Лек. 2 Методы доступа к среде передачи данных. Модель OSI и TCP IP

1.

К ОМПЬЮТЕРНЫЕ
СЕТИ
М Е Т О Д Ы Д О С Т У П А К С Р Е Д Е П Е Р Е Д АЧ И Д А Н Н Ы Х .
МОДЕЛИ OSI И TCP/IP

2.

Метод доступа – это способ определения того, какая из
рабочих станций сможет следующей использовать ЛВС. То,
как сеть управляет доступом к каналу связи (кабелю),
существенно влияет на ее характеристики.
Передача данных по сети состоит из решения двух задач:
- передать новые данные через кабель без «столкновения» с
другими данными, уже передаваемыми по нему;
- принять данные с достаточной степенью уверенности в том,
что при передаче они не были искажены.

3.

Методы доступа
множественный доступ с прослушиванием несущей и разрешением коллизий
(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – CSMA/CD);
множественный доступ с передачей полномочия (Token Passing Multiple Access –
TPMA) или метод с передачей маркера;
множественный доступ с разделением во времени (Time Division Multiple Access –
TDMA);
множественный доступ с разделением частоты (Frequency Division Multiple Access –
FDMA) или множественный доступ с разделением длины волны (Wavelength
Division Multiple Access – WDMA).

4.

Метод CSMA/CD
Коллизия (англ. collision — ошибка наложения,
столкновения) — в терминологии компьютерных
и сетевых технологий, наложение двух и более
кадров от станций, пытающихся передать кадр в
один и тот же момент времени в среде передачи
коллективного доступа.
Несущий сигнал часто называют
просто несу́щая (от несущая частота),
либо несущее (колебание). Несу́щий сигнал —
сигнал, один или несколько параметров которого
подлежат изменению в процессе модуляции.
Степень изменения параметра определяется
мгновенным значением информационного
(модулирующего) сигнала.

5.

Метод CSMA/CA
Это метод доступа, в котором:
• используется схема прослушивания несущей волны
• станция, которая собирается начать передачу, посылает jam signal (сигнал затора)
• после продолжительного ожидания всех станций, которые могут послать jam signal,
станция начинает передачу фрейма
• если во время передачи станция обнаруживает jam signal от другой станции, она
останавливает передачу на отрезок времени случайной длины и затем повторяет
попытку.
CSMA/CA отличается от CSMA/CD тем, что коллизиям подвержены не пакеты
данных, а только jam-сигналы. Отсюда и название «Collision Avoidance» —
предотвращение коллизий. Предотвращение коллизий используется для того, чтобы
улучшить производительность CSMA, отдав сеть единственному передающему
устройству. Эта функция возлагается на «jamming signal» в CSMA/CA.

6.

МЕТОД С ПЕРЕДАЧЕЙ
МАРКЕРА (TPMA)
Метод с передачей маркера – это метод
доступа к среде, в котором от рабочей
станции к рабочей станции передается
маркер, дающий разрешение на
передачу сообщения.
Маркер (token), или полномочие, –
уникальная комбинация битов,
позволяющая начать передачу данных.

7.

МОДЕЛЬ OSI

8.

Модель OSI
Модель OSI — это модель, позволяющая разным системам
связи коммуницировать между собой по общепринятым
стандартам. Ее можно сравнить с английским, то есть
глобальным, универсальным языком в мире сетей.

9.

Первый, физический уровень
(physical layer, L1)
Он отвечает за обмен физическими сигналами между
физическими устройствами, «железом». Компьютерное
железо не понимает, что такое картинка или что на ней
изображено, «железу» картинка понятна только в виде
набора нулей и единиц, то есть бит.
Каждый уровень имеет свои PDU (Protocol Data Unit),
представляемые в той форме, которая будет понятна на
данном уровне и, возможно, на следующем до
преобразования. Работа с чистыми данными
происходит только на уровнях с пятого по седьмой.

10.

