат. Контроль ошибок осуществляется за счет добавления к блоку данных контрольной последовательности, получаемой в результате кодирования пакета помехоустойчивым циклическим кодом (CRC).
Ограниченные среды представляют собой кабели (витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель), которые передают электрические и световые сигналы. Возможности передачи данных ограничены возможностями кабеля. Применяются в высокоскоростной передаче данных на ограниченных расстояниях.
Неограниченные среды (wireless media) обеспечивают микроволновую, лазерную, инфракрасную и радио передачи.
При построении мобильных сетей, больших корпоративных сетей или глобальных сетей применяется комбинация ограниченных и неограниченных сред.
2. Ограниченные среды передачи. Витая пара. Коаксиальный кабель.
Оптоволоконный кабель. Достоинства и недостатки каждого вида кабеля.
Ограниченные среды представляют собой кабели (витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель), которые передают электрические и световые сигналы. Возможности передачи данных ограничены возможностями кабеля. Применяются в высокоскоростной передаче данных на ограниченных расстояниях.
Витая пара образуется парой изолированных перевитых медных проводников (жил). Эти жилы объединяются в одном кабеле изолирующей оплеткой. Для подключения сетевых устройств посредством витой пары используются разъемы RJ-11 (4 пина), RJ-45 (8 пинов – 4 пары) и мультипиновые разъемы RS-232, RS-449. Витая пара бывает экранированной (Shielded Twisted Pair - STP, Foil Twisted Pair - FTP) и неэкранированной (Unshielded Twisted Pair - UTP).
Характеристики UTP:
Attenuation (затухание);
NEXTnear end crosstalk (перекрестное влияние на ближний конец);
Impedance (полное сопротивление); 100 Ом для всех категорий +/- 15% на всех частотах.
Достоинствами: дешевизна, совместимость с существующими телефонными кабельными системами, наличие множества стандартов, относительная простота инсталляции и относительно низкая стоимость диагностического оборудования.
Недостатком: подверженность электромагнитным влияниям, что приводит к необходимости применения множества средств кодирования и скремблирования для обеспечения высокоскоростной передачи.
Коаксиальный кабель состоит из двух проводников, находящихся на одной оси (“co”, “axis”- ось) и разделенных изолирующей оплеткой. В системах передачи данных
больших компьютеров также применяются кабели, состоящие из трех проводников – твинаксиальные (twinax). По своим характеристикам (полоса пропускания, максимальные расстояния) эти кабели находятся посредине между UTP и оптоволокном. Недостатки: более дорогие и более тяжелые, чем UTP, а с другой стороны, приближаются по стоимости к оптоволокну.
Оптоволоконный кабель (Fiber) - представляет собой тонкие светопроводящие стеклянные или пластиковые сердечники (core) в стеклянной же светоотражающей оболочке (cladding), заключенной в защитную оплетку (jacket). Невосприимчиво к электромагнитным воздействиям.
Многомодовое волокно (multimode, MM) – сечение 50/125 мкм или 62,5/125 мкм, длина волны 850 нм или 1300 нм, затухание 1,5-5 дБ/км
Одномодовое волокно (singlemode, SM) – сечение 9-10/125 мкм, длина волны 1300 нм или 1550 нм, затухание 1 дБ/км
Коннекторы: ST – вращательное движение; SC – широко применяются; FC (NTT) Достоинства: низкая стоимость (стеклянные компоненты значительно дешевле медных), лёгкость кабеля, очень высокая скорость передачи по сравнению с медными кабелями, нечувствительность к интерференциям и высокая защищенность от
несанкционированного доступа.
Недостатки: высокая стоимость соответствующего сетевого и диагностического оборудования, квалификационные требования к инсталлирующему персоналу.
3. Стандарты работы ИС. Понятие спецификации, протокола. Виды стандартов
и их определения.
Спецификация (правило) – набор требований и параметров, которым удовлетворяет технический объект. Формализованное описание аппаратных или программных компонентов, способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, условий эксплуатации, ограничений и особых характеристик.
Протокол – правило (спецификация) на работу программных модулей и взаимодействие между ними, передачу параметров и спецификация правил.
Стандарт – попытка реализации протокола в софтвере или харвере (в аппаратуре или программном обеспечении). Делают только разработчики.
