Компьютерные сети 2 Ethernet — сети Ethernet

Компьютерные сети

2 Ethernet - сети Ethernet (от лат. aether – эфир) — это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, работающих по протоколу Ethernet в настоящее время, оценивается в несколько миллионов. Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов этой технологии. В более узком смысле Ethernet — это сетевой стандарт, основанный на экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году.

3 Ethernet – принцип работы Основной принцип, положенный в основу Ethernet, — случайный метод доступа к разделяемой среде передачи данных. В качестве такой среды может использоваться коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно или радиоволны (кстати, первой сетью, построенной на принципе Ethernet, была радиосеть Aloha Гавайского университета). С помощью разделяемой во времени шины любые два компьютера могут обмениваться данными.

4 Ethernet – принцип работы Управление доступом к линии связи осуществляется сетевыми адаптерами Ethernet. Каждый компьютер, а точнее, каждый сетевой адаптер, имеет уникальный адрес. Передача данных происходит со скоростью, например, 100 Мбит/с. Эта величина и является пропускной способностью сети Ethernet. Суть случайного метода доступа состоит в следующем. Компьютер в сети Ethernet может передавать данные по сети, только если сеть свободна, т. е. если никакой другой компьютер в данный момент не занимается передачей данных.

5 Ethernet – принцип работы 2 После того как компьютер убеждается, что сеть свободна, он начинает передачу, при этом «захватывает» среду. Время монопольного использования сети одним узлом ограничивается временем передачи одного кадра. Кадр — это единица данных, которыми обмениваются компьютеры в сети Ethernet. Кадр имеет определенный формат и наряду с полем данных содержит различную служебную информацию, например адрес получателя и адрес отправителя. Сеть Ethernet устроена так, что при попадании кадра в сеть все сетевые адаптеры одновременно

6 Ethernet – принцип работы 3 начинают принимать этот кадр. Все они анализируют адрес назначения, имеющийся в кадре, и, если этот адрес совпадает с их собственным адресом, кадр помещается во внутренний буфер сетевого адаптера. Таким образом компьютер-адресат получает предназначенные ему данные. Иногда может возникать ситуация, когда одновременно два или более компьютера решают, что сеть свободна, и начинают передавать информацию. Такая ситуация, называемая коллизией, препятствует правильной передаче данных по сети. В стандарте Ethernet

7 Ethernet – принцип работы 4 предусмотрен алгоритм обнаружения и корректной обработки коллизий. Вероятность возникновения коллизии зависит от интенсивности сетевого трафика. После обнаружения коллизии сетевые адаптеры, которые пытались передать свои кадры, прекращают передачу и после паузы случайной длительности пытаются снова получить доступ к среде и передать тот кадр, который вызвал коллизию. Главным достоинством сетей Ethernet, из-за которого они стали такими популярными, является их экономичность и простота реализации.

8 Передача пакетов в сети

9 Что такое компьютерная сеть? Компьютерная сетьэто – Совокупность компьютеров, объединённых средствами передачи данных. Средства передачи данных: • • кабельная сеть – витая пара(медная); телефонные линии; оптоволоконный кабель (оптическое волокно); радиосвязь (беспроводные сети, Wi. Fi).

10 Классификация сетей Компьютерные сети локальные глобальные

Типы сетей Локальные (LAN = Local Area Network) – соединяют компьютеры в одном или нескольких соседних зданиях. Корпоративные – соединяют компьютеры одной фирмы, возможно в разных городах. Муниципальные (общегородские) – сети органов управления (полиция, паспортный стол, и т. д. ). Глобальные (общемировые), например, Интернет. 11

12 Локальные вычислительные сети (ЛВС) Архитектура локальной сети Физическая топология Логическая топология