Второй уровень, канальный
(data link layer, L2)
Второй уровень решает проблему адресации при передаче информации.
Канальный уровень получает биты и превращает их в кадры (frame,
также «фреймы»). Задача здесь — сформировать кадры с адресом
отправителя и получателя, после чего отправить их по сети.
У канального уровня есть два подуровня — это MAC и LLC. MAC (Media
Access Control, контроль доступа к среде) отвечает за присвоение
физических MAC-адресов, а LLC (Logical Link Control, контроль логической
связи) занимается проверкой и исправлением данных, управляет их
передачей. Для упрощения мы указываем LLC на втором уровне модели,
но, если быть точными, LLC нельзя отнести полностью ни к первому, ни
ко второму уровню — он между.

11.

Третий уровень, сетевой
(network layer, L3)
На третьем уровне появляется новое понятие — маршрутизация.
Для этой задачи были созданы устройства третьего уровня —
маршрутизаторы (их еще называют роутерами). Маршрутизаторы
получают MAC-адрес от коммутаторов с предыдущего уровня и
занимаются построением маршрута от одного устройства к
другому с учетом всех потенциальных неполадок в сети.

12.

Четвертый уровень,
транспортный (transport layer, L4)
Четвертый уровень — это посредник между Host Layers и Media Layers,
относящийся скорее к первым, чем к последним. Его главной задачей
является транспортировка пакетов. Естественно, при транспортировке
возможны потери, но некоторые типы данных более чувствительны к
потерям, чем другие. Например, если в тексте потеряются гласные, то
будет сложно понять смысл, а если из видеопотока пропадет пара
кадров, то это практически никак не скажется на конечном
пользователе. Поэтому при передаче данных, наиболее
чувствительных к потерям на транспортном уровне, используется
протокол TCP, контролирующий целостность доставленной
информации.

13.

Пятый уровень, сенсовый
(session layer, L5)
Пятый уровень оперирует чистыми данными. Помимо пятого, чистые
данные используются также на шестом и седьмом уровне.
Сеансовый уровень отвечает за поддержку сеанса или сессии связи.
Пятый уровень оказывает услугу следующему: управляет
взаимодействием между приложениями, открывает возможности
синхронизации задач, завершения сеанса, обмена информации.

14.

Шестой уровень, представления
данных (presentation layer, L6)
О задачах уровня представления вновь говорит его название.
Шестой уровень отвечает за преобразование протоколов и
кодирование/декодирование данных. Шестой уровень также
занимается представлением картинок (в JPEG, GIF и т.д.), а также
видео-аудио (в MPEG, QuickTime). А помимо этого → шифрованием
данных, когда при передаче их необходимо защитить.

15.

Седьмой уровень, прикладной
(application layer, L7)
Седьмой уровень иногда еще называют уровень приложений, но чтобы
не запутаться можно использовать оригинальное название — application
layer. Прикладной уровень — это то, с чем взаимодействуют
пользователи, своего рода графический интерфейс всей модели OSI, с
другими он взаимодействует по минимуму.
Все услуги, получаемые седьмым уровнем от других, используются для
доставки данных до пользователя. Протоколам седьмого уровня не
требуется обеспечивать маршрутизацию или гарантировать доставку
данных, когда об этом уже позаботились предыдущие шесть. Задача
седьмого уровня — использовать свои протоколы, чтобы пользователь
увидел данные в понятном ему виде.

16.

17.

МОДЕЛЬ TCP/IP

18.

TCP/IP ((Transmission Control Protocol/Internet
Protocol, протокол управления
передачей/протокол интернета))

19.

КАНАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ
(LINK LAYER)
Предназначение канального
уровня — дать описание тому,
как происходит обмен
информацией на уровне сетевых
устройств, определить, как
информация будет передаваться
от одного устройства к другому.
Информация здесь кодируется,
делится на пакеты и
отправляется по нужному
каналу, т.е. среде передачи.

20.

МЕЖСЕТЕВОЙ
УРОВЕНЬ
(INTERNET LAYER)
Межсетевое взаимодействие —
это основной принцип
построения интернета.
Локальные сети по всему миру
объединены в глобальную, а
передачу данных между этими
сетями осуществляют
магистральные и пограничные
маршрутизаторы.

21.