Стандарты:
1)Юридические – подтверждаются законами, которые приняты государством
2)Фактические (так сложилось (случилось), де Факто) – существуют, но их использование не определено законом
3)Корпоративные – разрабатывают и внедряют частные коммерческие компании для своих продуктов
4. Международные стандартизирующие организации
Стандарт – попытка реализации протокола в софтвере или харвере (в аппаратуре или программном обеспечении). Делают только разработчики.
ITU (International Telecommunications Union) – Международный союз электросвязи (-R – радио; -T – телекоммуникации; -D – development; -X – сети передачи данных). Организован в 1865 году. Состоит из стандартизирующих комитетов стран (гос стандартов). Издают госты (стандарты) международного образца. РДЭТ (рабочие документы и нормативы).
ISO (International Standards Organization) – Международная организация по стандартизации (МОС). Входят стандартизирующие комитеты всех стран. Стандартизируют все. Являются членом ITU.
EIA/ TIA (Electronics Industries Alliance/Telecommunication Industry Association)
– ассоциация производителей электроники/телекоммуникационных средств (США). Членами являются разработчики. Входят в ITU и ISO. Производят стандарты только первого уровня модели OSI (физического уровня).
IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers) – Институт инженеров электротехники и электроники (США). Высшая профессиональная организация мира. Входят разработчики и физические лица (дипломированные инженеры).
Разрабатывают стандарты на первые 3 уровня модели OSI (основополагающие стандарты на всю физическую среду и на всю сетевую часть).
MEF (Metro Ethernet Forum) – крупнейшие компании и организации производители. Участвуют разработчики. Возглавляет изобретатель Ethernet Бобби Меткалф.
ETSI (European Telecommunications Standards Institute) – Европейский институт стандартов для электросвязи. Независимой организация. Разрабатывает общеевропейские стандарты.
IAB (Internet Architecture Board) – Координационный Совет по архитектуре сети Интернет:
IETF (Internet Engineering Task Force) - Техническая комиссия Интернет,
занимается решением текущих задач. Стандартизация стека протоколов TCP/IP и другие аспекты. Комиссия выпускает документы RFC (Request For Comment - Запрос на получение комментария). Не все документы RFC являются стандартами, многие содержат комментарии к какому-либо стандарту или просто описание какой-либо проблемы.
IRTF (Internet Research Task Force) - Исследовательская комиссия Интернет, занимается перспективными долгосрочными исследованиями по протоколам стека TCP/IP и вопросами стандартизации новых технологий.
5.Принципы построения сетей. Определение сетевой топологии. Типы сетевых топологий.
EIA/TIA 568 – планировка сети, кабеля и разъемы EIA/TIA 569 – прокладка, т.е. все строительные работы
EIA/TIA 606 – администрирование (управление всем), документы - стандарты
EIA/TIA 607 – выделенная электроника (земля и др.)
Сетевая топология - физическое расположение компьютеров, кабелей и других сетевых компонентов.
Типы сетевых топологий:
1)Шина (Bus) – пассивная топология. Компьютеры не перемещают данные от отправителя к получателю. Если один компьютер выходит из строя, это не скажется на работе сети. Используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, к которому подключены все компьютеры сети. Данные передаются всем компьютерам сети, однако информацию принимает только один компьютер, чей адрес соответствует адресу получателя, присутствующему среди передаваемых данных. В каждый момент времени передачу может вести только один компьютер.
2)Звезда (Star) - все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному устройству. При выходе из строя одного компьютера или одного сегмента кабеля, только этот компьютер не работает в сети. Если центральный компонент выходит из строя, не работает вся сеть.
3)Кольцо (Ring)
4)Логическое кольцо - Физическая звезда
5)Ячеистая топология (mesh topology) - все компьютеры связаны друг с другом отдельными соединениями.
6)Звезда-шина (star-bus)
7)Звезда-кольцо (star-ring)
6.Понятие открытой системы. Эталонная модель взаимодействия открытых систем. Описание и функции уровней. Основные достоинства. Понятие PDU,
инкапсуляции и деинкапсуляции.
Открытая система - любая система (компьютер, вычислительная сеть, ОС, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), которая построена в соответствии с открытыми спецификациями.
Спецификация (правило) – набор требований и параметров, которым удовлетворяет технический объект. Формализованное описание аппаратных или программных компонентов, способов их функционирования, взаимодействия с другими компонентами, условий эксплуатации, ограничений и особых характеристик.
