Кузниченко С.Д., 2013 г. Лекции по дисциплине: «Компьютерные сети»

Кузниченко С.Д., 2013 г. Лекция 1 Классификации и топологии сетей

Совместное использование различных ресурсов; Совместное использование различных ресурсов; Доступ к единым базам данных; Доступ к единым базам данных; Обмен файлами, сообщениями почты; Обмен файлами, сообщениями почты; Организация согласованной работы компьютеров; Организация согласованной работы компьютеров; Суммирование вычислительных мощностей компьютеров. Суммирование вычислительных мощностей компьютеров. Возможности сетей:

Затраты на покупку сетевого оборудования, сетевого ПО, на прокладку кабелей; Затраты на покупку сетевого оборудования, сетевого ПО, на прокладку кабелей; Приём на работу администратора для контроля за сетью; Приём на работу администратора для контроля за сетью; Ограничение возможности перемещения компьютеров; Ограничение возможности перемещения компьютеров; Повышенная опасность распространения вирусов по сети; Повышенная опасность распространения вирусов по сети; Повышенная опасность несанкционированного доступа к информации. Повышенная опасность несанкционированного доступа к информации. Недостатки сетей:

Абонент (узел, станция, хост) Абонент (узел, станция, хост) Сервер Сервер Клиент Клиент Промежуточное сетевое устройство Промежуточное сетевое устройство Среда передачи (канал связи) Среда передачи (канал связи) Сетевой адаптер (контроллер, сетевая карта) Сетевой адаптер (контроллер, сетевая карта) Скорость обмена в сети Скорость обмена в сети Время доступа к сети Время доступа к сети Метод доступа к сети (метод управления обменом, метод арбитража) Метод доступа к сети (метод управления обменом, метод арбитража) Нагрузка на сеть Нагрузка на сеть Основные понятия сетей

Высокая скорость передачи информации. Средняя скорость 100 Мбит/с, и есть сети 1000 Мбит/с и Мбит/с; Высокая скорость передачи информации. Средняя скорость 100 Мбит/с, и есть сети 1000 Мбит/с и Мбит/с; Низкий уровень ошибок передачи (высококачественные каналы связи). Вероятность ошибок передачи данных не должна быть более … ; Низкий уровень ошибок передачи (высококачественные каналы связи). Вероятность ошибок передачи данных не должна быть более … ; Быстродействующий метод доступа к сети. Время доступа к сети не должно превышать десятков-сотен миллисекунд; Быстродействующий метод доступа к сети. Время доступа к сети не должно превышать десятков-сотен миллисекунд; Ограниченное количество компьютеров. Ограниченное количество компьютеров. Свойства локальной сети (LAN)

Симплексный метод (симплекс) информация передаётся всегда только в одну сторону. В локальных сетях этот метод не используется. Симплексный метод (симплекс) информация передаётся всегда только в одну сторону. В локальных сетях этот метод не используется. Полудуплексный метод (полудуплекс) информация может передаваться в обе стороны, но только по очереди, не одновременно. Этот метод сейчас основной в локальных сетях. Полудуплексный метод (полудуплекс) информация может передаваться в обе стороны, но только по очереди, не одновременно. Этот метод сейчас основной в локальных сетях. Полнодуплексный метод (полный дуплекс) информация может передаваться в обе стороны одновременно. В локальных сетях применяется мало. Полнодуплексный метод (полный дуплекс) информация может передаваться в обе стороны одновременно. В локальных сетях применяется мало. Методы передачи информации:

Схема расположения компьютеров, подключённых к сети; Схема расположения компьютеров, подключённых к сети; Структура кабелей или других каналов связи, объединяющих компьютеры сети; Структура кабелей или других каналов связи, объединяющих компьютеры сети; Структура путей распространения сигналов по сети; Структура путей распространения сигналов по сети; Способ организации информационного обмена (распределение функций компьютеров, направление основных информационных потоков). Способ организации информационного обмена (распределение функций компьютеров, направление основных информационных потоков). Топология сети

Выбор топологии сети Устойчивость к неисправностям компьютеров, подключенных к сети. Устойчивость к неисправностям компьютеров, подключенных к сети. Устойчивость к неисправностям сетевого оборудования (адаптеры, трансиверы, разъемы и т.д.). Устойчивость к неисправностям сетевого оборудования (адаптеры, трансиверы, разъемы и т.д.). Устойчивость к обрывам кабеля сети. Устойчивость к обрывам кабеля сети. Ограничение длины кабеля из-за затухания распространяющегося по нему сигнала. Ограничение длины кабеля из-за затухания распространяющегося по нему сигнала.

Базовые топологии Шина (bus) все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Шина (bus) все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Кольцо (ring) компьютеры последовательно объединены в кольцо. Кольцо (ring) компьютеры последовательно объединены в кольцо. Звезда (star) к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует свою отдельную линию связи. Звезда (star) к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует свою отдельную линию связи.

Базовые топологии сетей

Топология пассивная звезда

Топология дерево

Комбинированные топологии

Кузниченко С.Д., 2013 г. Лекция 2 Управление обменом. Эталонная модель OSI.

