Возможности сетей

1. Возможности сетей

Совместное использование различных ресурсов;
Доступ к единым базам данных;
Обмен файлами, сообщениями почты;
Организация согласованной работы компьютеров;
Суммирование вычислительных мощностей
компьютеров.
1

2. Недостатки сетей

Затраты на покупку сетевого оборудования, сетевого
ПО, на прокладку кабелей и обучение персонала.
Приём на работу администратора сети или целой
бригады администраторов для контроля за сетью.
Ограничение возможности перемещения
компьютеров.
Повышенная опасность распространения вирусов по
сети.
Повышенная опасность несанкционированного
доступа к информации с целью её кражи или
уничтожения.
2

3. Основные понятия сетей

Абонент (узел, станция, хост)
Сервер
Клиент
Промежуточное сетевое устройство
Среда передачи (канал связи)
Сетевой адаптер (контроллер, сетевая карта)
Скорость обмена в сети
Время доступа к сети
Метод доступа к сети (метод управления обменом, метод
арбитража)
Нагрузка на сеть
3

4. Свойства локальной сети (LAN)

Высокая скорость передачи информации. Средняя
скорость — 100 Мбит/с, и есть сети 1000 Мбит/с и
10000 Мбит/с.
Низкий уровень ошибок передачи
(высококачественные каналы связи). Вероятность
ошибок передачи данных не должна быть более
10-8…10-12.
Быстродействующий метод доступа к сети. Время
доступа к сети не должно превышать десятковсотен миллисекунд.
Ограниченное количество компьютеров.
4

5. Применение локальной сети

Собственно, локальная сеть. Используются все
возможности сети;
Средство подключения к глобальной сети
Интернет. Возможности локальной сети
используются не полностью;
Интерфейс для подключения периферийных
устройств. Большая часть возможностей сети не
используется.
5

6. Методы передачи информации

Симплексный метод (симплекс) — информация
передаётся всегда только в одну сторону. В
локальных сетях этот метод не используется.
Полудуплексный метод (полудуплекс) —
информация может передаваться в обе стороны,
но только по очереди, не одновременно. Этот
метод сейчас основной в локальных сетях.
Полнодуплексный метод (полный дуплекс) —
информация может передаваться в обе стороны
одновременно. В локальных сетях применяется
мало.
6

7. Топология сети

Схема расположения компьютеров, подключённых
к сети;
Структура кабелей или других каналов связи,
объединяющих компьютеры сети;
Структура путей распространения сигналов по
сети;
Способ организации информационного обмена
(распределение функций компьютеров,
направление основных информационных потоков).
7

8. Выбор топологии сети

Устойчивость к неисправностям компьютеров,
подключенных к сети.
Устойчивость к неисправностям сетевого
оборудования (адаптеры, трансиверы, разъемы и
т.д.).
Устойчивость к обрывам кабеля сети. Для
электрических кабелей — короткое замыкание в
кабеле.
Ограничение длины кабеля из-за затухания
распространяющегося по нему сигнала.
8

9. Базовые топологии

Шина (bus) — все компьютеры параллельно
подключаются к одной линии связи. Ethernet и
Arcnet.
Кольцо (ring) — компьютеры последовательно
объединены в кольцо. Token-Ring и FDDI.
Звезда (star) — к одному центральному
компьютеру присоединяются остальные
периферийные компьютеры, причем каждый из них
использует свою отдельную линию связи.
100VG-AnyLAN.
9

10. Базовые топологии сетей

10

11. Топология пассивная звезда

11

12. Топология дерево

12

13. Комбинированные топологии

13

14. 3. Электрические кабели. Типы кабелей

Электрические кабели из витых пар проводов
(twisted pair, TP). Экранированные (shielded TP,
STP) и неэкранированные (unshielded TP, UTP);
Электрические коаксиальные кабели (coaxial cable,
CC);
Оптоволоконные кабели (fiber optic, FO).
14

15. Параметры кабелей

Полоса пропускания кабеля (частотный диапазон
сигналов, пропускаемых кабелем) и затухание
сигнала в кабеле. Допустимая длина.
Помехозащищенность кабеля и обеспечиваемая им
секретность передачи информации.
Скорость распространения сигнала по кабелю
или, обратный параметр — задержка сигнала на
метр длины кабеля.
Волновое сопротивление кабеля (электрического).
15

16. Стандарты на кабели

EIA/TIA 568 (Commercial Building Telecommunications
Cabling Standard) — американский;
ISO/IEC IS 11801 (Generic cabling for customer
premises) — международный;
CENELEC EN 50173 (Generic cabling systems) —
европейский.
Все три стандарта очень похожи.
16

