Кольцевая сеть фирмы IBM – Token Ring

Token Ring – представляет из себя несколько колец, связанных между собой высокоскоростными блоками коммутации. Кольцо состоит из 2х и более распределительных колодок(РК), к ним подключаются кабели кольца + станции + высокоскоростные блоки коммутации(ВБК) для связи с другими кольцами.

Схема кольца:

Метод доступа – метод передачи маркера, используется экранированная витая пара. Скорость на текущий момент около 140 Мбит/сек. Сеть так же реализуется на программно-аппаратном уровне в виде сетевой карты и драйвера к ней и работает на 2-х нижних уровнях программной структуры – 1м(физическом) и 2м(канальном).

Сетевой уровень так же считается поставщиком, однако канальный уровень разбит на 2 подуровня – логического управления информационным каналом и подуровень MAC - реализует метод передачи маркера.

На подуровне Mac кадр BSC или SDLC помещается в поле данных кадра Token Ring, который имеет следующий вид:

Для передачи управляющей информации адрес получателя и адрес отправителя задают адреса станций получателя и отправителя и имеют следующий формат:

Старшие 2 байта задают адрес кольца в сети, а младшие 2 байта адрес станции в кольце.

24. Технические средства(передающие среды) Ethernet(коаксиальный кабель – толстый и тонкий Ethernet).

Коаксиальный кабель.

Исторически было разработано 2 вида коаксиальных кабелей, которые различались не только самими кабелями, но и аппаратурой передачи данных.

1)Thin Ethernet – тонкий Ethernet

2)Thick Ethernet – толстый Ethernet

Толстый Ethernet.

При использовании толстого Ethernet, кабель шины подключается к специальным устройствам, называемым приемо-передатчиками или трансиверами. Трансиверы реализуют прием и передачу сигналов в шину, прослушивание шины и обнаружение конфликтов. Сетевые карты компьютеров подключаются к приемо-передающим устройствам с помощью специальных кабелей(переходников).

Характеристики толстого Ethernet:

1)Длина кабеля одного шинного сегмента до 500 метров 2)Минимальное расстояние между приемо-передатчиками – 2.5 метра 3)Максимальная длина кабеля подключения сетевой карты(его называют поводком или лепестком) не более 50 метров. 4)Количество станций в одном шинном сегменте не более 100 5)Максимальная длинна толстого Ethernet кабеля не больше 2500 км в дереве 6)Не более 300 станций в дереве(повторители входят в число этих станций).

Отдельные шинные сегменты могут объединяться с помощью повторителей.

В Ethernet действует правило 5-4-3, которое расшифровывается:

В дереве может быть не более 5 шинных сегментов, соединенных 4мя повторителями и только 3 сегмента из этих 5 могут быть нагруженными. Связаны эти ограничения со следующим:

Каждый повторитель при транслировании сигнала создает некую задержку и из-за этой задержки(если повторителей больше 4-х) не успевают распознать конфликт.

Тонкий Ethernet.

Используется более тонкий кабель, он непосредственно подключается к сетевым картам.

Характеристики тонкого Ethernet:

1)Максимальная длина одного шинного сегмента не более 185 метров

2)Минимальное расстояние между 2мя станциями 0.5 метра

3)Количество станций в шинном сегменте не более 30, включая повторители

Сегменты могут объединяться повторителями в дерево, при этом действует правило 5-4-3,которое расшифровывается:

В дереве может быть не более 5 шинных сегментов, соединенных 4мя повторителями и только 3 сегмента из этих 5 могут быть нагруженными. Связаны эти ограничения со следующим:

Каждый повторитель при транслировании сигнала создает некую задержку и из-за этой задержки(если повторителей больше 4-х) не успевают распознать конфликт.

25. Технические средства(передающие среды) Ethernet(витая пара).

Витая пара(UTP 3-4). Для передачи данных по витой пере используются 2 из 4-х пар.

По одной паре передается информация, по второй паре принимается информация.