Уменьшение величины времени доступа: 1 Гбайт при скорости 100 Мбит/с передаётся за 80 секунд; Уменьшение величины времени доступа: 1 Гбайт при скорости 100 Мбит/с передаётся за 80 секунд; Уменьшение вероятности ошибки передачи пакета для снижения количества повторных передач: при вероятности единичной ошибки и длине пакета 10 Мбит вероятность ошибочной передачи пакета ; Уменьшение вероятности ошибки передачи пакета для снижения количества повторных передач: при вероятности единичной ошибки и длине пакета 10 Мбит вероятность ошибочной передачи пакета ; Уменьшение доли служебной информации: адресная, управляющая, контрольная, синхронизирующая; Уменьшение доли служебной информации: адресная, управляющая, контрольная, синхронизирующая; Оптимальная длина пакета: от нескольких байт до нескольких килобайт. Оптимальная длина пакета: от нескольких байт до нескольких килобайт. Проблемы выбора длины пакета

Обмен пакетами в LAN

Типичный формат пакета

Пример протокола обмена пакетами

Инкапсуляция пакетов

Методы управления обменом Централизованные (100VG-AnyLAN) всё решает управляющий центр (коллизий нет): Активные центр опрашивает; Пассивные центр прослушивает; Децентрализованные управляющего центра нет: Детерминированные (FDDI, Token-Ring, ARCnet) есть механизм определения следующего передающего абонента (коллизий нет); Случайные (Ethernet) передающий абонент выбирается в результате состязаний (коллизии есть).

Централизованное управление в звезде

Централизованное управление в шине

Коллизии при свободной сети

Коллизия при освобождении сети

Маркерное управление в кольце

Семиуровневая модель OSI

Путь информации между абонентами

Включение промежуточных устройств

Функции уровней модели OSI Прикладной уровень (7) файлы, базы данных, почта, регистрация; Прикладной уровень (7) файлы, базы данных, почта, регистрация; Представительский уровень (6) преобразование форматов, кодировка, шифрование, сжатие (переводчик); Представительский уровень (6) преобразование форматов, кодировка, шифрование, сжатие (переводчик); Сеансовый уровень (5) проведение сеансов связи (полудуплекс, дуплекс), контроль прав доступа; Сеансовый уровень (5) проведение сеансов связи (полудуплекс, дуплекс), контроль прав доступа; Транспортный уровень (4) разделение на пакеты и контроль доставки в нужном порядке; Транспортный уровень (4) разделение на пакеты и контроль доставки в нужном порядке;

Функции уровней модели OSI Сетевой уровень (3) адресация пакетов (преобразование IP, IPX-MAC), выбор маршрута доставки; Сетевой уровень (3) адресация пакетов (преобразование IP, IPX-MAC), выбор маршрута доставки; Канальный уровень (2) формат пакета, доступ к сети, контроль правильности передачи пакета; Канальный уровень (2) формат пакета, доступ к сети, контроль правильности передачи пакета; Физический уровень (1) кодирование, формирование сигналов, развязка, согласование, кабели, разъёмы. Физический уровень (1) кодирование, формирование сигналов, развязка, согласование, кабели, разъёмы.

Подуровни канального уровня LLC (управление логической связью) установление виртуального канала, контроль правильности передачи; LLC (управление логической связью) установление виртуального канала, контроль правильности передачи; MAC (доступ к среде передачи) управление доступом к сети, формат пакета. MAC (доступ к среде передачи) управление доступом к сети, формат пакета.

Стандарт IEEE 802 (общие вопросы) IEEE управление сетевыми устройствами, объединение сетей; IEEE управление сетевыми устройствами, объединение сетей; IEEE управление логической связью на подуровне LLC; IEEE управление логической связью на подуровне LLC; IEEE широкополосная технология передачи данных; IEEE широкополосная технология передачи данных; IEEE оптоволоконная технология; IEEE оптоволоконная технология; IEEE интегрированные сети с возможностью передачи речи и данных; IEEE интегрированные сети с возможностью передачи речи и данных; IEEE безопасность сетей, шифрование данных. IEEE безопасность сетей, шифрование данных.

Стандарт IEEE 802 (реальные сети) IEEE сеть с топологией шина и методом доступа CSMA/CD (Ethernet); IEEE сеть с топологией шина и методом доступа CSMA/CD (Ethernet); IEEE сеть с топологией шина и маркерным доступом (Token-Bus); IEEE сеть с топологией шина и маркерным доступом (Token-Bus); IEEE сеть с топологией кольцо и маркерным доступом (Token-Ring); IEEE сеть с топологией кольцо и маркерным доступом (Token-Ring); IEEE городская сеть (Metropolitan Area Network, MAN); IEEE городская сеть (Metropolitan Area Network, MAN); IEEE беспроводная локальная сеть (Wi-Fi); IEEE беспроводная локальная сеть (Wi-Fi); IEEE сеть с топологией звезда и приоритетным централизованным доступом (100VG-AnyLAN); IEEE сеть с топологией звезда и приоритетным централизованным доступом (100VG-AnyLAN); IEEE персональная беспроводная сеть (Bluetooth); IEEE персональная беспроводная сеть (Bluetooth); IEEE беспроводная городская сеть (WiMAX). IEEE беспроводная городская сеть (WiMAX).

Кузниченко С.Д., 2013 г. Лекция 3 Сетевое оборудование

Типы аппаратуры ЛС Кабели для передачи информации; Кабели для передачи информации; Разъемы (коннекторы) для присоединения кабелей; Разъемы (коннекторы) для присоединения кабелей; Терминаторы (оконечные согласователи); Терминаторы (оконечные согласователи); Сетевые адаптеры (сетевые интерфейсные карты, NIC); Сетевые адаптеры (сетевые интерфейсные карты, NIC); Репитеры (повторители, ретрансляторы); Репитеры (повторители, ретрансляторы); Трансиверы (приёмопередатчики); Трансиверы (приёмопередатчики); Концентраторы (хабы); Концентраторы (хабы); Коммутаторы (переключатели, свитчи); Коммутаторы (переключатели, свитчи); Мосты; Мосты; Маршрутизаторы (роутеры); Маршрутизаторы (роутеры); Шлюзы. Шлюзы.

