Компьютерные сети и сетевые технологии компьютерные сети и сетевые технологии

Компьютерные сети и сетевые технологии
Посредством комбинации и взаимодействия
аппаратных и программных средств
компьютерные сети и сетевые технологии
обеспечивают эффективное разделение ресурсов
дорогостоящего (периферийного) оборудования и
совместное использование информационных ресурсов
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_1
История - этапы развития компьютерных сетей
• Межкомпьютерные коммуникации (Communications)
- связь между задачами и пользователями
- 1960-70 годы
– электронная почта, текстовые редакторы, базы данных и обмен сообщениями
• Компьютерные сети (Computer Networks)
- 1970-80 годы
- разделение ресурсов и данных, рабочие места на основе ПК, компьютерные
коммуникации (межсетевые)
• Гибридные сети (Internetworks) - 1980-90 годы
- обьединение ЛВС и ГВС, компьютерных систем и ПО в единую сетевую
инфраструктуру
• Интегрированные многопротокольные сети (Internetworking)
- 1990 годы
– обьединение аппаратных и программных средств, обеспечивающих связь между
приложениями, независимо от прикладного ПО, форматов данных и сетевых
протоколов
• Èíòåðíåò/èíòðàíåò - íà÷èíàÿ ñ 1996 ãîäà
– Интеграция локальных и глобальных сетей на основе протокола TCP/IP
– Firewall (бандмауэры), туннели, proxy - для заш=щиты и расширения корпоративных
интранет
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_2
Коммуникации - 1960-1970 г.г.
Соединение точка-точка
•хост-хост
•хост-терминал
Программы
Программы
Программы
Терминалыпользователи
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_3
Компьютерные сети -- 1970 - 1980 г.г.
Сетевой кабель
Раб.станция
Виртуальное
подключение
к хосту
Хост-компьютер
Token Ring
Раб.станция
Файл-сервер
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_4
Модель Взаимодействия Открытых Систем (ВОС)
Open System Interconnection (OSI)
• Разработана International Organization for Standardization в 1974 как модель
для систем передачи данных
• содержит 7 уровней
• каждый уровень имеет свои определенные функции
• каждый уровень обеспечивает необходимые функции для соседних
уровней - межуровневый интерфейс
• по сути модель ВОС представляет описание функциональных
компонентов, необходимых для построения реальных компьютерных сетей
• знание эталонной модели ВОС необходимо для понимания работы
современных компьютерных сетей
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_5
Уровни модели ВОС
Уровни ВОС
OSI layer
Прикладной
Application
Представительный
Presentation
Реализуемые функции
Сетевые приложения такие, как передача файлов
и эмуляция терминалов
Форматирование данных и кодирование
Сеансовый
Session
Установление и поддержание сеанса связи
Транспортный
Transport
Обеспечение доставки между конечными точками
Сетевой
Network
Даставка пакетов информации, включая маршрутизацию
Данных
Data Link
Передача данных, формирование пакетов, контроль ошибок
Физический
Physical
Передача двоичных данных через среду
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_6
Топология сетей
• Топология представляет собой архитектурную схему физической
конфигурации конкретного типа коммуникационной системы
• Топология отображает возможные методы подключения и основные
требования к проектированию конкретной сети
• Топология отображает струтктуру кабельных соединений
• 4 основных типа топологий:
–
–
–
–
©1996-98. Yu.Demchenko
звезда, радиальная (star)
кольцевая (ring)
шина (bus)
дерево (tree)
Computer Networking Technologies
Slide 1_7
Топология сетей
Направление
потока данных
Node
Node
Node
Передатчик
Приемник
Central Hub
Node
Node
Повторитель
Node
Node
Вершина
Node
Ветвь
Node
Конечная точка
Node
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Node
Slide 1_8
Основные структурные элементы сетей
Конечная
система
Конечная
система
Межсетевые устройства
Шлюз - Gateway
7
7
6
6
5
5
4
4
Маршрутизатор - Router
3
Коммутатор
ЛВС
2
1
Мост- Bridge
АТМ
Коммутатор
ЛВС
Повторитель
Repeater
3
2
1
УДС
УДС
Физическая среда
©1996-98. Yu.Demchenko
Физическая среда
Computer Networking Technologies
Slide 1_9
Структура корпоративной (кампусовой) сети
Имеет cледующие основные уровни
• 1-й уровень. Опорная сетевая инфраструктура - Backbone
– обеспечивает обмен данными и информацией между подразделениями,
зданиями
– является высокоскоростной многопротокольной транспортной магистралью
– обычно имеет средства межсетевого обьдинения 3-го уровня ВОС
