Сетевой доступ. Протоколы и стандарты физического уровня

1.

СЕТЕВОЙ ДОСТУП

2.

ПРОТОКОЛЫ И СТАНДАРТЫ ФИЗИЧЕСКОГО
УРОВНЯ
Физический уровень в компьютерных сетях представляет собой
нижайший уровень OSI-модели (модель взаимодействия открытых
систем), который определяет спецификацию аппаратных сред передачи
данных и физические характеристики среды передачи. Здесь
перечислены некоторые из протоколов и стандартов физического
уровня:
1. Ethernet: Широко используемый стандарт проводных локальных сетей
(LAN). Ethernet определяет формат передачи данных, электрические,
оптические интерфейсы и другие аспекты физического соединения
сетевых устройств.
2. Wi-Fi (беспроводная локальная сеть): Стандарт беспроводных
локальных сетей, который определяет принципы модуляции, частотные
полосы и другие аспекты беспроводной передачи данных.

3.

ПРОТОКОЛЫ И СТАНДАРТЫ ФИЗИЧЕСКОГО
УРОВНЯ
3. Bluetooth: Еще один стандарт беспроводной связи,
который предоставляет краткодействующий метод
передачи данных между устройствами со встроенным
интерфейсом Bluetooth.
4. USB (Universal Serial Bus): Спецификация физического
интерфейса для подключения периферийных устройств к
компьютерам, включая стандартные кабели и соединители.
5. HDMI (High-Definition Multimedia Interface): Интерфейс для
передачи аудио-видео сигнала высокой четкости между
устройствами, такими как мониторы, телевизоры и
компьютеры.

4.

СПОСОБЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ К СЕТИ
1. Проводное подключение:
- Ethernet: Использование сетевого кабеля для подключения к сетевому
коммутатору или маршрутизатору.
- Powerline: Использование силовой линии электропередачи для
передачи сетевого сигнала.
- DSL: Подключение к интернету через цифровую телефонную линию.
2. Беспроводное подключение:
- Wi-Fi: Беспроводное подключение к сети через маршрутизатор с
использованием беспроводной технологии.
- Bluetooth: Беспроводное соединение для обмена данными между
устройствами на короткое расстояние.

5.

СПОСОБЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ К СЕТИ
3. Мобильное подключение:
- 3G/4G/5G: Подключение к сети через мобильный
оператор с помощью сотовой связи.
4. Спутниковое подключение:
- Спутниковый интернет: Подключение к интернету через
спутниковую систему связи.
- 5. Локальное подключение:
- USB: Подключение к сети через USB-модем или другие
USB-устройства.

6.

СЕТЕВЫЕ ИНТЕРФЕЙСНЫЕ КАРТЫ (NIC)
Сетевая интерфейсная карта (NIC) - это аппаратное устройство, которое
позволяет компьютеру подключаться к сети для обмена данными. NIC
устанавливается в компьютере и предоставляет физическое соединение с сетью,
а также обеспечивает преобразование данных между форматом, используемым
компьютером, и форматом, используемым на сети.
Некоторые характеристики и функции сетевых интерфейсных карт включают в
себя:
1. Соединение: NIC предоставляет различные типы физических соединений,
такие как Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth и другие, в зависимости от того, какое сетевое
соединение требуется.
2. Скорость передачи данных: NIC может поддерживать различные скорости
передачи данных, такие как 100 Мбит/с, 1 Гбит/с и выше, в зависимости от
поддерживаемых стандартов и технологий.

7.

СЕТЕВЫЕ ИНТЕРФЕЙСНЫЕ КАРТЫ (NIC)
3. Протоколы: NIC поддерживает различные сетевые протоколы, такие
как TCP/IP, IPv6, IPX/SPX и другие, что позволяет обеспечить
совместимость с различными сетевыми средами.
4. Драйверы: Для работы сетевой интерфейсной карты в компьютере
требуется наличие соответствующих драйверов, которые обеспечивают
связь между NIC и операционной системой.
5. Функциональные возможности: Некоторые NIC имеют различные
функции, такие как поддержка виртуальных сетей, обеспечение
безопасности сетевого трафика, управление энергопотреблением и
другие.
NIC играет важную роль в обеспечении связи компьютера с сетью и
является ключевым компонентом современных информационных
технологий.