Включение и функции сетевого адаптера

Сетевые функции адаптеров Гальваническая развязка компьютера и кабеля (обычно трансформаторы); Гальваническая развязка компьютера и кабеля (обычно трансформаторы); Преобразование логических сигналов в сетевые (электрические или световые) и обратно; Преобразование логических сигналов в сетевые (электрические или световые) и обратно; Кодирование и декодирование сетевых сигналов; Кодирование и декодирование сетевых сигналов; Опознавание принимаемых пакетов (выбор из пакетов тех, которые адресованы данному абоненту или всем абонентам); Опознавание принимаемых пакетов (выбор из пакетов тех, которые адресованы данному абоненту или всем абонентам); Преобразование параллельного кода в последовательный при передаче и обратное преобразование при приёме; Преобразование параллельного кода в последовательный при передаче и обратное преобразование при приёме; Буферирование передаваемой и принимаемой информации в буферной памяти; Буферирование передаваемой и принимаемой информации в буферной памяти; Организация доступа к сети; Организация доступа к сети; Подсчёт контрольной суммы пакетов при передаче и приёме. Подсчёт контрольной суммы пакетов при передаче и приёме.

Включение трансиверов

Репитер и концентратор

Функции репитеров, трансиверов и концентраторов

Функции коммутаторов и мостов

Включение коммутатора

Способы включения моста

Функции маршрутизаторов

Функции шлюзов

Функции драйвера сетевого адаптера

Кузниченко С.Д., 2013 г. Лекция 4 Среды передачи данных

Типы кабелей Электрические кабели из витых пар проводов (twisted pair, TP). Экранированные (shielded TP, STP) и неэкранированные (unshielded TP, UTP); Электрические кабели из витых пар проводов (twisted pair, TP). Экранированные (shielded TP, STP) и неэкранированные (unshielded TP, UTP); Электрические коаксиальные кабели (coaxial cable, CC); Электрические коаксиальные кабели (coaxial cable, CC); Оптоволоконные кабели (fiber optic, FO). Оптоволоконные кабели (fiber optic, FO).

Параметры кабелей Полоса пропускания кабеля (частотный диапазон сигналов, пропускаемых кабелем) и затухание сигнала в кабеле. Допустимая длина. Полоса пропускания кабеля (частотный диапазон сигналов, пропускаемых кабелем) и затухание сигнала в кабеле. Допустимая длина. Помехозащищенность кабеля и обеспечиваемая им секретность передачи информации. Помехозащищенность кабеля и обеспечиваемая им секретность передачи информации. Скорость распространения сигнала по кабелю или, обратный параметр задержка сигнала на метр длины кабеля. Скорость распространения сигнала по кабелю или, обратный параметр задержка сигнала на метр длины кабеля. Волновое сопротивление кабеля (электрического). Волновое сопротивление кабеля (электрического).

Стандарты на кабели EIA/TIA 568 (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard) американский; EIA/TIA 568 (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard) американский; ISO/IEC IS (Generic cabling for customer premises) международный; ISO/IEC IS (Generic cabling for customer premises) международный; CENELEC EN (Generic cabling systems) европейский. CENELEC EN (Generic cabling systems) европейский. Все три стандарта очень похожи Все три стандарта очень похожи.

Кабель с витыми парами

Разъем RJ45 для UTP (8 контактов)

Кабель категории 1 телефонный, для передачи речи. Кабель категории 1 телефонный, для передачи речи. Кабель категории 2 для передачи данных до 1 МГц. Кабель категории 2 для передачи данных до 1 МГц. Кабель категории 3 для передачи данных до 16 МГц, 9 витков/м. Кабель категории 3 для передачи данных до 16 МГц, 9 витков/м. Кабель категории 4 для передачи данных до 20 МГц. Кабель категории 4 для передачи данных до 20 МГц. Кабель категории 5 самый распространённый кабель, для передачи данных до 100 МГц, 27 витков/м. Кабель категории 5 самый распространённый кабель, для передачи данных до 100 МГц, 27 витков/м. Кабель категории 6 для передачи данных до 200 МГц. Кабель категории 6 для передачи данных до 200 МГц. Кабель категории 7 для передачи данных до 600 МГц. Кабель категории 7 для передачи данных до 600 МГц.

Затухание в кабелях UTP Частота, МГц Кабель кат.3 Кабель кат.5 1,07,86,3 4, , , , ,067

Перекрестные помехи

Перекрестные помехи в кабелях UTP Частота, МГц Кабель кат.3 Кабель кат.5 1, , , , , ,0-32

Оболочки кабеля Non-plenum (ПВХ, ПП, ПЭ) для эксплуатации в обычных условиях, с открытым доступом, легко горит с большим количеством газов, серый цвет. Non-plenum (ПВХ, ПП, ПЭ) для эксплуатации в обычных условиях, с открытым доступом, легко горит с большим количеством газов, серый цвет. Plenum (тефлон) для эксплуатации в тяжёлых условиях, в закрытых объёмах, более устойчив к высокой температуре, оранжевый цвет. Plenum (тефлон) для эксплуатации в тяжёлых условиях, в закрытых объёмах, более устойчив к высокой температуре, оранжевый цвет. Plenum пространство над фальшпотолком и под фальшполом. Plenum пространство над фальшпотолком и под фальшполом.

