!_Лекция_9_Технологии_локальных_сетей

1.

ВНИМАНИЕ!
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СРЕДСТВ СВЯЗИ, ФОТО,
ВИДЕО И ЗВУКОЗАПИСИ ЗАПРЕЩЕНО!

2. 35 кафедра сетей и систем связи космических комплексов

ВОЕННО-КОСМИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ А.Ф. МОЖАЙСКОГО
35 кафедра сетей и систем связи космических комплексов
Сети и телекоммуникации
Лекция
Доцент 35 кафедры
кандидат технических наук доцент
подполковник Акмолов Алексей Феликсович

3. Контроль освоения обучающимися учебного материала предыдущего занятия

Контрольный вопрос № 1:
Перечислите уровни Эталонной модели взаимодействия открытых систем?
Уровни Эталонной модели взаимодействия открытых систем:
Физический, канальный, сетевой, транспортный, сеансовый, представления, прикладной
Контрольный вопрос № 2:
Перечислите протоколы сетевого уровня
Виды протоколов сетевого уровня:
«межсетевой протокол» IP (Internet Protocol);
протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol);
протокол маршрутной информации RIP (Routing Information Protocol);
протокол динамической маршрутизации OSPF (Open Shortest Path First);
протокол определения адреса ARP (Address Resolution Protocol).
Контрольный вопрос № 3
Функции прикладного уровня ЭМВОС
Прикладной уровень служит пользовательским интерфейсом с сетью, непосредственно
взаимодействует с пользовательскими прикладными программами, предоставляя им доступ в
сеть, обеспечивает выполнение всех информационно-вычислительных процессов в сети.
3

4. Сети и телекоммуникации

Лекция № 9. Телекоммуникационные технологии
локальных сетей
Цель: Получить представление о базовых технологиях
построения локальных сетей: Ethernet, Тoken Ring и FDDI.
Учебные вопросы:
1.Общие понятия о локальных сетях.
2.Технология Ethernet и ее модификации.
3.Технология Тoken Ring.
4.Технология FDDI.
4

5. Учебный вопрос № 1

Общие понятия о локальных сетях
5

6. Основные понятия о сетевых технологиях

Сетевая технология – согласованный набор стандартных протоколов и
реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения
сети.
Сетевая технология определяет
топологию сети,
метод доступа к среде передачи,
кабельную систему или среду передачи,
формат сетевых кадров,
тип кодирования сигналов,
скорость передачи информации.
6

7. Примеры технологий локальных сетей

Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN
Особенности локальных сетей (LAN):
Малое расстояние между узлами сети (< 2000 м) и следовательно малое затухание
(«хороший» сигнал);
Простая топология (общая шина, звезда, кольцо);
Качественные кабели для связи компьютеров;
Высокая скорость протоколов – 10, 16, 100, 1000 Мбит/с;
Простая логика протоколов – без восстановления потерянных и искаженных кадров,
так как эти события крайне редки;
Широковещательный метод доступа к общей среде распространения сигналов - Media
Access Control (MAC);
Единый формат MAC-адреса – 6 байт (уникальность адреса обеспечивается
производителем сетевого адаптера);
7

8. Структура стандартов локальных сетей

8
802.1
Общие определения ЛВС, связь с моделью ISO/OSI
Раздел 802.1D - назначение и реализация мостов
Канальный
уровень
802.2
Логические процедуры передачи кадров
и связь с сетевым уровнем
LLC
802.3
MAC
802.5
Ethernet [CSMA/CD]
Физический
уровень
“толстый”
10Base-5
коаксиал
“тонкий”
коаксиал
Экранированная
витая пара (STP)
4 Мб/с
10Base-2
Н еэкранированная
витая пара ( UT P)
Token Ring
10Base-T
Оптоволокно
10Base-F
Витая пара,
оптоволокно
100Base-T
16 Мб/с

9. Методы доступа к физической среде

Методы доступа к физической среде
(уровень МАС)
Случайный
доступ
Кольцо с маркерным
доступом
(token ring)
Детерминированный
доступ
Шина с маркерным
доступом
(token bus)
9

10. Учебный вопрос № 2

Технология Ethernet и ее модификации
1
0

11. Метод доступа CSMA/CD

1
1
Технология Ethernet - случайный метод доступа CSMA/CD
Carrier Sense Multiply Access with Collision Detection
Метод множественного доступа с прослушиванием
несущей и обнаружением коллизий
Преимущества:
простой алгоритм
возможность широковещательной
пакетов;
• низкая задержка начала передачи (при малой нагрузке);
передачи
Недостатки:
большие потери из-за коллизий при нагрузке сети > 50 %, что приводит
к нелинейному росту задержки;
• ограниченная длина сети (< 2 км) - для фиксации коллизий должно
выполняться условие:
Время распространения сигнала туда и обратно д.б. < времени передачи всего
кадра (иначе дальние узлы не обнаружат коллизии!)