Открытые спецификации - опубликованные, общедоступные спецификации, соответствующие стандартам и принятые в результате достижения согласия после всестороннего обсуждения всеми заинтересованными сторонами.
Эталонной моделью взаимодействия открытых систем ЭМВОС является модель OSI (Open System Interconnection). Модель определяет уровни взаимодействия в компьютерных сетях, описывает функции, которые выполняются каждым уровнем, но не описывает стандарты на выполнение этих задач.
I.Физический уровень (Physical Layer)
Имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи (различные типы кабелей, беспроводные каналы). На этом уровне определяется тип сигнала для передачи данных по сетевой среде (электрический сигнал, световой импульс и т.д.) и его характеристики (уровень, частота и т.д).
II.Канальный уровень (Data-Link Layer)
Основные функции протокола канального уровня:
А. Формирование кадра (пакета) для передачи по сети. Протокол канального уровня добавляет к данным полученным от сетевого уровня заголовок и трейлер, превращая их в кадр. В заголовке содержатся адреса системы-отправителя и системы получателя пакета. Это так называемые аппаратные адреса или MAC-адреса, присвоенные сетевым адаптерам на заводе изготовителе (MAC – Media Access Control – управление доступом к среде).
Б. Реализация механизма контроля доступа к среде (методы доступа CSMA/CD, CSMA/CA, Token Passing и др). Функции протокола канального уровня реализуются сетевыми адаптерами и их драйверами.
III.Сетевой уровень (Network Layer)
Протоколы сетевого уровня обеспечивают «сквозную» передачу пакета от передающего до принимающего компьютера (end-to-end). При этом передатчик и приемник могут находится в одной ЛВС или в разных ЛВС, соединенных между собой специальными устройствами – маршрутизаторами (шлюзами). Пример: протокол сетевого уровня – IP (Internet Protocol), который входит в стек протоколов TCP/IP.
IV.Транспортный уровень (Transport Layer)
Протоколы транспортного уровня обеспечивают приложениям ту степень надежности доставки сообщения, которая им требуется. Существует два типа протоколов транспортного уровня:
А. Протоколы, ориентированные на соединение (connection-oriented). Такие протоколы перед передачей данных обмениваются сообщениями, чтобы установить связь друг с другом. После установки связи выполняется передача, а затем протоколы
обмениваются сообщениями о доставке пакета. Пример: протокол ТСР (Transmission Control Protocol) – входит в стек протоколов TCP/IP, обеспечивает приложениям гарантированную доставку данных с подтверждением приема, обнаружением и коррекцией ошибок.
Б. Протоколы, не ориентированные на соединение (connectionless). Передают информацию целевой системе не проверяя готова ли она к приему и существует ли она вообще Пример: протокол UDР (User Datagram Protocol) – входит в стек протоколов TCP/IP, не обеспечивает приложениям гарантированную доставку данных.
V.Сеансовый уровень (Session Layer)
Обеспечивает процесс взаимодействия сторон, фиксирует какая из сторон сейчас является активной и предоставляет средства синхронизации сеанса. Эти средства позволяют в ходе длинных передач сохранять информацию о состоянии этих передач в виде контрольных точек, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, а не начинать все сначала. Этот уровень редко реализуется в виде отдельных протоколов. Функции этого уровня часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.
VI.Уровень представления (Presentation Layer)
На этом уровне выполняется функция трансляции синтаксиса между различными системами (например, различная кодировка символов в разных системах – ASCII и EBCDIC).
VII.Прикладной уровень (Application Layer)
Это набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к ресурсам, таким как файлы, принтеры, гипертекстовые документы, а также организуют свою совместную работу, например, по протоколу электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением.
Преимущества:
процесс сетевой коммуникации подразделяется на меньшие и более простые этапы;
стандартизируются сетевые компоненты, что позволяет использовать и поддерживать в сети оборудование разных производителей;
подразделение процесса обмена данными на уровни позволяет осуществлять связь между различными типами аппаратного и программного обеспечения;
изменения на одном уровне не влияют на функционирование других уровней, что позволяет быстрее разрабатывать новые программные и аппаратные продукты;
коммуникация в сети подразделяется на компоненты меньшего размера, что облегчает их изучение.
Кусочки данных (вместе с заголовками), которые переходят с уровня на уровень (с добавлением заголовков или наоборот) называются Protocol Data Unit или PDU (фрагмент данных на каждом уровне модели).