Для того, чтобы информация передавалась, соединение между компьютерами должно быть перекрестным(т.е. RX связано с TX ну типа канал передачи информации отправителя связан с каналом приема приемника и т.д).

Но кабеля соединяют напрямую, а перекрещивание осуществляет концентратор(hub).

Концентратор может использоваться для объединения станций в дерево. При этом действует правило 5-4, которое означает:

Между 2-мя станциями должно быть не более 5 кабелей и соответственно 4-х концентраторов, чтобы можно было успеть распознать конфликт.

Максимальная длина кабеля между 2-мя станциями 500 метров.

Витая пара UTP5.

Данные могут передаваться со скоростью 100 Мбит/сек. При этом используются те же пары. Иногда для достижения скорости 100Мбит/сек использовали и витую пару 4й категории, но для этого в ней используются не 2 пары, а все 4(по 2м передача и по 2м прием), такая архитектура называлась 100Base-T4.

Для достижения скорости до 1 Гбит/сек, в витой паре 5й категории используют 4 пары.

25. Технические средства(передающие среды) Ethernet(оптоволокно).

На волоконно-оптическом кабеле используется архитектура FDDI(Fider distributed data interface). Она представляет из себя 2 и более распределительных колодки, соединенных оптическими кабелями в двойное кольцо.

Передача по внешнему и внутреннему кольцу производится в противоположных направлениях. Обычно для передачи данных используется только 1 кольцо, второе находится в горячем резерве и начинает работать только после выхода из строя основного кольца, однако колодки устроены таким образом, что они имеют возможность замыкать внутреннее и внешнее кольца, таким образом при выходе из строя обоих колец на участке, за счет переключения колодок, замыкающих внутреннее и внешнее кольца, оно будет восстановлено.

Метод доступа – передача маркера.

FDDI так же реализована на 2х нижних уровнях:

MAC- media access control

PHY – physical layer

PMD – physical media depend

В FDDI информационный кадр имеет структуру:

Маркер имеет следующую структуру:

26. Стандарт IEEE 802.

Стандарт основывается на архитектурах Ethernet и Token Ring, он рекомендует использовать для локальных сетей 2 топологии: кольцо и шина. Методы доступа к среде – метод передачи маркера и CSMA/CD. Скорость >= 10Мбит/сек.

В стандарте так же рассматривается только 2 нижних уровня структуры – физический и канальный. Считается, что данные поступают с 3-го межсетевого уровня, точка взаимодействия сетевого уровня и LLC называется точкой доступа к сервису.

На подуровне LLC из поступивших данных формируется структура, называемая блок управления логическим каналом.

Блок УЛК содержит поле управления, адрес точки доступа к сервису получателя, отправителя, поступившие данные и контрольную сумму.

Блок УЛК отправляет на подуровень MAС, где на базе него формируется блок управления доступом к среде(УДС).

Стандарт рекомендует 3 типа адреса станции получателя:

1)Глобальный адрес – означает, что кадр предназначается всем станциям сети

2)Групповой адрес – кадр предназначен нескольким станциям, входящим в 1 группу

3)Индивидуальный адрес – для одной станции

В дальнейшем комитет был разделен на подкомитеты:

1)IEEE 802.1 – межсетевое взаимодействие

2) IEEE 802.2 – подуровень LLC

3) IEEE 802.3 –Ethernet(CSMA/CD)

4) IEEE 802.5 – Token Ring(передача маркера)

5) IEEE 802.6 – Man(оптика)

6) IEEE 802.11 – Wifi

27. Объединение сетей.

В зависимости от своей пространственной протяженности, сети подразделяют на несколько групп:

1)GAN(Global Area Network) – Сети в масштабах планеты или нескольких континентов

2)WAN(Wide Area Network) – Сети в пределах одного континента или нескольких стран

3)MAN(Metropolian Area Network) – Региональные сети в пределах нескольких регионов или крупных городов

4)LAN(Local Area Network) – локальные сети в пределах предприятия

5)Корпоративная сеть - сеть какого-либо предприятия(организации)

Для объединения сети используются различные средства, работающие на различных уровнях модели ISO:

1)Повторители, концентраторы(Repeater, Hub) – на физическом уровне

2)Мосты, коммутаторы(Bridge, Switch) – на канальном уровне

3)Маршрутизаторы(Router) – на сетевом уровне

4)Шлюзы(Gateway) – на 4 уровне и выше

28. Мосты.

