шпоргалка / шпорки / Шпор12 (3курс)

36. Протоколы канального уровня и сетевые технологии для глобальных и локальных сетей.

Функциональный состав того или иного протокола канального уровня во многом определяется особенностями физического уровня, например, топологией сети или типом среды передачи. Поэтому при проектировании сетевого взаимодействия используются и разрабатываются комплексные стандарты, получившие название сетевых технологий.

Сетевая технология – это набор стандартов, определяющий минимальный состав программно-аппаратных средств, достаточный для организации взаимодействия компьютеров в сети. Как правило, сетевая технология определяет топологию сети, а также протокол канального уровня (формат кадра, порядок обмена кадрами, MTU). В настоящее время существует большое количество сетевых технологий и, соответственно, определяемых ими протоколов канального уровня. Рассмотрим для примера одну из наиболее популярных в настоящее время технологий – технологию локальных сетей Ethernet. Эта технология предполагает, что сеть должна строиться на основе физических топологий "шина", если используется коаксиальный кабель, или "звезда", если используется кабель типа "витая пара". В зависимости от типа используемого кабеля скорость передачи данных лежит в диапазоне 10-100 Мбит/с. В качестве метода доступа к среде передачи используется метод обнаружения коллизий (CSMA/CD). Что касается формата кадра, то в настоящее время на практике используются 4 варианта кадров Ethernet, отличающихся друг от друга, но все они согласуются с общими положениями, изложенными ранее. Максимальный объем данных, передаваемых в одном кадре (MTU), в технологии Ethernet не может превышать 1500 байт. Помимо технологии Ethernet в настоящее время в локальных сетях широко используются технологии AppleTalk, FDDI и ATM. В глобальных сетях широко распространены технологии ATM, FrameRelay, ISDN и SMDS. Существует также ряд технологий, использующихся для организации беспроводных сетей. Наиболее популярной технологией, применяемой при построении локальных сетей, в настоящее время является технология RadioEthernet. Она предполагает передачу данных в двух УКВ-диапазонах: около 915 МГЦ и 2400-2483,5 МГц, а также в инфракрасном спектре. Диапазон 915 МГц в России и Европе достаточно сильно загружен средствами связи (сотовая телефония), поэтому он используется, как правило, для организации сетей внутри зданий, хотя технически позволяет осуществлять передачу на значительные расстояния. Это же ограничение распространяется и на инфракрасный диапазон, поскольку инфракрасные лучи чувствительны к погодным условиям. В зависимости от того, какой режим передачи используется, сети RadioEthernet позволяют осуществлять передачу данных со скоростью 2 - 10 Мбит/с. Технология RadioEthernet предполагает построение сетей на базе топологий "точка-точка" и "звезда". В качестве метода доступа используется метод предупреждения коллизий (CSMA/CA). Наряду с кабельными и беспроводными технологиями существуют также технологии, предполагающие комбинирование различных типов физической среды передачи. Обычно они применяются для построения асимметричных сетей: небольшие по объему запросы пользовательских компьютеров передаются по кабельным каналам, например, с использованием телефонных линий и модемов, а прием осуществляется через спутниковый радиоканал.

37. Протоколы для соединений типа "точка-точка": SLIP и PPP.

Существенным отличием протоколов для соединений типа "точка-точка" является отсутствие средств адресации абонентов. Это объясняется тем, что одновременно к сети может быть подключено всего два устройства, например, два компьютера. Поэтому заголовки кадров данных протоколов этой группы не содержат адресных полей.

SLIP и PPP - это протоколы, адаптирующие IP для работы на последовательных линиях. Простейшим примером протоколов данной группы является протокол SLIP (Serial Line Internet Protocol). Единственными служебными полями кадра протокола SLIP являются поля, позволяющие определить начало и конец кадра. Данный протокол может совместно работать только с одним протоколом сетевого уровня – протоколом IP, поскольку в заголовке кадра не предусмотрено поля идентификации протокола сетевого уровня. Кроме того, протокол не располагает средствами обнаружения ошибок, возникающих при передаче данных, что делает его малоэффективным при построении сетей на основе каналов низкого качества, например, телефонных линий.

Структура кадра SLIP

В связи с этим протокол SLIP в настоящее время почти не используется при построении реальных сетей. Для подключения к Интернет по обычным телефонным линиям конечных пользователей в основном применяется более совершенный протокол канального уровня PPP (Point-to-Point Protocol). В отличие от SLIP протокол PPP обладает большей функциональностью и обеспечивает:

- возможность использования нескольких протоколов сетевого уровня;

- механизм согласования параметров устройств передачи данных;

- механизм сжатия передаваемой информации с целью повышения эффективности и надежности передачи;

- механизм обнаружения и исправления ошибок;

- механизмы защиты, предотвращающие несанкционированные подключения.

PPP - это более молодой протокол, нежели SLIP. PPP состоит из трех частей: механизма инкапсуляции, протокола управления соединением и семейства протоколов управления сетью.