Временные характеристики кабелей UTP Марка Марка КатегорияОболочкаNVP Задержка, нс/м AT&T 10103non-plenum0,674,98 AT&T 10615non-plenum0,704,76 AT&T 20103plenum0,704,76 AT&T 20615plenum0,754,44 Belden 1229A3non-plenum0,694,83 Belden 1583A5non-plenum0,724,63 Belden 1245A23plenum0,694,83 Belden 1585A5plenum0,754,44

Структура коаксиального кабеля

Коаксиальные кабели

Разъемы BNC для тонкого коаксиального кабеля

Согласование кабеля

Дифференциальная передача

Включение электрического кабеля оконечное согласование кабеля с помощью терминаторов; оконечное согласование кабеля с помощью терминаторов; гальваническая развязка компьютеров от сети; гальваническая развязка компьютеров от сети; заземление каждого компьютера; заземление каждого компьютера; заземление экрана в одной единственной точке. заземление экрана в одной единственной точке.

Структура оптоволоконного кабеля

Разъемы для оптоволоконных кабелей

Свойства оптоволоконного кабеля Малое затухание на высоких частотах, большая допустимая длина; Малое затухание на высоких частотах, большая допустимая длина; Высокие помехоустойчивость и секретность; Высокие помехоустойчивость и секретность; Не требуются гальваническая развязка и заземление; Не требуются гальваническая развязка и заземление; Высокая сложность монтажа и ремонта; Высокая сложность монтажа и ремонта; Высокая стоимость преобразователей; Высокая стоимость преобразователей; Чувствительность к механическим нагрузкам и перепадам температуры, большой радиус изгиба; Чувствительность к механическим нагрузкам и перепадам температуры, большой радиус изгиба; Чувствительность к ионизирующим излучениям; Чувствительность к ионизирующим излучениям; Связь «точка-точка». Связь «точка-точка».

Типы оптоволоконных кабелей Одномодовый: лазер, 1,3 мкм, до 5 дБ/км Многомодовый: светодиод, 0,85 мкм, до 20 дБ/км

Радиоканал (WLAN, Wi-Fi) Диапазоны 2,4 ГГц и 5 ГГц; расстояние до 100 м, скорости 11 Мбит/с, 54 Мбит/с

Кузниченко С.Д., 2013 г. Лекция 4 Кодирование информации в локальных сетях

Проблемы выбора кода Требуемая полоса пропускания кабеля при заданной скорости передачи; Требуемая полоса пропускания кабеля при заданной скорости передачи; Синхронизация приёма битов; Синхронизация приёма битов; Детектирование начала передачи; Детектирование начала передачи; Детектирование окончания передачи; Детектирование окончания передачи; Требуемая аппаратура кодирования/декодирования; Требуемая аппаратура кодирования/декодирования; Количество уровней сигнала кода; Количество уровней сигнала кода; Количество требуемых линий передачи; Количество требуемых линий передачи; Возможности использования гальванической развязки; Возможности использования гальванической развязки; Возможности использования разных сред передачи. Возможности использования разных сред передачи.

Стандартные коды локальных сетей

Рассинхранизация приема (NRZ)

Код NRZ

Код RZ

Манчестерский код

Код 4В/5В (FDDI, Fast Ethernet)

Код 8В/6T (100BaseT4)

Код 5В/6В (100VG-AnyLAN)

Дополнительные коды NRZI и MLT-3 Код NRZI: при нуле уровень не меняется, при единице меняется на противоположный. Код NRZI: при нуле уровень не меняется, при единице меняется на противоположный. Код MLT-3: при нуле уровень не меняется, при единице меняется по цепочке: +U, 0, -U, 0 +U, 0, -U и т.д. Код MLT-3: при нуле уровень не меняется, при единице меняется по цепочке: +U, 0, -U, 0 +U, 0, -U и т.д.

Трёхуровневый самосинхронизирующийся код

Код PAM 5 (1000BASE-T)

Принципы создания новых кодов Обеспечение самосинхронизации: Обеспечение самосинхронизации: - Введение дополнительных переходов: - Введение дополнительных переходов: в пределах битового интервала; в пределах битового интервала; между битами; между битами; - Введение дополнительных битов; - Введение дополнительных битов; Увеличение скорости передачи (или снижение требований к среде передачи при заданной скорости): Увеличение скорости передачи (или снижение требований к среде передачи при заданной скорости): - Увеличение количества уровней сигнала (до 3-5); - Увеличение количества уровней сигнала (до 3-5); - Увеличение количества линий передачи (до 2-4). - Увеличение количества линий передачи (до 2-4).

Затухание аналогового и цифрового сигнала

Методы аналоговой модуляции

Методы контроля ошибок Проверка передающим абонентом: Проверка передающим абонентом: - Побитовая проверка в процессе передачи пакета (сравнение передаваемого бита и состояния сети); - Сравнение переданного пакета и пакета, возвращённого принимающим абонентом; Проверка принимающим абонентом: Проверка принимающим абонентом: - Выбор из нескольких копий пакетов, полученных от передающего абонента; - Проверка контрольной суммы пакета, подсчитанной передающим абонентом и включённой в пакет.

Метод CRC (циклическая избыточная проверка) Контрольная сумма FCS (n-разрядная) остаток от деления по модулю 2 передаваемого пакета (кадра) на образующий полином с разрядностью (n + 1); Контрольная сумма FCS (n-разрядная) остаток от деления по модулю 2 передаваемого пакета (кадра) на образующий полином с разрядностью (n + 1); Вероятность обнаружения одиночной ошибки равна 100%; Вероятность обнаружения одиночной ошибки равна 100%; Вероятность обнаружения ошибок кратностью 2 и более примерно равна: (1 - 2 –n), где n – разрядность контрольной суммы (при условии N>>n, где N – количество бит кадра); Вероятность обнаружения ошибок кратностью 2 и более примерно равна: (1 - 2 –n), где n – разрядность контрольной суммы (при условии N>>n, где N – количество бит кадра); Разрядность FCS, n Вероятность обнаружения ошибки 80, , ,

Деление по модулю 2 в методе CRC

Реализация вычислителя контрольной суммы

Выбор образующего полинома Количество разрядов полинома равно (n+1), где n требуемая разрядность циклической контрольной суммы; Количество разрядов полинома равно (n+1), где n требуемая разрядность циклической контрольной суммы; Старший бит полинома равен 1; Старший бит полинома равен 1; Полином делится (по модулю 2) без остатка только на единицу и на самого себя (простое число в смысле деления по модулю 2); Полином делится (по модулю 2) без остатка только на единицу и на самого себя (простое число в смысле деления по модулю 2); Количество единиц в коде полинома должно быть минимально, чтобы упростить аппаратуру вычислителя контрольной суммы. Количество единиц в коде полинома должно быть минимально, чтобы упростить аппаратуру вычислителя контрольной суммы.