12. Временные диаграммы метода доступа CSMA/CD

1
2
Временные диаграммы метода доступа CSMA/CD
Метод случайного доступа CSMA/CD в сети Ethernet
(Ориентирован на среду типа “общая шина”)
9.6 мксек
Шина
1
2
Коллизия (jam)
3
1
1
Попытка
доступа
Прослушивание
Узел 1
Попытка
доступа
Ожидание
Узел 2
Ожидание
Узел 3
Пауза = L Интервал отсрочки
L [0, 2N], N - номер попытки, N 10
Пауза = [0, 1024 Tотсрочки] = [0, 524288] = [0мкс, 0.52с]

13. Принципы передачи информации при использовании CSMA/CD

1
3
1.Узел, желающий передавать
информацию,
следит
за
состоянием сети, и как только
она освободится, то начинает
передачу;
2. Узел передает данные и
одновременно
контролирует
состояние
сети
(контроль
несущей
и
обнаружение
коллизий). Если столкновений
не обнаружилось, передача
доводится до конца;
3. Если столкновение обнаружено, то узел передает информацию еще некоторое время
для гарантии обнаружения конфликта всеми передающими узлами, а затем прекращает
передачу. Также поступают и другие передававшие узлы;
4. После прекращения неудачной попытки узел выдерживает случайно выбранный
промежуток времени tзад, а затем повторяет свою попытку передать, при этом контролируя
столкновения. При повторном столкновении tзад увеличивается. В конечном счете, один из
узлов опережает другие узлы и успешно передает данные.

14. Алгоритм работы CSMA/CD

1
4
Алгоритм работы CSMA/CD
Передача кадра
Доступ к каналу
связи
Послать данные
jam signal
(«пробки»)
Передает ли
другой абонент
Увеличить счетчик
попыток
Нет
Передача
другого абонента
закончилась
Да
Да
Нет
Да
Передача не
удалась из-за
высокого
количества
коллизий
Количество
попыток
больше 16
Нет
Прошло время
тайм-слота
передачи
Нет
Ожидание всего
времени тайм-слот
передачи
Ожидание тайм-слота
текущей передачи
Вычислить случайное
время задержки
Начало передачи
сообщения
Ожидать
вычисленное время
задержки
Да
Продолжение
передачи сообщения
Обнаружена
коллизия ?
Нет
Окончена
передача ?
Да
Кадр передан
успешно
Нет

15. Основные параметры базового протокола Ethernet

1
5
·
Битовая скорость
10Мб/c
·
Интервал отсрочки
512 бит
·
Межкадровый интервал
·
Максимальное число попыток передачи
(допустимое число коллизий)
· Максимальное число возрастания
диапазона паузы
·
Длина jam-последовательности
·
Максимальная длина кадра (без преамбулы)
·
Минимальная длина кадра (без преамбулы)
·
Длина преамбулы
9.6 мкс
16
10
32 бита
1518 байт
64 байта (512 бит)
64 бита

16. Классическая топология сети Ethernet

1
6
МОДИФИКАЦИИ СТАНДАРТА IEEE802.3i/ETHERNET в зависимости от типа среды
передачи данных:
• 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель) - скорость передачи данных
10 Мбит/с и длина сегмента до 500м;
• 10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель) - скорость передачи данных 10 Мбит/с и длина
сегмента до 200м;
• 10BASE-T (неэкранированная витая пара) - позволяет создавать сеть по звездной
топологии. Расстояние от концентратора до конечного узла до 100 м. Общее количество
узлов не должно превышать 1024;
• 10BASE-F (оптоволоконный кабель) - позволяет создавать сеть по звездной топологии.
Расстояние от концентратора до конечного узла до 2000м.