17. Кабель с витыми парами UTP

17

18. Разъёмы RJ45 для UTP (8 контактов)

18

19. Категории кабелей UTP

Кабель категории 1 — телефонный, для передачи речи.
Кабель категории 2 — для передачи данных до 1 МГц.
Кабель категории 3 — для передачи данных до 16 МГц,
9 витков/м.
Кабель категории 4 — для передачи данных до 20 МГц.
Кабель категории 5 — самый распространённый кабель,
для передачи данных до 100 МГц, 27 витков/м.
Кабель категории 6 — для передачи данных до 200 МГц.
Кабель категории 7 — для передачи данных до 600 МГц.
19

20. Затухание в кабелях UTP

Частота, МГц
Кабель кат.3
Кабель кат.5
1,0
7,8
6,3
4,0
17
13
8,0
26
18
16,0
40
25
25,0
—
32
100,0
—
67
20

21. Перекрёстные помехи

21

22. Перекрёстная помеха в кабелях UTP

Частота, МГц
Кабель кат.3
Кабель кат.5
1,0
-41
-62
4,0
-32
-53
8,0
-28
-48
16,0
-23
-44
25,0
—
-41
100,0
—
-32
22

23. Оболочки кабеля

Non-plenum (ПВХ, ПП, ПЭ) ─ для эксплуатации в
обычных условиях, с открытым доступом, легко горит
с большим количеством газов, серый цвет.
Plenum (тефлон) — для эксплуатации в тяжёлых
условиях, в закрытых объёмах, более устойчив к
высокой температуре, оранжевый цвет.
Plenum ─ пространство над фальшпотолком и под
фальшполом.
23

24. Временные характеристики кабелей UTP

Марка
Категория
Оболочка
NVP Задержка,
нс/м
AT&T 1010
3
non-plenum 0,67
4,98
AT&T 1061
5
non-plenum 0,70
4,76
AT&T 2010
3
plenum
0,70
4,76
AT&T 2061
5
plenum
0,75
4,44
Belden 1229A
3
non-plenum 0,69
4,83
Belden 1583A
5
non-plenum 0,72
4,63
Belden 1245A2
3
plenum
0,69
4,83
Belden 1585A
5
plenum
0,75
4,44
24

25. 4. Среды передачи информации. Структура коаксиального кабеля

25

26. Коаксиальные кабели

26

27. Разъёмы BNC для тонкого коаксиального кабеля

27

28. Структура оптоволоконного кабеля

28

29. Разъёмы для оптоволоконных кабелей

29

30. Свойства оптоволоконного кабеля

Малое затухание на высоких частотах, большая
допустимая длина;
Высокие помехоустойчивость и секретность;
Не требуются гальваническая развязка и заземление;
Высокая сложность монтажа и ремонта;
Высокая стоимость преобразователей;
Чувствительность к механическим нагрузкам и перепадам
температуры, большой радиус изгиба;
Чувствительность к ионизирующим излучениям;
Связь «точка-точка».
30

31. Типы оптоволоконных кабелей

Одномодовый: лазер, 1,3 мкм, до 5 дБ/км
Многомодовый: светодиод, 0,85 мкм, до 20 дБ/км
31

32. Радиоканал (WLAN, Wi-Fi)

Диапазоны — 2,4 ГГц и 5 ГГц; расстояние — до 100 м,
скорости — 11 Мбит/с, 54 Мбит/с
32

33. Согласование кабеля

33

34. Дифференциальная передача

34

35. Включение электрического кабеля

оконечное согласование кабеля с помощью
терминаторов;
гальваническая развязка компьютеров от сети;
заземление каждого компьютера;
заземление экрана в одной единственной точке.
35

36. 5. Кодирование информации в ЛВС Проблемы выбора кода

Требуемая полоса пропускания кабеля при заданной
скорости передачи;
Синхронизация приёма битов;
Детектирование начала передачи;
Детектирование окончания передачи;
Требуемая аппаратура кодирования/декодирования;
Количество уровней сигнала кода;
Количество требуемых линий передачи;
Возможности использования гальванической развязки;
Возможности использования разных сред передачи.
36

37. Стандартные коды локальных сетей

37

38. Рассинхронизация приёма (NRZ)

38

39. Код NRZ

39

40. Код RZ

40

41. Манчестерский код

41

42. Код 4В/5В (FDDI, Fast Ethernet)

Информация
Код 4В/5В
Информация
Код 4В/5В
0000
11110
1000
10010
0001
01001
1001
10011
0010
10100
1010
10110
0011
10101
1011
10111
0100
01010
1100
11010
0101
01011
1101
11011
0110
01110
1110
11100
0111
01111
1111
11101
42