Мосты и коммутаторы сначала буферизируют принятый кадр в памяти, осуществляют его проверку, затем передают далее в канал для передачи его в среду. В связи с буферизацией кадра в памяти мосты и коммутаторы не создают единой разрешаемой среды как это делают повторители и концентраторы и поэтому не способствуют распространению конфликтов в объединенных ими сегментах.

Мосты могут быть 3-х типов:

1)Внутренний мост – создается программным обеспечением сервера, имеющего несколько сетевых портов:

Программное обеспечение сервера обеспечивает передачу кадров между различными сетями.

2)Внешний мост – представляет из себя станцию, подключенную к 2-м сетям(сегментам сети).

Мост может объединять разные архитектуры.

Внешний мост называется выделенным, если станция используется только для взаимодействия 2-х сетей(сегментов сети) и не выделенным, если на станции еще дополнительно работает пользователь.

Внешний мост называется удаленным, если доступ к нему осуществляется по модемной связи.

Алгоритм простого моста:

Пусть имеем 2 сегмента сети, которые соединены друг с другом мостом:

Сегмент 1 подключен к мосту через порт А, Сегмент 2 подключен к порту В.

Каждая станция имеет свой прошитый в сетевой карте MAC адрес.

Порты моста адресов не имеют, мост имеет таблицу адресации:

С помощью этой таблицы он учитывает какие станции подключены к какому порту, в некоторых более умных мостах есть еще время жизни:

С помощью него учитывается как давно запись была помещена.

Вначале когда мост только начинает свою работу в сети, он не знает какие станции подключены к его портам, таблица адресации пуста и мост работает в режиме пассивного наблюдения по следующей схеме:

Как только в каком-либо из сегментов появляется кадр, мост выполняет следующие действия:

1)Считывает кадр из сегмента сети

2)Записывает кадр в буфер

3)Мост просматривает кадр в поисках MAC адреса источника и получателя

4)В таблицу адресации заносится пара MAC – адрес источника и порт, по которому он пришел. При условии, что ее нет в таблицу или у записи истекло время жизни

5)Поиск в таблице MAC адреса получателя

5.1)Если этот адрес есть в таблице и порт получателя не подключен к порту источника, кадр отправляется на порт получателя – это называется продвижением

5.2)Если запись есть, порты совпадают, то кадр никуда не передается, а просто удаляется из буфера.

5.3)Если MAC адрес получателя не найден в таблицу, то кадр передается на все порты за исключением порта источника – это называется затоплением сети(flood).

Одним из недостатков мостов является невозможность организации петель с помощью мостов.

31.Общие ограничения мостов и коммутаторов.

1)Отсутствие петель, т.е. невозможность создания дополнительных каналов.

2)Логические сегменты, построенные с помощью мостов и коммутаторов слабо защищены от широковещательных штормов

3)Построение составных сетей толко с использованием физического и канального уровня привело бы к не гибкой системе одноуровневой адресации узлов, поскольку мосты и коммутаторы используют MAC адрес, который существенно зависит от:

А)Используемой технологии

Б)Изменения сетевого адаптера изменяет адрес узла

В)Таблицы содержи бы только адреса узлов и были бы очень большими

Г)Очень небольшая часть коммутаторов умеет преобразовывать кадры из формата одного протокола LLC в другой

Д)Коммутаторы не могут фрагментировать кадр на более мелкие части.

Для построения больших сетевых адресаций используют 3 и 4 уровни.

29. Коммутаторы.