Кузниченко С.Д., 2013 г. Лекция 5 Параметры и стандарты локальных сетей

Основные параметры сетей Скорость передачи информации; Скорость передачи информации; Метод доступа (время доступа); Метод доступа (время доступа); Возможные топологии, наращивание; Возможные топологии, наращивание; Требуемые промежуточные сетевые устройства; Требуемые промежуточные сетевые устройства; Размеры сети (расстояния между абонентами); Размеры сети (расстояния между абонентами); Стоимость оборудования; Стоимость оборудования; Уровень стандартизации; Уровень стандартизации; Максимальное количество абонентов; Максимальное количество абонентов; Возможные среды передачи; Возможные среды передачи; Используемые коды передачи; Используемые коды передачи; Форматы пакетов, размер поля данных. Форматы пакетов, размер поля данных.

Стандарт IEEE (сеть Ethernet) Топология шина; Топология шина; Среда передачи коаксиальный кабель; Среда передачи коаксиальный кабель; Скорость передачи 10 Мбит/с; Скорость передачи 10 Мбит/с; Длина сегмента сети до 500 м; Длина сегмента сети до 500 м; Максимальная длина сети 5 км (5 сегментов); Максимальная длина сети 5 км (5 сегментов); Максимальное количество абонентов 1024; Максимальное количество абонентов 1024; Количество абонентов на одном сегменте до 100; Количество абонентов на одном сегменте до 100; Метод доступа случайный, CSMA/CD; Метод доступа случайный, CSMA/CD; Передача узкополосная, то есть без модуляции (моноканал); Передача узкополосная, то есть без модуляции (моноканал); Код манчестерский; Код манчестерский; Формат пакета. Формат пакета.

Топология сети Ethernet

Пакет формата Ethernet

Назначение полей пакета Ethernet Преамбула (синхронизация приёма): первые семь байт код , восьмой байт код (признак начала кадра); Преамбула (синхронизация приёма): первые семь байт код , восьмой байт код (признак начала кадра); Адрес получателя и адрес отправителя 6-байтные стандартные MAC- адреса; Адрес получателя и адрес отправителя 6-байтные стандартные MAC- адреса; Поле управления (2 байта, L/T Length/Type) количество байт в поле данных (до 1500) или тип пакета (больше 1500); Поле управления (2 байта, L/T Length/Type) количество байт в поле данных (до 1500) или тип пакета (больше 1500); Поле данных от 46 до 1500 байт данных. Если передаётся меньше 46 байт поле заполнения; Поле данных от 46 до 1500 байт данных. Если передаётся меньше 46 байт поле заполнения; Поле контрольной суммы (FCS Frame Check Sequence) 32-разрядная циклическая контрольная сумма (CRC); Поле контрольной суммы (FCS Frame Check Sequence) 32-разрядная циклическая контрольная сумма (CRC); Длина кадра от 512 бит (64 байта) до бит (1518 байт). Длина кадра от 512 бит (64 байта) до бит (1518 байт).

Стандартные сегменты сети Ethernet / FastEthernet Сеть Ethernet (10 Мбит/с, IEEE 802.3, шина и пассивная звезда): 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель) до 500 м; 10BASE5 (толстый коаксиальный кабель) до 500 м; 10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель) до 185 м; 10BASE2 (тонкий коаксиальный кабель) до 185 м; 10BASE-T (две витые пары) до 100 м; 10BASE-T (две витые пары) до 100 м; 10BASE-FL (оптоволоконный кабель) до 2 км. 10BASE-FL (оптоволоконный кабель) до 2 км. Сеть Fast Ethernet (100 Мбит/с, IEEE 802.3u, пассивная звезда): 100BASE-T4 (четыре витые пары) до 100 м; 100BASE-T4 (четыре витые пары) до 100 м; 100BASE-TX (две витые пары) до 100 м; 100BASE-TX (две витые пары) до 100 м; 100BASE-FX (оптоволоконный кабель) до 412 м. 100BASE-FX (оптоволоконный кабель) до 412 м.

Стандартные сегменты GigabitEthernet (стандарт IEEE 802.3z) 1000BASE-SX (мультимодовый оптоволоконный кабель с длиной волны 850 нм) до 500 м; 1000BASE-SX (мультимодовый оптоволоконный кабель с длиной волны 850 нм) до 500 м; 1000BASE-LX (одномодовый оптоволоконный кабель с длиной волны 1300 нм) до 2 км; 1000BASE-LX (одномодовый оптоволоконный кабель с длиной волны 1300 нм) до 2 км; 1000BASE-CX (четыре экранированных витых пары STP) до 25 м; 1000BASE-CX (четыре экранированных витых пары STP) до 25 м; 1000BASE-T (стандарт IEEE 802.3ab четыре неэкранированных витых пары UTP категории 5 или 6) до 100 м. 1000BASE-T (стандарт IEEE 802.3ab четыре неэкранированных витых пары UTP категории 5 или 6) до 100 м.