8.

СРЕДЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ И ИХ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
1.
Проводные среды передачи данных:
-
Витая пара (Twisted Pair): Одна из наиболее распространенных сред
передачи данных, используемая в сетях Ethernet. Обычно имеет
пропускную способность от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с в зависимости от
типа кабеля.
Коаксиальный кабель (Coaxial Cable): Используется для передачи
сигналов в кабельном телевидении и других системах. Обладает
высокой пропускной способностью, достигающей до 10 Гбит/с.
Волоконно-оптический кабель (Fiber Optic Cable): Предоставляет
самую высокую пропускную способность в средах передачи данных,
достигая десятков и даже сотен гигабит в секунду (Гбит/с).
-
-

9.

СРЕДЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ И ИХ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
2. Беспроводные среды передачи данных:
- Wi-Fi: Беспроводная технология передачи данных,
используемая в локальных сетях. Пропускная
способность зависит от стандарта Wi-Fi и может достигать
нескольких Гбит/с (например, Wi-Fi 6).
- Сотовая связь: Используется для передачи данных
мобильных устройств. Стандарт LTE может обеспечивать
пропускную способность до 300 Мбит/с, в то время как
новейшие стандарты 5G могут достигать нескольких
Гбит/с.

10.

СРЕДЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ И ИХ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
Пропускная способность среды передачи данных отражает
её способность передавать данные за определенное время,
обычно измеряемое в битах в секунду (бит/с) или в Гбит/с.
Производительность среды передачи данных связана с её
способностью обрабатывать данные с высокой скоростью и
эффективностью.
Выбор среды передачи данных в значительной степени
зависит от требуемой пропускной способности и
производительности, а также от других факторов, таких как
дальность передачи, помехозащищенность, стоимость и т.д.

11.

ВИДЫ МЕДНЫХ СЕТЕВЫХ КАБЕЛЕЙ
Существует несколько типов медных сетевых кабелей, которые часто
используются для передачи данных в компьютерных сетях. Некоторые
из наиболее распространенных видов включают в себя:
1. UTP (Unshielded Twisted Pair) - витая пара без экрана:
- UTP-кабель является наиболее распространенным типом сетевого
кабеля, часто используемым для соединения компьютеров в
локальных сетях Ethernet. Он состоит из витой пары проводов,
обычно четырех волокон, которые не имеют внешнего экрана.
- Такой тип кабеля подвержен помехам от внешних источников, но
при надлежащем монтаже и эксплуатации может обеспечивать
надежное соединение.

12.

ВИДЫ МЕДНЫХ СЕТЕВЫХ КАБЕЛЕЙ
2. STP (Shielded Twisted Pair) - витая пара с экраном:
- STP-кабель также состоит из витой пары проводов, но в отличие от UTP
он имеет внешний экран, который защищает сигналы от внешних
помех. STP-кабель обычно используется в более шумных окружениях,
где уровень помех может быть значительным, таких как близость к
электромагнитным источникам.
3. Коаксиальный кабель:
- Коаксиальный кабель также широко использовался для передачи
данных, хотя его популярность снизилась с развитием волоконнооптических технологий. Он состоит из центрального провода,
окруженного изоляцией, экраном и внешней оболочкой. Коаксиальный
кабель предлагает лучшую защиту от внешних помех по сравнению с
UTP, и в прошлом использовался в сетях Ethernet и для подключения
кабельного телевидения.

13.

РАЗНОВИДНОСТИ, ОСОБЕННОСТИ ПРОКЛАДКИ И
ТЕСТИРОВАНИЯ КАБЕЛЕЙ
1. Витая пара (Twisted Pair):
- Особенности прокладки: При прокладке витой пары важно избегать
изгибов с диаметром изгиба ниже рекомендованного значения,
чтобы избежать нарушения характеристик передачи сигнала.
- Особенности тестирования: Проверка на отсутствие обрывов,
коротких замыканий и скручивания пар проводов с помощью
тестера.
2. Коаксиальный кабель:
- Особенности прокладки: Требует более тщательной и аккуратной
укладки, поскольку его экран требует фиксации и заземления.
- Особенности тестирования: Проверка целостности экрана, проводов
и наличия разрывов и коротких замыканий при помощи
специализированных тестеров.