13 Преимущества локальной сети • • дают возможность совместного использования сетевого оборудования, серверов, офисной техники – принтеров, МФУ, сканеров, а также совместное использования ресурсов отдельных компьютеров; поддерживают распределенные базы данных, когда данные, требуемые для решения прикладных задач, а также программы обработки этих данных распределяются по компьютерам сети, разгружая отдельные компьютеры; обеспечивают возможность специализации отдельных ЭВМ для решения определенных задач; автоматизируют обмен информацией и программами между компьютерами сети; вычислительные мощности и средства передачи информации резервируются на случай выхода из строя отдельных из них; обеспечивают перераспределение вычислительных мощностей между пользователями сети в зависимости от изменения их потребностей и сложности решаемых задач; повышают уровень загрузки отдельных компьютеров и дорогостоящего оборудования.

14 Шинная топология сервер принтер шина ПК ПК ПК

15 Схема (топология) «общая шина» Рабочая Станция сервер РС РС терминатор шина ü простота, малый расход кабеля ü легко подключать рабочие станции ü при выходе из строя РС сеть работает § § при разрыве шины сеть выходит из строя низкий уровень безопасности один канал связи сложно искать неисправности (непонятно, кто «подвесил" сеть) § длина шины ограничена (затухание сигнала)

16 Преимущества топологии общая шина: : Вся информация находится в сети и доступна каждому компьютеру. : Рабочие станции можно подключать независимо друг от друга. Т. е. при подключении нового абонента нет необходимости останавливать передачу информации в сети. : Построение сетей на основе топологии общая шина обходится дешевле, так как отсутствуют затраты на прокладку дополнительных линий при подключении нового клиента. : Сеть обладает высокой надежностью, т. к. работоспособность сети не зависит от работоспособности отдельных компьютеров.

17 К недостаткам топологии типа общая шина относятся: : Низкая скорость передачи данных, т. к. вся информация циркулирует по одному каналу (шине). : Быстродействие сети зависит от числа подключенных компьютеров. Чем больше компьютеров подключено к сети, тем медленнее идет передача информации от одного компьютера к другому. : Для сетей, построенных на основе данной топологии, характерна низкая безопасность, так как информация на каждом компьютере может быть доступна с любого другого компьютера.

19 Звездообразная топология ПК принтер hub (хаб) сервер ПК ПК

Звездообразная топология РС РС хаб (свитч) сервер РС РС ü обрыв кабеля и выход из строя РС не влияет на работу сети ü все точки подключение собраны в месте (проще ремонт) ü можно наращивать размер (цепочка хабов) § если хаб вышел из строя, сеть не работает § большой расход кабеля Хаб (HUB) – это концентратор соединений Свитч (Switch) - это коммутатор (переключатель) 20

21 Преимущества данной топологии состоят в следующем: : Высокое быстродействие сети, так как общая производительность сети зависит только от производительности центрального узла. : Отсутствие столкновения передаваемых данных, так как данные между рабочей станцией и хабом (сервером) передаются по отдельному каналу, не затрагивая другие компьютеры.

22 Однако помимо достоинств у данной топологии есть и недостатки: : Низкая надежность, так как надежность всей сети определяется надежностью центрального узла. Если центральный узел выйдет из строя, то работа всей сети прекратится. : Высокие затраты на подключение компьютеров, так к каждому новому абоненту необходимо ввести отдельную линию.

23 Распределённая звёздная топология ПК принтер hub ПК принтер сервер hub ПК сервер ПК ПК ПК принтер hub сервер ПК ПК ПК

24 Кольцеобразная топология ПК ПК сервер ПК ПК ПК

25 Схема «кольцо» РС РС сервер РС РС РС ü размер сети до 20 км § при выходе из строя любого компьютера или разрыве линии сеть не работает § низкая безопасность § скорость передачи данных падает при увеличении размеров сети § сложно подключать новый РС

26 Преимущества топологии типа кольцо состоят в следующем: : Пересылка сообщений является очень эффективной, т. к. можно отправлять несколько сообщений друг за другом по кольцу. Т. е. компьютер, отправив первое сообщение, может отправлять за ним следующее сообщение, не дожидаясь, когда первое достигнет адресата. : Протяженность сети может быть значительной. Т. е. компьютеры могут подключаться к другу на значительных расстояниях, без использования специальных усилителей сигнала.