Метод доступа CSMA/CD (основные понятия) ВТ (Bit Time, битовый интервал) длительность передачи одного бита. ВТ (Bit Time, битовый интервал) длительность передачи одного бита. IPG (Inter-Packet Gap, межпакетная щель) минимальный интервал между пакетами, IPG = 96 BT. IPG (Inter-Packet Gap, межпакетная щель) минимальный интервал между пакетами, IPG = 96 BT. PDV (Path Delay Value, задержка в пути) двойное время прохождения сигнала между абонентами сети. PDV (Path Delay Value, задержка в пути) двойное время прохождения сигнала между абонентами сети. ST (Slot time, время канала, квант времени) максимально допустимое PDV (ST = 512 ВТ). ST (Slot time, время канала, квант времени) максимально допустимое PDV (ST = 512 ВТ). Максимальный диаметр сети допустимая длина сети (PDV = ST = 512 BT). Максимальный диаметр сети допустимая длина сети (PDV = ST = 512 BT). Jam (сигнал-пробка) последовательность длительностью 32 BT для усиления коллизии. Jam (сигнал-пробка) последовательность длительностью 32 BT для усиления коллизии. Truncated binary exponential back off (усечённая двоичная экспоненциальная отсрочка) задержка перед повторной передачей пакета после коллизии. Truncated binary exponential back off (усечённая двоичная экспоненциальная отсрочка) задержка перед повторной передачей пакета после коллизии.

Передача пакетов в Ethernet

Алгоритм начала передачи

Алгоритм передачи пакета

Вычисление задержки повтора передачи Задержка = RAND (0, 2 min (N,10)) ST Задержка = RAND (0, 2 min (N,10)) ST N значение счетчика попыток; N значение счетчика попыток; RAND (a, b) генератор случайных нормально распределенных целых чисел в диапазоне а...b, включая крайние значения; RAND (a, b) генератор случайных нормально распределенных целых чисел в диапазоне а...b, включая крайние значения; ST квант времени, равный 512 BT; ST квант времени, равный 512 BT; Максимальная задержка равна 1024 ST ( BT). Максимальная задержка равна 1024 ST ( BT).

Признак искаженного коллизией кадра Кадр имеет длину, меньшую минимально допустимого размера 512 BT (карликовый кадр) если коллизия произошла до 480-го бита кадра; Кадр имеет длину, меньшую минимально допустимого размера 512 BT (карликовый кадр) если коллизия произошла до 480-го бита кадра; Кадр имеет неправильную контрольную сумму если коллизия произошла после 480-го бита кадра, то сигнал-пробка (32 бита) играет роль контрольной суммы; Кадр имеет неправильную контрольную сумму если коллизия произошла после 480-го бита кадра, то сигнал-пробка (32 бита) играет роль контрольной суммы; Кадр имеет длину, не равную целому числу байт, если коллизия произошла в середине одного из передаваемых байтов. Кадр имеет длину, не равную целому числу байт, если коллизия произошла в середине одного из передаваемых байтов.

Максимальная скорость передачи Наименьшая избыточность пакет максимальной длины (1500 байт полезной информации + 26 байт служебной информации + 96 бит IPG = бита); Наименьшая избыточность пакет максимальной длины (1500 байт полезной информации + 26 байт служебной информации + 96 бит IPG = бита); Если нет коллизий, то скорость передачи пакетов (при скорости сети 100 Мбит/с) составит: Если нет коллизий, то скорость передачи пакетов (при скорости сети 100 Мбит/с) составит: 108/12304 = 8127,44 пакета в секунду; Пропускная способность сети (скорость передачи полезной информации) будет равна: Пропускная способность сети (скорость передачи полезной информации) будет равна: 8127,44 · 1500 байт = 12,2 Мбайт/с; Эффективность использования скорости сети: Эффективность использования скорости сети: 8127,44 · бит/108 = 98%.

Производительность сети Ethernet

Кузниченко С.Д., 2013 г. Лекция 6 Стандартные сегменты сети Ethernet/Fast Ethernet

Сегмент 10BASE5

Сегмент 10BASE2 (Cheapernet)

Параметры сегментов 10BASE5 и 10BASE2

Сегменты 10BASE-T

Объединение сегментов 10BASE-T

Контакты разъёма RJ-45 сегмента 10BASE-T

Прямой и перекрёстный кабели 10BASE-T

Контроль целостности линии связи 10BASE-T

Подключение сегментов 10BASE-FL

Разъёмы сегментов 10BASE-FL

Контроль целостности линии связи 10BASE-FL

Сегменты Fast Ethernet (IEEE 802.3u, 1995 г.)

Код 8В/6Т (100BASE-T4)

Назначение витых пар 100BASE-T4

Контакты разъёма RJ-45 сегмента 100BASE-T4

Прямой и перекрёстный кабели 100BASE-T4

Сигналы автодиалога (Auto-Negotiation)

Формат слова (LCW) автодиалога

Кузниченко С.Д., 2013 г. Лекция 7 Расчет работоспособности сети Ethernet/Fast Ethernet

Область коллизии (Collision Domain)