14.

РАЗНОВИДНОСТИ, ОСОБЕННОСТИ ПРОКЛАДКИ И
ТЕСТИРОВАНИЯ КАБЕЛЕЙ
3. Волоконно-оптический кабель:
- Особенности прокладки: Требует более аккуратной укладки и
защиты от повреждений, поскольку волоконно-оптический кабель
более чувствителен к изгибам и натяжению.
- Особенности тестирования: Проверка потерь сигнала, длины кабеля,
наличия изгибов и других повреждений при помощи оптических
тестеров.
Для тестирования сетевых кабелей также широко используются
специализированные инструменты, такие как тестеры кабелей,
мультиметры, оптические тестеры и другое оборудование, которое
позволяет проверять целостность кабелей, контролировать уровень
сигнала и производить другие необходимые измерения.

15.

СТРУКТУРА И ОСОБЕННОСТИ ПРОКЛАДКИ
ОПТОВОЛОКОННЫХ КАБЕЛЕЙ
1. Структура оптоволоконного кабеля:
- Ядро: Ядро оптоволоконного кабеля состоит из одного
или нескольких тонких волокон, обычно изготовленных
из стекла или пластика, которые используются для
передачи светового сигнала.
- Оболочка: Ядро оптоволоконного кабеля окружено
защитной оболочкой из пластика или другого материала,
которая защищает волокна от механических
повреждений и внешних воздействий.
- Основание: Оптоволоконный кабель часто имеет
основание, которое обеспечивает дополнительную
защиту и структурную прочность.

16.

СТРУКТУРА И ОСОБЕННОСТИ ПРОКЛАДКИ
ОПТОВОЛОКОННЫХ КАБЕЛЕЙ
2. Особенности прокладки оптоволоконных кабелей:
- Осторожность при укладке: Оптоволоконные кабели более
чувствительны к изгибам и натяжению, чем медные кабели.
При укладке следует быть особенно осторожным, чтобы
избежать повреждения волокон.
- Защита от загрязнений: Оптоволоконные концы и соединения
чувствительны к пыли, грязи и другим загрязнениям, поэтому
при прокладке необходимо обеспечить защиту от возможных
загрязнений.
- Установка соединителей: При установке соединителей и
разъемов следует обеспечить их правильный
выравнивающийся источник света, чтобы избежать потерь
сигнала и отражений.

17.

БЕСПРОВОДНЫЕ СРЕДСТВА ПЕРЕДАЧИ
ДАННЫХ
1.Wi-Fi: Wi-Fi (беспроводная локальная сеть) является одной из самых распространенных
технологий беспроводной передачи данных. Она позволяет устройствам подключаться к
сети Интернет и другим устройствам без использования проводных соединений.
2. Bluetooth: Эта технология является стандартом беспроводной связи для коротких
расстояний и используется для подключения различных устройств, таких как наушники,
клавиатуры, динамики, и прочее.
3. NFC: NFC (ближняя беспроводная связь) является технологией, используемой для
бесконтактной передачи данных на близком расстоянии, часто используется для
мобильных платежей и обмена контактными данными.
4. Сотовая связь: Технологии сотовой связи, такие как 3G, 4G и 5G, используются для
передачи данных между мобильными устройствами и сетью оператора связи.
5. ИК-передача: ИК-передача (инфракрасная передача) используется для беспроводной
передачи данных в пределах коротких расстояний и часто используется в универсальных
пультах дистанционного управления и других устройствах.

18.