– обеспечивает средства выхода в глобальные сети и доступа к удаленным
подразделениям
• 2-й уровень. Сеть отделения, здания
– обьединяет ЛВС подразделений, рабочих групп, этажей
– обычно имеет межсетевые средства 1- и 2-го уровня ВОС
• 3-й уровень. ЛВС рабочих групп и подразделений
– однотипные ЛВС
– обычно имеет межсетевые средства 1- и 2-го уровня ВОС
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_10
Повторитель - Repeater
• Передает двоичные данные между физическими уровнями двух систем
• Обьединяет два кабельных сегмента
• Кабельные сегменты должны иметь одинаковый протокол уровня данных
– Ethernet, Token Ring, FDDI
• Представляет собой двунаправленный цифровой усилитель
• Обеспечивает полную прозрачность в сети
• Пропускает все пакеты
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_11
Функции повторителя
• Регенерация (электрическая) сигналов
• Восстановление цикличности (тактовой частоты)
• Усиление сигнала
• Регенерация преамбулы пакетов
– восстановление искажений последовательности импульсов из-за плохого
согласования кабельной линии
Недостатки
• Требует увеличения паузы (расширения фрагмента передачи)
• Усиление столкновений
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_12
Физическая среда для ЛВС типа Ethernet
• Имеется четыре типа кабельных соединений для Ethernet
– Толстый коаксиальный кабель - 10Base5
– Тонкий коаксиальный кабель - 10Base2
– Неэкранированная витая пара - 10BaseT, Unshielded Twisted Pair (UTP)
– волоконно- оптический кабель - 10BaseF, FOIL
• Дополнительно - радиоканал (с использованием различных частот и видов модуляции)
– радиоудлинители (функционально - повторители)
– радиосеть со случайным доступом
• Может использоваться единая или разнородная кабельная среда
– на разных участках и уровнях сети
– обьединение производится через хабы
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_13
Типы кабелей Ethernet
Название
Толстый
коаксиал
Тонкий
коаксиал
UTP
Волоконнооптический
Тип кабеля
RG-8
RG-58
22-26 AWG
62.5/125 micron
Название
10Base5
10Base2
10BaseT
10BaseF
Стандарт
IEEE802.3
IEEE802.3a
IEEE802.3i
-
Сегмент
500 m
200 m
100 m
2000 m
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_14
Соединение тонким коаксиальным кабелем
• .
Каскадное соединение устройств в сети
0.5 - 185 m
50 Ohm
Терминатор
Неносредственное
подклююсение к
карте ЛВС
50 Ohm
Терминатор
Т-разьем
T connector
Разьем BNC на каждом конце кабеля
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_15
Использование UTP - неэкранированной витой пары
Кабель UTP
Используется
1 порт повторителя
на подключение
Макс. длина кабеля - 100 и
Соединяет контакты 1, 2, 3 и 6
RJ-45
Разьем
8-контакт.
©1996-98. Yu.Demchenko
Неэкранированная витая пара
мин. 2 скрутки на дюйм
Computer Networking Technologies
RJ-45
Разьем
8-контакт.
Slide 1_16
Конструкция кабеля UTP
• UTP был стандартизован комитетом IEEE 802.3 в октябре 1990.
• Стандартизован EIA (Electronic Industry Association) - стандарт TIA 568A.
• UTP для ЛВС имеет следующую классификацию:
– Category 3 - применение для ЛВС со скоростью передачи до 10 Mbps.
– Category 4 - применение для ЛВС со скоростью передачи до 16 Mbps
– Category 5 - применение для ЛВС со скоростью передачи до 100 Mbps
• Кабель имеет до 4-х пар (8 нитей провода 24 AWG)
1 - голубая, 2 - оранжевая, 3 - зеленая, 4 - коричневая
– 75-150 Ом - переключатель на контроллере ЛВС
– мин. 2 скрутки на 1 ft
• Разьем RJ-45
пара 1 - конт. 1 и 2
пара 2 - конт. 3 и 6
» FDDI: пара 1 - конт. 1 и 2
пара 2 - конт. 7 и 8
» 10BaseT:
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_17
Компоненты кабельной системы - Ethernet
• Тип кабеля
• Адаптер (Транссивер) и кабель адаптера для 10BASE5
• Тип разьема
• Терминаторы (конечные нагрузки)
• Многопортовый повторитель (или кабельный концентратор) для 10BASET
• Повторители для удлинения или соединения различных сегментов, а также
структурирования кабельной системы
– длина сегмента
» 185 м - для 10Base2
» 100 м - для UTP
» 1100 м - для удаленных повторителей, соединенных ВОЛС
– отсутствие петель
– допустимое число повторителей между двумья станциями - 2
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_18
Хаб - повторитель (Repeater Hubs)
• Позволяют подключать все четыре типа кабелей в единую кабельную систему
• Улучшают возможности менеджента сетью и повышают ее надежность
• Позволяют подключить большее число сетевых станций к единой кабельной системе