Предельный размер области коллизий Ethernet (10 Мбит/с): Ethernet (10 Мбит/с): Предельная двойная задержка (ST) 512 BT = 51,2 мкс; Предельная двойная задержка (ST) 512 BT = 51,2 мкс; Одинарная задержка в кабеле = 25,6 мкс; Одинарная задержка в кабеле = 25,6 мкс; Предельная длина кабеля = 25,6 мкс/4 нс = 6,4 км; Предельная длина кабеля = 25,6 мкс/4 нс = 6,4 км; Fast Ethernet (100 Мбит/с): Fast Ethernet (100 Мбит/с): Предельная двойная задержка (ST) 512 BT = 5,12 мкс; Предельная двойная задержка (ST) 512 BT = 5,12 мкс; Одинарная задержка в кабеле = 2,56 мкс; Одинарная задержка в кабеле = 2,56 мкс; Предельная длина кабеля = 2,56 мкс/4 нс = 640 м; Предельная длина кабеля = 2,56 мкс/4 нс = 640 м; Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с): Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с): Предельная двойная задержка (ST) 512 BT = 0,512 мкс; Предельная двойная задержка (ST) 512 BT = 0,512 мкс; Одинарная задержка в кабеле = 0,256 мкс; Одинарная задержка в кабеле = 0,256 мкс; Предельная длина кабеля = 0,256 мкс/4 нс = 64 м. Предельная длина кабеля = 0,256 мкс/4 нс = 64 м.

Расчёты для сети Ethernet (10 Мбит/с) 1. Двойная задержка распространения сигнала (PDV) по пути максимальной длины не должна превышать 512 BT. В задержку входят: задержки в сетевых адаптерах, задержки в концентраторах, задержки в кабелях. Ограничение на длину кабелей и количество концентраторов. 2. Уменьшение межпакетной щели (ΔIPG) для любого пути не должно превышать 49 BT. IPG уменьшается при прохождении пакетов через концентраторы. Ограничение на количество концентраторов. 3. Оба условия должны выполняться для всей сети.

Путь максимальной длины Ethernet

Расчёт PDV для сети Ethernet (10 Мбит/с)

Расчёт сокращения IPG для сети Ethernet

Сети Ethernet максимальной длины

Методы решения проблем Ethernet Уменьшение длины кабелей для сокращения PDV; Уменьшение длины кабелей для сокращения PDV; Уменьшение количества концентраторов для сокращения PDV и ΔIPG; Уменьшение количества концентраторов для сокращения PDV и ΔIPG; Выбор кабеля с наименьшей задержкой для сокращения PDV (разница задержек достигает 10%); Выбор кабеля с наименьшей задержкой для сокращения PDV (разница задержек достигает 10%); Разбиение сети на две части или более с помощью коммутаторов или мостов; Разбиение сети на две части или более с помощью коммутаторов или мостов; Использование полнодуплексного обмена; Использование полнодуплексного обмена; Переход на другую локальную сеть, например, FDDI (требуются мосты). Переход на другую локальную сеть, например, FDDI (требуются мосты).

Классы концентраторов Класс II простой, более быстрый, без кодирования и декодирования, без возможности управления (Ethernet, Fast Ethernet); Класс II простой, более быстрый, без кодирования и декодирования, без возможности управления (Ethernet, Fast Ethernet); Класс I сложный, более медленный, с кодированием и декодированием, с возможностью управления (только Fast Ethernet). Класс I сложный, более медленный, с кодированием и декодированием, с возможностью управления (только Fast Ethernet).

Путь максимальной длины Fast Ethernet

Расчёт PDV для Fast Ethernet

Сети Fast Ethernet максимальной длины

Методы решения проблем Fast Ethernet Уменьшение длины кабелей для сокращения PDV; Уменьшение длины кабелей для сокращения PDV; Уменьшение количества концентраторов для сокращения PDV; Уменьшение количества концентраторов для сокращения PDV; Выбор кабеля с наименьшей задержкой для сокращения PDV (разница задержек достигает 10%); Выбор кабеля с наименьшей задержкой для сокращения PDV (разница задержек достигает 10%); Разбиение сети на две части или более с помощью коммутаторов или мостов; Разбиение сети на две части или более с помощью коммутаторов или мостов; Использование полнодуплексного обмена; Использование полнодуплексного обмена; Переход на другую локальную сеть, например, FDDI (требуются мосты). Переход на другую локальную сеть, например, FDDI (требуются мосты).

Полнодуплексный режим обмена Пропускная способность сети вдвое больше (200 Мбит/с вместо 100 Мбит/с, 20 Мбит/с вместо 10 Мбит/с); Пропускная способность сети вдвое больше (200 Мбит/с вместо 100 Мбит/с, 20 Мбит/с вместо 10 Мбит/с); Отсутствие коллизий в сети (независимость двух каналов связи); Отсутствие коллизий в сети (независимость двух каналов связи); Нет необходимости в методе управления обменом в сети; Нет необходимости в методе управления обменом в сети; Гарантированная величина времени доступа не более интервала IPG; Гарантированная величина времени доступа не более интервала IPG; Нет ограничения на длину сети, связанного с PDV, остаётся только ограничение из-за затухания сигнала; Нет ограничения на длину сети, связанного с PDV, остаётся только ограничение из-за затухания сигнала; Совместимость с полудуплексным режимом автоматическая (Auto- Negotiation); Совместимость с полудуплексным режимом автоматическая (Auto- Negotiation); Требуется более сложная и дорогая аппаратура. Требуется более сложная и дорогая аппаратура.

Алгоритм полнодуплексной передачи

Кузниченко С.Д., 2013 г. Лекция 8 Сети Token Ring и FDDI

Стандарт IEEE (сеть Token-Ring) Топология кольцо (звезда-кольцо); Топология кольцо (звезда-кольцо); Среда передачи витая пара UTP; Среда передачи витая пара UTP; Скорость передачи 4 (16) Мбит/с; Скорость передачи 4 (16) Мбит/с; Длина кабеля между концентраторами до 45 м; Длина кабеля между концентраторами до 45 м; Длина кабеля от абонента до концентратора до 45 м; Длина кабеля от абонента до концентратора до 45 м; Максимальная длина кольца 120 м; Максимальная длина кольца 120 м; Максимальное количество абонентов 96 (12 MAU); Максимальное количество абонентов 96 (12 MAU); Метод доступа маркерный; Метод доступа маркерный; Код бифазный; Код бифазный; Формат пакета. Формат пакета.