43. 6. Основные коды в локальных сетях Код 8В/6Т (100BASE-T4)

43

44. Код 5В/6В (100VG-AnyLAN)

44

45. Дополнительные коды NRZI и MLT-3

Код NRZI: при нуле уровень не меняется, при единице —
меняется на противоположный.
Код MLT-3: при нуле уровень не меняется, при единице —
меняется по цепочке: +U, 0, -U, 0 +U, 0, -U и т.д.
45

46. Трёхуровневый самосинхронизирующийся код

46

47. Код PAM 5 (1000BASE-T)

47

48. Принципы создания новых кодов

Обеспечение самосинхронизации:
Введение дополнительных переходов:
в пределах битового интервала;
между битами;
Введение дополнительных битов;
Увеличение скорости передачи (или снижение
требований к среде передачи при заданной
скорости):
Увеличение количества уровней сигнала (до 3-5);
Увеличение количества линий передачи (до 2-4).
48

49. Затухание аналогового и цифрового сигнала

49

50. Методы аналоговой модуляции

50

51. 7. Обмен пакетами в локальных сетях Проблемы выбора длины пакета

Уменьшение величины времени доступа: 1 Гбайт при скорости
100 Мбит/с передаётся за 80 секунд;
Уменьшение вероятности ошибки передачи пакета для
снижения количества повторных передач: при вероятности
единичной ошибки 10-8 и длине пакета 10 Мбит вероятность
ошибочной передачи
пакета 10-1;
Уменьшение доли служебной информации: адресная,
управляющая, контрольная, синхронизирующая;
Эффективная работа метода управления обменом для
уравнивания в правах всех абонентов сети.
Оптимальная длина пакета: от нескольких байт до нескольких
килобайт.
51

52. Обмен пакетами в локальных сетях

52

53. Типичный формат пакета

53

54. Пакет и кадр

54

55. Пример протокола обмена пакетами

55

56. Инкапсуляция (вложение) пакетов

56

57. Структура 6-байтного MAC-адреса

OUA ─ номер сетевого адаптера (16 млн.);
OUI ─ номер производителя (4 млн.);
U/L ─ универсальное/локальное управление;
I/G ─ индивидуальная/групповая адресация;
UAA ─ универсально управляемый адрес
57

58. 8.Управление обменом Методы управления обменом

Централизованные (100VG-AnyLAN) ─ всё решает
управляющий центр (коллизий нет):
Активные ─ центр опрашивает;
Пассивные ─ центр прослушивает;
Децентрализованные ─ управляющего центра нет:
Детерминированные (FDDI, Token-Ring,
ARCnet) ─ есть механизм определения
следующего передающего абонента
(коллизий нет);
Случайные (Ethernet) ─ передающий абонент
выбирается в результате состязаний
(коллизии есть).
58

59. Централизованное управление в звезде

59

60. Централизованное управление в шине

60

61. Коллизии при свободной сети

61

62. Коллизия при освобождении сети

62

63. Расчёт минимальной длительности пакета

Длительность пакета должна быть не менее 2L/V,
чтобы все коллизии выявлялись.
PDV (Path Delay Value) ─ двойное (круговое) время
распространения сигнала по сети.
63

64. Определение коллизии в шине (манчестерский код)

64

65. Определение коллизии в пассивной звезде

65

66. Маркерное управление в кольце

66

67. Маркерное управление в шине

67

68. 9.Эталонная модель OSI Семиуровневая модель OSI

68

69. Путь информации между абонентами

69

70. Включение промежуточных устройств

70

71. Функции уровней модели OSI

Прикладной уровень (7) ─ файлы, базы данных,
почта, регистрация;
Представительский уровень (6) ─ преобразование
форматов, кодировка, шифрование, сжатие
(переводчик);
Сеансовый уровень (5) ─ проведение сеансов
связи (полудуплекс, дуплекс), контроль прав доступа;
Транспортный уровень (4) ─ разделение на пакеты
и контроль доставки в нужном порядке;
71

72. Функции уровней модели OSI (продолжение)

Сетевой уровень (3) ─ адресация пакетов
(преобразование IP, IPX-MAC), выбор маршрута
доставки;
Канальный уровень (2) ─ формат пакета, доступ к
сети, контроль правильности передачи пакета;
Физический уровень (1) ─ кодирование,
формирование сигналов, развязка, согласование,
кабели, разъёмы.
72

73. Подуровни канального уровня

LLC (управление логической связью) ─
установление виртуального канала, контроль
правильности передачи;
MAC (доступ к среде передачи) ─ управление
доступом к сети, формат пакета.
73