Инкапсуляция – это процесс передачи данных с верхнего уровня приложений вниз (по стеку протоколов) к физическому уровню, чтобы быть переданными по сетевой физической среде (витая пара, оптическое волокно, Wi-Fi, и др.). Причём на каждом уровне различные протоколы добавляют к передающимся данным свою информацию.
Деинкапсуляция - процесс преобразования сигналов из провода в данные.
7. Модель стека протоколов TCP/IP. Определение. Уровни. Соотношение с
моделью ЭМВОС.
Стек протоколов – это некоторая комбинация протоколов, которые работают в сети одновременно и обеспечивают следующие операции с данными: подготовка, передача, прием. Работа различных протоколов должна быть скоординирована так, чтобы исключить конфликты или незаконченные операции – этого можно достичь с помощью разбиения стеков протоколов на уровни.
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) – набор протоколов,
которые обеспечивают связь в гетерогенной (неоднородной) среде, т.е. обеспечивает совместимость между компьютерами разных типов. Совместимость – одно из основных преимуществ TCP/IP, поэтому большинство ЛВС поддерживает его. TCP/IP маршрутизируемый протокол – используется в качестве межсетевого протокола. TCP/IP стал стандартом де-факто для межсетевого взаимодействия.
I. Прикладной уровень – обеспечивает приложениям доступ к сервисам других уровней и определяют протоколы, по которым приложения могут обмениваться данными. На этом уровне предусмотрено много протоколов и постоянно разрабатываются новые.
Telnet – протокол эмуляции терминала, используется для регистрации на удаленных компьютерах
-FTP (File Transport Protocol) – протокол для передачи файлов
-HTTP (Hypertext Transfer Protocol) – протокол для работы с гипертекстовыми документами, образующими содержимое Web-страниц в World Wide Web
Следующие протоколы упрощают использование и управление TCP/IP-сетями
-SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – протокол для передачи почтовых сообщений
-SNMP (Simple Network Management Protocol) – протокол управления сетью
-RIP (Routing Information Protocol) – протокол маршрутизации
II. Транспортный уровень. Предоставляет прикладному уровню сеансовые коммуникационные службы.
- TCP (Transmission Control Protocol) – обеспечивает надежную, требующую логического соединения связь только между двумя компьютерами. Отвечает за установление соединения, упорядочивание посылаемых пакетов и восстановление пакетов, потерянных в процессе передачи.
- UDP (User Datagram Protocol) – обеспечивает ненадежную, не требующую логического соединения связь. Используется, когда объем данных невелик (например, данные могут уместиться в одном пакете), когда издержки установления TCP соединения нежелательны либо когда протоколы верхнего уровня или приложения гарантируют надежную доставку. UDP используется для передачи данных на несколько компьютеров с использованием многоадресной рассылки, например, многоадресная рассылка потокового мультимедиа при проведении видеоконференций
вреальном времени.
III. Межсетевой уровень
-IP (Internet Protocol – межсетевой протокол) – маршрутизируемый протокол, отвечающий за IP-адресацию, маршрутизацию, фрагментацию и восстановление пакетов. В его задачу входит продвижение пакета между сетями – от одного маршрутизатора до другого до тех пор, пока пакет не попадет в сеть назначения. В отличие от протоколов прикладного и транспортного уровней протокол IP разворачивается не только на хостах, но и на всех шлюзах (маршрутизаторах). Этот протокол работает без установления соединения, без гарантированной доставки.
-ARP (Address Resolution Protocol) – обеспечивает преобразование адресов межсетевого уровня (IP-адресов) в адреса уровня сетевого интерфейса (МАС-адреса)
-ICMP (Internet Control Message Protocol) – поддерживает диагностические функции и сообщает об ошибках в случае неудачной доставки IP-пакетов
-IGMP (Internet Group Management Protocol) – управляет членством компьютера
(хоста) в группах. Хосты входящие в группу слушают трафик, направляемый на определенный адрес (адрес групповой рассылки) и принимают все пакеты, присылаемые на этот адрес.
IV. Уровень сетевых интерфейсов
Уровень сетевых интерфейсов в стеке TCP/IP отвечает за организацию взаимодействия с технологиями сетей, входящими в составную сеть. Этот уровень в стеке TCP/IP не регламентируется. Он поддерживает все популярные технологии (Ethernet, TokenRing и т.д.). Обычно при появлении новой сетевой технологии она быстро включается в стек TCP/IP путем разработки соответствующей документации.