СТАНДАРТ WI-FI IEEE 802.11
Стандарт Wi-Fi IEEE 802.11 - это набор стандартов, разрабатываемых
Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) для
беспроводной сети локальной связи (WLAN). Этот стандарт описывает
различные технологии беспроводной связи, которые используются для
передачи данных через радиоволновые соединения.
Стандарт IEEE 802.11 включает в себя несколько подстандартов, которые
определяют различные характеристики и характеристики беспроводных
сетей. Некоторые из основных версий этого стандарта включают в себя:
1. IEEE 802.11a: Оперирует в диапазоне частот 5 ГГц и поддерживает
скорость передачи данных до 54 Мбит/с.
2. IEEE 802.11b: Оперирует в диапазоне частот 2,4 ГГц и поддерживает
скорость передачи данных до 11 Мбит/с.

19.

СТАНДАРТ WI-FI IEEE 802.11
3. IEEE 802.11g: Оперирует также в диапазоне частот 2,4 ГГц и поддерживает
скорость передачи данных до 54 Мбит/с.
4. IEEE 802.11n: Известен как Wi-Fi 4, работает в 2,4 ГГц или 5 ГГц диапазонах и
поддерживает скорость передачи данных до 600 Мбит/с.
5. IEEE 802.11ac: Известен как Wi-Fi 5, работает в 5 ГГц диапазоне и поддерживает
скорость передачи данных до 1,3 Гбит/с.
6. IEEE 802.11ax: Известен как Wi-Fi 6, работает как в 2,4 ГГц, так и в 5 ГГц
диапазонах, обеспечивая более высокую пропускную способность и
эффективность.
Каждый из этих подстандартов предлагает свои особенности и возможности,
такие как скорость передачи данных, дальность действия, поддержка
множества устройств и т.д. Устройства, поддерживающие более новые версии
стандарта IEEE 802.11, часто предлагают более высокую производительность и
эффективность в сравнении с более старыми версиями.

20.

КАНАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ И ЕГО
ПОДУРОВНИ
Канальный уровень - это второй уровень (Data Link Layer)
модели OSI, который отвечает за передачу данных между
устройствами внутри одной и той же локальной сети. Он
делится на два подуровня: управление логическим каналом
(LLC) и управление доступом к среде передачи данных (MAC).
Управление логическим каналом (LLC) - это подуровень,
который обеспечивает интерфейс для верхних уровней,
позволяющий им отправлять кадры данных через среду
передачи. Он также отвечает за контроль целостности
данных, управление ошибками, установку и разрыв
соединения, а также управление токеном в сетях с
токенным доступом.

21.

КАНАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ И ЕГО
ПОДУРОВНИ
Управление доступом к среде передачи данных (MAC) - это подуровень,
который отвечает за управление доступом к общей среде передачи
данных. Он определяет, как устройства конкурируют за доступ к среде и
как разрешают коллизии в сетях с разделением среды (например,
Ethernet) или предоставляет координацию доступа в сетях с токенным
доступом (например, Token Ring). MAC-подуровень также обеспечивает
проверку адреса, инкапсуляцию, декапсуляцию данных и контроль
ошибок на физическом уровне.
Оба эти подуровня взаимодействуют для обеспечения надежной
передачи данных через локальную сеть, обеспечивая контроль доступа
к среде передачи данных, управление ошибками и обработку
протоколов верхнего уровня.

22.

СТРУКТУРА КАДРА КАНАЛЬНОГО УРОВНЯ И
ПРИНЦИПЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ
Структура кадра на канальном уровне (Data Link Layer) зависит от
конкретной технологии и стандарта сети. Однако, в целом, кадры
канального уровня содержат несколько основных полей, которые
помогают в процессе передачи данных по сети:
1. Заголовок (Header): Этот раздел содержит информацию, необходимую
для управления кадром, такую как адреса отправителя и получателя,
управляющие биты, метаданные и другую информацию, необходимую
для корректной обработки кадра на приемной стороне.
2. Данные (Data): Это поле содержит собственно передаваемые данные.
Количество байтов в этом поле зависит от максимального размера
кадра, который поддерживается сетевым уровнем и максимальной
размерности полезной нагрузки протокола канального уровня.

23.