Звёздно-кольцевая топология сети Token-Ring

Структура концентратора Token-Ring (MAU)

Объединение концентраторов Token-Ring

Сворачивание и распад кольца Token-Ring

Форматы маркера и пакета Token-Ring

Сеть FDDI (стандарт ISO 9314 ) Топология кольцо (звезда-кольцо); Топология кольцо (звезда-кольцо); Среда передачи оптоволоконный кабель, витая пара (TPDDI); Среда передачи оптоволоконный кабель, витая пара (TPDDI); Скорость передачи 100 Мбит/с (200 Мбит/с); Скорость передачи 100 Мбит/с (200 Мбит/с); Длина кабеля между абонентами (станциями) до 2 км; Длина кабеля между абонентами (станциями) до 2 км; Максимальная длина сети 20 км; Максимальная длина сети 20 км; Максимальное количество абонентов 1024; Максимальное количество абонентов 1024; Метод доступа маркерный (множественная передача маркера); Метод доступа маркерный (множественная передача маркера); Код 4B/5B; Код 4B/5B; Формат пакета. Формат пакета.

Топология FDDI

Соединение станций и концентраторов FDDI

Сворачивание кольца FDDI

Формат маркера и пакета FDDI

Кузниченко С.Д., 2013 г. Лекция 9 Сети 100VG - AnyLAN и Wi-Fi

Сеть 100VG-AnyLAN (IEEE ) Топология звезда (многоуровневая); Топология звезда (многоуровневая); Среда передачи четыре витые пары UTP кат.3 или 5; Среда передачи четыре витые пары UTP кат.3 или 5; Скорость передачи 100 Мбит/с; Скорость передачи 100 Мбит/с; Длина кабеля между абонентом и концентратором до 100 м; Длина кабеля между абонентом и концентратором до 100 м; Количество уровней каскадирования концентраторов до 5; Количество уровней каскадирования концентраторов до 5; Максимальное количество абонентов 1024; Максимальное количество абонентов 1024; Метод доступа централизованный с приоритетным запросами; Метод доступа централизованный с приоритетным запросами; Код 5В/6В; Код 5В/6В; Формат пакета Ethernet или Token-Ring. Формат пакета Ethernet или Token-Ring.

Топология 100VG-AnyLAN

Управление обменом в 100VG-AnyLAN

Сеть Wi-Fi (IEEE ) первоначальный стандарт WLAN. Скорость передачи от 1 до 2 Мбит/с. Сейчас не используется; первоначальный стандарт WLAN. Скорость передачи от 1 до 2 Мбит/с. Сейчас не используется; a высокоскоростная локальная сеть для радиочастоты 5 ГГц. Скорость передачи до 54 Мбит/с. Расстояния до 100 м; a высокоскоростная локальная сеть для радиочастоты 5 ГГц. Скорость передачи до 54 Мбит/с. Расстояния до 100 м; b локальная сеть для радиочастоты 2,4 ГГц. Скорость передачи до 11 Мбит/с. Расстояния до 300 м (обычно до 160 м); b локальная сеть для радиочастоты 2,4 ГГц. Скорость передачи до 11 Мбит/с. Расстояния до 300 м (обычно до 160 м); g высокоскоростная сеть для радиочастоты 2,4 ГГц. Скорость передачи до 54 Мбит/с. Расстояния до 300 м. Обратно совместима с b; g высокоскоростная сеть для радиочастоты 2,4 ГГц. Скорость передачи до 54 Мбит/с. Расстояния до 300 м. Обратно совместима с b; n высокоскоростная сеть для радиочастот 2,4-2,5 или 5,0 ГГц. Скорость передачи по одной антенне до 150 Мбит/с. Расстояния до 300 м. Совместима с a/b/g; n высокоскоростная сеть для радиочастот 2,4-2,5 или 5,0 ГГц. Скорость передачи по одной антенне до 150 Мбит/с. Расстояния до 300 м. Совместима с a/b/g; Топология шина (возможны логическая звезда и логическое кольцо); Топология шина (возможны логическая звезда и логическое кольцо); Метод доступа случайный с предотвращением коллизий (CSMA/CA). Метод доступа случайный с предотвращением коллизий (CSMA/CA).

Структура сети Wi-Fi

Формат информационного пакета Wi-Fi Адреса: Адреса: адрес отправителя, адрес отправителя, адрес получателя, адрес получателя, адрес передающей станции, адрес передающей станции, адрес принимающей станции. адрес принимающей станции.

Недостатки сети Wi-Fi Небольшие расстояния; Небольшие расстояния; Подверженность электромагнитным помехам; Подверженность электромагнитным помехам; Низкая секретность; Низкая секретность; Влияние стен, металлических предметов, зеркал; Влияние стен, металлических предметов, зеркал; Влияние листвы, дождя, тумана; Влияние листвы, дождя, тумана; Сильная зависимость скорости передачи от количества абонентов, от расстояния, от уровня помех; Сильная зависимость скорости передачи от количества абонентов, от расстояния, от уровня помех; Взаимное влияние независимых точек доступа; Взаимное влияние независимых точек доступа; Неполная совместимость оборудования разных производителей; Неполная совместимость оборудования разных производителей; Высокое энергопотребление; Высокое энергопотребление; Относительно высокая стоимость оборудования; Относительно высокая стоимость оборудования; Электромагнитные излучения. Электромагнитные излучения.

Спасибо за внимание!