Понятие инкапсуляции в терминах PPP - это не только добавление служебной информации к транспортируемой информации, но, если это необходимо, и разбиение этой информации на более мелкие фрагменты.

Протокол управления соединением предназначен для установки соглашения между узлами сети о параметрах инкапсуляции (размер фрейма, например). Кроме этого, протокол позволяет проводить идентификацию узлов.

Для завершения работы по протоколу PPP по сети передается пакет завершения работы протокола управления соединением.

38. Сетевые технологии Token Ring, Ethernet. Методы доступа к среде.

Каждая сетевая технология использует определенный метод доступа к среде – это набор правил, по которым компьютеры узнают, что среда передачи свободна и можно передавать свои данные.

Два метода доступа:

1.) CSMA/CD – множественный метод доступа с контролем и обнаружением коллизий (Ethernet). Алгоритм работы CSMA/CD:

1. РС прослушивает канал, стремясь обнаружить передачу данных

2. Если слышит передачу, ожидает ее окончания

3. Если канал свободен, начинает передачу кадра

4. При обнаружении коллизии во время передачи – прекращает передачу

5. Через случайный промежуток времени все повторяется

Это состязательный метод, при котором РС конкурирует за право передачи данных по каналам.

2. Маркерный метод, доступ с передачей маркера (Token Ring и FDDI).

Алгоритм работы:

1. Он заключается в том, что пакет особого типа – маркер - перемещается по замкнутому кругу минуя по очереди все РС, до тех пор, пока его не получит тот кто хочет передать данные.

2. Предающее РС изменяет состояние маркера на занятое и добавляет к нему пакет данных.

3. Занятый маркер обходит все РС пока не достигнет адресата

4. После этого принимающее РС посылает подтверждение.

5. После получения подтверждения передающее РС создает новый свободный маркер и возвращает его в сеть.

Это четко определенный метод доступа, при котором невозможно возникновение коллизии.

Общее для всех сетевых технологий:

1. Рассмотренные методы реализуются на аппаратных уровнях в платах сетевых адаптеров, того или иного стандарта.

2. Время монопольного использования среды передачи данных одним узлом ограничивается временем передачи одного кадра.

Сеть Token Ring

Технология Token Ring была разработана компанией IBM в 1984 году для по­строения локальных сетей на основе компьютеров различных классов.

Основные характеристики:

1. Физическая топология – «звезда» и «кольцо».

2. Метод доступа – маркерный.

3. Среда передачи – витая пара.

4. Пропускная способность – 4 Мбит/с, 16 Мбит/с.

Технология Token Ring является более сложной технологией, чем Ethernet. Она обладает свойствами отказоустойчивости. В сети Token Ring определе­ны процедуры контроля работы сети, которые используют обратную связь кольцеобразной структуры - посланный кадр всегда возвращается в стан­цию - отправитель. В некоторых случаях обнаруженные ошибки в работе сети устраняются автоматически, например, может быть восстановлен потерян­ный маркер. В других случаях ошибки только фиксируются, а их устранение выполняется вручную обслуживающим персоналом.

40. Логическая и физическая структуризация сети.

1. Топология физических связей (физическая структура сети) – конфигурация физических связей, образованных отдельными частями кабеля.

2. Топология логических связей (логическая структура сети) – конфигурация информационных потоков между компьютерами сети.

Физическая структуризация сети полезна во многих отношениях, однако в сетях большого и среднего размера, без логической структуризации сети обойтись невозможно. Наиболее важной проблемой, не решаемой путем физической структуризации, остается проблема перераспределения передаваемого трафика между различными физическими сегментами сети.

В большой сети естественным образом возникает неоднородность информационных потоков: сеть состоит из множества подсетей рабочих групп, отделов, филиалов предприятия и других административных образований. Например, в сети с общей шиной взаимодействие любой пары компьютеров занимает ее на все время обмена, поэтому при увеличении числа компьютеров в сети шина становится узким местом. Компьютеры одного отдела вынуждены ждать, когда завершит обмен пара компьютеров другого отдела.

Логическая структуризация позволяет передавать информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если такая передача действительно необходима, то есть если адрес компьютера назначения принадлежит другой подсети. Тем самым изолируя трафик одной подсети от трафика другой, повышая общую производительность передачи данных в сети.

Отличия физической структуризации от логической определяются способом разделения сети на сегменты. Физическая структуризация повышает надежность сети, позволяет увеличить расстояние между узлами, но сеть остается однородной, данные распространяются во все участки сети, не зависимо от того находится "адресат" в отдельно взятом участке или нет. Физическая структуризация сети реализуется при помощи концентраторов и повторителей.

Решить проблему оптимизации трафика сети, помогает логическая структуризация. При помощи мостов, коммутаторов, маршрутизаторов, шлюзов, происходит логическое разделение сети на участки, передавая информацию только той части сети, которой адресована информация.

Вывод: физическая структуризация снимает ограничения на длину сети, количество узлов, увеличивает надежность сети. Логическая разгружает трафик сети, разделяя ее на отдельные сегменты, определяемые адресами приемника и передатчика.