СТРУКТУРА КАДРА КАНАЛЬНОГО УРОВНЯ И
ПРИНЦИПЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ
3. Проверочная последовательность (FCS - Frame Check
Sequence): Это поле содержит данные, используемые для
обнаружения ошибок в кадре, обычно с помощью
циклического избыточного кодирования (CRC) или других
методов.
Принципы формирования кадра на канальном уровне
зависит от используемой технологии сети и стандарта, но в
целом формирование кадра включает в себя
последовательности действий по добавлению заголовка и
проверочной последовательности к данным, а также
контроль режима доступа к среде передачи данных.

24.

СТАНДАРТЫ КАНАЛЬНОГО УРОВНЯ
Стандарты канального уровня представляют собой наборы правил и
спецификаций, определяющих методы передачи данных через физические
среды связи в компьютерных сетях. Наиболее известные стандарты канального
уровня включают в себя:
1. Ethernet: Этот стандарт описывает методы управления доступом к среде
передачи данных (MAC) и физический уровень для проводных локальных сетей
(LAN). Ethernet является одним из наиболее распространенных стандартов,
используемых для подключения компьютеров, маршрутизаторов и других
устройств в локальной сети.
2. Wi-Fi (IEEE 802.11): Wi-Fi определяет стандарты беспроводной локальной сети,
опирающиеся на протоколы канального уровня для беспроводной передачи
данных. IEEE 802.11 включает различные подстандарты, такие как 802.11a,
802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac и 802.11ax, обеспечивающие различные
скорости передачи данных и частотные диапазоны.

25.

СТАНДАРТЫ КАНАЛЬНОГО УРОВНЯ
3. Token Ring: Этот стандарт используется для локальных сетей,
использующих топологию кольцевого соединения, где данные
перемещаются через сеть в форме токена, передаваемого между
устройствами.
4. FDDI (Fiber Distributed Data Interface): FDDI - это стандарт,
разработанный для высокоскоростных кольцевых сетей, в первую
очередь построенных на оптоволоконной связи.
Каждый из этих стандартов определяет спецификацию
канального уровня, учитывающую физические характеристики
среды передачи данных, методы управления доступом, форматы
кадров и другие аспекты, необходимые для обмена данными в
сети.

26.

ФИЗИЧЕСКАЯ И ЛОГИЧЕСКАЯ
ТОПОЛОГИЯ СЕТИ
Физическая топология сети описывает фактическое физическое
расположение устройств и сред передачи данных (кабелей,
маршрутизаторов, коммутаторов и т. д.) в сети. Физическая топология
может быть звездообразной, шинной, кольцевой, смешанной и т.д. Она
определяет, как устройства физически связаны друг с другом и как они
соединены с сетевыми устройствами.
Логическая топология, с другой стороны, описывает логическую
организацию сети и определяет, как данные передаются между
устройствами. Логическая топология может быть различной для
различных протоколов канальных уровней и, как правило, не зависит от
фактической физической топологии. Примеры логических топологий
включают в себя широковещательную, маршрутизируемую и
коммутируемую сети.

27.

ФИЗИЧЕСКАЯ И ЛОГИЧЕСКАЯ
ТОПОЛОГИЯ СЕТИ
Важно отметить, что физическая и логическая топологии
могут различаться в зависимости от конкретных
конфигураций сети. Например, в сети Ethernet физическая
топология может быть звездообразной (соединение всех
устройств к центральному коммутатору), но логическая
топология все еще будет выглядеть как широковещательная
сеть, где каждое устройство может общаться с другими
через коммутаторы.
Понимание и учет как физической, так и логической
топологии сети важно для правильной организации и
поддержания работоспособности сети.

28.

ТОПОЛОГИИ «ТОЧКА-ТОЧКА», «ЗВЕЗДА»,
«ПОЛНОСВЯЗАННАЯ», «КОЛЬЦЕВАЯ»
1. Топология "точка-точка": В этой топологии каждое
устройство подключено напрямую к другому устройству. Это
означает, что у каждого устройства есть только одно прямое
подключение к другому устройству, что создает прямое
соединение между двумя устройствами.
2. Топология "звезда": В звездообразной топологии все
устройства подключены к центральному коммутатору или
концентратору. Это означает, что все устройства в сети
соединены через центральное устройство, которое обычно
выполняет функцию коммутации сигналов между
подключенными устройствами.