Мосты и коммутаторы сначала буферизируют принятый кадр в памяти, осуществляют его проверку, затем передают далее в канал для передачи его в среду. В связи с буферизацией кадра в памяти мосты и коммутаторы не создают единой разрешаемой среды как это делают повторители и концентраторы и поэтому не способствуют распространению конфликтов в объединенных ими сегментах.

По сути своей коммутатор представляет из себя многопроцессорный мост. Каждый порт коммутатора называют Ethernet packet processor(EPP). Все EPP соединены между собой коммутационной матрицей, которая работает по методу коммутации каналов.

В коммутаторе имеется модуль управления, который работает на своем микропроцессоре и ведет общую для всего коммутатора таблицу адресации. Как только на каком-то порту появляется кадр, EPP тут же начинает его буферизацию и анализ. Как только весь заголовок будет считан в буфер,EPP выделяет адрес отправителя и получателя и продолжая буферизацию кадра обращается к модулю управления, передавая эти адреса.

Модуль управления просматривает таблицу адресации по алгоритму простого моста(алг-м рассматривали выше) и возвращает результат запросившему EPP, продолжая буферизировать кадр, EPP обращается к коммутационной матрице для установки канала с портом или портами получателя.

Поскольку матрица работает по методу коммутации каналов, она может установить с каждым портом только одно соединение, если соединение установлено, то входной EPP продолжает буферизацию входного кадра, начиная его передачу выходному EPP.

Выходной EPP так же сначала буферизует кадр, а затем параллельно с буферизацией начинает его передачу в сегмент выходного порта. Если же оказывается, что выходной порт занят, входной порт вынужден некоторое время подождать, пока коммутационная матрица установит соединение.

Таким образом коммутация осуществляет конвейерную обработку кадра путем параллельного выполнения различных этапов его передачи:

1)Прием начала кадра и буферизация его EPP входного порта

2)Поиск адреса назначения в КЕШ или общей таблицы адресации

3)Коммутация канала м/у входным и выходным портом

4)Буферизация остальной части кадра

5)Передача кадра в выходной порт

6)Получение доступа к среде выходного порта

7)Передача кадра в сеть выходного порта

За счет того, что в коммутационной матрице имеется свой микропроцессор, обработка кадра осуществляется параллельно несколькими устройствами, это позволяет получить высокую скорость.

Наибольший эффект от работы коммутаторов достигается не столько за счет параллельной обработки одного кадра, сколько за счет того, что коммутационная матрица позволяет одновременно обслуживать несколько каналов между различными парами портов.

30. Структура сетей на основе коммутаторов.

Стянутая в точку магистраль.

Существует 2 базовые структуры сетей на основе коммутаторов, комбинируя которые можно построить любую конфигурацию.

Одиночная такая структура называется стянутая в точку магистраль. Стянутая в точку магистраль реализуется одним коммутатором, позволяющим использовать и подключать к своим портам различные интерфейсы. Объединение всех подключенных сетевых сегментов осуществляется за счет внутренней магистрали коммутатора.

Поскольку коммутационная матрица имеет очень большую скорость, стянутая в точку магистраль является высокоскоростной базовой ахитектурой.

Недостаток: ограничивается длиной кабеля сегмента, который подключен к коммутатору и может находиться от коммутатора на незначительном расстоянии.

Распределенная магистраль на коммутаторах.

Представляет из себя несколько коммутаторов, связанных какой-то передающей средой(обычно оптоволокно).

За счет того, что любая передающая среда обладает меньшей скоростью, чем внутренняя магистраль коммутатора, данная архитектура обладает меньшей скоростью, но позволяет объединять сегменты на значительном расстоянии.

33. Архитектура Internet.

Сети, входящие в интернет построены по различным принципам и используют различные программные и физические коммутационные средства. Такое объединение различных сетей стало возможным благодаря использованию 3х принципов: 1)единое адресное пространство 2)Межсетевая маршрутизация 3)Полного набора семейства протоколов TCP/IP

Все компьютеры в сети, подключенные к интернету разбиваются на 2 категории:

1)Компьютеры и сети, которые:

А)Используют единое адресное пространство

Б)Используют семейство протоколов TCP/IP

В)Представляют свои ресурсы в интернет

2)Компьютеры и сети, подключенные к интернету, но не выполняющие всех этих условий.