МАСКА ПОДСЕТИ И IP-АДРЕСА
Протокол IP (Internet Protocol) используется маршрутизатором,
чтобы определить, к какой подсети принадлежит получатель. Свой
уникальный IP-адрес есть у каждого сетевого устройства, при этом в
глобальной сети не может существовать два устройства с
одинаковым IP. Протокол имеет две действующие версии, первая из
которых — IPv4 (IP version 4, версии 4) — была описана в 1981 году.

22.

IPv4 предусматривает назначение каждому устройству 32-битного IPадреса, что ограничивало максимально возможное число уникальных
адресов 4 миллиардами (2^32). В более привычном для человека
десятичном виде IPv4 выглядит как четыре блока (октета) чисел от 0 до
255, разделенных тремя точками. Первый октет IP-адреса означает
класс сети, классов всего 5: A, B, C, D, E. При этом адреса сети D
являются мультикастовыми, а сети E вообще не используются.

23.

IPv6 имеет вид восьми блоков по четыре шестнадцатеричных
значения, а каждый блок разделяется двоеточием. IPv6 выглядит
следующим образом:
2dab:ffff:0000:0000:01aa:00ff:dd72:2c4a
2dab:аааа::01aa:00ff:dd72:2c4a

24.

МАСКА СЕТИ

25.

Маска подсети — 32-битное число, служащее битовой
маской для разделения сетевой части (адреса подсети) и
части хоста IP-адреса. Состоит из последовательности от 0
до 32 двоичных единиц, после которых остаток разрядов
представляют двоичные нули. Их смешение недопустимо.
Устройства в одной подсети имеют одинаковый адрес
подсети и передают данные на канальном уровне.
Двоично-десятичная
форма
Префикс в CIDR-нотации
255.225.255.0 192.10.2.36/24

26.

Чтобы найти начальный адрес по маске, надо перевести текущий
адрес и маску в двоичную систему и выполнить логическую
операцию "и".
Для конечно адреса надо сделать логическую операцию "или"

27.

ТРАНСПОРТНЫЙ УРОВЕНЬ (TRANSPORT LAYER)
TCP (протокол управления
передачей) — надежный, он
обеспечивает передачу
информации, проверяя дошла ли
она, насколько полным является
объем полученной информации
и т.д. TCP дает возможность двум
конечным устройствам
производить обмен пакетами
через предварительно
установленное соединение.
UDP (протокол
пользовательских датаграмм)
— ненадежный, он занимается
передачей автономных
датаграмм. UDP не гарантирует,
что всех датаграммы дойдут до
получателя. Датаграммы уже
содержат всю необходимую
информацию, чтобы дойти до
получателя, но они все равно
могут быть потеряны или
доставлены в порядке отличном
от порядка при отправлении.

28.

ПРИКЛАДНОЙ
УРОВЕНЬ
(APPLICATION
LAYER)
В модели TCP/IP отсутствуют
дополнительные промежуточные уровни
(представления и сеансовый) в отличие от
OSI. Функции форматирования и
представления данных делегированы
библиотекам и программным интерфейсам
приложений (API) — своего рода базам
знаний, содержащим сведения о том, как
приложения взаимодействуют между
собой. Когда службы или приложения
обращаются к библиотеке или API, те в
ответ предоставляют набор действий,
необходимых для выполнения задачи и
полную инструкцию, каким образом эти
действия нужно выполнять.

29.

Пользователи создают соединения; Программное обеспечение конвертирует данные
пользователей в цифровой формат; Драйвера предоставляют доступ к аппаратному
обеспечению и конвертирует данные из цифрового формата в сигналы; Аппаратное
обеспечение накладывает сигналы на среду передачи. Сигналы передаются с
использованием аппаратного обеспечения (сетевого оборудования).
Программное
обеспечение и
драйвера системы
Аппаратное
обеспечение

30.

31.

СЕТЕВОЕ
О Б О Р УД ОВА НИ Е

32.

Сетевое оборудование – это аппаратные
устройства, которые используются для
создания, поддержки и управления
компьютерными сетями. Оно играет
ключевую роль в обеспечении связи и
передачи данных между устройствами в
сети.

33.

СЕТЕВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Пассивное
Активное
Не имеет своего источника
питания и не изменяет сигналы,
проходящие через него.
Выполняет функцию передачи
данных, но не управляет
трафиком и не обеспечивает
обработку данных.
Имеет свой источник питания,
способно управлять трафиком и
обрабатывать данные.

34.

СЕТЕВОЙ
АДАПТЕР

35.

Network Interface Controller
(сокращенно NIC) — это устройство,
которое соединяет компьютер с сетью
(локальной, интернетом или
интранетом). Он применяется в ПК,
ноутбуках и серверах. Другие
названия адаптера — сетевая карта
или плата.

36.

Его основная функция — подключение компьютера к сети и
обмен данными между устройствами. Если описать
максимально просто работу сетевого адаптера, это будут:
• получение данных из сетевого кабеля, перевод в формат,
который может распознать процессор компьютера;
• отправка данных с ПК к сетевому кабелю;
• кодирование и декодирование данных при передаче по сети;
• управление передачей данных между компьютерами и
устройствами внутри сети.

37.

Виды сетевых адаптеров
Внешний сетевой адаптер
Внутренний сетевой адаптер
Виртуальный сетевой адаптер

38.

Классификация по интерфейсам шин
• ISA, выпущенные в 1981 году. Такую шину отличает небольшая скорость
передачи — до 9 Мбит/с;
• PCI, созданные в 1990 году. Эти шины устанавливались на серверах, а позже и в
компьютерах. Этот вид устарел для современных ПК;
• PCI-X, модернизированная вариация PCI, обычно используется для серверов;
• PCIe, новейший стандарт. Применяется на ПК и серверах. Существуют пять
версий, каждая из которых формирует пять видов линий связи с различной
скоростью;
• USB, стандарт внешней шины. Существуют три версии, которые поддерживают
разную скорость и могут работать с различными устройствами. Подходит для
подсоединения к Wi-Fi.

39.

ISA
PCI
PCI-X
PCIe

40.

Классификация по типу портов
• оптический — с оптоволоконным кабелем;
• AUI — с толстым коаксиальным кабелем;
• BNC — с тонким коаксиальным кабелем;
• RJ-45 — с кабелем витой пары.

41.

AUI
ОПТИКА
RJ-45
BNC

42.

КОНЦЕНТРАТОРЫ И
СЕТЕВЫЕ МОСТЫ

43.

Сетевой концентратор или хаб— сетевое устройство, предназначенное
для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент сети.
Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля
или оптоволокна. Термин концентратор (хаб) применим также к другим
технологиям передачи данных: USB, FireWire и пр.

44.

Характеристики сетевых концентраторов
• Количество портов — разъёмов для подключения сетевых линий, обычно
выпускаются концентраторы с 4, 5, 6, 8, 12, 16, 24 и 48 портами (наиболее популярны с
4, 8 и 16). В некоторых для этого предусмотрены специальные порты.
• Скорость передачи данных — измеряется в Мбит/с, выпускаются концентраторы со
скоростью 10, 100 и 1000. Скорость может переключаться как автоматически, так и с
помощью перемычек или переключателей.
• Тип сетевого носителя — обычно это витая пара или оптоволокно, но существуют
концентраторы и для других носителей, а также смешанные, например для витой
пары и коаксиального кабеля.
• Тип питания — концентраторы без внешнего питания называются «пассивными», с
внешним питанием — «активными». Пассивные сетевые концентраторы до сих пор
нередко применяются для построения малых сетей в условиях частого отключения
электричества.

45.

Network bridge (Сетевой мост) – это сетевое устройство, предназначенное для
объединения сегментов сети передачи данных в единую сеть. Он работает на
канальном (втором) уровне модели OSI (модели взаимодействия открытых систем). В
отличие от концентратора, который работает на физическом уровне, сетевой мост не
просто транслирует полученные с одного порта устройства на другие, а анализирует
заголовок и отправляет на какой-либо один порт, либо не передает ни куда. Однако в
отличие от маршрутизатора Network bridge не имеет таблицы маршрутизации и
является само настраиваемым устройством и работает по заранее заложенным в нем
принципам. Network bridge используется в нескольких сетевых технологиях, однако
наибольшее распространение нашел в Ethernet.

46.