74. Стандарт IEEE 802 (общие вопросы)

IEEE 802.1 — управление сетевыми устройствами,
объединение сетей;
IEEE 802.2 — управление логической связью на
подуровне LLC;
IEEE 802.7 — широкополосная технология передачи
данных;
IEEE 802.8 — оптоволоконная технология;
IEEE 802.9 — интегрированные сети с возможностью
передачи речи и данных;
IEEE 802.10 — безопасность сетей, шифрование данных.
74

75. Стандарт IEEE 802 (реальные сети)

IEEE 802.3 — сеть с топологией шина и методом
доступа CSMA/CD (Ethernet);
IEEE 802.4 — сеть с топологией шина и маркерным
доступом (Token-Bus);
IEEE 802.5 — сеть с топологией кольцо и маркерным
доступом (Token-Ring);
IEEE 802.6 — городская сеть (Metropolitan Area Network,
MAN);
IEEE 802.11 — беспроводная локальная сеть (Wi-Fi);
IEEE 802.12 — сеть с топологией звезда и приоритетным
централизованным доступом (100VG-AnyLAN);
IEEE 802.15 — персональная беспроводная сеть
(Bluetooth);
IEEE 802.16 — беспроводная городская сеть (WiMAX).
75

76. 10. Сетевое оборудование Типы аппаратуры ЛС

Кабели для передачи информации;
Разъемы (коннекторы) для присоединения кабелей;
Терминаторы (оконечные согласователи);
Сетевые адаптеры (сетевые интерфейсные карты,
NIC);
Репитеры (повторители, ретрансляторы);
Трансиверы (приёмопередатчики);
Концентраторы (хабы);
Коммутаторы (переключатели, свитчи);
Мосты;
Маршрутизаторы (роутеры);
Шлюзы.
76

77. Включение и функции сетевого адаптера

77

78. Сетевые функции адаптеров

Гальваническая развязка компьютера и кабеля
(обычно ─ трансформаторы);
Преобразование логических сигналов в сетевые
(электрические или световые) и обратно;
Кодирование и декодирование сетевых сигналов;
Опознавание принимаемых пакетов (выбор из
пакетов тех, которые адресованы данному абоненту
или всем абонентам);
78

79. Сетевые функции адаптеров (продолжение)

Преобразование параллельного кода в
последовательный при передаче и обратное
преобразование при приёме;
Буферирование передаваемой и принимаемой
информации в буферной памяти;
Организация доступа к сети;
Подсчёт контрольной суммы пакетов при передаче и
приёме.
79

80. Включение трансиверов

80

81. Репитер и концентратор

81

82. Функции репитеров, трансиверов и концентраторов

82

83. Функции коммутаторов и мостов

83

84. Включение коммутатора

84

85. Способы включения моста

85

86. Функции маршрутизаторов

86

87. Функции шлюзов

87

88. Функции драйвера сетевого адаптера

88

89. 11. Основные протоколы обмена Протоколы сетей

Прикладные протоколы ─ взаимодействие приложений,
обмен файлами, почтой, регистрация ─ выполняют функции
верхних уровней модели OSI (FTAM, SMTP, FTP, Telnet, SMB,
NCP);
Транспортные протоколы ─ гарантируют надёжный обмен
данными в ходе сеансов связи ─ выполняют функции средних
уровней модели OSI
(TCP, SPX, NWLink, NetBIOS, NetBEUI) ;
Сетевые протоколы ─ управляют адресацией,
маршрутизацией, проверкой ошибок, повтором передачи ─
выполняют функции нижних уровней модели OSI (IP, IPX,
NWLink, NetBIOS, NetBEUI).
89

90. Соотношение модели OSI и Windows Server

90

91. Соотношение модели OSI и Novell NetWare

91

92. Соотношение модели OSI и Internet

92

93. Методы обмена пакетами

93

94. Форматы IP и IPX адресов

94

95. Типы сетей

95

96. Сетевые программные средства

Одноранговые сети — низкая стоимость, гибкость,
простота обслуживания, суммирование ресурсов;
невысокое быстродействие, небольшое количество
компьютеров (до 10…15), чувствительность к
отказам всех компьютеров (Microsoft Windows 98,
2000, XP, Vista);
Сети на основе сервера — большие сети (до тысяч
компьютеров), высокое быстродействие, развитая
система управления, простота наращивания;
высокая стоимость, необходимость обслуживания,
чувствительность к отказам сервера (Microsoft
Windows Server 2003…2008, Novell NetWare 6.5).
96