Компьютеры 1й категории называются Хостами.

Всем хостам в интернете в регистрационном центре Inter NIC присваивается 32 разрядный уникальный идентификатор, который называется IP адресом.

IP адрес состоит из пары(Net IP и Host IP), где Net IP – уникальный идентификатор в сети, Host IP – уникальный идентификатор хоста внутри сети.

Таким образом IP идентифицирует и Host и подключение Хоста в сети.

Отсюда следует правила:

1)Если хост переезжает к другой сети, то у него меняется адрес

2)Если хост подключен к нескольким сетям, то у него должно быть несколько IP адресов.

IP – величина логическая и никак не связана с MAC адресом.

Поскольку с 32 разрядами работать неудобно, то IP принято записывать в виде:

d1.d2.d3.d4

В зависимости от того, какую часть 32 разрядов в IP адресе занимают Net IP и Host IP, IP адреса разделяются на несколько классов:

1) IP адреса класса A

Для того, чтобы было легче различать классы IP адресов, часто используется такое понятие как № сети, понятие абстрактное, под ним понимается значение первого байта IP адреса.

№ сети для класса типа А может быть от 0 до 126(-2), 127 используется для специальных целей.

Адрес типа А используется для больших сетей, в которых большое количество узлов: -2

2) IP адреса класса B

Признак класса В – 10 в двух первых байтах

№ сети (первый байт адреса) может быть от 128 до 191

Узлов в сети может быть -2

3) IP адреса класса С

Признак класса С – 110 в первых 3х битах IP адреса.

№ сети может быть от 192 до 233

Хостов может быть -2=254

4) IP адреса класса D

Используется для создания групповых адресов

Его первый байт может быть от 224 до 239

5) IP адреса класса E

Был зарезервирован, но использоваться уже не будет.

Для уменьшения дефицита IP адресов применяются:

1)Трансляция внутренних IP адресов во внешние

При использовании трансляции на все компьютеры организация получает реальные IP адреса. Сеть делится на внутреннюю и внешнюю(реально подключаемые к интернету).

Трансляция – это двухсторонняя замена фиктивного адреса на реальные. Для использования внутренних адресов, они выделены в специальные группы адресов различных классов.

Для типа А внутренний адрес: 10.0.0.0.

Для типа В внутренний адрес: 172.16.0.0 – 172.31.0.0.

Для типа С внутренний адрес: 192.168.0.0. – 192.168.254.0

2)Использование масок

Маска – это 32 разрядное двоичное число, определяющее какие разделы IP адреса относятся к Net IP, а какие разряды относятся к Host IP.

Маска содержит все единицы в разрядах, соответствующих Net IP и нули в разрядах IP адреса, соответствующих Host IP. Поэтому логическое умножение маски на IP адрес дает в качестве результата Net IP.

3)Использование IP версии 6. В ней IP адрес занимает 128 разрядов.

Маски могут записываться несколькими способами:

А: 255.0.0.0, FF.0.0.0 - с помощью 16 ричных чисел, 112.113.10.2/8 - после IP адреса пишется дробь, а за ней десятичное число, указывающее сколько разрядов слева отводится под NetID.

Маски используют также для разбиения сетей на подсети.

Независимо от типа адресации и использования маски применяются следующие соглашения:

1)Host ID =0, означает, что данный адрес идентифицирует сеть или подсеть

2)Host ID= всем единицам – означает широковещательный адрес внутри сети или подсети.

34. Семейство протоколов TCP/IP.

Межсетевой уровень – осуществляет межсетевую маршрутизацию, где основной протокол IP и несколько вспомогательный – ARP,ICMP,RIP.

Транспортный уровень – основной протокол TCP, вспомогательный UDP.