29.

ТОПОЛОГИИ «ТОЧКА-ТОЧКА», «ЗВЕЗДА»,
«ПОЛНОСВЯЗАННАЯ», «КОЛЬЦЕВАЯ»
3. Топология "полносвязанная": В полносвязанной
топологии каждое устройство подключено ко всем другим
устройствам в сети. Это означает, что каждый компьютер
имеет прямое соединение со всеми другими устройствами,
что обеспечивает максимальное количество возможных
путей для передачи данных, но такая топология требует
большого количества кабелей и портов.
4. Топология "кольцевая": В кольцевой топологии каждое
устройство подключено к двум соседним устройствам,
образуя кольцо. Данные передаются по кольцу от одного
устройства к другому до тех пор, пока они не достигнут
своего пункта назначения.

30.

ПОЛУДУПЛЕКСНАЯ И ПОЛНОДУПЛЕКСНАЯ
ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ
Полудуплексная и полнодуплексная передача данных - это два основных
режима обмена данными в сетях.
1. Полудуплексная передача данных:
- В полудуплексной передаче устройства могут передавать и принимать
данные, но не одновременно. То есть, если устройство отправляет
данные, оно не может в то же время принимать данные. Полудуплексная
передача данных часто используется в радиосвязи, некоторых
видеоконференцсвязях и walkie-talkie.
2. Полнодуплексная передача данных:
- Полнодуплексная передача позволяет устройствам одновременно
передавать и принимать данные. Обычно это достигается через
отдельные каналы для передачи и приема данных. Такие технологии, как
Ethernet, Wi-Fi и многие другие протоколы связи, используют
полнодуплексную передачу данных.

31.

ОСОБЕННОСТИ КАДРОВ LAN, WAN,
ETHERNET, PPP, 802.11
1. LAN (локальная сеть):
- Кадры в локальной сети обычно меньшего размера, так как они предназначены для
обмена данными в пределах ограниченной территории.
- Примеры кадров для LAN включают кадры Ethernet, которые часто имеют размер от 64 до
1518 байт.
2. WAN (глобальная сеть):
- Кадры в глобальной сети, такой как Интернет или частные сети, обычно имеют более
крупные размеры, так как они могут проходить через большие расстояния и требуют
дополнительной информации для маршрутизации и управления.
- Примеры кадров для WAN могут включать кадры PPP (Point-to-Point Protocol) или кадры,
используемые в сетях Frame Relay.
3. Ethernet:
- Кадры Ethernet обычно имеют заголовок и поле данных, за которыми следует
контрольная сумма. Формат кадра может варьироваться в зависимости от конкретной
реализации Ethernet (например, Ethernet II или IEEE 802.3).
- Размер кадра для Ethernet обычно составляет от 64 до 1518 байт, но существуют и другие
размеры из-за возможности использования VLAN и других расширений протокола.

32.

ОСОБЕННОСТИ КАДРОВ LAN, WAN,
ETHERNET, PPP, 802.11
4. PPP (Point-to-Point Protocol):
- Кадры PPP обычно состоят из заголовка, поля данных и поля
контрольной суммы. Он используется для установления прямых
соединений между двумя устройствами, обеспечивая сериализацию и
канальное управление.
- Формат кадра PPP включает в себя информацию о протоколе на
котором он работает, что позволяет использовать различные
протоколы сетевого уровня поверх PPP.
5. 802.11 (беспроводная локальная сеть):
- Кадры в беспроводной сети 802.11, такие как Wi-Fi, обычно имеют
добавленные поля для обработки беспроводной связи, такие как
управление доступом к среде и проверка целостности данных.
- Размеры кадров для 802.11 также могут варьироваться в зависимости
от использованных расширений и протоколов, таких как IEEE 802.11b,
802.11g и 802.11n.