• Повторители или концентраторы прямо передают сигналы в другие кабельные сегменты
• Современные реализации повторителей имеют встроенный “интеллект”, что позволяет
– вводить элементы контроля и управления сетью
– Изолировать ошибки (не передавать в другие кабельные сегменты) и неисправности
• Сейчас повторители преобразуются в кабельные концентраторы (Wiring Concentrator),
называемые также хабы (Hub)
• Повторители доступны в трех вариантах, каждый из которых совместим со стандартом IEEE
802.3c:
– Многопортовый транссивер (Multiport Transceiver Unit - MTU, только10BASE5)
– Многопортовый повторитель (Multiport Repeater Unit - MPR, только 10BASE2)
– Кабельный концентратор (Wiring Concentrator, комбинация 10BASE5, 10BASE2, 10BASET, 10
BASEF)
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_19
Расширение ЛВС при помощи повторителей
Максимум 4 повторителя между станциями
Повторитель
Повторитель
Кабельный сегмент
Повторитель
Кабельный сегмент
Повторитель
Максимальная длина для 10BASE5 - 2500 м
Максимальная длина для 10BASE2 - 1000 м
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_20
Многопортовый повторитель (МПП) для 10BASE2
Разьем BNC для подключения
кабеля
МПП
Разьем DB-15 для подключения
толстого Ethernet
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_21
Кабельный концентратор в сети
Платы повторителей обьединены
посредством обьединительной платы
10BASET
10BASE2
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
ВОЛС
Slide 1_22
Смешанная сеть офиса
Концентратор
Транссивер
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
•Соответствие IEEE802.3c
•Не более 4-х повторителей
между двумья станциями
•Опорная кабельная сеть
может использовать любой
тип кабеля
Slide 1_23
Сетевой менеджмент концентраторами
• Интеллектуальные хабы или концентраторы позволяют осуществлять сетевой менеджмент при
помощи специального программного обеспечения
• Программное обеспечение сетевого менеджмента (ПОСМ) располагается на серверной рабочей
станции и в стандартной форме
– запрашивает необходимую информацию у концентратора
• Концентраторы позволяют контролировать состояние отдельного порта
• Стандартное ПОСМ, использующее SNMP протокол и MIBII, позволяет получить от каждой
активной карты следующую статистическую информацию:
– число пакетов (байт),
– количество столкновений (единичных и множественных),
– число ошибок в фреймах,
– время, в течение которого конкретная карта не работала в сети,
– возможность включения и выключения отдельной карты в составе хаба,
– вся информация имеет время и дату.
• При использовании 10BASET, вся информация относится к единичному соединению, что
существенно улчшает возможности сетевого менеджмента
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_24
Физический уровень Token Ring. Обзор.
• Топология Token Ring комбинирует физическую “звезду” и логическое кольцо, так называемое
сложенное кольцо (star-wired ring).
• Используется экранированная или неэкранированная витая пара
– ВОЛС может использоваться как между повторителями так и для индивидуального
подключения станций
• Существует 4 типа разьемов (коннекторов):
– RJ-11 для UTP.
– “Двуполый” (или гермафродитный) разьем (называемый также Universal Data Connector или
UDC) для экранированной витой пары.
– Разьеиы DB-9 и RJ-45 могут использоваться для обеих типов кабелей.
• Все кабельные соединения собираются в Многопортовом Модуле Доступа (ММД, или MAU Multistation Access Unit).
• Ни магистральное, ни цепочечное соединение станций на одном кабеле не используется
• Кабельная структура IBM определяет использование ВОЛС для соединения двух ММД
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_25
Типы кабелей Token Ring
Имеется 9 типов кабелей Token Ring
• Tип 1
– Экранированный кабель для передачи данных с двумья витыми парами.
– Исполнение для помещений и наружного применения.
• Tип 2
– Кабель типа 1 для внутренних соединений с 4-мя проводами 24 AWG.
– Содержит 4 провода для передачи данных и 4 провода для голосовой связи.
• Tип 3
– Те же кабеля UTP, что и для Ethernet - rатегория 4 использется для 16 Mbps (скорость Token
Ring)
– Существующие телефонные кабеля EIA cat. 3 (для скорости 4 Mbps).
– Необходимо использование специальное медиа-фильтра.
• Tип 5
– ВОЛС 100/140 micron для соединения повторителей/MAU.
• Tип 6
–
Часто используется для коротких кабельных соединений между MAU или между розеткой
и точкой подключения к сети.