27 К недостаткам данной топологии относятся: : Низкая надежность сети, так как отказ любого компьютера влечет за собой отказ всей системы. : Для подключения нового клиента необходимо отключить работу сети. : При большом количестве клиентов скорость работы в сети замедляется, так как вся информация проходит через каждый компьютер, а их возможности ограничены. : Общая производительность сети определяется производительностью самого медленного компьютера.

Аппаратные компоненты сетей Сетевая карта (сетевой адаптер). Хаб (Hub - концентратор) – дублируют полученные данные на все порты. Свитч (Switch - коммутирующий хаб) – передают полученные данные только адресату. 29

30 Аппаратура для построения сетей • Сетевые карты (сетевые адаптеры) • Сетевые кабели o коаксиальный изоляция проводник (медь) o «витая пара» оболочка (стекло) o оптоволоконный оболочка (пластик) основное волокно (стекло)

31 Сетевые кабели: • коаксиальный изоляция проводник • витая пара • оптоволоконный проводник (медь) оболочка (стекло) оболочка (пластик) Скорость передачи данных: • коаксиальный – 10 Мбит/с • витая пара – 100 Мбит/с – 1 Гбит/с • оптоволоконный – 10 Гбит/с основное волокно (стекло)

Аппаратура для построения сетей • Хабы (концентраторы) – дублируют полученные данные на все порты. • Свитчи (коммутирующие хабы, коммутаторы) – передают полученные данные только адресату. 32

33 Беспроводные сети Каналы связи: • радиосвязь, обычно до 100 м (11 Мбит/c - 128 Мбит/с) • инфракрасное излучение (5 -10 Мбит/с) • инфракрасные лазеры (до 100 Мбит/с) Технология Wi. Fi (Wireless Fidelity) точка доступа

Беспроводные сети (WLAN-Wireless LAN) Каналы связи: • радиосвязь, обычно до 100 м (11 Мбит/c, 54 Мбит/с) • инфракрасное излучение (5 -10 Мбит/с) • инфракрасные лазеры (до 100 Мбит/с) ü ü ü § § § не нужно прокладывать кабель удобно для пользователей с ноутбуками дальняя связь – до нескольких тысяч километров проблемы совместимости с другими радиоисточниками низкая безопасность обмена данными слабая помехозащищенность Технология Wi. Fi (Wireless Fidelity) точка доступа до 50 компьютеров 34

35 Дальняя беспроводная связь Точка-точка – объединение двух сегментов сети с помощью радиосвязи (направленные антенны). Звезда – объединение нескольких сегментов сети центр

36 Связи между сетями Мост (bridge) соединяет две локальные сети. Работает как свитч, но имеет свой процессор. мост Вариант: компьютер с двумя сетевыми картами. Маршрутизатор (router) пересылает пакеты по специальным правилам – таблицам маршрутизации (из локальной сети в Интернет). Определение кратчайшего пути, обход поврежденных участков. … или компьютер

37 Связи между сетями Шлюз (gateway) – служит для соединения сетей с разными протоколами (сеть персональных компьютеров и аппаратура). Другая сеть (Интернет) шлюз

Локальная сеть в здании 38

39

40

41

42

43 Структура сети небольшого предприятия

44

45

46

47 Одноранговые и доменные сети • Одноранговые (рабочие группы) – простота установки и эксплуатации. Для входа в сеть достаточно просто ввести логин/пароль локального пользователя каждого компьютера. Отсюда – низкая информационная защита сети. • Доменные сети – управляет сервер (контроллер) домена. Он проверяет компьютер при входе в сеть по принципу «свой/чужой» и также проверяет логин/пароль пользователя в центральной базе данных всех пользователей домена. Высокая степень информационной безопасности. Но – более сложная настройка и управление доменом.