СЕТЕВОЙ
КОММУТАТОР
(SWITCH)

47.

Сетевой коммутатор или свитч, свич (от англ. switch — переключатель) —
устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в
пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет
трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор
передает данные только непосредственно получателю. Это повышает
производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от
необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не
предназначались.

48.

ПРИНЦИП РАБОТЫ

49.

ТИПЫ КОММУТАТОРОВ
Неуправляемый (unmanaged)
Настраиваемый (smart)
Управляемый (manageable)

50.

КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ
КОММУТАТОРОВ
Автономные
Модульные

51.

Гибридный
Стековый

52.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
• Скорость фильтрации;
• Скорость продвижения;
• Пропускная способность;
• Задержка передачи кадра;
• Максимальная емкость адресной таблицы;
• Объем буфера;
• Производительность внутренне шины коммутатора.

53.

МАРШРУТИЗАТОР
(ROUTER)

54.

Маршрутизатор (router) - специализированное устройство, которое
пересылает пакеты между различными сегментами сети на основе правил
и таблиц маршрутизации. Маршрутизатор может связывать разнородные
сети различных архитектур. Для принятия решений о пересылке пакетов
используется информация о топологии сети и определённые правила,
заданные администратором.

55.

Основные технические характеристики маршрутизатора:
• Перечень поддерживаемых сетевых протоколов.
• Перечень поддерживаемых
глобальных сетей.
интерфейсов
• Общая производительность маршрутизатора.
локальных
и

56.

ТАБЛИЦА МАРШРУТИЗАЦИИ
Таблица маршрутизации содержит информацию, на основе которой
маршрутизатор принимает решение о дальнейшей пересылке пакетов.
Таблица состоит из некоторого числа записей — маршрутов, в каждой из
которых содержится идентификатор сети получателя (состоящий из адреса и
маски сети), адрес следующего узла, которому следует передавать пакеты,
административное расстояние — степень доверия к источнику маршрута и
некоторый вес записи — метрика. Метрики записей в таблице играют роль в
вычислении кратчайших маршрутов к различным получателям. В
зависимости от модели маршрутизатора и используемых протоколов
маршрутизации, в таблице может содержаться некоторая дополнительная
служебная информация.

57.

СЕТЕВОЙ ШЛЮЗ
( G AT E W AY )

58.

Сетевым шлюзом (networking gateway или просто gateway) называют
аппаратное или программное обеспечение либо их комбинацию,
обеспечивающую передачу данных между несовместимыми прикладными
программами или между сетями, использующими различные протоколы.

59.

ПОСТАВЩИКИ
О Б О Р УД ОВА НИ Я

60.

Cisco Systems
Cisco — американская транснациональная
компания, разрабатывающая и продающая
сетевое оборудование, предназначенное в
основном для крупных организаций и
телекоммуникационных предприятий. Одна из
крупнейших в мире компаний,
специализирующихся в области высоких
технологий.

61.

Juniper Networks
Американская компания, производитель телекоммуникационного
оборудования, преимущественно для интернет-провайдеров, корпораций
и государственного сектора. Основана Прадип Синду в 1996 году. Штабквартира — в Саннивейле (Калифорния, Кремниевая долина). Название
компании Juniper с английского переводится как можжевельник.

62.

63.

Eltex – крупнейший производитель
телекоммуникационного оборудования в
России.
Истоки компании берут начало в 1992 году с
разработки первых образцов коммутаторов
линейки АК и разработки АССС (Аппаратура
Селективной Служебной Связи) для
установки на узлах связив Новосибирской и
Омской областях по заказу одного из
местных операторов связи. Разработкой,
сборкой и непосредственно установкой
оборудования на объектах занималась
небольшая компания единомышленников,
которые и стали основателями Eltex.

64.

Компания «Аквариус» — крупнейший
российский разработчик и
производитель компьютерной техники и
ИТ-решений, системообразующее
предприятие радиоэлектронной
промышленности. Обеспечивает полный
производственный цикл выпуска
высокотехнологичного оборудования,
включая печать плат, поверхностный
монтаж компонентов и сборку изделий.
Реализует ИТ-проекты федерального и
регионального масштаба.