• Tип 8
– Плоский кабель 26 AWG для прокладки под ковриками
• Tип 9
– Кабель 26 AWG в заполненной оболочке для пожароустойчивого использования
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_26
Подключение станций к MAU
Кабельные сегменты
Релейный
Переключатель
Closed
Closed
MAU - Вид сверху
Ring in
Ring out
MAU bus
The IBM 8228
RI port
Подключение
повторителя
©1996-98. Yu.Demchenko
Подключение
станций
RI port
Подключение
повторителя
Неактивная станция
Computer Networking Technologies
Slide 1_27
Модель ВОС и стандарты уровней 1 и 2
IEEE 802.1
Data Link
layer
IEEE 802.2 Logical Link Control (LLC)
MAC
IEEE 802.3
CSMA/CD
Physical
layer
PHY
IEEE 802.4
Token Bus
IEEE 802.5
Token Ring
FDDI
SMT
PMD
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_28
Структура Сети на основе FDDI
Dual Attachment Stations(DAS)
MAC
A
MAC
B
4-хволоконный
кабель
Стандарт ANSI X3T9.5.
Сеть на основе FDDI
(Fiber Data Distributed Interface)
A
B
Primary ring
B
A
Вторичное кольцо
Secondary ring
Dual Attachment
Concentrator (DAC)
MAC
M
M
S
S
MAC
MAC
•100 Mbps
•Подключение 500 DAS или 1000 SAS
•Допустимое расстояние
•многомодовый кабель - 2 км
•одномодовый кабель - 20 км
•макс. длина кольца - 100 км
•CDDI - протокол FDDI на UTP
•При нормальной работе
используется только
первичное кольцо
Single Attachment Stations (SAS)
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_29
Типы кабелей FDDI
Оболочка
Cladding
Защитная пластиковая оболочка
Волокно
Core
• 4 типа кабелей FDDI
–
–
–
–
9/125 micron для одномодового кабеля
- рекомендация ANSI
50/100 micron для многомодового кабеля
62.5/125 micron для многомодового кабеля - рекомендация ANSI
100/140 micron для многомодового кабеля
• CDDI использует кабель UTP категории 5
– максимальная длина сегмента 100 м
• Два типа разьемов
– Разьем двухжильный - MIC (Media Interface Connector)
– Разьем одножильный - ST(наподобие BNC)
©1996-98. Yu.Demchenko
Computer Networking Technologies
Slide 1_30
Типы портов и классы станций
Типы портов и их соединение
•Типы портов - A,B, M, S
•DAS - порты A, B
•Концентратор - порты A, B, M, S
•SAS - только порт S
M
A
A
MAC
MAC
B
B
M
B
MAC
S
A
M
A to B
MAC
S to M
Идентификатор типа порта
M
M
B
A
B
MAC
M
A
M
A
B
MAC
M
A
B
M
MAC
B to M
MAC
Допустимые соединения портов
•Порт А - подключается к входящему
первичному кольцу и исходящему
вторичному кольцу
•Порт В - противоположный порту А
•Порт М - соединяет порт концентратора
с DAS, SAS или другим DAC/SAC
•Порт S - соединяет SAS/SAC c
концентратором DAС или SAС
A to M
Single Attachment Station (SAS)
•подключается к одинарному кольцу FDDI
через концентратор
•критично к повреждениям кабеля и порта
•может подключаться только через концентратор
•может подключаться к еще одной SAS
©1996-98. Yu.Demchenko
Dual Attachment Station (DAS)
•подключается непосредственно к.
двойному кольцу FDDI.
•может подключаться к одному.
кольцу (М-порт концентратора).
Computer Networking Technologies
Slide 1_31
Концентратор FDDI и его функции
Dual Attachment Station
B
Функции концентратора
MAC
MAC
B
A
•Bypass - исключение порта
•неиспользуемый порт
•запрет передачи данных через порт
•неисправность подключенной станции
A
•Insertion - включение порта
•обеспечение физического подключения
•включение активной станции
•разрешение передачи данных
B
A
MAC
Data bypasses
closed ports
M
M
M
Port closed
•Дистанционное сетевое управление
подключением портов
Not inserted
S
S
MAC
MAC
Single Attachment Stations
Data bypasses
closed ports
©1996-98. Yu.Demchenko
S
MAC
M
M
M
Ports closed
Not inserted
S
S
MAC
MAC
Single Attachment Station
Computer Networking Technologies
Slide 1_32
Работа сети FDDI при неисправности
Wrapped
B
B
Primary ring
A
A
Secondary
ring
C
E
D
C
Нормальный
поток данных
Закорочено
E
D
Нормальная работа
Обрыв кабеля между С и В
Узлы В и D отключены
Узел В отключен
B
B
A
A
C
Закорочено
Закорочено
E
Закорочено
E
D
D
©1996-98. Yu.Demchenko
C
Закорочено
Computer Networking Technologies
Slide 1_33