17. Отличия технологий Ethernet и Fastethernet

Сетевая технология IEEE802.3u/Fast Ethernet обеспечивает скорость передачи 100
Мбит/с, появилась возможность работы в режиме полный дуплекс форматы кадров и
метод доступа не отличаются от Ethernet.
Модификации стандарта:
• 100BASE-T4 - неэкранированная витая пара категории 3. Расстояние от
концентратора до конечного узла до 100м;
• 100BASE-TX - неэкранированная витая пара категории 5. Расстояние от
концентратора до конечного узла до 100м;
• 100BASE-FX - оптоволоконный кабель (два волокна в кабеле). Расстояние от
концентратора до конечного узла до 2000м.
1
7

18. Соединение устройств Fast Ethernet\

1
Передача (1 - 2)
1
8
1
2
2
3
3
4
Прием (3 - 6)
5
4
5
6
Двунаправленная пара (4 - 5)
6
7
Двунаправленная пара (7 - 8)
7
8
8
MDI
MDI-X
Сетевой адаптер
Концентратор

19. Сетевая технология Gigabit Ethernet

1
9
Сетевая технология локальных сетей IEEE802.3z/Gigabit Ethernet обеспечивает
скорость передачи 1000 Мбит/с.
Преемственность ранних технологий:
Сохраняются все форматы кадров Ethernet;
Поддержка метода доступа CSMA/CD;
Поддерживается волоконно-оптический кабель и кабель витая пара.
Модификации стандарта:
• 1000BASE-SX – оптоволоконный кабель с длиной волны светового сигнала 850 нм.
• 1000BASE-LX – оптоволоконный кабель с длиной волны светового сигнала 1300 нм.
• 1000BASE-CX – экранированная витая пара.
• 1000BASE-T – счетверенная неэкранированная витая пара.
Сетевая технология локальных сетей IEEE802.3ea/10G Ethernet
Стандарт определяет только дуплексный режим работы, могут использоваться кабели
витая пара 6 категории или волоконно-оптический кабель

20. Семейство Ethernet

2
0
Метод доступа CDMA/CD или Full Duplex
Ethernet
10Base-5
10Base-2
Физический
уровень
10Base-T
Fast
100Base-TX
10Base-FB
Ethernet
100Base-FX
100Base-T4
Gigabit
1000Base-SX
10Base-FL
Ethernet
1000Base-LX
1000Base-TX
10GB – стандарт активно разрабатывается, область применения –
магистрали глобальных сетей конкурент SDH

21. Параметры спецификаций физического уровня для стандарта Ethernet 10 Мбит/c

2
1
10Base-5
10Base-2
10Base-T
10Base-F
толстый
коаксиальный
кабель RG-8
или RG-11
тонкий
коаксиальный
кабель RG-58
неэкранированная витая
пара UTP
Cat3,4,5
многомодовый
волоконнооптический
кабель
Максимальная
длина сегмента
500 м
185 м
100 м
2000 м
Максимальное
расстояние между
узлами сети
(при использовании
повторителей)
2500 м
925 м
500 м
2500 м
(2740 м для
10Base-FB)
100
30
1024
1024
4
4
4
4 (5 для
10 Base-FB)
Кабель
Максимальное
число станций
сегменте
в
Максимальное
число повторителей
между
любыми
станциями сети

22. Учебный вопрос № 3

Технология Тoken Ring
22

23. Технология Тoken Ring

Token ring — «маркерное
кольцо», технология локальной сети с
маркерным
доступом, в которой все
компьютеры схематически могут быть
объединены в кольцо.
2
3
Абонент
Абонент
Абон
Абонент
Абонент
Абонент
Рабочие
станции
перемещают
по
сети
специальный трёхбайтовый фрейм, называемый
маркером. Владение маркером гарантирует
станции право передачи информации.
Информационный блок циркулирует по кольцу,
пока не достигнет получателя, который копирует
информацию
для
дальнейшей
обработки.
Информационный блок продолжает циркулировать
по кольцу; он окончательно удаляется после
достижения станции, отославшей этот блок.

24. Звездно-кольцевая топология сети TOKEN-RING

2
4
В сети Token-Ring отдельные абоненты присоединяются к сети не напрямую, а через
специальные концентраторы или многостанционные устройства доступа (MAU –
Multistation Access Unit).
Хотя физически сеть образует звездно-кольцевую топологию, логически абоненты все же
объединяются в кольцо, каждый из них передает информацию одному соседнему
абоненту, а принимает информацию от другого.