IP- internet protocol

ARP – address resolution protocol

ICMP – internet control message protocol

RIP – routing information protocol

TCP – transmission control protocol

UDP – user datagram protocol

telnet – протокол виртуального терминала.

FTP – File transfer protocol

SMTP – simple mail transfer protocol

SNTP – simple network management protocol.

35. IP протокол.

IP – это основной протокол интернета, предназначенный для маршрутизации и передачи пакетов по сети.

IP передает каждый пакет как самостоятельную единицу датаграмму. IP не обеспечивает гарантированную доставку пакетов. Не проверяет правильность переданного пакета, а проверяет контрольную сумму заголовка пакета.

В случае, если пакет не м.б. доставлен адресату, он уничтожается.

Параллельно с IP на межсетевом уровне работает еще несколько протоколов.

Дополнительный протокол ICMP используется для передачи управляющих сообщений между сетевыми уровнями различных узлов.

Пакеты ICMP используются в следующих случаях:

1)Для проверки доступности узла. Узлу, доступность которого надо проверить, посылают ICMP пакет. Если узел ответил, значит он доступен(команда ping ip).

2)Для сообщения узлу отправителю, что его пакет не достиг адресата

3)С помощью ICMP различные узлы синхронизируют время.

4)Маршрутизатор или шлюз в случае переполнения буферов сообщает соседним узлам, что он временно не может принимать пакеты.

5)Маршрутизаторы рассылают узлам информацию о смене маршрутов.

RIP – протокол передачи маршрутной информации. Маршрутизаторы обмениваются маршрутными таблицами или маршрутами.

Транспортный уровень используется для передачи данных между взаимодействующими процессами. При этом данные могут передаваться в виде непрерывного потока байт(TCP), либо с помощью одиночных датаграмм(UDP).

TCP организует гарантированную дуплексную передачу потока байт. При этом проверяется правильность доставки и в случае необходимости, организуется повторная передача.

TCP разбивает данные на пакеты и передает их через IP.

Протокол UDP, как и IP, передает одиночные датаграммы, не обеспечивая гарантированность доставки, однако проверяя контрольную сумму не только заголовка, но и данных.

Утилитарный уровень:

Telnet – позволяет пользователю, находящемуся в одном узле сети, работать в командном режиме на другом узле сети, как будто бы его терминал подключен к этому удаленному узлу.

FTP – протокол передачи файлов позволяет пользователю, находящемуся на одном узле сети, передавать или считывать файлы, расположенные в другом узле.

SMTP – простой протокол передачи почты.

SNTP – обеспечивает возможность удаленного управления сетью.

Socket API – набор функций, с помощью которых могут используя различные протокоы взаимодействовать друг с другом.

38.Таблицы маршрутизации IP в Windows.

Каждая строка задает 1 маршрут

Сетевой адрес содержит адрес назначения маршрута. В случае маршрута к одиночному хосту, здесь содержится адрес хоста, к которому ведет маршрут, в случае маршрута к подсети, содержится адрес подсети, к которой ведер маршрут. В случае сет, адрес сети.

Здесь могут указываться групповые адреса и глобальный адрес, специальные значения указываются для маршрута по умолчанию(0.0….)

Поле маска задает 32 разрядное двоичное число, на которое умножается адрес получателя из заголовка пакета, чтобы получить адрес из первого столбца.

Адрес маршрута: определяет IP адрес следующего маршрута, на который нужно передать пакет, чтобы он пошел по выбранному маршруту.

Интерфейс(порт) – определяет IP адрес сетевой карты текущего узла, на которую надо передать пакет, чтобы он пошел по выбранному маршруту.(выход в сеть с одной сетевой карты идет).

Метрика – определяет как далеко от текущего узла находится адреса маршрута, это расстояние вычисляется в переходах.

Проход через маршуртизатор:

Если узлы находятся в одной сети, то метрика =1. Если существует маршрутизатор по умолчанию, то мы должны иметь возможность передать на него пакет с любым адресом.(маска 0.0.0.0).

36.Вид пакета протокола IP.

Дата добавления: 2014-01-06