25. Технология Тoken Ring

многостанционное устройство доступа
Достоинство Token-Ring - отсутствие конфликтов при передаче информации,
Недостатки:
1. Необходимость контроля целостности маркера
2. Зависимость функционирования сети от каждого абонента (в случае неисправности
абонент обязательно должен быть исключен из кольца).
2
5

26. Учебный вопрос № 4

Технология FDDI
2
6

27. Fiber Distributed Data Interface

2
7
FDDI (англ. Fiber Distributed Data Interface) — распределённый волоконный интерфейс
данных, используется маркерный метод доступа.
В качестве топологии используется схема двойного кольца, при этом данные в кольцах
циркулируют в разных направлениях.
Одно кольцо считается основным, по нему передаётся информация в обычном состоянии;
второе - вспомогательным, по нему данные передаются в случае обрыва на первом кольце.
Абоненты двойного подключения, DAS – Dual-Attachment Stations) подключаются к обоим
(внутреннему и внешнему) кольцам сети, обеспечивается скорость до 200 Мбит/с или
резервирование кабеля сети
Абоненты одинарного подключения, SAS – Single-Attachment Stations) подключаются только
к одному (внешнему) кольцу сети только через концентратор, более простые и дешевые

28. Режимы работы FDDI

Сквозной или транзитный режим.
В нормальном режиме работы сети
данные проходят через все узлы и все
участки кабеля только первичного
кольца, Вторичное кольцо в этом
режиме не используется.
Абонент
1
Абонент
2
2
8
Режим свертывания колец.
В случае отказа, когда часть первичного
кольца не может передавать данные
(например, обрыв кабеля или отказ узла),
первичное кольцо объединяется со
вторичным, вновь образуя единое кольцо.
Абонент
2
Абонент
1
Обрыв связи
(абонент недоступен)
Абонент
3
Абонент 3

29. Пример конфигурации сети с FDDI

2
9
Последовательность информационного обмена в сети FDDI при помощи маркера:
1. Абонент, желающий передавать, ждет маркера, который идет за каждым пакетом.
2. Когда маркер пришел, абонент удаляет его из сети и передает свой пакет. Таким образом,
в сети может быть одновременно несколько пакетов, но только один маркер.
3. Сразу после передачи своего пакета абонент посылает новый маркер.
4. Абонент-получатель, которому адресован пакет, копирует его из сети и, сделав пометку в
поле статуса пакета, отправляет его дальше по кольцу.
5. Получив обратно по кольцу свой пакет, абонент уничтожает его. В поле статуса пакета он
имеет информацию о том, были ли ошибки, и получил ли пакет приемник.

30. Задание на самостоятельную работу

Задание 1:
Изучить структуру вычислительной сети на основе Эталонной
модели взаимодействия открытых систем
Рекомендуемая литература:
Е.Н.Косяков, А.В.Родионов, К.Ю.Цветков. Сети связи и системы
коммутации: учебник. - СПб.: ВКА имени А.Ф.Можайского, 2012. –
С. 23–31.
Задание 2:
Изучить функциональное назначение уровней вычислительной
сети на основе Эталонной модели взаимодействия открытых
систем
Рекомендуемая литература:
Е.Н.Косяков, А.В.Родионов, К.Ю.Цветков. Сети связи и системы
коммутации: учебник. - СПб.: ВКА имени А.Ф.Можайского, 2012. –
С. 17–19.
30

31. Контроль освоения обучающимися учебного материала

Контрольный вопрос № 1:
Поясните аббревиатуры UTP, FTP, STP
UTP (Unshielded twisted pair) – незащищенная витая пара, кабель, витые пары которого
не имеют индивидуального экранирования;
FTP (Foiled Twisted Pair) – фольгированная витая пара, общий экран из фольги, однако у
каждой пары нет индивидуальной защиты;
STP (shielded twisted pair) – защищенная витая пара, каждая пара имеет экран.
Контрольный вопрос № 2:
Для чего нужна скрутка отдельных проводников симметричного кабеля?
Скрутка отдельных проводников уменьшает подверженность цепи электромагнитным
влияниям от других пар кабеля, других кабелей, либо иных источников
электромагнитного поля; увеличивает стойкость пары к различным механическим
растягивающим изгибным, сжимающим воздействиям, которые могут возникнуть на
кабеле в процессе инсталляции или эксплуатации.
Контрольный вопрос № 3
Что представляет из себя коаксиальный кабель?
Коаксиальный кабель - электрический кабель, состоящий из центрального медного
провода и металлической оплетки (экрана), разделенных между собой слоем
диэлектрика (внутренней изоляции) и помещенных в общую внешнюю оболочку.
31

32. Сети и телекоммуникации

Лекция закончена!
Спасибо за внимание!
32